Menu Image Map

Научное направление кафедры электротехники и электроэнергетики

Разработка и внедрение новых методов расчёта штатных и нештатных режимов электроэнергетических сетей всех классов напряжения по полным трехфазным схемам замещения для обеспечения энергосбережения и энергоэффективности названных сетей.

 

С основания в 1964 году кафедра «Электротехника и электроэнергетика» (ЭтЭн) ведёт активную научно-исследовательскую работу (НИР) на хоздоговорной и госбюджетной основе. До девяностых годов такие НИР имели прикладной характер и были связаны в основном с созданием приборов и аппаратов для магнитных измерений для научно-исследовательских организаций и промышленных предприятий Владимира, Москвы, Петербурга, Вильнюса, Донецка, Рыбинска и др.

К началу девяностых годов на кафедре сформировалась научная школа, ориентированная на решение фундаментальных проблем теоретической электротехники, электроэнергетики и электромеханики. Заведующий кафедрой, д.т.н., профессор Сбитнев С. А. и доцент, к.т.н. Шмелёв В. Е. разработали современную теорию силовых взаимодействий в электромагнитных полях, методику моделирования волновых электромагнитных процессов в линиях электропередачи, методику расчёта режимов работы реальных сложных электрических цепей переменного тока. В настоящее время они завершили разработку теоретической базы нового класса методов расчёта электромагнитных полей в движущихся средах – это пространственно-фазовые методы теории электромагнитного поля. Этот класс методов ориентирован на решение важнейших проблем электроэнергетики и электромеханики: на совершенствование известных и создание новых электрогенераторов и электрогенерирующих комплексов, электродвигателей различных типов и регулируемых приводов на их основе. Эти новые методы расчёта электромагнитных полей являются универсальными; они являются надёжной теоретической основой для создания разнообразных перспективных электромеханических преобразователей вращательного и поступательного движения.

Кафедра электротехники и электроэнергетики (ЭТЭН) Владимирского государственного университета (ВлГУ) несколько десятилетий специализируется в области расчетов нормальных и аварийных режимов работы ЛЭП различных классов напряжений и электрических сетей. На кафедре ЭТЭН работают три доктора технических наук, восемь кандидатов технических наук, освоены современные методы теоретической электротехники, имеется современное программное обеспечение и вычислительная техника, а также суперкомпьютер на ИВЦ ВлГУ, что обеспечивает возможность оперативно и успешно решать названные выше и аналогичные проблемы в электроэнергетике. Для филиала ОАО ФСК ЕС-Волго-Вятское ПМЭС (г.Владимир) проведён расчет волновых электромагнитных процессов для магистральной ЛЭП 500 кВ перед включением данной ЛЭП после ремонта. Расчетом определены величины перенапряжений на ЛЭП при её включении на холостом ходу и установлена возможность использования имеющейся изоляционной арматуры ЛЭП без её модернизации. Для такого расчета применен современный программный комплекс шведской фирмы COMSOL и мультимедиа технологии.

Кафедра ЭТЭН разрабатывает современные матричные методы теории электрических и магнитных цепей, методы диакоптики, а также современные методы теории электромагнитного поля. На основе этих методов проведён расчет режимов не упрощенной однофазной-однолинейной сети (как обычно принято), а  полнофазной четырёхпроводной электрической сети поселения на 500 домов в Подмосковье. В результате этого расчета получена детальная информация о напряжениях, токах, мощностях на вводах в каждый дом, а также на каждой из тысяч ветвей, образующих данную сложноразветвленную электрическую сеть. Расчетом установлена величина необходимой дополнительной трансформаторной мощности и центр электрических нагрузок поселения. Компьютерная модель  полнофазной электрической сети данного поселения имеет очень большие информационные возможности по минимизации электрических потерь, по обеспечению требуемого по ГОСТ качества электрической энергии, по перспективам развития данной сети. Подобные компьютерные модели электрических сетей с уникальными информационными возможностями могут быть созданы для малых, средних и больших городов России.

Кафедра ЭТЭН успешно разрабатывает и применяет современные методы теории электромагнитного поля. Эти методы необходимы, в частности, для расчета важнейших первичных параметров ЛЭП (погонных сопротивлений, проводимостей, индуктивностей, и емкостей), волнового сопротивления, коэффициента распространения и натуральной мощности. Эти параметры могут быть рассчитаны для различных типов и классов напряжений воздушных и кабельных ЛЭП (одноцепные и двухцепные, обычные и транспонированные).

В мировой электроэнергетике наблюдается отчётливая тенденция к широкому внедрению передач и вставок постоянного тока в ряде ведущих стран мира, включая и Россию. Это объясняется рядом преимуществ этих объектов по сравнению с традиционными магистральными и межсистемными линиями переменного тока: нет ограничений по длине линий и мощности, передаваемой по ним; повышается устойчивость большой электроэнергетической системы, получаемой в результате объединения её частей передачами (ППТ) или вставками (ВПТ) постоянного тока. Иначе они называются звеньями постоянного тока (ЗПТ). Однако в России в последние десятилетия не уделялось достаточного внимания этому чрезвычайно важному направлению развития электроэнергетики.

Главными элементами преобразовательных подстанций являются преобразовательные трансформаторы и управляемые вентильные преобразователи (ВП), вместе образующие преобразовательное устройство (ПУ). Вентильным преобразователям в настоящее время уделяется много внимания, и промышленность выпускает широкую номенклатуру электронных элементов и высокоэффективных ВП на их основе. В настоящее время наиболее перспективными представляются двенадцатипульсные ПУ, т.к. они обеспечивают меньший уровень высших гармоник токов в вентильных обмотках трансформаторов и в ЗПТ и, как следствие, меньшие потери электроэнергии во всех элементах и пульсации постоянного напряжения в ЗПТ, чем в случае шестипульсных ПУ.

Традиционно двенадцатипульсная система переменных напряжений создаётся двумя трансформаторами, у одного из которых фазы вентильной обмотки соединены звездой, а у другого – треугольником. Таким образом, двенадцатипульсная система переменных напряжений представляет собой совокупность двух трёхфазных систем, повёрнутых по фазе друг относительно друга на 30 градусов. Нам представляется, что традиционный способ получения двенадцатипульсной системы пригоден только для однополюсного ЗПТ, т.к. в двухполюсных ЗПТ производится двустороннее заземление средней точки постоянного напряжения. Роль такой средней точки выполняет нейтраль многофазной переменной системы напряжений, которая физически существует только при соединении фаз обмотки трансформатора звездой или в зигзаг. Если традиционное двенадцатипульсное ПУ работает совместно с двухполюсным ЗПТ, и в качестве средней точки использована нейтраль вентильной обмотки одного из двух трансформаторов, тогда в результате аварийного отключения одного из полюсов ЗПТ оно превращается в однополюсное звено, в котором обратный ток протекает через землю и заземлённые средние точки. В этом случае трансформатор, вентильная обмотка которого соединена треугольником, будет объективно исключён из процесса передачи энергии, что отрицательно скажется на надёжности всей преобразовательной подстанции.

Кафедра ЭтЭн ВлГУ предлагает создать новые типы мощного преобразовательного трансформатора с симметричной двенадцатипульсной системой напряжений на вентильной стороне и средней точкой для двухполюсного ЗПТ.

Новые технические решения мы предлагаем в связи с тем, в настоящее время нужно постепенно отказываться от однополюсных ЗПТ, т.к. они наносят существенный экологический вред. Однополюсный режим работы ЗПТ мы считаем допустимым в качестве послеаварийного в случае отключения одного из полюсов ЗПТ. При этом нужно всемерно подавлять процессы подмагничивания магнитопроводов преобразовательных трансформаторов, т.к. оно отрицательно сказывается на сроке службы трансформатора и увеличивает потери электроэнергии в нём.

Если по ЗПТ нужно передавать мощность, превышающую предельно достижимую мощность трансформатора, то для создания двенадцатипульсной системы напряжений для ВП можно применять различные варианты трансформаторных групп с учётом новых технических решений.

Теоретическое обоснование предлагаемых к разработке типов преобразовательных трансформаторов будет выполняться путём математического моделирования (полевого и имитационного (в т.ч. и структурного)) нормальных, аварийных и послеаварийных режимов работы трансформатора совместно с ВП как в выпрямительном, так и в инверторном режиме при работе на различные комбинации резистивных, индуктивных и ёмкостных нагрузок совместно с действием источников ЭДС. Структурное моделирование позволит также провести предпроектный анализ переходных процессов при пуске и отключении ПУ, изменении характера нагрузки и аварийных коммутационных процессах (короткие замыкания, обрывы цепей и т.п.). Для моделирования названных режимов в ВлГУ имеется лицензионное математическое ПО. Кафедра ЭтЭн ВлГУ имеет значительный опыт применения этого ПО и соответствующих вычислительных методов.

Названные кафедральные научные разработки широко используются для практических применений.

На кафедре ведётся изобретательская деятельность и получен ряд патентов на приборы и устройства для определения характеристик и параметров магнитных материалов и изделий из них, на электрические машины оригинальных конструкций и др.

 

 


Наверх