Search

Актуальность. Доля электроэнергии, вырабатываемой установками на основе возобновляемой энергии, постоянно растет, в связи с чем потребность в развитии систем питания и автоматического управления электрическими машинами, лежащими в основе ветро- и гидрогенераторов, не теряет актуальности. В составе таких генераторных установок переменного тока применяют синхронные электрические машины, асинхронные машины с фазным и короткозамкнутым ротором. Преобразователи частоты, устанавливаемые в статорные и роторные цепи асинхронных машин переменного тока, позволяют управлять процессами их возбуждения, однако для начала генерации требуется использовать дополнительные внешние источники питания. Благодаря остаточному намагничиванию в магнитопроводе можно обеспечить процесс гарантированного самовозбуждения асинхронной машины c короткозамкнутым ротором с помощью подключения батарей конденсаторов к ее статорным обмоткам без применения дополнительного внешнего источника питания. Предложенный способ нестационарного конденсаторного возбуждения позволяет обеспечить адаптацию генераторной установки к изменению режимов работы в условиях децентрализованного электроснабжения. Цель: исследовать предложенную систему стабилизации напряжения асинхронной машины с короткозамкнутым ротором с варьируемым конденсаторным возбуждением в составе источника возобновляемой энергии. Методы: теоретические - теория дифференциальных уравнений, методы численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений, теория электропривода, теория электрических машин, численные методы аппроксимации данных, и экспериментальные - проведение испытаний асинхронной электрической машины с нестационарным конденсаторным возбуждением на разработанном испытательном стенде с целью получения нагрузочных характеристик и осциллограмм напряжений на обмотках статора асинхронных машин с короткозамкнутым ротором в различных режимах работы, методы исследования. Результаты. Разработана и изготовлена оригинальная экспериментальная установка с узлом, имитирующим работу турбины. Электромеханический преобразователь энергии выполнен в виде асинхронной машины с короткозамкнутым ротором с нестационарным конденсаторным возбуждением. Блок управления установкой выполнен в виде интегрированного с силовым блоком гальванически развязанного модуля во влагостойком исполнении с применением беспроводного интерфейса связи Bluetooth. Описан и протестирован способ коммутации батарей конденсаторов с применением тиристоров в качестве управляемого ключа с двухсторонней проводимостью. Анализ полученных нагрузочных характеристик показывает принципиальную возможность обеспечить гарантированную выработку электроэнергии со стабилизацией напряжения в допустимых пределах изменения мощности нагрузки. Примененная в составе экспериментальной установки система автоматической коммутации конденсаторов с варьируемой в зависимости от потребляемой мощности емкостью позволила обеспечить приемлемое время динамической реакции на возмущающее воздействие при нестационарной нагрузке. The relevance. The share of electricity generated by installations based on renewable energy is constantly growing, and therefore the need for the development of power supply systems and automatic control of electrical machines underlying wind and hydro generators is still relevant. As part of such alternating current generator sets, synchronous electric machines, induction generator with phase and squirrel-cage rotor are used. Frequency converters installed in the stator and rotor circuits of induction generators make it possible to control their excitation, however, to start generation, additional external power sources must be used. Due to the residual magnetization in the magnetic circuit, it is possible to ensure the process of guaranteed self-excitation of the induction generator by connecting the capacitor banks to the electrical circuit of its stator without using an additional external power source. The proposed method of non-stationary capacitor excitation makes it possible to ensure the adaptation of the generator set to the change in operating modes under conditions of decentralized power supply. The main aim of the research is to study the proposed voltage stabilization system of squirrel-cage induction generator with a short-circuit rotor with variable capacitor excitation as part of a renewable energy source. Methods. To achieve the goal of the study, theoretical and experimental research methods were used. Theoretical research methods include the theory of differential equations, methods for the numerical solution of ordinary differential equations, the theory of electric drives, the theory of electrical machines, numerical methods for approximating data. The basis of experimental research is testing an induction generator with non-stationary capacitor excitation on a developed test bench in order to obtain load characteristics and oscillograms of voltages on the stator windings self-excitation of squirrel-cage induction generator rotor in different operating modes. Results. An original experimental setup with a unit imitating the operation of a turbine, an electromechanical energy converter in the form of squirrel-cage induction generator with non-stationary capacitor excitation has been developed and manufactured. The control system is made in the form of a galvanically isolated module integrated with the power unit in a moisture-resistant design using a wireless Bluetooth communication interface. A method for switching capacitor banks using thyristors as a controlled switch with two-way conduction is described and tested. The analysis of the obtained load characteristics shows the fundamental possibility of ensuring a guaranteed generation of electricity with voltage stabilization within the limits of load power variation. The system of automatic switching of capacitors with a capacitance varying depending on the power consumption applied as part of the experimental setup made it possible to provide an acceptable time for dynamic response to a disturbing effect under nonstationary load.

Актуальность. В районах добычи нефти и газа в связи с интенсивным развитием распределенной энергетики можно прогнозировать появление активных потребителей, использующих работающие на попутном нефтяном газе газотурбинные установки. При этом представляется недостаточно изученным вопрос переходных процессов, возникающих при подключении активного потребителя к системе электроснабжения нефтегазодобывающего предприятия. При сильных возмущениях режима при условии наличия нелинейных элементов переходные процессы могут завершиться устойчивыми хаотическими колебаниями - аварийным режимом работы электросистемы. Таким образом, существует необходимость изучения подключения активного потребителя к централизованным системам электроснабжения в районах добычи нефти и газа. Цель: рассмотрение переходных процессов, возникающих при включении электрических систем активного потребителя и нефтегазодобывающего предприятия на параллельную работу. Объекты: электрические системы активного потребителя и нефтегазодобывающего предприятия. Методы. Переходные процессы в электрических системах активного потребителя и нефтегазодобывающего предприятия исследуются путем компьютерного моделирования в программном пакете Simscape Power Systems (Matlab). В компьютерной модели при построении структурных схем электросистем, выборе мощности элементов и уровня напряжений использованы основы электроснабжения промышленных предприятий. Расчет значений параметров элементов электросистем выполнен на основе теории электрических машин и теоретических основ электротехники. Результаты моделирования показывают при включении методом точной синхронизации генератора активного потребителя на параллельную работу с внешней системой нормальный переходный режим длительностью 4 секунды. При несинхронном включении генератора в электросистеме возникают устойчивые хаотические колебания. На хаотические колебания указывает апериодический характер изменения во времени значений частоты, напряжения и мощности, а также нестранный хаотический аттрактор напряжения с положительным показателем Ляпунова 0,44. При хаотическом режиме работы на шинах промысловой подстанции диапазон изменений значений активной мощности составляет 18 кВт, частоты - 1,5 Гц, напряжения - 400 В. Relevance of the research. In the areas of oil and gas production in relation to the intensive development of distributed generation, it is possible to predict the emergence of prosumers using gas turbine units running on associated petroleum gas. At the same time, the question of transient processes arising when a prosumer is connected to the power supply system of an oil and gas production enterprise seems to be little studied. As a result of the non-synchronous activation of the gas turbine installation of a prosumer, transients can turn into steady chaotic oscillations - electrical system emergency state. Thus, there is a need to study the connection of a prosumer to centralized power supply systems in oil and gas production areas. The aim of the research is to investigate the transient processes occurring when connecting a prosumer electrical system in parallel operation with oil and gas production enterprise electrical system. Objects: electrical systems of the oil and gas production enterprise and the prosumer. Methods. Transient processes in electrical power systems of a prosumer and an oil and gas production enterprise are investigated by computer simulation in the software package Simscape Power Systems (Matlab). Theoretical foundations of power supply for industrial enterprises were used in developing the circuit diagrams of electrical systems and determining the power of elements and voltage levels. Theoretical foundations of electrical engineering and electrical-machine theory were used in determining the system component parameter values. Results. The simulation results show a normal transitional mode lasting 4 s when the prosumer generator is switched on by the precision synchronization method for parallel operation with an outside system. When the generator is switched on asynchronously, the electrical system shows steady chaotic oscillations. Chaotic oscillations are indicated by the aperiodic nature of the change in time of the values of frequency, voltage, and power, as well as the non-strange chaotic attractor with a positive Lyapunov exponent of 0,44. Chaotic operating regime shows the field substation bus power range 18 kW, frequency range 1,5 Hz, voltage range 400 V.

Актуальность исследования обусловлена назревшей необходимостью разработки модели оценки точности определения пространственного положения объектов, а также отслеживания положения и движения их границ системой технического зрения, которая в составе автоматизированных комплексов может применяться при проведении различных геодезических работ, для маркшейдерского обеспечения подземного строительства, 3D-реконструкции ландшафта поверхности земли, картографировании местности, при выполнении работ в горной промышленности, а также обслуживании крупногабаритных и протяжённых объектов. Особенно актуально применение систем технического зрения, позволяющих осуществлять пространственные измерения, в тех случаях, когда традиционные лазерные средства не обеспечивают высокую эффективность, например, из-за высокой степени рассеивания или наоборот поглощения лазерного излучения поверхностью наблюдаемого объекта или его малыми угловыми размерами. Цель: оценить геометрию измерительного пространства и определить закономерности распределения погрешности измерений в её границах. Постановка задачи: разработка имитационной модели, обеспечивающей с учётом технических данных камер, их взаимных положения и ориентации, а также влияния на измерительный процесс случайных составляющих, возникающих как в процессе сборки системы, так и при её эксплуатации, реконструкция формы и размеров измерительного пространства, а также визуализация распределения погрешностей измерения координат объектов. Методы: метод математического моделирования. Новизна разработанной модели характеризуется тем, что в ней впервые была реализована возможность оценивания распределения ошибок определения координат системой технического зрения по всей глубине её измерительного пространства. При моделировании нет ограничений по взаимному положению камер и обязательной их однотипности. В модели впервые учитываются случайные погрешности, связанные как с определением взаимной ориентации положения камер, так и с неточностями при их изготовлении, а также возможностями применённой методики калибровки системы. Результат. Приведены результаты анализа известных из уровня науки и техники моделей оценки погрешности определения трёхмерных координат объектов системой технического зрения, показаны их недостатки. Раскрыта сущность и основные этапы преобразований при разработке модели оценки погрешностей определения координат объектов и их распределения по измерительному пространству системой технического зрения. Выводы. Модель на основе множества внешних и внутренних параметров камер, а также с учётом ожидаемых случайных погрешностей при сборке и настройке измерительной системы позволяет оценивать погрешность определения координат объектов и геометрию измерительного пространна. Представленная модель позволяет оценивать точность определения пространственных координат объектов, положения и движения их границ при применении систем технического зрения в составе геодезических автоматизированных измерительных комплексов. Кроме этого, применение данной модели даёт возможность оптимизировать процесс формулирования технических требований к видео- или фотокамерам и их взаимному положению в процессе проведения измерений. The relevance of the study is caused by the urgent need to develop a model for assessing the accuracy of determining the spatial position of objects, as well as tracking the position and movement of their boundaries by a computer vision system, which, as part of automated systems, can be used when carrying out various geodetic works, for surveying support of underground construction, 3D reconstruction of the surface landscape land, terrain mapping, when performing work in the mining industry, as well as servicing large and extended objects. It is especially important to use computer vision systems that allow spatial measurements in cases where traditional laser means do not provide high efficiency, for example, due to a high degree of scattering or, conversely, absorption of laser radiation by the surface of the observed object or small angular dimensions. Purpose: assessment of the measurement space geometry and determine the distribution patterns of the measurement accuracy within its boundaries. Problem statement: development of a simulation model that provides reconstruction of the form and dimensions of the measurement space and visualization of the distribution of measurement accuracy of coordinates of objects, taking into account the technical data of the cameras, their relative positions and orientations, as well as the influence on the measuring process of random components arising both during the assembly of the system and during its operation. Methods: mathematical model method. The novelty of the developed model is characterized by the fact that it was the first one to realize the possibility of estimating the distribution of errors in determining coordinates by the technical vision system over the entire depth of its measuring space. When modeling, there are no restrictions on the relative position of the cameras and their obligatory uniformity. For the first time, the model takes into account random errors associated with both the determination of the relative orientation of the position of the cameras, and with inaccuracies in their manufacture, as well as the capabilities of the applied system calibration method. Results. The paper introduces the results of the analysis of models known from the level of science and technology for assessing the accuracy in determining the three-dimensional coordinates of objects by the technical vision system, their disadvantages are shown. The essence and main stages of transformations in the development of the model for assessing the accuracy in determining the coordinates of objects and their distribution over the measuring space by the computer vision system are disclosed. Conclusions. The model based on the set of external and internal parameters of the cameras, as well as taking into account the expected random errors in the assembly and adjustment of the measuring system, makes it possible to estimate the accuracy in determining the coordinates of objects and the geometry of the measuring space. The presented model makes it possible to evaluate the accuracy of determining the spatial coordinates of objects, the position and movement of their boundaries when using computer vision systems as part of geodetic automated measuring systems. In addition, the use of this model makes it possible to optimize the process of formulating technical requirements for video or cameras and their relative position in the course of measurements.