Электричество

Технологические и интеллектуально-цифровые инновации – основа трансформации электроэнергетических систем

Сергей Викторович Подковальников — 2025-06-26

В статье представлен комплексный анализ технологических и интеллектуально-цифровых инноваций в электроэнергетических системах Мира и России. Рассматриваются секторы электроэнергетики (генерация, хранение и передача электроэнергии, системы управления), модернизация действующего оборудования и внедрение инновационных технологий. Отмечается, что активно развиваются крупные электрогенерирующие источники, включая традиционные (атомные, тепловые, гидравлические электростанции) и новые (преимущественно на базе возобновляемых энергоресурсов), и установки малой генерации (микротурбины, газопоршневые установки и др.). Осуществляется переход от традиционных гидроаккумулирующих электростанций к новым технологиям хранения электроэнергии (электрохимические и др.). Установки хранения энергии используются в энергосистемах и локально. В электрических сетях технологический прогресс приводит к повышению напряжения и пропускной способности электропередачи и к созданию низковольтных микросетей (объединяющих потребителей, установки малой генерации и хранения электроэнергии), в т.ч. на постоянном токе. Происходит активное внедрение интеллектуально-цифровых решений в электроэнергетике с возникновением множества субъектов управления. Резюмируется, что в результате перечисленных инновационных процессов современные электроэнергетические системы трансформируются в комплексно-эффективные многосубъектные киберфизические централизованно-распределённые энергосистемы с расширенной энергоресурсной базой.

Эволюция схем распределительных устройств подстанций

Николай Валерьевич Гринев — 2025-06-26

Статья посвящена анализу эволюции схем распределительных устройств (РУ) подстанций (ПС) повышенного напряжения в стране с начала прошлого века и до наших дней. Показано влияние тенденций в развитии электроаппаратостроения, электрических сетей и энергосистем в целом на топологические и режимные особенности схем. Выявлены характерные временные этапы типизации схем, а также причинно-следственные связи изменения соответствующих технических решений. Первый этап характеризовался безраздельным доминированием схемы с двумя системами сборных шин, причем одна система шин была рабочей, а вторая резервной (начало XX в. – конец 1940 гг.). Второй этап ознаменовался повсеместным внедрением для указанной схемы обходных систем шин и переходом в ней к режиму фиксированных присоединений (вторая половина 1940 – конец 1960 гг.). Третий этап характеризовался внедрением кольцевых схем для крупных электростанций и ПС в основных электрических сетях 330–500 кВ (вторая половина 1960 – начало 1970 гг. и до конца ХХ в.). Четвёртый, нынешний, этап связан с повсеместным применением элегазовых выключателей, что привело к упрощению схем и одновременно снизило их унификацию за счет чрезмерного увеличения количества последних. Приведены результаты многофакторного анализа текущего множества типовых альтернативных схем РУ ПС с учетом аспектов надежности, экономичности, удобства эксплуатации, экологичности и компактности. Доказана целесообразность глубокой унификации ряда схем, включая выбор наиболее предпочтительных решений. Рекомендовано расширить области применения кольцевых схем на электроустановки всех классов повышенного напряжения.

Симметрирование нормального режима в четырёхпроводных трёхфазных линиях сверхвысокого напряжения

Герман Иванович Самородов — 2025-06-26

Традиционные одноцепные линии сверхвысокого напряжения переменного тока, широко используемые во всём мире, характеризуются существенным недостатком: при возникновении наиболее вероятных однофазных устойчивых отказов линия отключается полностью. В статье рассматривается четырёхпроводная трёхфазная линия (ЧТЛ), одна фаза которой выполняется в виде двух полуфаз. Любая из полуфаз в аварийных режимах используется как резервная фаза, а в средней части других фаз для симметрирования режима и повышения пропускной способности включены устройства продольной компенсации (УПК). ЧТЛ обладает повышенной надёжностью, позволяя при устойчивых отказах перейти на работу в послеаварийном режиме с возможностью передачи не менее 50 % мощности исходного максимального режима. УПК, исключающие продольную несимметрию, могут располагаться не только в средней части линии, но и по её концам. Управляемые шунтирующие реакторы (УШР), снижающие поперечную несимметрию, размещаются по концам полуфаз. Задача симметрирования нормального режима состоит в определении параметров симметрирующих устройств (УПК и УШР) в зависимости от длины ЧТЛ и её конструктивных особенностей. Разработан алгоритм, позволяющий найти параметры симметрирующих устройств, обеспечивающих уровень несимметрии в допустимых пределах. Применительно к ЧТЛ напряжением 500 кВ заданной конструкции предложены простые соотношения для расчета параметров симметрирующих элементов в зависимости от длины линии.

Моделирование скин-эффекта в сталеалюминиевых проводах

Вадим Зиновьевич Манусов — 2025-01-30

В воздушных линиях электропередачи из сталеалюминевых проводов часть потерь активной мощности обусловлена высшими гармоническими составляющими тока. Это отражается в искажении синусоиды тока и вытеснении тока к поверхности проводника с повышением частоты (скин-эффект). Наряду с этим, повышение частоты в электрических и автономных системах электроснабжения (например, до 400 или 800 Гц) целесообразно для существенного снижения массогабаритных характеристик, особенно у мобильных объектов. В статье приведены математические модели и результаты моделирования методом конечных элементов с учётом влияния температуры коэффициентов увеличения активного сопротивления от скин-эффекта. Сравнительный анализ показал возможность использования аналитического метода определения сопротивления сталеалюминевых проводов с учётом высших гармонических составляющих тока. Рассмотрено два метода для получения аналитических характеристик коэффициентов скин-эффекта в проводах линий электропередачи. Показано, что многожильный провод можно рассматривать как «эквивалентный» однородный (моножильный) в случае, если объём содержания стали не превышает 25 % общего объёма.

Формирование группового алгоритма дистанционного определения места повреждения воздушной ЛЭП с использованием методов машинного обучения

Андрей Анатольевич Яблоков — 2025-05-29

Статья посвящена анализу возможности повышения точности дистанционного определения места повреждения (ДОМП) воздушных линий электропередачи с использованием методов машинного обучения. Предложены два подхода: адаптивный выбор оптимального метода для конкретных условий аварийного режима и взвешенное усреднение результатов с вероятностными весами. Проанализированы погрешности 11 односторонних и 19 двухсторонних методов ДОМП, выявлены их слабые стороны в зависимости от различных влияющих факторов. Сформирована обучающая выборка на основе имитационного моделирования линии 500 кВ. Для обучения выбраны модели Time Series Forest (TSF) и Hydra Classifier, из которых TSF показала более высокую эффективность. Модель корректно определяет наилучший метод ДОМП в 57 % случаев для односторонних и 71 % – для двухсторонних методов. Взвешенное усреднение снизило приведенную погрешность ДОМП: для односторонних методов в 99 % случаев она не превысила 2,5 %, для двухсторонних – 95 % случаев с погрешностью до 1 %. Сравнение с традиционным усреднением и отдельными методами ДОМП подтвердило преимущество машинного обучения в адаптации к изменяющимся условиям аварийного режима. Все численные результаты получены с применением синхронизированных векторных измерений в качестве аварийных значений тока и напряжения. Применение представленных подходов наиболее актуально для централизованных систем ДОМП, поскольку они позволяют реализовывать множество методов ДОМП.

СВЧ-установка для нагрева компаундов

Антон Сергеевич Сивак — 2025-06-26

На основе математического моделирования определены режимы СВЧ-нагрева эпоксидного компаунда для интенсификации процесса его отверждения при получении высокоэнергетических радиопоглощающих композитов. Решение уравнений электродинамики и теплопроводности выполнялось с помощью метода конечных элементов, который был реализован в программе COMSOL Multiphysics. Это позволило решать уравнения в трехмерной постановке с учетом свойств компаунда и их изменения в процессе СВЧ-нагрева. В статье приведены результаты численных исследований распределения температурных и электрических полей в эпоксидном компаунде в зависимости от режимов нагрева. Установлено, что СВЧ-камера с волноводно-щелевыми излучателями позволяет получить равномерное распределение электрического поля и равномерный нагрев эпоксидного компаунда за счет распределения удельной мощности по всей длине рабочей камеры. Предложена конструкция СВЧ-установки методического действия, обеспечивающая равномерный нагрев эпоксидного компаунда, для интенсификации процесса отверждения при получении высокоэнергетических радиопоглощающих композитов. В установке используется двухстороннее питание с подключением к двум СВЧ-генераторам для увеличения производительности и равномерности нагрева объекта. Разработанная конструкция СВЧ-установки методического действия с системой автоматического регулирования параметров обработки может быть применена для нагрева жидких компаундных систем с диэлектрическими показателями, близкими к эпоксидной смоле.

Области функциональных состояний в задачах управления электротехническими системами

Александр Васильевич Саушев — 2025-06-26

Статья посвящена морфологическому анализу технических состояний электротехнических систем. На основе анализа вводятся в рассмотрение области функциональных состояний, информация о которых используется для решения задач управления состоянием электротехнических систем. Показано, что в литературе отсутствует однозначное толкование важнейших понятий, связанных с категорией «состояние». Рассмотрены параметры электротехнических систем. Приводится классификация видов состояний, основанная на действующих стандартах. Введены в рассмотрение области функциональных состояний для задач параметрического и структурного управления, направленных на обеспечение работоспособности и живучести электротехнических систем. Получено аналитическое описание областей работоспособности и работоспособного функционирования, основанное на применении теории логических R-функций, инвариантное форме области и размерности задачи. На конкретных примерах рассмотрено применение аналитического описания областей функциональных состояний для решения задач параметрического и структурного синтеза. При этом задача структурного синтеза сводится к предупредительному управлению элементами судовой электроэнергетической системы, обеспечивающему живучесть электростанции и всего судна в целом.

Школа российской электроэнергетики Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого – 125-летний путь от Электромеханического отделения к Институту энергетики

Виктор Валентинович Барсков — 2025-08-07

Статья посвящена истории развития школы электроэнергетики и электротехники в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого, начиная с его образования в 1899 г. до настоящего времени. Даны краткие исторические сведения о периоде создания университета, его устройстве и структуре, а также основных этапах его реорганизаций, реформирований и переименований, дополненные историческими фотографиями. В представленный материал авторами включены краткие биографии выпускников и сотрудников Электромеханического отделения (факультета) СПбПУ. Приведены основные научные достижения выдающихся ученых России, заложивших основы и развивавших электроэнергетику от основания университета до наших дней. По кругу рассматриваемых научных, технологических и инженерных проблем этот период охватывает развитие электротехники от плана ГОЭЛРО до технологий цифровых двойников и искусственного интеллекта. Авторы сделали попытку упомянуть в работе небольшого объема наиболее ярких и талантливых исследователей, которые получили высшее образование, защитили докторские или кандидатские диссертации в стенах СПбПУ, а также тех, чья научная и педагогическая деятельность связана с СПбПУ, кто получил признание отечественного и мирового научных сообществ, академиков и членов-корреспондентов Российской Академии Наук.