Энергосистемы в целом. Электростанции всех типов и подстанции. Электрификация и сети

Энергетические балансы мощности и выработки электроэнергии играют большую роль в управлении режимами электроэнергетических систем. Такие балансы необходимо составлять на всех стадиях планирования режимов. В настоящем пособии рассмотрено только оперативное планирование (на сутки вперед), которое лежит в основе работы электрических станций, электрических сетей и обеспечения потребителей электроэнергией. Учебное пособие дает алгоритм решения задачи планирования от прогнозирования графика нагрузки до принятия решений по управлению режимом при влиянии случайных факторов. Для более полного усвоения темы и закрепления знаний студенты выполняют расчетно-графическую работу «Составление балансов мощности и выработки электроэнергии в электроэнергетической системе». В связи с этим в тексте даны теоретические пояснения и методика расчетов оперативных балансов для энергосистемы c разными типами электростанций.

Учебное пособие написано на основании многолетнего опыта преподавания в вузе и результатов анализа применения теории случайных импульсных потоков для решения практических задач. Оно состоит из двух разделов. Первый раздел посвящен устойчивости электрических систем к негативным факторам. Второй раздел отображает вероятностную связь между оборудованием и эффективностью применения средств защиты для управления безотказностью электрической системы.

Целью исследования является совершенствование методики расчета потерь мощности в воздушных линиях 10 кВ. Существующие методики из-за недостатка достоверной информации о загрузке силовых трансформаторов подстанций используют расчетный максимум или одинаковый коэффициент загрузки для всех трансформаторов. Разработана методика оценки диапазона величины потерь мощности, которая учитывает то, что одна и та же мощность головного участка воздушной линии 10 кВ может создаваться различными сочетаниями нагрузок трансформаторных подстанций (ТП), подключенных к линии. Исходными данными являются: конфигурация сети и параметры схем замещения линии 10 кВ и силовых трансформаторов; ток и напряжение головного участка линии; средний коэффициент мощности для каждой ТП. По данной методике была рассчитана ВЛ-10 кВ, выполненная проводом АС-35, к которой подключены 10 подстанций 10/0,4 кВ. Рассчитаны потери мощности для 510 комбинаций значений коэффициента загрузки трансформаторов (диапазон изменений – 0,6-1,0 с шагом 0,1). Из полученного расчетного диапазона выбирались минимальное и максимальное значения. Если на головном участке данной линии полная мощность равна 1213,56 кВА, то величина потерь активной мощности лежит в интервале от 61,4 до 81,9 кВт. Также для данной линии исследовано влияние распределения нагрузки на величину и разброс потерь. В одном случае мощность первых пяти ТП полагалась 250 кВА, остальных – 100 кВА, в другом – наоборот. Можно сделать вывод, что чем ближе центр нагрузки к головному участку, тем больше интервал возможных значений потерь мощности.

Настоящая книга является четвертой частью очерков автора, продолжающей публикацию серии статей по истории российской теплоэнергетики. На основе изучения первоисточников рассмотрены технические и организационные подробности создания первой ТЭЦ в России на 3-й государственной электростанции Ленинграда. Очерчен круг участников этой работы и описаны объекты, обслуживаемые ТЭЦ (жилые дома, бани, Обуховская больница). Реализация проекта происходила под руководством инженера Гинтера Л. Л., его биография и конструкции включены в описание. В книге обсуждается дата рождения теплофикации, поскольку очерк выходит в преддверии 100-летия теплофикации в нашей стране.

Учебное пособие написано на основании многолетнего опыта преподавания в вузе и результатов анализа применения теории случайных импульсных потоков для решения практических задач. Оно состоит из двух разделов. Первый раздел посвящен устойчивости электрических систем к негативным факторам. Второй раздел отражает существующие возможности повышения вероятностных показателей отказоустойчивости системы.

Обоснована актуальность развития ветроэнергетики в России, в том числе в ее Арктической зоне. Обобщены данные о ветроэнергетических установках (ВЭУ) и энергии ветра, приведена классификация ВЭУ и информация об используемых аэродинамических профилях. Представлена методика оценки ветроэнергетического потенциала и пример ее практической реализации для Соловецкого архипелага. Рассмотрены вопросы проектирования ветропарков с помощью Windsim, а также влияния ВЭУ на окружающую среду. Представлено состояние и перспективы развития ветроэнергетики в Архангельской области и Ненецком автономном округе. Приведены исходные данные для выполнения индивидуальных заданий.

В учебном пособии изложены методологические основы построения математических моделей, используемых при исследовании физических процессов, проектировании и управлении техническими объектами. Представлены математические модели, применяемые для описания процессов в однородных протяженных линиях электропередач. Основное внимание уделено математическим моделям и методам расчета установившихся режимов электроэнергетических систем.

Пособие содержит теоретический материал, необходимый для решения задач по расчету несимметричных коротких замыканий и особых видов переходных процессов в электрических системах. Приведены примеры решения типовых задач. Дается набор задач, достаточный для освоения базового уровня подготовки по курсу «Переходные электромагнитные процессы в электрических системах».

Рассматриваются общие подходы к формированию оптимизационных моделей для анализа свойств электроэнергетических систем. Основное внимание уделено оптимизационным моделям и методам исследования операций применительно к задачам планово-экономического анализа и оптимизации режимов электроэнергетических систем, а также использованию прикладного программного обеспечения при решении задач оптимизации режимов.

В учебном пособии рассмотрены основы энергоинжиниринга и прикладные задачи менеджмента и маркетинга при создании, эксплуатации и реконструкции энерготехнологических объектов. При решении поставленных задач используется системно-процессный подход, позволяющий грамотно оценить взаимное влияние ключевых процессов энергоинжиниринга друг на друга и корректно подойти к решению задач оценки эффективности энерготехнологических процессов и объектов. В основу учебного пособия положены авторские курсы «Энергоменеджмент и маркетинг рынков энергии и энергетического оборудования в агроинженерии», «Энергосервис и энергоаудит» и «Методология бизнес-инжиниринга энергосистем сельскохозяйственного потребителя», построенные на общей концепции формирования компетентности энергоменеджеров в аграрном секторе экономики.

В монографии рассмотрены принципиальные вопросы современного состояния развития энергетики возобновляемых источников, проанализированы причины бурного роста мощности установок на основе ВИЭ в мире. Показано, что движущими силами, заставляющими государства заниматься интенсивным развитием ВИЭ, является необходимость обеспечения ресурсной безопасности, энергетической и экологической безопасности, а также социально-экономической безопасности. Детально проанализирован мировой опыт законотворческой работы по поддержке развития ВИЭ и акты, принимаемые в России. Даны технические схемы и установки по использованию отдельных видов возобновляемой энергии, методики определения их параметров. Учитывая случайно-детерминированный характер прихода энергии ВИЭ, для создания надежной системы энергоснабжения дается классификация видов и принципы аккумулирования и комплексного использования энергии ВИЭ, в том числе с использованием принципов гидравлического аккумулирования энергии ВИЭ.

Рассмотрены вопросы развития и современного состояния энергетики возобновляемых источников, проанализированы причины бурного роста мощности установок на основе ВИЭ, особенно ветровой и солнечной энергии. Детально проанализирован опыт законотворческой работы по поддержке развития ВИЭ и меры, принимаемые в России. Даются технические схемы и установки по использованию отдельных видов возобновляемой энергии, методики определения их параметров. Учитывая случайно-детерминированный характер прихода энергии ВИЭ, для создания надежной системы энергоснабжения дается классификация видов и методы аккумулирования, а также методы комплексного использования энергии ВИЭ. Подробно рассмотрены наиболее эффективные методы аккумулирования с использованием принципов гидравлического аккумулирования энергии ВИЭ.

В учебном пособии изложены методологические основы моделирования объектов и процессов при решении задач электроэнергетики. Рассматриваются три уровня представления математических моделей: микро- макро- и метауровень. Приводятся примеры моделирования основных объектов электроэнергетических систем в задачах, связанных с анализом установившихся режимов электрических сетей. Дано описание подходов к прогнозированию электропотребления и нагрузки энергосистем с использованием различных моделей. Приводятся методы построения математических моделей, выбора их структуры и вычисления параметров моделей. Примеры использования и исследования математических моделей даны в системе Mathcad.

"В учебное пособие включены электрофизические,электрохимические, оптические, ультразвуковые и электробиологические способы интенсификации традиционных процессов агроинженерного сервиса, процессов очистки и обеззараживания технологических, воздушных и водных сред, а также процессов утилизации отходов неразрывно связанных с экологомилеоративными системами сельскохозяйственного производства. Учебное пособие составлено в соответствии с рабочими программами дисциплины Энергоэффективные электротехнологии агроинженерного сервиса и природопользования"" и преднозначено для подготовки магистров по направлению 110800.68 ""Агроинженерия"". Учебное пособие также может быть использовано студентами, аспирантами и научными работниками, работающими в различных областях АПК."""

Изложены основные принципы построения математических моделей в задачах исследования физических процессов, решение задачи расчета установившихся режимов и анализа статической устойчивости электро-энергетических систем, а также задач синтеза и анализа логических схем, практические навыки использования современных методов компьютерного моделирования, в частности в программных системах Mathcad, Microsoft Excel, Electronics Workbench. Подготовлено в соответствии с основной образовательной программой подготовки бакалавра по направлениям 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и 110800 «Агроинженерия».

В книге рассматриваются методы расчета электрических нагрузок, вопросы качества электрической энергии и компенсации реактивной мощности, схемы электроснабжения объектов; излагается методика определения потерь в элементах систем электроснабжения, приведен материал, касающийся работы и расчета электрических сетей, связанный с процессом протекания электрического тока в проводах внешнего и внутреннего электроснабжения объектов.

Изложены положения по проектированию систем электроэнергетики. Рассмотрены вопросы расчета распределительных электрических сетей 0,38–35 кВ. В качестве САПР используется программа «Электроснабжение 2.2». Приведены примеры проектирования электроснабжения сельскохозяйственных и промышленных объектов.

В монографии представлены результаты исследования экосистемы водоема-охладителя Березовской ГРЭС-1 с периода его заполнения. Произведена обработка массива данных методами математической статистики с выделением факторов формирования качества воды, что, несомненно, является ценным материалом для исследователей, работающих в области прикладной экологии.

В настоящем учебно-методическом пособии рассмотрен теоретический материал по отдельным видам устройств противоаварийной автоматики, а также даны указания к выполнению лабораторных работ и расчетно-графического задания, которые уже в течение нескольких лет выполнялись магистрантами кафедры электрических станций при изучении дисциплины «Противоаварийная автоматика». Приведенный пример расчета уставок автоматики АРОЛ, а также теоретическое описание других рассматриваемых устройств помогут студентам в усвоении изучаемого курса.

Приведены задачи по расчету релейной защиты наиболее распространенных элементов энергосистем. Эти задачи в течение нескольких лет использовались на практических занятиях по дисциплине «Релейная защита и автоматика» для студентов, обучающихся по направлению «Электроэнергетика и электротехника». Примеры, приведенные в пособии, будут полезны при выполнении лабораторных и расчетно-графических работ указанного курса. Все расчеты снабжены пояснениями, которые помогут студентам в усвоении изучаемого материала. Настоящее пособие будет особенно полезно студентам заочной формы обучения.

Одной из основных задач данного пособия является закрепление у студентов знаний теоретического курса, изучаемого в первом семестре I курса. Кроме того, решение практических задач поможет лучше понять и представить физические процессы, происходящие в электрических сетях при передаче и распределении электроэнергии.

В лабораторном практикуме приводятся теоретические сведения и методики проведения лабораторных работ первого семестра изучения дисциплины «Электрические станции и подстанции» по темам: способы пуска, самозапуска синхронных и асинхронных электродвигателей, автономная работа синхронного генератора.

Рассмотрена специфика технологии основных процессов производства природного урана, его обогащения, изготовления тепловыделяющих элементов и сборок, радиохимической регенерации отработавшего ядерного топлива и обращения с радиоактивными отходами. Дана функциональная связь технологии и применяемого оборудования со строительными решениями. Приведены основные природные радиоактивные изотопы, требующие радиационного контроля при строительстве зданий и сооружений. Рассмотрены вопросы защиты окружающей среды от внешних техногенных воздействий, в том числе и от атомных станций.

Рассмотрена специфика технологии основных процессов производства природного урана, его обогащения, изготовления тепловыделяющих элементов и сборок, радиохимической регенерации отработавшего ядерного топлива и обращения с радиоактивными отходами. Дана функциональная связь технологии и применяемого оборудования со строительными решениями. Приведены основные природные радиоактивные изотопы, требующие радиационного контроля при строительстве зданий и сооружений. Рассмотрены вопросы защиты окружающей среды от внешних техногенных воздействий, в том числе и от атомных станций.

В лабораторном практикуме приводятся теоретические сведения и методики проведения лабораторных работ второго семестра изучения дисциплины «Электрические станции и подстанции» по темам: способы включения на параллельную работу и управление режимами синхронных генераторов.

Рассматриваются основные понятия и определения искусственных нейронных сетей, представлен обзор методов обучения нейронных сетей, где наибольшее внимание уделено многослойному персептрону. Показано применение традиционных и нейросетевых методов для прогнозирования электрической нагрузки и оценки потерь мощности в электрических сетях.

Рассмотрены теоретические основы, принципы организации и цели управления процессами производства, передачи, распределения электрической энергии в электроэнергетической системе, а также ее использования потребителями. Показаны элементы электроэнергетической системы, обеспечивающие протекание указанных процессов. Приведены особенности протекания процессов производства и передачи электрической энергии при реализации целей управления. Представлены инженерные методы расчета режимов электроэнергетической системы, даны численные примеры расчетов и теоретические пояснения к ним.

Рассмотрены возможности применения методов искусственного интеллекта, вероятностно-статистических методов и экспертных оценок для технической диагностики электрооборудования электроэнергетических систем с учетом их текущего технического состояния, а также управление жизненным циклом и их остаточным эксплуатационным ресурсом.

В работе представлены сведения об источниках энергии, принципиальных энерготехнологических схемах производства энергии и осуществления технологических процессов, вторичных энергоресурсах, парниковом эффекте и его возможных отрицательных последствиях, оптимальном использовании первичных двигателей, мероприятиях по снижению энергопотребления в энергоемких отраслях промышленности, эксергетическому анализу энергетических и энерготехнологических установок и некоторым пассивным методам экономии энергии.

Учебное пособие посвящено вопросам цифровизации системы «Источник энергоснабжения – сеть электропитания – электроприемник». В работе описывается использование передовых цифровых технологий в энергетике, это позволяет студенту понять современную картину автоматизации энергосберегающих процессов. Проанализированы вопросы цифровизации систем энергоснабжения объектов согласно принципам построения единого информационного пространства «интернета вещей» с использованием технологии российского стандарта МЭК 61850.

Рассмотрены различные аспекты управления качеством электроснабжения (УКЭС) в условиях неопределённости на основе развития методов многоцелевой оптимизации. Рассматриваются различные методы принятия решения, разработка адаптивных моделей УКЭС в составе технологических АСУ электроэнергетических систем, проблемы создания эффективных алгоритмов УКЭС с учетом кибернетических свойств ЭЭС и обеспечения устойчивости приближенных решений гибридных моделей УКЭС.

В достаточно полной форме рассматриваются философские и математические основания, а также методологическое содержание и прикладные следствия закона оптимального построения техноценозов. Дается современное определение техники и технической реальности в онтологическом ряду реальностей: «неживаябиологическая-техническая-гипертехническая». Показывается ключевое эволюционное значение информации. Вводится критериальная система, на основе которой делается вывод о том, что техническая реальность в настоящее время является высшей формой организации материи окружающего мира. Излагается методология рангового анализа как важнейшего инструмента исследования, управления и оптимизации больших технических систем определенного класса, базирующегося на трех основаниях: технократическом подходе к окружающей реальности как третьей научной картине мира; понятии техноценоза; негауссовой математической статистике устойчивых безгранично делимых распределений. Обосновываются критерии и алгоритмы номенклатурной и параметрической оптимизации техноценозов. Формулируется закон оптимального построения техноценозов как прямое следствие применения начал термодинамики к объектам техноценологического типа. Дается математическое обоснование закона, а также следующая из него критериально-алгоритмическая система. Как прикладное следствие закона оптимального построения техноценозов обосновывается теоретически и раскрывается содержательно методика оптимального управления электропотреблением на системном уровне. Теоретически обосновывается этап интервального оценивания, опирающийся на свойства ципфовых распределений и позволяющий выявить объекты, аномально потребляющие электроэнергию. Раскрывается методология моделирования и оптимизации процессов электропотребления. Вводятся понятия тонких процедур рангового анализа: дифлекс-анализа (на этапе интервального оценивания), GZ-анализа (на этапе прогнозирования) и ASR-анализа (на этапе нормирования потребления ресурсов).

В монографии представлены результаты экологического мониторинга основных объектов топливно-энергетического комплекса России, Казахстана, Узбекистана, Монголии, полученные с использованием ресурсов дистанционного зондирования Земли. Выявлены долговременные тренды в формировании и развитии наземных растительных и лесных экосистем на территории горно-промышленных ландшафтов, образованных в ходе разработки месторождений энергетического и каменного угля открытым способом. На территории Красноярского края и Иркутской области с использованием результатов космической съемки обследованы золошлаковые накопители восемнадцати крупных тепловых станций с угольной генерацией тепловой и электрической энергии. Для топливного сектора ТЭК с учетом географического расположения предложены технологии рекультивации породных отвалов, а для энергетических объектов разработаны технологии эксплуатации золошлаковых накопителей.

В достаточно полной форме рассматриваются философские и математические основания, а также методологическое содержание и прикладные следствия закона оптимального построения техноценозов. Дается современное определение техники и технической реальности в онтологическом ряду реальностей: «неживая — биологическая — техническая — гипертехническая». Показывается ключевое эволюционное значение информации. Вводится критериальная система, на основе которой делается вывод о том, что техническая реальность в настоящее время является высшей формой организации материи окружающего мира. Излагается методология рангового анализа как важнейшего инструмента исследования, управления и оптимизации больших технических систем техноценологического типа, базирующегося на трех основаниях: технократическом подходе к окружающей реальности как элементе третьей научной картине мира понятии техноценоза негауссовой математической статистике устойчивых безгранично делимых гиперболических распределений. Формулируется закон оптимального построения техноценозов как прямое следствие применения начал термодинамики к объектам техноценологического типа. Дается математическое обоснование закона, а также следующая из него критериально алгоритмическая система. Как прикладное следствие закона оптимального построения техноценозов обосновывается теоретически и раскрывается содержательно методика оптимального управления электропотреблением на системном уровне, включающая стандартные процедуры рангового анализа: интервальное оценивание, прогнозирование, нормирование и потенширование. Вводятся понятия тонких процедур управления электропотреблением: дифлексанализа (на этапе интервального оценивания), GZ-анализа (на этапе прогнозирования), ASR-анализа (на этапе нормирования) и ZP-анализа (на этапе потенширования). Далее раскрывается методология динамического моделирования и оптимизации процессов электропотребления, опирающаяся на уравнения закона оптимального построения техноценозов.