Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність

Дослідження системної оптимізації та стратегічного шляху енергетичної безпеки Китаю з точки зору нових досягнень в електротехніці

Дмитро Олексійович Данильченко — 2025-07-09

У статті представлено комплексне дослідження енергетичної безпеки Китаю з техніко-економічної точки зору, з урахуванням сучасних викликів і стратегічних цілей енергетичного переходу. Основна увага приділена кількісному аналізу структурних проблем, що загрожують стабільності енергетичної системи. Зокрема, на основі даних 2023 року встановлено, що структура енергоспоживання залишається залежною від викопного палива: частка вугілля становить 56,4 %, а імпортна залежність нафти — 72,6 %. Крім того, виявлено ймовірність перевантаження електричних мереж за екстремальних погодних умов на рівні 7,3 %, що вказує на вразливість системи до кліматичних змін. У дослідженні змодельовано ефективність впровадження технологій Smart Grid, які дозволили підвищити ефективність передавання енергії надвисокою напругою на 18 %. Також зафіксовано приріст сукупної потужності віртуальних електростанцій на 40 % і підвищення внутрішньої норми доходності систем зберігання енергії на базі літієвих акумуляторів до 8,7 %. З погляду довгострокового стратегічного планування, запропонована модель мультиенергетичних потоків оцінює вартість транспортування 500 км зеленого водню на рівні 35 юанів/кг, а також формує стандартизований механізм компенсації потужності (0,08 юанів/кВт). Емпіричні результати підтверджують доцільність таких заходів: рівень відмови від нових ліній електропередавання у північно-західних регіонах знижено до 3,2 %, а впровадження систем зберігання енергії потужністю 12 ГВт у дельті Янцзи дозволило зменшити пікове навантаження на 15 %. Також продемонстровано, що собівартість виробництва водню з офшорної вітроенергетики досягла 0,3 юаня/кВт·год, або 35 юанів/кг з урахуванням ринкових тарифів на електроенергію. У статті запропоновано стратегічні заходи для забезпечення енергетичної безпеки, зокрема інвестиції в науково-технічні розробки у розмірі 0,8 % ВВП, модернізацію електромереж з обсягом фінансування у 4,2 трильйона юанів на найближчі 10 років, а також створення адаптивної системи політичного моніторингу. Надані результати формують основу для системного електротехнічного підходу до забезпечення енергетичної стійкості Китаю в умовах глобальних трансформацій.

Підвищення точності вимірів електричних величин у мережах Обленерго

Ігор Васильович Хоменко — 2025-07-09

У статті розглянуті питання підвищення точності та достовірності вимірів електричних величин в галузі електроенергетики. Високовольтний вимірювальний тракт складається з трансформаторів струму, напруги та вимірювальних приладів. Запропоновано, в якості вимірювальних трансформаторів використовувати оптичні трансформатори струму та напруги. Розглянуті переваги використання оптичних трансформаторів, та їх основні принципи функціонування. Суттєвими перевагами цих пристроїв є те що вони працюють з миттєвими значеннями струмів та напруг. Розглянуто питання модернізації вимірювального пристрою індикатора параметрів енергоспоживання, що розробляється на кафедрі передачі електричної енергії Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут»з 2005 року. Показано, що індикатор параметрів енергоспоживання являє собою інтелектуальну систему, що складається з двох підсистем інформаційної та вимірювальної. Основні вимоги до вимірювальної частини передбачають реалізацію функцій контролю та обліку електроенергії у трифазних мережах змінного струму. Крім того, вимірювальний модуль повинен забезпечувати індикацію контрольованих параметрів, підтримувати функції задання параметрів, приймання інформації через інтерфейс EIA-485, а також зберігання отриманих даних. Інформаційна частина вимірювального приладу реалізується з підтримкою стандарту ITU-T G.984 (включаючи FXS), при цьому міжмережеве з’єднання між WAN та LAN інтерфейсами має функціонувати як у режимі комутатора, так і маршрутизатора. Представлено вимоги до технічної продуктивності індикатора параметрів енергоспоживання. Керування вимірювальним пристроєм здійснюється відповідно до стандартного протоколу управління OMCI згідно з рекомендацією ITU-T G.984, з урахуванням положень G.988. В індикатор параметрів енергоспоживання повинен бути вмонтований блок обмеження потужності. Приведено вимоги до надійного використання вимірювального пристрою.

Дослідження квазістаціонарних режимів роботи тягового приводу на основі синхронно-реактивного двигуна з постійними магнітами

Олександр Миколайович Штомпель — 2025-07-09

У роботі аналізуються квазистаціонарні процеси в тягових електроприводах вагонів метрополітену з використанням математичних моделей синхронних реактивних двигунів з постійними магнітами. Ці моделі були адаптовані для моделювання в MATLAB SIMULINK відповідно до загальних методологій. Такий підхід спрощує процес моделювання за рахунок використання перевірених математичних уявлень напівпровідникових компонентів, доступних у вигляді стандартних бібліотечних блоків у середовищі моделювання. Розглядається розробка імітаційної моделі для визначення робочих параметрів тягового приводу вагонів метрополітену від синхронно-реактивного двигуна з секціонованими та несекціонованими постійними магнітами, яка дозволяє визначити рівень вищих гармонік фазного струму двигуна, а також параметри, що визначають роботу напівпровідникових ключів в інверторі: струм, середнє та максимальне значення струму, що протікає через IGBT-транзистор, а також максимальне значення напруги на IGBT у різних режимах роботи. Запропоновано для проведення порівняльного аналізу результатів дослідження представити результати у відносних одиницях. У якості базового струму використано номінальне значення фазного струму , а базова напруга – лінійна напругу статора тягового двигуна. Встановлено, що при частоті широтно-імпульсної модуляції понад 1200 Гц амплітуди вищих гармонік, як у тяговому, так і в гальмівному режимах, не перевищують 10 % від ефективного значення фазного струму для двигуна з секціонованим ротором та 12 % для двигуна з несекціонованим ротором. Використання сучасних IGBT-транзисторів, які дозволяють реалізувати широтно-імпульсної модуляції на частотах до 1500 Гц, робить вплив вищих гармонік на роботу двигуна мінімальним, оскільки їх значення можна порівняти з точністю інженерних розрахунків. Однак, при використанні низькочастотних IGBT транзисторів з частотою широтно-імпульсної модуляції до 1000 Гц необхідно враховувати вплив струмів вищих гармонік. Ці закономірності слід враховувати для оптимізації роботи тягового приводу вагонів метрополітену.

Дослідження фазових реактивних опорів трансформаторів спеціального призначення в процесі діагностики системи збудження електромагнітного поля розсіювання

Володимир Васильович Зіновкін — 2025-07-09

Дослідження фазових реактивностей спеціалізованих трансформаторів було проведено для діагностики систем збудження електромагнітного розсіювання. Особлива увага приділяється оцінці технічного стану енергетичних трансформаторів, що живлять енергоємні технологічні комплекси, оскільки струм і напруга в них змінюються за складними періодичними законами, що призводить до асиметричних режимів та аварій. Для підвищення надійності трансформаторного обладнання виникла потреба у розробці спеціалізованих мікропроцесорних та програмних засобів для автоматизованого аналізу та запобігання відмовам. Аналіз аварійності показав, що найчастіше пошкоджуються системи збудження електромагнітного розсіювання. Запропоновано методику дослідження фазових опорів короткого замикання силових трансформаторів зі складними гальванічними з’єднаннями обмоток без розбирання бака. Мета дослідження – отримати достовірну інформацію про поточний технічний стан обмоток трансформатора на основі виміряних зовнішніх параметрів. Наукова новизна полягає у встановленні аналітичних залежностей між міжфазними опорами короткого замикання та фазовими опорами. Розроблений алгоритм програми для автоматизованого аналізу стану обмоток був реалізований на “Turbo Pascal”. Експериментальні дослідження на трансформаторі ТРДН-63000/150/35 підтвердили точність методики та виявили деформацію обмотки низької напруги. Основними причинами пошкоджень обмоток є обвуглювання та полімеризація міжвиткової ізоляції через надмірне електричне навантаження. Запропонований метод дозволяє визначати деформації без розбирання трансформаторів, що доцільно використовувати в багатопараметричних системах діагностики для запобігання аваріям. Необхідно продовжити дослідження для інтеграції цього підходу з іншими методами діагностики та автоматизації. Методика може бути використана для багатообмоткових трансформаторів зі схемою з’єднання обмоток «зірка-трикутник-трикутник».

Комп’ютерна симуляція розвитку аварії на Чорнобильській АЕС із застосуванням інтерактивного тренажера-симулятора

Костянтин Юрійович Бровко — 2025-07-09

Розглянуто процес створення математичної моделі та інтерактивного комп’ютерного тренажера-симулятора, призначених для відтворення динаміки розвитку аварії на Чорнобильській атомній електричній станції. Основною метою дослідження є ідентифікація ключових фізичних факторів, які призвели до катастрофічного розгону реактора, з подальшим використанням результатів моделювання у навчальних і дослідницьких цілях. У рамках роботи було реалізовано комплексну інтегровану модель, яка охоплює нейтронну кінетику з урахуванням запізнілих нейтронів, змін реактивності через паровий ефект та переміщення регулюючих стрижнів, баланс концентрації ксенону-135, а також теплогідравлічні характеристики активної зони. Симуляція реалізована за допомогою чисельних методів інтегрування з адаптивним часовим кроком, що дозволило відтворити деталі аварійного процесу з високою точністю. Візуалізація динаміки параметрів, таких як потужність, температура, тиск і положення стрижнів, виконана за допомогою веб-бібліотеки з частотою оновлення 60 кадрів за секунду. Верифікація моделі показала відповідність результатів історичним даним із точністю понад 93 % для основних параметрів, включаючи момент досягнення пікової потужності та значення температури й тиску. Порівняльний аналіз із наявними літературними джерелами засвідчив, що запропонований підхід має переваги над класичними одновимірними моделями, які не враховують комбіновану дію кількох фізичних факторів. Практична цінність розробки полягає у створенні ефективного навчального інструменту для підготовки оперативного персоналу атомної електричної станції, що дозволяє аналізувати критичні сценарії, виявляти ефективні точки втручання та вивчати наслідки помилкових дій. Обмеженням моделі є відсутність просторового розподілу параметрів у реакторі та спрощення термогідравлічних залежностей, що планується врахувати в подальших дослідженнях.

Спосіб реалізації цифровізації релейного захисту та автоматики для електроенергетичних об'єктів розподілення з напругою 6-10 кВ

Дмитро Олексійович Данильченко — 2025-07-09

У статті представлено нову концепцію проектування централізованої багатоканальної системи управління середньовольтовими розподільними пристроями, основна інновація якої полягає в інтеграції алгоритмів первинної та резервної релейної захисту в обчислювальну інфраструктуру підстанції, а саме в резервний або дублюючий серверний блок, відомий як Front-End Controller. Ця архітектура спрямована на підвищення економічної ефективності та практичної експлуатації рішень з релейного захисту та автоматизації для енергетичних компаній та операторів електромереж. Запропонований підхід особливо застосовний до найпоширеніших типів розподільних мереж середньої напруги, а також до систем електропостачання на промислових підприємствах. Завдяки переміщенню логіки захисту з розподілених апаратних реле до центрального обчислювального вузла, система забезпечує більш гнучке впровадження сучасних адаптивних алгоритмів релейного захисту та автоматизації, що полегшує їх інтеграцію в сучасну енергетичну інфраструктуру. Крім того, це рішення сприяє впровадженню технологій, що відповідають стандарту IEC 61850, забезпечуючи взаємодію та стандартизацію між системами автоматизації. У статті наведено детальну оцінку надійності та експлуатаційних характеристик запропонованої централізованої системи релейного захисту та автоматизації, яка призначена для виконання всіх основних функцій захисту середньовольтних розподільних пристроїв, включаючи захист ліній та шин. Крім того, в роботі описано архітектуру системи управління, охарактеризовано її основні компоненти та оцінено продуктивність центрального контролера. Показано, що обчислювальні вимоги такого контролера для типової розподільної підстанції середньої напруги залишаються в межах діапазону продуктивності сучасних контролерів, сумісних з SCADA, що постачаються провідними виробниками автоматики в електроенергетичному секторі. Результати підкреслюють доцільність переходу до централізованих архітектур захисту без шкоди для функціональної цілісності або швидкості реагування системи.

Прогнозування викидів діоксиду вуглецю (CO₂) з газотурбінних установок за допомогою моделей машинного навчання

Дмитро Володимирович Дорошенко — 2025-07-09

У роботі розглядається застосування методів машинного навчання, зокрема моделей XGBoost та Random Forest, для прогнозування рівня викидів вуглецю оксиду (CO₂) з газотурбінного обладнання. Точне передбачення рівня шкідливих викидів є критично важливим завданням у контексті забезпечення енергетичної безпеки та досягнення екологічної стійкості. У дослідженні використано реальний набір даних, зібраний у Туреччині упродовж 2011–2015 років, що містить понад 36 тисяч записів щогодинного моніторингу технічних та атмосферних параметрів газотурбінної установки. З метою покращення якості моделювання було проведено попередню обробку даних, що включала очищення, аналіз кореляції ознак та стандартизацію числових значень. На основі обраних параметрів побудовано дві регресійні моделі: XGBRegressor та RandomForestRegressor, які продемонстрували високу точність при оцінюванні результатів. Найкраще значення коефіцієнта детермінації склало 0,742 для моделі Random Forest, що вказує на її ефективність у відтворенні залежностей між технічними параметрами установки та рівнем викидів CO₂. Аналіз важливості ознак показав, що найбільший вплив на рівень емісій мають параметри, пов’язані з температурними режимами турбіни, тоді як зовнішні атмосферні умови відіграють другорядну роль. Отримані результати мають практичне значення для енергетичної галузі, оскільки можуть бути використані для моніторингу викидів, планування модернізації енергетичних об’єктів, обґрунтування екологічної політики та вибору оптимальних режимів експлуатації устаткування. Впровадження подібних моделей у промислову практику сприятиме зменшенню викидів парникових газів, підвищенню ефективності енергоспоживання та реалізації національних стратегій сталого розвитку. Дослідження підтверджує, що застосування сучасних аналітичних інструментів на основі машинного навчання може зробити вагомий внесок у забезпечення екологічної та енергетичної безпеки країни.

Дослідження впливу режимів роботи живильної мережі на величину мертвої зони струмової відсічки

Олександр Васильович Дяченко — 2025-07-09

У статті детально аналізуються аспекти релейного захисту в сучасних електроенергетичних системах, зокрема використання струмового захисту як одного з основних методів забезпечення безпеки та надійності ліній електропередач. Релейний захист є ключовим елементом для своєчасного виявлення аварій, точного локалізування пошкоджених ділянок та швидкого відключення для запобігання поширенню аварії. Зокрема, струмова відсічка забезпечує оперативне відключення елемента мережі при досягненні струмом певного порогового значення, що ефективно діє при сильних коротких замиканнях поблизу джерела живлення. Однак одним із значних недоліків цього методу є його залежність від конфігурації та режиму роботи живильної мережі, що може призвести до збільшення мертвих зон, зниження селективності та зменшення чутливості захисту. У статті також розглядається застосування струмової відсічки та автоматичного повторного включення, що дозволяє не лише ефективно локалізувати пошкодження, а й мінімізувати час простою ліній. Автоматичне повторне включення є важливим елементом для швидкого відновлення живлення в разі тимчасових аварій, що особливо актуально для повітряних ліній, де часто спостерігаються короткочасні пошкодження. Крім того, у статті аналізуються впливи різних режимів роботи живильної мережі на ефективність струмового захисту, зокрема на розміри мертвих зон. Розрахунки показали, що в мінімальних режимах роботи системи мертва зона може збільшуватися вдвічі, що значно знижує ефективність струмового захисту. У статті також акцентується увага на тому, що для підвищення надійності захисту в таких умовах слід використовувати адаптивні методи, зокрема дистанційний захист. Результати досліджень, які автори виклали у статті, мають важливе значення для удосконалення існуючих методів релейного захисту, підвищення ефективності локалізації аварій та мінімізації часу відключення ліній, що є необхідним для забезпечення стабільної роботи енергетичних систем навіть у складних умовах експлуатації. Зокрема, підвищення чутливості та селективності захисту при змінних режимах роботи мережі дозволяє значно покращити стабільність функціонування енергосистем у всіх умовах, що є важливим кроком до покращення надійності та безпеки енергетичних мереж в умовах сучасних викликів.

Перспективи інвестицій у розвиток відновлювальної енергетики на прикладі Німеччини

Олександр Анатолійович Коваль — 2025-07-09

Робота присвячена дослідженню інвестиційних процесів в галузі генерації електроенергії Німеччини, зокрема - в сфері відновлювальних джерел енергії. Робота надає комплексний аналіз інвестицій у різні сектори зеленої енергетики Німеччини, зокрема, фотовольтаїку, вітрову енергетику та гідроенергетику, на основі детальних статистичних даних, що дозволяє чітко простежити тенденції та їх зміни за останні два десятиліття. У роботі досліджуються не лише обсяги фінансування, але й фактори, які впливають на розподіл інвестицій між різними відновлювальними джерелами енергії. Особлива увага приділяється виявленню причин зростання інвестицій у фотовольтаїку та вітрову енергетику, а також аналізу проблем, пов’язаних із розвитком гідроенергетики через обмежену кількість локацій для нових об’єктів. Визначені основні фактори, які впливають на зростання ризиків для стабільного та доступного енергозабезпечення населення, промисловості та транспорту. Визначені необхідні зміни в напрямках, принципах та джерелах інвестування в електрогенерацію на прикладі Німеччини. Виявлені сильні та слабкі сторони німецького досвіду інвестицій у відновлювальні джерела енергії. Проаналізовано на основі статистичних матеріалів поточний стан, перспективи та потенційні ризики інвестиційного процесу на ринках електроенергії Німеччини. В роботі враховано як історичних досвід, так і поточний досвід як позитивних зрушень в галузі енергозабезпечення, так і негативний в частині проблемних подій не тільки в Німеччині, але й в Європі в цілому, в тому числі регіональні та національні випадки блекаутів, які були викликані недоліками балансування енергосистем, які, в свою чергу, були обумовлені державною політикою в галузі генерації, транспортування та обробки електроенергії.

Експериментальне обґрунтування схеми заміщення трижильного силового кабелю з паперовою імпрегнованою ізоляцією для випадку резистивного заземлення однієї із жил

Іван Олександрович Костюков — 2025-07-09

Стаття присвячена експериментальному обґрунтуванню схеми заміщення трижильного силового кабелю з паперовою імпрегнованою ізоляцією в спільній металевій оболонці у випадку резистивного заземлення однієї із жил кабелю, що використовуються при застосуванні одного з методів вимірювання індивідуальних значень електричної ємності та тангенса кута діелектричних втрат шарів ізоляції між жилами силового кабелю. Проведене експериментальне обґрунтування було засноване на порівнянні результатів розрахунку сукупних значень електричної ємності для розглянутої схеми заміщення із результатами вимірювання, отриманими із застосуванням вимірювача імітансу з 2 клемами на двох різних частотах прикладеної тестової напруги. При розрахунку сукупних значень ємності для схеми із резистивним заземленням однієї із жил використовувались значення часткових ємностей, попередньо отримані із застосуванням відомих методик обстеження трижильних силових кабелів, що засновані на застосуванні сукупних вимірювань. Порівняння результатів розрахунку сукупних значень електричної ємності для схем заміщення ізоляції кабелю із резистивним заземленням однієї із жил з результатами вимірювань засвідчило можливість застосування розглянутої в статті схеми заміщення. Отримані результати можуть бути використані при контролі технічного стану ізоляції трижильних силових кабелів за параметрами тангенса кута діелектричних втрат та електричної ємності. Застосування розглянутого в статті методу контролю не вимагає врахування впливу додаткової складової паразитної індуктивності у схемі вимірювання на результати визначення параметрів діелектрика та є альтернативою відомим методам контролю, що засновані на застосуванні прямих та сукупних вимірювань.

Способи формування систем рівнянь при визначенні параметрів діелектричної абсорбції ізоляції трижильних силових кабелів із застосуванням сукупних вимірювань

Іван Олександрович Костюков — 2025-07-09

Стаття присвячена огляду способів формування систем рівнянь при визначенні часткових ємностей та індивідуальних значень тангенса кута діелектричних втрат шарів ізоляції трижильних силових кабелів з паперовою імпрегнованою ізоляцією в спільній металевій оболонці. Наведено способи з’єднання металевих елементів конструкції силового кабелю при вимірюванні сукупних значень ємності та тангенса кута діелектричних втрат, що використовуються при формуванні систем рівнянь. Проведено аналітичний огляд найбільш поширених методів контролю, що використовуються при оцінюванні ступеню старіння паперової ізоляції трижильних силових кабелів. Наведено порівняльний аналіз основних особливостей методів визначення індивідуальних значень електричної ємності та тангенса кута діелектричних втрат із застосуванням прямих та сукупних вимірювань. Показано, що із врахуванням необхідності проведення контролю в широкому частотному діапазоні, зменшується ефективність застосування існуючих способів усунення впливу паразитних ємностей на результати вимірювань. При застосуванні автокомпенсаційних перетворювачів імпедансу в напругу таке зменшення пов’язано із зниженням коефіцієнта підсилення операційного підсилювача а у випадку застосування вимірювачів імітансу з трьома клемами з виникненням резонансних явищ в об’єкті контролю внаслідок збільшення його паразитної індуктивності через застосування додаткової клеми вимірювача імітансу. Запропоновано спосіб оцінювання індивідуальних значень тангенса кута діелектричних втрат із застосуванням сукупних вимірювань, що полягає у вимірюванні провідності ізоляційних проміжків, що, після попереднього визначення часткових ємностей ізоляції, дозволяє визначити її тангенс кута діелектричних втрат шляхом застосування відповідного виразу для неідеального конденсатора з діелектричними втратами.

Метод оптимального заряджання електромобілів з урахуванням впливу на розподільчі мережі, трансформатори та якість електроенергії

Валерій Станіславович Ноздренков — 2025-07-09

Зростання популярності електромобілів та їх широке впровадження у повсякденне життя створює низку технічних та експлуатаційних викликів для електричних розподільчих мереж, особливо для їх критичних компонентів, таких як розподільчі трансформатори. Високі пікові навантаження, спричинені неконтрольованим процесом заряджання електромобілів, можуть призводити до перевантаження та зниження терміну служби обладнання, що в результаті збільшує витрати на утримання та модернізацію інфраструктури. В даній статті розглянуто та запропоновано практично орієнтований метод оптимального заряджання електромобілів, який базується на комплексному підході із використанням нечіткої логіки. Цей підхід дозволяє детально оцінити вплив зарядних процесів на розподільчі мережі, включаючи аналіз гармонічних спотворень напруги, температурних умов експлуатації та змінного рівня навантаження на трансформатори. У дослідженні розглядаються різні сценарії заряджання: заряджання на вимогу, заряджання у непіковий період та комбінований режим із застосуванням технології двонаправленого обміну енергією між електромобілем та домівкою. За результатами аналізу показано, що оптимізація графіків заряджання суттєво знижує ризик перевантаження мереж та трансформаторів, зменшує швидкість їх старіння, забезпечує більш високу якість електроенергії та дозволяє уникнути або значно скоротити фінансові витрати на модернізацію електроенергетичної інфраструктури. Запропонований метод враховує локальні умови експлуатації, що дозволяє ефективно впроваджувати його в реальні системи розподілу електроенергії, адаптуючи до індивідуальних потреб користувачів та особливостей мереж.

Адаптивне трьохпозиційне керування вентиляцією в приміщеннях енергетичних підприємств із ризиком накопичення вибухонебезпечних газів

Валерій Станіславович Ноздренков — 2025-07-09

У статті розглядається методика трьохпозиційного дискретного керування вентиляційною системою приміщень енергетичних підприємств із підвищеним ризиком утворення вибухонебезпечного газового середовища. Основну увагу приділено двом типовим джерелам газоутворення: метану – у приміщеннях із газовими електрогенераторами, та водню – в акумуляторних залах, що утворюється під час заряджання свинцево-кислотних батарей. Запропоновано підхід до переходу від двопозиційного («On-Off») до трьохпозиційного керування вентиляційним приводом на основі адаптаційної характеристики, отриманої для ПІД-регулятора з заданими параметрами. Реалізація керування здійснюється за допомогою асинхронного електродвигуна зі схемою перемикань «зірка–трикутник–вимкнено», що дозволяє дискретно змінювати режим роботи витяжної вентиляції. Автоматизація системи передбачає використання пристрою інтернету речей з функціями підключення до локальної інформаційно-керуючої мережі, контролем температури та наявності полум’я, а також передачі даних за допомогою промислового протоколу ModBus TCP. Моделювання функціонування системи виконано в середовищі MATLAB Simulink, де реалізовано підсистему адаптивної характеристики, її перетворення у трьохпозиційний керуючий сигнал і динамічну модель поведінки системи вентиляції при змінній концентрації газів. Отримані результати демонструють стабільну роботу вентиляції, ефективне зниження концентрацій вибухонебезпечного газу, а також зменшення енергоспоживання за рахунок оптимізації режимів роботи вентилятора. Запропонована методика дозволяє адаптувати класичні алгоритми керування до умов дискретного режиму роботи виконавчих механізмів, а також інтегрувати вентиляційні підсистеми в сучасну інфраструктуру автоматизованого об’єкта енергетичного комплексу.

Дослідження доцільності застосування накопичувачів електричної енергії в електричних мережах України

Галина Вікторівна Омеляненко — 2025-07-09

Проведено дослідження, яке дозволило обґрунтувати доцільне застосування накопичувачів електричної енергії в електричних мережах України. Актуальність цього дослідження обумовлено впровадженням в електричні мережі України відновлювальних джерел енергії, що сприяє необхідності в акумулюванні електричної енергії. Для знаходження шляхів реалізації цієї проблеми виконано аналіз маховикових, надпровідникових індуктивних накопичувачів електричної енергії, акумуляторів великої потужності та суперкондансаторів. Розглянуто їх особливості роботи, переваги та недоліки. З аналізу переваг, недоліків та особливостей роботи накопичувачів електричної енергії слідує, що доцільно визначити оптимальну сферу застосування для кожного з них та виявити їх відповідність існуючій в електричних мережах проблемі. Проведений аналіз дозволив це зробити і обґрунтувати оптимальну сферу застосування кожного виду накопичувача, а також виявити їх відповідність віршувальній в електричних мережах проблемі. Для підвищення енергоефективність мережі за рахунок оптимізації процесів виробництва і споживання електроенергії розроблені схеми підключення накопичувачів електричної енергії, а саме схема, яка враховує категорії надійності споживачів та схема, яка враховує наявність в мережах відновлювальних джерел енергії. Запропоновані схеми підключення накопичувачів електричної енергії дозволяють відмовитися від великих резервних генеруючих електростанцій при збереженні режимної надійності мережі. Для застосування доцільного виду накопичувача електричної енергії під час вирішення тієї чи іншої проблеми сформовано структурну модель відповідності виду накопичувача вирішуваній проблемі. Застосування сформованої структурної моделі дозволить покращити показники якості електричної енергії, режимної надійності мережі та енергоефективність електричної системи в цілому.

Створення систем електроживлення з використанням детандер-генераторних агрегатів

Микола Вілійович Пастухов — 2025-07-09

Використання технологій, які спрямовані на підвищення енергоефективності та енергонезалежності технологічних процесів, є ключовим напрямом розвитку нафтогазової промисловості. Для об’єктів газової інфраструктури можливе використання енергії, яка вивільняється при редукуванні газового потоку. Для цього використовуються установки на основі турбодетандерів. Їх використання для генерування електроенергії дозволяє забезпечити електроживлення споживачів об’єкту газової інфраструктури та скоротити або відмовитися від споживання газу для технологічних процесів. З метою підвищення енергонезалежності об’єктів газової інфраструктури доцільно використання резервних джерел живлення. Для цих цілей запропоновано використання когенераційних установок на основі газопоршневих двигунів. Їх використання не потребує дизельного пального, що зменшує експлуатаційні витрати. Теплова енергія, яка виділяється при роботі когенераційної установки, може використовуватися у технологічних процесах об’єкту газової інфраструктури. Для забезпечення безперебійного енергоживлення необхідно застосування систем накопичення енергії. Розглянуто системи накопичення на основі хімічних елементів та інерційних накопичувачів. Запропоновано та проведено аналіз варіантів побудови системи безперервного енергоживлення для об’єктів газової інфраструктури. Показано, що найменші габаритні розміри буде мати установка, яка містить поршневий двигун, інерційний накопичувач та електричний генератор, інтегровані в єдиний модуль. Подальший розвиток запропонованої концепції полягає у створенні систем генерації енергії з використанням детандер-генераторних агрегатів та когенераційних установок. Це забезпечить живлення критичних споживачів при тривалих відключеннях електроенергії, що підвищить стабільність роботи як об’єктів газової інфраструктури, так і зовнішніх споживачів критичної інфраструктури

Метод навчання експлуатації мікропроцесорних систем релейного захисту та автоматики

Наталія Валентинівна Рудевіч — 2025-07-09

З широким впровадженням цифрової техніки в енергетику актуальною постала проблема підготовки фахівців для експлуатації мікропроцесорних систем релейного захисту та автоматики, що можуть мати складні ієрархічні структури Проаналізовано види експлуатаційних робіт інженерів з релейного захисту та автоматики. Виявлено, що основним видом роботи є перевірка технічного стану системи релейного захисту та автоматики, що передбачає встановлення причинно-наслідкових звʼязків між призначенням, побудовою, принципом дії та параметрами. Побудовано алгоритм технічної перевірки мікропроцесорної системи релейного захисту та автоматики, що відображає послідовність дії у разі низхідної перевірки, як найбільш розповсюдженої. Виявлено, що умовно процес технічної перевірки мікропроцесорних систем релейного захисту та автоматики можна розділити на три етапи, а саме розроблення завдання на технічну перевірку, перевірки технічного стану та встановлення показників функціонування системи релейного захисту та автоматики. Визначено причинно-наслідкові зв’язки, які складають основу розв’язання завдань на цих трьох етапах. У разі розроблення завдання на технічну перевірку на підставі причинно-наслідкових зв’язків формулюються вимоги щодо перевірки системи релейного захисту та автоматики. Безпосередньо при перевірці технічного стану необхідно встановлення причинно-наслідкових звʼзків між вимогами щодо перевірки та принципом дії, побудовою програмного й апаратного забезпечення для складових різних рівнів ієрархії та всієї системи релейного захисту та автоматики. Етап, що пов’язаний з визначенням показників функціонування, передбачає встановлення причинно-наслідкових звʼязків між принципом дії й побудовою та параметрами складових всіх рівнів ієрархії та системи в цілому. Обґрунтовано узагальнену модель методу навчання експлуатації мікропроцесорних систем релейного захисту та автоматики на основі причинно-наслідкових звʼязків, що включає чотири етапи. На підставі узагальненої моделі розроблено методику навчання експлуатації конкретних мікропроцесорних систем релейного захисту та автоматики, що вивчаються в дисциплінах освітньої програми «Електроенергетика».

Автономна Microgrid система для побутових споживачів на базі енергоефективних технологій з відновлюваними джерелами енергії

Наталя Панасівна Савченко — 2025-07-09

В умовах світової енергетичної кризи все більше постає питання оновлення концепції та принципів організації енергетичних систем, а також підходів до їх керування. Традиційна енергетика та централізоване керування енергосистемою на сьогодення не забезпечує у повній мірі якість та надійність електропостачання споживачів. Обмеженість кількості традиційних енергоресурсів, низький рівень модернізації та автоматизації складових енергосистеми та постійне руйнування енергооб’єктів внаслідок воєнних дій в Україні є першочерговою проблемою в енергетиці, що потребує якнайшвидшого вирішення. Саме запровадження енергоефективних технологій альтернативної енергетики та організація енергопостачання у вигляді Microgrid систем з розосередженою генерацією і децентралізацією керування може стати дієвим рішенням питань, пов'язаних з енергоживленням споживачів, особливо побутового сектора. Microgrid, за сутністю свого функціонування, базуються на повній інтелектуалізації управління процесами генерації, розподілення, споживання та збереження електричної енергії, що забезпечує замкнений цикл в енергосистемі з організацією перетоків потужності за ефективним алгоритмом керування. У статті пропонується організація автономної Microgrid системи з використанням у якості джерел розосередженої генерації енергокомплексів «Активних» будинків та мобільних гібридних електростанцій для додаткової генерації та зміни структури мережі. Задля підвищення ефективності функціонування розробленої Microgrid побутових споживачів запропоновано алгоритм керування енергоресурсами в ній. Отримані результати показують доцільність та енергоефективність розробленої системи Microgrid для побутових споживачів. Зроблені висновки стосовно перспективи подальшого розвитку Microgrid у напрямку використання усіх технічних можливостей відновлюваної енергетики для подолання енергетичної кризи у країні та досягнення енергетичної незалежності.

Дослідження алгоритмів керування сучасних інверторів для систем накопичення з функціями віртуальних синхронних машин

Ростислав Ярославович Скрипник — 2025-07-09

У статті розглянуто актуальні питання забезпечення надійності та стійкості синхронної роботи енергосистеми в умовах стрімкого зростання частки генерації відновлюваних джерел енергії. Зокрема, проаналізовано, як збільшення обсягів генерації від відновлюваних джерел енергії призводить до зниження інерційності енергосистеми, що ускладнює підтримання частоти та балансу потужності в реальному часі. Така ситуація створює нові виклики для операторів систем передачі та розподілу, які змушені адаптувати традиційні підходи до управління режимами роботи мережі. Розглянуто сучасні виклики, пов’язані з інтеграцією відновлюваних джерел енергії в енергосистему, зокрема сонячної та вітрової генерації, які характеризуються високою варіативністю та низькою передбачуваністю. Визначено необхідність впровадження допоміжних системних послуг, таких як регулювання частоти, підтримка напруги та резерви потужності, для забезпечення стабільної роботи мережі в умовах зростаючої децентралізації генерації. Особливу увагу приділено аналізу алгоритмів керування інверторами, які можуть реалізовувати функції віртуальних синхронних машин, імітуючи поведінку традиційних синхронних генераторів. Такий підхід дозволяє забезпечити інерційний відгук, демпфування коливань частоти та синхронізацію з мережею без використання обертових мас. Розглянуто варіанти застосування систем накопичення електроенергії як ключового елементу для компенсації нестабільності відновлюваних джерел енергії. Формалізовано загальний підхід до моделювання та оптимізації використання систем накопичення електроенергії в електричних мережах, з використанням для цього розрахунків за формулами, які враховують характеристики інерції синхронного генератора, регуляторів, систем збудження та моделей ротора. Проведено оцінку ефективності цих моделей для визначення оптимальних режимів роботи з урахуванням змін навантаження, аварійних ситуацій та коливань генерації. Розглянуто можливості спеціалізованого програмного забезпечення на платформі C# (.NET), щодо інтегрування з DIgSILENT PowerFactory для проведення розрахунків статичної та динамічної стійкості, а також моделювання електричних мереж напругою 35–750 кВ.