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

Моделювання інтеграції сонячної електростанції в розподільчу мережу 10/0.4 кВ із використанням платформи SICAD

Юлія Сергіївна Олійник — 2026-05-29

Інтенсивний розвиток відновлюваної енергетики в Україні та світі зумовлює потребу у глибокому дослідженні процесів інтеграції сонячних електростанцій у розподільчі мережі середньої напруги. Збільшення частки децентралізованих джерел генерації змінює усталені режими роботи електричних систем, ускладнює балансування активної та реактивної потужності, впливає на рівень напруги у вузлах і створює додаткові вимоги до систем захисту та автоматики. Актуальність проблеми підсилюється тим, що мережі класу напруги 6–10 кВ спочатку проєктувалися для роботи у традиційному напрямку потоків потужності – від підстанції до споживачів, тоді як підключення сонячних станцій спричиняє появу зворотних потоків і нерівномірний розподіл навантаження. Метою даного дослідження є моделювання впливу фотоелектричних станцій на роботу розподільчих мереж та аналіз можливостей інверторів у підвищенні ефективності регулювання напруги й підтримки надійності електропостачання. Об’єктом дослідження є розподільча мережа 10/0.4 кВ з інтегрованою сонячною електростанцією потужністю 5 МВт, що відтворює типовий приклад сучасної системи з відновлюваними джерелами. Основна гіпотеза полягає в тому, що використання інверторів з алгоритмом регулювання реактивної потужності забезпечує стабільність режимів роботи та знижує негативні наслідки коливань сонячної генерації. У роботі застосовано комплексний підхід, що включає аналітичні методи розрахунку потокорозподілу потужності та комп’ютерне моделювання у програмному середовищі SICAD. Це дозволило відтворити роботу мережі у різних сценаріях: при нічному мінімумі навантаження, денному піку генерації, а також у перехідних режимах. Додатково досліджувались аварійні ситуації, серед яких раптове відключення сонячної електростанції та виникнення коротких замикань. Такий підхід дає можливість оцінити не лише штатні, але й аварійні умови функціонування системи. Наукова новизна роботи полягає у розробленні підходу до оцінювання впливу фотоелектричних електростанцій на режими роботи розподільних електричних мереж середньої напруги з урахуванням можливостей керування реактивною потужністю інверторів та змінного характеру сонячної генерації. Практична значущість результатів полягає у можливості їх використання для розробки методичних рекомендацій щодо інтеграції фотоелектричних станцій у мережі середньої напруги, а також для вдосконалення алгоритмів регулювання інверторів. Отримані висновки можуть бути корисними як операторам систем розподілу, так і проєктним організаціям при плануванні розвитку електричних мереж з урахуванням зростання частки відновлюваних джерел енергії.

Вдосконалення системи захисту обмотки ротора синхронних генераторів малої та середньої потужності від замикань на землю на основі інжекції низькочастотної напруги

Станіслав Леонідович Андрушко — 2026-05-29

Стаття присвячена аналізу сучасних методів захисту обмотки ротора синхронного генератора від замикань на землю та обґрунтуванню шляхів їх удосконалення з урахуванням реальних умов експлуатації в енергетичних системах України. Особливу увагу приділено проблемі своєчасного виявлення першого замикання на землю, оскільки саме воно створює передумови для аварійного другого замикання, що супроводжується значними струмами, тепловими перевантаженнями, механічними пошкодженнями ротора, підшипників та активних частин генератора. Актуальність теми обумовлена частим погіршенням стану ізоляції обмоток ротора на синхронних генераторах малої та середньої потужності (1,5–12 МВт), що призводить до тривалих аварійних зупинок, вартісних ремонтів і значних економічних втрат. Проаналізовано недоліки традиційних електромеханічних систем захисту, які досі експлуатуються на багатьох електростанціях. Детально розглянуто три основні сучасні принципи безперервного онлайн-контролю ізоляції кола збудження. Для кожного методу описано фізичні принципи дії та основні переваги, зокрема завадостійкість до гармонік статичних систем збудження, незалежність від місця пошкодження, усунення ефекту поляризації ізоляції завдяки періодичній зміні полярності, можливість точного обчислення опору ізоляції. Виявлено характерні обмеження методів, зокрема необхідність зовнішніх блоків інжекції та зв’язку, потреба в періодичному калібруванні, відносна складність монтажу та інтегрування до існуючих систем релейного захисту. На підставі проведеного аналізу та математичного моделювання обґрунтовано доцільність розробки окремого спеціалізованого мікропроцесорного реле контролю ізоляції ротора, незалежного від багатофункціональних терміналів генераторного захисту. Для підтвердження теоретичних положень та ілюстрації застосування перспективного методу інжекції напруги у формі меандру виконано транзитивне моделювання в середовищі LTSpice та натурний експеримент.

Забезпечення експлуатаційних характеристик силових кабелів середньої напруги для активних мереж з розподіленими джерелами генерації

Ганна Вікторівна Безпрозванних — 2026-05-29

У статті розглянуто стратегічний напрямок розвитку електроенергетичної галузі України, пов’язаний з реновацією та модернізацією електричних мереж середньої напруги шляхом трансформації з рівнів напруги 6/10 кВ на напругу 20 кВ з одночасним об'єднанням з локальними джерелами розподіленої генерації. Аргументовано стійкість до потенційних загроз підземних кабелів середньої напруги з ефективною інтеграцією в сучасні архітектури кільцевих та петльових розподільних мереж. Наголошено на наслідках інтеграції з перетворенням пасивних мереж на активні з процесами двостороннього обміну електричною енергією. Проаналізовано виникнення підвищених рівнів напруги та небезпечних однофазних замикань, які безпосередньо впливають на експлуатаційні характеристики та технічний стан силових підземних кабелів. Визначено конструктивні напрямки для пом’якшення впливу розподіленої генерації на силові кабелі середньої напруги зі зменшеними рівнями ризику в мережі. Доведено, що систематичне зростання робочої напруги на 20 % через неконтрольовану генерацію в години мінімального навантаження підвищує напруженість електричного поля в однорідній ізоляції кабелів. Наголошено на ефективності більшої товщині зшитої поліетиленової ізоляції у кабелях з більшим перерізом струмопровідних жил. Показано, що за умови однофазних замикань підвищена напруга може стати каталізатором розвитку часткових розрядів в мікропорожнинах меншого розміру в зшитій поліетиленовій ізоляції силових кабелів напруги 20 кВ. Акцентовано на необхідності проведення вимірювань часткових розрядів за декількох значень випробувальної напруги для оцінки діапазону розмірів активованих повітряних включень в товщі зшитої поліетиленової ізоляції. Обґрунтовано ефективність збільшення товщини зшитої поліетиленової ізоляції щодо зменшення електричної ємності та ємнісного струму зарядки силових кабелів більшого перерізу.

Підтримання напруги та демпфування низькочастотних коливань на великих об’єктах інверторної генерації в мережах 110 кВ

Михайло Йосипович Бурбело — 2026-05-29

У статті виконано порівняльний аналіз трьох архітектур підтримання напруги та регулювання реактивної потужності для великих об’єктів інверторної генерації потужністю понад 100 МВт, що приєднуються до мереж 110 кВ. Актуальність роботи зумовлена зростанням частки сонячних і вітрових електростанцій та систем накопичення енергії в енергосистемах, де зменшується роль синхронних машин як природного джерела інерції, регулювання збудження та демпфування електромеханічних коливань. Розглянуто три варіанти побудови системи підтримання напруги: класичний статичний синхронний компенсатор у поєднанні з інвертором, орієнтованим на мережу; інвертор з формуванням напруги без окремого компенсатора; гібридну архітектуру, що поєднує інвертор з формуванням напруги та статичний синхронний компенсатор зменшеної потужності. Показано, що застосування режиму фіксованого коефіцієнта потужності для інверторів, орієнтованих на мережу, створює небажаний зв’язок між активною та реактивною потужністю. За швидкого зменшення активної генерації такий зв’язок може послаблювати або навіть погіршувати підтримання напруги, особливо у слабких вузлах мережі та ремонтних схемах. Для прийнятого розрахункового сценарію зі швидким зменшенням активної потужності в електрично близькій зоні встановлено, що архітектури з формуванням напруги забезпечують більш незалежний від активної потужності та швидший відгук реактивної потужності. Окремо проаналізовано вплив коефіцієнта короткого замикання в точці загального приєднання на вибір архітектури. Запропоновано матрицю попереднього вибору технічного рішення для нормальних і ремонтних схем мережі. Обґрунтовано доцільність використання гібридної архітектури у вузлах з низьким коефіцієнтом короткого замикання та за наявності вимог до демпфування низькочастотних міжзональних коливань. Сформульовано пропозиції щодо уточнення нормативних вимог України до великих об’єктів інверторної генерації, зокрема щодо врахування коефіцієнта короткого замикання, пріоритетності регулювання реактивної потужності за напругою над режимом фіксованого коефіцієнта потужності та запровадження вимог до інверторів з формуванням напруги.

Методичний підхід до інтегральної оцінки витрат на власні потреби при охолодженні трансформаторів з урахуванням нормативних вимог

Олександр Валентинович Гай — 2026-05-29

У роботі запропоновано методичний підхід до оцінювання теплового режиму маслонаповненого силового трансформатора в умовах змінного добового навантаження з урахуванням особливостей функціонування систем охолодження. В основу підходу покладено використання статичної та динамічної моделей стандарту IEC 60076-7, що дозволяє поєднати аналіз усталених температурних режимів і перехідних процесів, зумовлених зміною навантаження у часі. Показано, що статична модель є доцільною для визначення граничних температур гарячої точки обмотки та верхніх шарів масла, оцінювання відповідності нормативним вимогам і порівняння характеристик трансформаторів різних типів охолодження. Водночас встановлено, що її застосування є недостатнім для аналізу реальних режимів роботи трансформатора, оскільки не враховує теплову інерцію та ступеневий характер керування системами охолодження. Для усунення зазначених обмежень розроблено динамічну модель, яка враховує інерційність теплових процесів у маслі та обмотках, експоненціальний характер зміни температур і алгоритм автоматичного перемикання режимів охолодження за температурою верхніх шарів масла з урахуванням гістерезису. На основі моделювання з використанням добового графіка навантаження показано, що лише природне охолодження призводить до перевищення допустимих температур, тоді як постійна робота у режимі максимального примусового охолодження забезпечує нормативний тепловий стан, але супроводжується надмірними витратами на власні потреби. Доведено, що раціональне поєднання режимів охолодження з автоматичним керуванням дозволяє забезпечити допустимі температури при істотному скороченні часу роботи енергоємних режимів. Отримані результати підтверджують доцільність використання динамічних теплових моделей для обґрунтування режимів роботи трансформаторів і раціоналізації витрат на власні потреби в сучасних електроенергетичних системах.

Моделювання електромагнітних процесів при живленні асинхронних двигунів від підземних підстанцій

Дмитро Олексійович Данильченко — 2026-05-29

У статті розглянуто питання щодо впливу параметрів кабельної лінії при живленні асинхронних двигунів від підземних електричних підстанцій. Забезпечення надійного пуску асинхронних електродвигунів від підземних трансформаторних підстанцій є критичним завданням. Значна віддаленість споживачів зумовлює використання довгих кабельних ліній, що при прямому пуску призводить до глибоких падінь напруги. Наявність у мережі нелінійних навантажень, що генерують вищі гармоніки струму та напруги, додатково погіршує енергетичні показники за рахунок збільшення сумарних електричних і магнітних втрат потужності в двигунах і трансформаторах, прискореного теплового старіння та деградації ізоляції в умовах високої вологості та агресивного середовища, зниження динамічної стійкості електроприводів і ризики зриву технологічного процесу. В даному дослідженні проведено комплексне моделювання живлення асинхронних двигунів від дільничних та центральних підземних електричних підстанцій без та за наявності вищих гармонік напруги. Виконано аналіз падіння напруги залежно від довжини та перерізу жил кабелю для мережі 1140 В при прямому пуску асинхронного двигуна для потужностей 100–132 кВт, а також виконано оцінку впливу гармонійного складу напруги живлення на граничну (максимальну) довжину мережі, при якій забезпечується умови нормального прямого пуску при номінальному моменті асинхронного двигуна. Встановлено, що за наявності вищих гармонік зростає значення пускового струму, отже збільшується падіння напруги додатково на 4–6 %, що потребує примусового зниження розрахункової довжини мережі на 15–20 %. Доведено, що для подолання даних обмежень за потреби живлення асинхронного двигуна на дистанціях понад 1 км від підземної підстанції потрібна відмова від прямого пуску на користь застосування пристроїв плавного пуску (тиристорних регуляторів напруги) або локальних систем векторного частотного керування.

Централізовані та децентралізовані системи релейного захисту

Олександр Олексійович Дмитренко — 2026-05-29

Світовий ринок пристроїв релейного захисту в цілому, та України, зокрема, складається з застарілих захистів (електромеханічних, мікроелектронних) та кількох поколінь мікропроцесорних. Цифрові захисти за останні 40 років пройшли значну еволюцію від простих однофункціональних пристроїв до потужних багатофункціональних комплексів, які повністю відповідають вимогам до обладнання цифрової підстанції. Але в будь-якому випадку такі пристрої виконують функції захисту (частково або повністю) лише для одного приєднання. Тобто пануючою на даний момент часу є децентралізована концепція побудови системи релейного захисту цифрової підстанції. Існує концепція централізованого релейного захисту електричної підстанції, де функції обробки інформації та прийняття рішень зосереджені на одному або кількох центральних вузлах, що дозволяє приймати координовані рішення щодо захисту всієї підстанції, а не окремих приєднань. Дана концепція передбачає отримання всієї дискретної та аналогової інформації в цифрових кодах з зовнішніх вимірювальних пристроїв. Завданням статті є порівняльний аналіз ефективності, надійності обох підходів, визначити їх переваги та недоліки на сучасному етапі і на перспективу. Результати аналізу показали, що на сучасному етапі розвитку цифрової та комунікаційної техніки задовільні результати у застосуванні централізованого підходу можуть бути досягнуті на невеликих підстанціях розподільної мережі. Для підстанції вищих рівнів напруги і більшої складності на сьогодні застосувати централізований підхід поки-що неможливо. Як з позицій недостатньої потужності існуючої цифрової техніки, так і з позиції надійності. Варіанти роздроблення центрального керуючого вузла на кілька по групах приєднань є більш життєздатними, але, в той же час, гібридними. Питання широко обговорюється світовими спеціалістами релейного захисту і виробниками відповідного обладнання та залишається дискусійним.

Поліпшення динамічних характеристик синхронно-реактивного електродвигуна із зовнішнім ротором шляхом конструктивного удосконалення

Олексій Борисович Єгоров — 2026-05-29

У статті досліджено питання поліпшення динамічних характеристик синхронно-реактивного двигуна із зовнішнім ротором. Актуальність проблеми обумовлена зростанням використання синхронно-реактивних двигунів, що є однією з помітних тенденцій сучасної електроенергетики та електроприводу. Це зумовлене як технологічними, так і економічними факторами, пов’язаними з глобальним переходом до енергоефективних і ресурсозберігаючих рішень. Синхронно-реактивні двигуни забезпечують на 10–15% вищий ККД порівняно з традиційними асинхронними двигунами, на відміну від двигунів з постійними магнітами, вони не потребують рідкоземельних елементів. На практиці виникають коливання та відхилення частоти обертання через низку факторів: при різких змінах моменту навантаження, внаслідок нестабільності частоти живлення, при пуску та перехідних процесах. Проблема стабілізації частоти обертання синхронно-реактивних двигунів є однією з ключових при їх використанні в електроприводах, особливо в системах із змінним навантаженням та вимогами до високої точності кутової швидкості ротору. В роботі проаналізовано процеси протікання динамічного перехідного процесу синхронно-реактивного двигуна з зовнішнім ротором, запропоновано технічне рішення, що дозволяє зменшити час переходу від однієї частоти обертання ротору до іншої, проведені електромагнітні розрахунки та порівняння їх результатів з результатами випробувань дослідного зразка. Запропоноване конструктивне удосконалення зовнішнього ротора забезпечує прискорення переходу між робочими режимами та ефективне зменшення коливань ротора, характерних для синхронних реактивних двигунів. Встановлено, що для синхронно-реактивного двигуна потужністю 1000 Вт тривалість перехідного процесу скорочується приблизно у 3 рази порівняно з базовою конструкцією без додаткової обмотки, тоді як амплітуда коливань частоти обертання зменшується у 4,3 рази.

Балансування режимів електричної мережі із застосуванням гравітаційних систем накопичення енергії

Теймураз Луарсабович Кацадзе — 2026-05-29

У роботі розглянуто актуальну проблему підвищення стабільності режимів електричних мереж в умовах зростання частки відновлюваних джерел енергії. Нестабільність генерації сонячних та вітрових електростанцій призводить до дисбалансів потужності, коливань напруги та частоти, що потребує впровадження високоефективних систем накопичення енергії. Особливу увагу приділено гравітаційним системам накопичення енергії, які ґрунтуються на перетворенні електричної енергії у потенційну за рахунок підняття масивних вантажів та подальшому її відновленні під час опускання. Такі системи характеризуються високою надійністю, тривалим терміном служби, низькими експлуатаційними витратами та екологічною безпечністю, що робить їх перспективними для балансування режимів роботи електричних мереж з великою часткою відновлюваних джерел енергії. Проаналізовано технічні, економічні та алгоритмічні проблеми інтеграції гравітаційних систем накопичення енергії у структуру розподільних мереж. Показано, що основним обмежувальним фактором є значна механічна інерція, яка знижує швидкодію системи і унеможливлює її використання для первинного регулювання частоти. Разом із тим, гравітаційні системи накопичення енергії ефективно виконують функції вторинного та третинного регулювання, згладжують добові коливання навантаження, забезпечують енергетичний резерв та зменшують технологічні втрати. Розглянуто можливість застосування гібридних схем на основі поєднання гравітаційних систем накопичення енергії з електронними компенсаторами потужності (STATCOM), що підвищує якість електроенергії та стабільність напруги. Представлено концептуальну постановку задачі оптимізації інтеграції гравітаційних систем накопичення енергії у електричні мережі з урахуванням технічних, економічних і фізичних обмежень. Наведено цільову функцію максимізації загальної рентабельності капіталовкладень, яка поєднує критерії оператора системи накопичення енергії та оператора системи розподілу. Визначено ключові обмеження моделі: за ємністю, потужністю, швидкістю зміни енергетичного стану, допустимими рівнями напруги й струмового навантаження. Для розв’язання задачі рекомендовано застосування комбінованих підходів, зокрема, методів декомпозиції, евристичних алгоритмів та аналітичних методів на основі еквівалентних схем.

Метод виявлення обриву проводу у трифазній розподільній мережі

Всеволод Іванович Кошман — 2026-05-29

Для запобігання аварійним режимам в лініях електропостачання 6–35 кВ при обриві фазного про-воду в прольоті зі сторони живлення в роботі проведено аналіз струмів і напруг на силових трансформаторах лінії при обриві проводу на сторонах високої і низької напруг. Розглянуто можливість встановлення факту обриву проводу за допомогою пристроїв, встановлених в кінці розгалуженої лінії з подальшою передачею сигналу про обрив проводу в її початок, що дозволить суттєво підвищити чутливість захисту. Розглянуто режим напруг на обмотках силового трансформатора, до вторинної обмотки якого приєднаний пристрій контролю обриву проводу. Розглянуто випадок, коли при з’єднанні обмоток вказаного трансформатора за схемою «зірка/зірка» з нульовим проводом у випадку обриву проводу однієї з фаз, наприклад, фази А, на фази В та С трансформатора буде подана лінійна напруга, яка за умови симетричного навантаження розподілиться між фазами В та С навпіл. Наведено рівняння розподілу струмів та напруг на обмотках трансформатору та встановлено, що найбільше значення суми напруг на двох сусідніх фазах при обриві проводу буде дорівнювати падінню напруги на обмотці трансформатора при максимальному навантаженні, що суттєво менше значення фазної напруги при нормальному режимі. Аналогічно розглянуто випадок, коли обмотки силового трансформатора, до вторинної сторони якого приєднаний пристрій контролю обриву проводу, з’єднані за схемою «трикутник/зірка» з нульовим проводом, і при обриві проводу однієї із фаз, наприклад фази А, на первинну обмотку цього трансформатора, що приєднана до фази В та С, буде подана лінійна напруга. Встановлено, що найбільше значення різниці напруг на двох сусідніх фазах при обриві проводу буде дорівнювати половині падіння напруги на обмотці трансформатора при максимальному навантаженні, що суттєво менше значення фазної напруги при нормальному режимі. Таким чином, запропоновано вважати ознаками обриву проводу в розподільній електричній мережі рівність напруг за модулем і зсув фаз на 180° на стороні низької напруги силового трансформатора, якщо його обмотки з’єднані за схемою «зірка/зірка» з нульовим проводом; рівність напруг на двох фазах, як за модулем, так і за фазою на стороні низької напруги силового трансформатора, якщо його обмотки з’єднані по схемі «трикутник/зірка» з нульовим проводом. Застосування наведених ознак обриву проводу в електричних мережах напругою 6–35 кВ дозволить з високою надійністю виявляти пошкодження лінії незалежно від її конфігурації, протяжності та схем з’єднання силових трансформаторів.

Моделювання впливу несинусоїдної напруги живлення на режими роботи асинхронного електроприводу

Петро Омелянович Курляк — 2026-05-29

У статті розглянуто актуальну науково-технічну проблему впливу несинусоїдної напруги живлення на режими роботи асинхронного електроприводу, що має особливе значення для сучасних промислових електротехнічних комплексів із великою кількістю нелінійних навантажень, силових напівпровідникових перетворювачів, частотно-регульованих приводів та іншого обладнання, яке спричиняє погіршення якості електроенергії. Для формування несинусоїдної напруги використано розклад періодичної функції у ряд Фур’є з урахуванням першої, третьої та п’ятої гармонічних складових. З метою відображення таких процесів побудовано підмодель генератора несинусоїдної напруги методом Bond Graph, яка дозволяє змінювати амплітуди та початкові фази окремих гармонік і, відповідно, імітувати різні типи спотворень у мережі живлення. Моделювання виконано для високовольтного асинхронного електродвигуна ВАО2-400LB-2У2. У результаті дослідження отримано осцилограми гармонічних складових напруги, спотворених трифазних напруг живлення, струмів статора та залежність електромагнітного моменту за умов живлення несинусоїдною напругою. Практична цінність дослідження полягає в тому, що запропонована Bond Graph модель із підмоделлю генератора несинусоїдної напруги дозволяє прогнозувати миттєві значення струмів, амплітуди та початкові фази гармонічних складових у випадку невідповідності параметрів електроенергії нормативним показникам якості. Отримані результати можуть бути використані для оцінювання чутливості асинхронних електроприводів до гармонічних спотворень, обґрунтування вибору раціональних режимів експлуатації, а також розроблення рекомендацій щодо впровадження пасивних, активних і гібридних фільтро-компенсувальних пристроїв, статичних синхронних компенсаторів та динамічних відновлювачів напруги для підвищення якості електроенергії. Застосування таких рішень сприятиме зменшенню гармонічних спотворень, стабілізації електромагнітного моменту, зниженню теплових перевантажень, підвищенню енергоефективності та забезпеченню надійної роботи високовольтних асинхронних електроприводів у реальних умовах промислових електричних мереж.

Дослідження впливу LC-фільтра на роботу UPQC-VAmin при зміні напруги джерела живлення

Денис Юрійович Лебедь — 2026-05-29

Стаття присвячена оцінці впливу параметрів вихідного LC-фільтра нижніх частот послідовного силового активного фільтра на перетік активної потужності та показники гармонічного спотворення струму та напруги в системі уніфікованого регулятора якості електроенергії з мінімальною встановленою потужністю (UPQC-VAmin). Дослідження LC-фільтра виконувалось на базі моделювання в середовищі Matlab/Simulink для трифазної чотирипровідної системи, що функціонує з нелінійним навантаженням. Об’єктом аналізу є встановлення взаємозв’язку між вихідною індуктивністю, змінною напругою джерела живлення у діапазоні (від 340 до 440 В) та ключовими показниками: активною потужністю UPQC-VAmin, коефіцієнтами гармонічних спотворень струму мережі, напруг на навантаженні та мережі. Досліджено дві поширені конфігурації LC-фільтра: за умови фіксованої ємності 100 мкФ зі змінною індуктивністю у наперед заданому діапазоні від 0,1 до 3,1 мГн та за умови стабілізації резонансної частоти у межах мінімальних показників індуктивності та ємності LC-фільтра. Дослідження проведено для розрахункових вузлів схеми живлення, обраних у межах напруги, що змінюється в діапазоні від -15 % до +10 % з кроком 10 В та індуктивності L-фільтра 0,1–3,1 мГн з кроком 0,2 мГн, що дозволило побудувати прецизійні поверхні відгуку та встановити динаміку перебігу електромагнітних процесів. Проаналізовано характерні залежності перетоку активної потужності в UPQC-VAmin від вхідної напруги. Доведено, що неконтрольоване зростання індуктивності понад 2 мГн при сталій ємності призводить до виникнення резонансних явищ, які підвищують рівень гармонічного спотворення струму мережі до 5,5 %. Визначено зони мінімальних спотворень напруги на навантаженні, що підтверджує надійність обраної системи керування. За принципом оптимальності по Парето отримані результати демонструють забезпечення мінімізації коефіцієнтів гармонічних спотворень струму та напруги.

Структура системи віртуально-фізичних випробувань двоконтурного індивідуального регульованого електроприводу електромобіля

Олександр Григорович Нестеренко — 2026-05-29

У статті розглянуто структуру системи віртуально-фізичних випробувань двоконтурного індивідуального регульованого електроприводу електромобіля та описано склад універсального випробувального стенда, призначеного для дослідження електромеханічних процесів у режимах, наближених до реальної експлуатації. Актуальність роботи зумовлена тим, що чисто імітаційне моделювання не дозволяє повною мірою врахувати особливості реальних електромашин, силових перетворювачів, вимірювальних каналів, теплових режимів і затримок у контурах керування, тоді як натурні дорожні випробування є складними та обмеженими з погляду відтворюваності умов. Метою статті є опис архітектури системи віртуально-фізичних випробувань, складу її фізичної та віртуальної частин, силових вузлів, вимірювальних каналів та функціональних можливостей. Показано, що система будується на основі загальної математичної моделі електромобіля, яка узгоджує навантажувальні режими через взаємодію тягових електроприводів коліс і навантажувальних пристроїв. Фізична частина реалізована у вигляді двох паралельних силових контурів, кожен з яких містить електромашину об’єкта дослідження, вимірювальний вузол і навантажувальний пристрій, а віртуальна частина включає математичну модель електромобіля та модель водія. Наведено склад універсального випробувального стенда, до якого входять силові контури, буферний накопичувач енергії, система автоматичного керування, модуль збору даних і засоби контролю крутного моменту, частоти обертання, струмів, напруг, температур і параметрів охолодження. Практична цінність роботи полягає у формуванні віртуально-фізичної випробувальної платформи, придатної для дослідження, налагодження і подальшої перевірки керувальних стратегій двоконтурного індивідуального регульованого електроприводу.

Формування концепції поетапного впровадження цифрових двійників в електроенергетиці

Галина Вікторівна Омеляненко — 2026-05-29

Стаття присвячена систематизації концептуальних засад та аналізу практичних аспектів застосування технології цифрових двійників в енергетичній галузі. Актуальність дослідження зумовлена прискореною цифровою трансформацією енергосистем, зростанням частки відновлюваних джерел енергії у структурі генерації та недостатністю традиційних інструментів диспетчерського управління для вирішення завдань предиктивного моніторингу і оптимізації режимів роботи в умовах підвищеної стохастичності навантажень. На основі критичного аналізу наявних підходів проведено дослідження та встановлено, що для електроенергетики цифровий двійник доцільно розглядати як трирівневу кіберфізичну систему, яка охоплює фізичний рівень, рівень передачі та обробки даних і рівень цифрової моделі та забезпечує безперервну синхронізацію з фізичним об’єктом у режимі, наближеному до реального часу. Показано, що ефективна реалізація цифрових двійників в енергетиці ґрунтується на конвергенції пристроїв вимірювання комплексної амплітуди, стандарту IEC 61850, хмарних обчислень та засобів обробки великих даних, а інтеграція алгоритмів машинного навчання розширює функціональність цифрових двійників до прогнозування стану, оцінювання залишкового ресурсу та оптимізації диспетчерських рішень. Проведено порівняльний аналіз цифрових двійників із системами диспетчерського управління та збору даних у реальному часі, який засвідчив, що традиційні системи забезпечують переважно реактивний контроль, тоді як цифрові двійники формують предиктивну спостережність, підтримують сценарне моделювання та замкнений цикл оптимізуючого управління. Узагальнення практичних кейсів підтвердило економічну й операційну доцільність застосування цифрових двійників у сегментах генерації, передачі та накопичення електроенергії, а SWOT-аналіз умов впровадження в енергетичній системі України виявив як наявні інституційні передумови, так і суттєві технологічні, фінансові та кібернетичні обмеження. На цій основі обґрунтовано дорожню карту поетапного впровадження цифрових двійників в енергосистему – від цифрової репрезентації фізичного об’єкта або системи, яка оновлюється в режимі реального часу на рівні підстанції до повноцінного цифрового двійника на загальносистемному рівні.

Засоби підвищення енергоефективності мереж з високим проникненням відновлюваних джерел та їх вплив на статичну стійкість системи

Костянтин Петрович Попенко — 2026-05-29

У статті розглянуто актуальну науково-практичну проблему забезпечення статичної (малозбурювальної) стійкості електроенергетичних систем в умовах зростання частки відновлюваних джерел енергії та підвищення вимог до енергоефективності електричних мереж. Показано, що традиційні підходи до визначення допустимих перетоків потужності, які базуються переважно на фіксованих нормативних обмеженнях за критеріями статичної стійкості, не повною мірою враховують зміну структури генерації та активну роль сучасних засобів керування режимами. Такий підхід у ряді випадків призводить до зростання втрат активної та реактивної потужності, обмеження пропускної здатності електричних мереж і нераціонального використання генеруючих потужностей. На основі аналізу сучасних наукових досліджень та практичного досвіду експлуатації електричних мереж розглянуто вплив засобів підвищення енергоефективності на запас статичної стійкості, зокрема керування режимами відновлюваних джерел енергії, застосування систем накопичення електричної енергії, використання керованих шунтувальних реакторів, пристроїв гнучких систем передачі змінного струму та сучасних проводів підвищеної пропускної здатності для повітряних ліній електропередавання. Показано, що комплексне впровадження зазначених технічних рішень дозволяє одночасно зменшити втрати електричної енергії, підвищити пропускну здатність слабких перетинів, покращити показники якості напруги та збільшити запас статичної стійкості енергосистеми. Запропоновано напрями подальших досліджень, спрямованих на формування узагальненої математичної моделі статичної стійкості електроенергетичної системи, у якій енергоефективні показники інтегруються безпосередньо в критерії оцінки граничних режимів.

Методика формування науково-дослідної компетентності щодо цифрових систем релейного захисту та автоматики

Наталія Валентинівна Рудевіч — 2026-05-29

Формування науково-дослідної компетентності у майбутніх інженерів-електроенергетиків є актуальною задачею в процесі їхньої професійної підготовки. Одним із профільних напрямків є підготовка фахівців для експлуатації, проєкутвання та наукової діяльності щодо мікропроцесорних систем релейного захисту та автоматики. Проаналізовано науково-дослідні види робіт інженерів з релейного захисту та автоматики. Виявлено, що при проведенні будь-яких прикладних робіт щодо мікропроцесорних систем релейного захисту та автоматики невідʼємною складовою є здійснення пошукових досліджень, це передбачає встановлення каузальних звʼязків між різними підсистемами знань. Побудовано алгоритм проведення пошукових науково-дослідних робіт щодо цифрової системи релейного захисту та автоматики, який представлений пʼятьма етапами, а саме ознайомлення з системою релейного захисту та автоматики; визначення вимог та призначення науково-дослідних робіт щодо системи релейного захисту та автоматики; визначення можливих варіантів побудови або принципу функціонування системи релейного захисту та автоматики; дослідження параметрів складових елементів (функцій) та системи релейного захисту та автоматики в цілому; узагальнення та оцінка результатів досліджень. Відповідно до розробленого алгоритму проведено пошукові науково-дослідні роботи при здійсненні експлуатаційної, проєктувальної та наукової діяльності щодо можливості модернізації, розроблення та удосконалення мікропроцесорного релейного захисту асинхронного двигуна відповідно. На підставі проведених досліджень розроблено методику навчання для формування науково-дослідної компетентності щодо цифрових систем релейного захисту та автоматики, яка включає пʼять етапів відповідно до етапів алгоритму проведення пошукових науково-дослідних робіт. При цьому кожен етап методики передбачає встановлення каузальних звʼязків між різними підсистемами знань щодо цифрової системи релейного захисту та автоматики.

Сучасний стан інтеграції вакуумних вимикачів і систем контролю в електричних мережах середньої та високої напруги

Анатолій Олексійович Семенов — 2026-05-29

Стаття має оглядово-аналітичний характер і присвячена систематизації сучасних підходів до інтеграції вакуумних вимикачів із системами контролю, моніторингу та діагностики в електричних мережах середньої та високої напруги. Основну увагу приділено мережам 6–35 кВ, де вакуумні вимикачі набули найбільшого практичного поширення, а також перспективам їх застосування у високовольтних електроустановках 110–220 кВ у складі цифрових підстанцій Smart Grid. Проведено аналітичний та порівняльний огляд комутаційних апаратів (масляних, повітряних, елегазових, вакуумних), узагальнено електрофізичні механізми дугогасіння у вакуумі, вплив контактних матеріалів (CuCr, AgWC) і рівня вакууму на відновлення діелектричної міцності проміжку. Оцінено архітектури систем моніторингу, сумісних із IEC 61850, включно з датчиками електричних і теплових параметрів, мікропроцесорними контролерами та інтеграцією на рівні системи диспетчерського керування і збору даних або автоматизованої системи керування технологічним процесом. Результати показують, що вакуумні вимикачі забезпечують короткий час гасіння дуги і швидке відновлення діелектричної міцності, мають високий ресурс комутацій та не потребують періодичного обслуговування; інтеграція з цифровими системами контролю скорочує час виявлення відмов та кількість аварійних вимкнень, а також підвищує коефіцієнт готовності обладнання. Запропоновано структурну схему інтегрованої системи «вакуумний вимикач – система контролю» та наведено практичні рекомендації щодо її впровадження у промислових і агропромислових мережах 6–35 кВ з урахуванням перспектив застосування на рівнях 110–220 кВ. Отримані результати формують цілісне уявлення про сучасний стан і напрями розвитку інтегрованих комутаційно-діагностичних систем для цифрових підстанцій.

Особливості побудови та реалізації вдосконаленої адаптивної протиаварійної автоматики електроенергетичних систем

Михайло Федорович Сопель — 2026-05-29

Показано, що в Україні існує очевидна потреба в розробці та застосуванні принципово нових пристроїв для аварійного керування режимами енергосистеми, зокрема, з використанням закордонного досвіду у сфері цифрової трансформації електроенергетичних систем на основі адаптивних алгоритмів. На основі аналізу еволюції побудови та застосування протиаварійної автоматики розглянуто особливості розробки сучасних засобів вдосконаленої адаптивної протиаварійної автоматики електроенергетичних систем, направленої на підвищення енергетичної стійкості енергетики у воєнний час та повоєнного відновлення економіки України. Запропоновано принципи побудови вдосконаленої адаптивної протиаварійної автоматики забезпечення стійкості електроенергетичних систем, яка контролює запас стійкості поточ-ного режиму і визначає керівні дії, необхідні для задоволення нормативних вимог як щодо активної потужності у перетинах, так і щодо напруги у центрах споживання. Визначено, що важливе значення для розв’язання задач оцінювання та діагностування режимів електроенергетичних систем та Об’єднаної енергетичної системи України в цілому мають синхронізовані виміри фазних кутів напруги, практичне одержання та використання яких стало можливим із впровадженням апаратно-програмного комплексу «Регіна». Представлені результати побудови вперше в Україні вдосконаленої адаптивної протиаварійної автоматики Івано-Франківського енерговузла. Під час побудови протиаварійної автоматики та розрахунках режимів роботи системи враховувався вплив відновлювальних джерел енергії зі встановленою потужністю 1253 МВт. В модифікованому апаратно-програмному комплексі «Регіна» реалізовано інтелектуальні електронні датчики (виносні модулі) розподіленої інтелектуальної системи введення аналогових сигналів, завадостійкі модулі введення дискретних сигналів, покращені алгорими обробки даних, у тому числі візуалізації даних.

Проблеми інерційності електроенергетичних систем з інверторними джерелами генерації

Юрій Іванович Тугай — 2026-05-29

Масштабна інтеграція інверторно-орієнтованих відновлюваних джерел енергії суттєво змінює динамічні властивості сучасних електроенергетичних систем, насамперед через зменшення їх еквівалентної інерційності. В умовах низької інерції навіть помірні збурення активної потужності можуть призводити до значних відхилень частоти, зростання швидкості її зміни та втрати синхронності між окремими підсистемами. У статті досліджено проблему зниження інерційності енергосистем із високою часткою відновлюваної генерації та проаналізовано сучасні підходи до її компенсації на основі керування інверторами з формуванням мережі. Основну увагу приділено математичному моделюванню інвертора з керуванням типу віртуального синхронного генератора, яке базується на рівнянні коливань синхронного генератора та забезпечує формування власної частоти й фази без використання фазового автопідстроювання частоти). Показано, що такий підхід формування мережі дозволяє відтворити інерційні та демпфувальні властивості синхронних машин і суттєво підвищує частотну стійкість у слабких мережах. Запропоновано розширення моделі шляхом інтеграції системи зберігання енергії, яка забезпечує швидкодійну інерційну та первинну частотну підтримку. Виконано порівняльний аналіз підходів фазового підлаштування частоти, віртуального синхронного генератора та віртуального синхронного генератора+систем накопичення енергії з точки зору їх здатності обмежувати зростання швидкості зміни відхилень частоти, підвищувати частотний надир і скорочувати час відновлення частоти. Практичну значущість результатів підтверджено аналізом масштабної системної аварії на Іберійському півострові у 2025 році, яка продемонструвала вразливість низькоінерційних енергосистем. Отримані результати свідчать, що інвертори формування мережі з віртуальною інерцією та накопичувачами енергії є необхідним функціональним елементом для забезпечення надійної роботи майбутніх енергосистем з високим рівнем інтеграції відновлюваної генерації.

Модель цифрового контуру підвищення енерговидобутку фотоелектричних систем

Віталій Андрійович Харченко — 2026-05-29

У статті запропоновано модель цифрового контуру підвищення енерговидобутку фотоелектричних систем, сформовану на основі структурованого аналізу сучасних міжнародних досліджень. Актуальність роботи зумовлена тим, що ефективність роботи фотоелектричних станцій залежить не лише від технічних характеристик обладнання, а й від здатності системи своєчасно виявляти причини зниження виробітку електроенергії та обґрунтовано обирати подальшу експлуатаційну або сервісну дію. Розглянуто умови, за яких фотоелектричні системи втрачають частину потенційного енерговидобутку, зокрема часткове затінення сонячних модулів, швидкі зміни погодних параметрів, забруднення поверхні панелей, поступову деградацію обладнання та появу технічних несправностей. Метою статті є формування інтегрованого підходу до маршрутизації рішень у цифровому контурі фотоелектричної системи на основі кількісних результатів сучасних досліджень. Проаналізовано сучасні підходи до керування точкою максимальної потужності, прогнозування виробітку електроенергії, виявлення несправностей, оцінювання забруднення, моніторингу технічного стану та підтримки рішень щодо експлуатаційного або сервісного втручання. Визначено, що окремі алгоритмічні рішення вже демонструють високі кількісні результати у власних класах задач, однак їх використання у великих фотоелектричних комплексах залишається обмеженим через недостатню формалізацію переходу від результату окремої моделі до практичного рішення на рівні всієї станції. Запропонований цифровий контур розглядається не як набір незалежних аналітичних модулів, а як інтегрована система, у якій прогнозування, виявлення відхилень, оцінювання забруднення, аналіз стану обладнання та маршрутизація рішень працюють узгоджено. Окрему увагу приділено формалізації процесу вибору дій на основі сукупності сигналів системи. Запропонований підхід дає змогу розмежовувати ситуації, у яких достатньо локальної корекції режиму роботи, від випадків, де потрібно переналаштувати прогнозну модель, виконати очищення сонячних модулів або ініціювати адресне технічне обслуговування. Наукова новизна роботи полягає у формалізації зв’язку між кількісними результатами сучасних алгоритмічних підходів і типами практичних рішень на рівні фотоелектричної станції. Практичне значення роботи полягає у можливості використання запропонованої моделі як основи для цифрових систем підтримки рішень на фотоелектричних станціях. Така логіка дозволяє зменшити ризик необґрунтованих сервісних втручань, уникнути помилкового трактування забруднення або прогнозної похибки як технічної несправності та підвищити обґрунтованість експлуатаційних рішень.

Дослідження питань енергоефективності системи передачі електричної енергії

Вероніка Вікторівна Черкашина — 2026-05-29

В статті представлено комплексний аналіз техніко-економічних характеристик кабельної і повітряної ліній електропередавання, що дозволяє прийняти обґрунтоване рішення в частині вибору об’єкту для покращення енергоефективності системи передачі електричної енергії. Обґрунтовано клас напруги систем передачі електричної енергії і встановлено, що дана система функціонує з номінальною напругою 110 кВ. Відповідно до класу напруги системи передачі електричної енергії вибрано струмопровідну частину для повітряної і кабельної ліній електропередавання і виконано перевірку перерізів проводів і жил кабелю по допустимому струмовому навантаженню. За результатами вибору та перевірки виявлено, що повітряну і кабельну лінії виконано однаковим перерізом струмопровідної частини – 240 мм². Визначено параметри схеми заміщення повітряної і кабельної ліній електропередавання. Проаналізовано процес передачі електричної енергії повітряною і кабельною лініями та встановлено, що відхилення напруги знаходиться в межах ±5 %, що підтверджує відповідність показникам якості і рівноцінність аналізуємих варіантів. Враховуючи це, проведено економічний аналіз для обґрунтування оптимального варіанту лінії шляхом розрахунку витратної частини інтегрального ефекту сумарних дисконтованих витрат і виявлено, що кабельна лінія на 79 % дорожче за повітряну лінію. Тому проведено SWOT-аналіз для обґрунтування вибору доцільної лінії електропередавання за результатами якого проєкт з кабельною лінією виявився більш привабливим за проєкт з повітряною лінією. Таким чином, спираючись на представлені результати дослідження слідує, що для покращення енергоефективності системи передачі електричної енергії 110 кВ протяжністю 20 км має сенс використовувати кабельну лінію електропередавання.