Електротехнічні системи та енергетичний менеджмент у Центральноукраїнському національному технічному університеті

Кафедра «Електропостачання промислових підприємств та сільського господарства» затверджена Міністерством вищої та середньої спеціальної освіти УРСР у 1975 р.

Сьогодні кафедра має назву «Електротехнічні системи та енергетичний менеджмент» (ЕТС та ЕМ). До її професорсько-викладацького складу входять: 4 професори, 11 доцентів, 1 старший викладач.

З роки існування кафедри ЕТС та ЕМ була створення потужна лабораторна база – 20 лабораторій.

Напрями науково-дослідної роботи:

Комплексне дослідження енергетичних потенціалів альтернативних джерел місцевого походження та обгрунтування оптимальних комбінованих енергосистем для віддалених агропромислових споживачів;

Розробка енергозберігаючих технологій, проведення енергетичного аудиту, дослідження якості електричної енергії в електричних мережах – науковий керівник к.т.н. проф. Плєшков П.Г.

Удосконалення технологій виготовлення і використання біопалив та сумішей на їх основі в енергетичних установках;

Розробка та дослідження енергоефективних тепломасотрансформаторів на основі газогідратних технологій – науковий керівник д.т.н. проф. Клименко В.В.

Розробка систем захисту і діагностики електричних мереж – науковий керівник к.т.н. проф. Орлович А.Ю.

Моделі та оптимізація режимів активних та реактивних потужностей в електричних мережах та системах електропостачання– наукові керівники к.т.н. доц. Котиш А.І., к.т.н. доц. Сіріков О.І.

Дослідження методів та засобів енергоаудиту для підвищення ефективності енерговикористання та забезпечення паливноенергетичних балансів науковий керівник – к.т.н. проф. Серебренніков С.В.

Оптимізація добового режиму електроспоживання промислових підприємств

Однією з нагальних проблем електроенергетики України є нерівномірність електроспоживання протягом доби. Характерною особливістю добового графіка електричного навантаження (ГЕН) об’єднаної енергосистеми (ОЕС) є наявність двох піків – ранкового та вечірнього, а також зниження навантаження на 15…30 % у нічні години. Нерівномірність ГЕН ускладнює забезпечення перманентного балансу електроенергії (ЕЕ) та призводить до погіршення режимів роботи як ОЕС в цілому, так і її складових (наприклад, обласних енергокомпаній (ЕК)). Розбалансування енергосистеми України внаслідок дефіциту палива та перебоїв з його транспортуванням, аварійних ситуацій на атомних електричних станціях призводять до введення в дію періодичних аварійних та «віялових» відімкнень споживачів ЕЕ, що спричиняє пошкодження виробничого устаткування, масове бракування продукції та значні економічні збитки від вимушених простоїв.

Підтримання електроенергетичного балансу можна досягти нарощуванням високоманеврових генеруючих потужностей або ж цілеспрямованим управлінням режимом електроспоживання у часі, що на сьогодні є більш раціональним. Найпотужнішою за електроспоживанням групою роздрібного ринку електроенергії і, водночас, гнучкою в плані оптимізації режиму, є промислова галузь, споживання котрої становить близько 50 % від загального навантаження ОЕС, тому переважно саме ГЕН промислових підприємств визначає нерівномірність ГЕН ОЕС.

До вирівнювання режиму електроспоживання в часі прагнуть перш за все виробники ЕЕ, натомість, споживачі більш за все зацікавлені у економії плати за ЕЕ. Для досягнення сукупності цих результатів слугують диференційовані у часі тарифи, котрі покликані спонукати до перерозподілу навантажень із зон піку та напівпіку – до нічної зони. Проте, існуючі методи регулювання режиму електроспоживання є малоефективними, а діюча система диференційованих тарифів на сьогодні вже вичерпала свої регулюючі можливості. Отже, розроблення і удосконалення методів управління електроспоживанням для оптимізації добового режиму електроспоживання промислових підприємств та сприяння підтриманню балансу попиту і виробництва ЕЕ є актуальною задачею для енергетики країни і обласних енергокомпаній.

Мета: вирівнювання добового графіку електричного навантаження енергокомпанії; зменшення втрат в лініях електропередач, зменшення витрат на закупівлю електричної енергії на оптовому ринку за рахунок впровадження методів  оптимізації добових режимів електроспоживання.

Науково-технічна продукція:

• комплекс організаційно-технічних заходів та методика управління режимами електроспоживання промислових об’єктів;
• методика комплексного управління режимами електроспоживання для оптимізації обласних енергетичних балансів
• система контролю рівня ефективності використання електричної енергії на промислових об’єктах;
• методика управління режимом електроспоживання промислових підприємств за рахунок технологічного ресурсу.

Практична значимість результатів:

• Вирівнювання добового графіку електричного навантаження енергокомпанії;
• Зменшення втрат в лініях електропередач, зменшення витрат на закупівлю електричної енергії на оптовому ринку за рахунок впровадження методів оптимізації добових режимів електроспоживання.

Впровадження: комплекс організаційно-технічних заходів та методика управління режимами електроспоживання промислових об’єктів впроваджені ПрАТ «Кіровоградобленерго» та Інспекцією Держенергонагляду у Кіровоградській області згідно плану оптимізації режимів електроспоживання та збалансування обсягів виробництва електричної енергії з її споживанням. Методика комплексного управління режимами електроспоживання для оптимізації обласних енергетичних балансів взята до уваги та планується до використання Департаментом інфраструктури та промисловості Кіровоградської обласної державної адміністрації під час розробки заходів з енергозбереження та вирішенні питань підвищення рівня енергоефективності в Кіровоградській області. Запропонована система контролю рівня ефективності використання ЕЕ на промислових об’єктах, методика управління режимом електроспоживання промислових підприємств за рахунок технологічного ресурсу були використані під час формування та реалізації енергоефективних режимів електроспоживання виробничих цехів ПГО АПВТ «Фірма Ласка».

Публікації: основний зміст дослідження відображено у 28 наукових наукових працях.

Виконавці: Петрова К.Г., Серебренніков С.В.

Автоматичне регулювання напруги розподільчих електричних мереж з використанням регулюючих пристроїв силових трансформаторів

На сучасному етапі розвитку систем електропостачання важливу роль відіграє питання якості напруги на споживачах електричної енергії. Наявність в розподільчих електричних мережах (РЕМ) потужних електроспоживачів з різкозмінним графіком роботи, а також нелінійних і несиметричних електроспоживачів призводить до зниження якості електричної енергії.

Одним із основних показників якості електричної енергії є усталене відхилення напруги, коефіцієнти несиметрії напруг по зворотній  та нульовій послідовностях. Невідповідність значень цих ПЯЕ діючим нормам призводить до появи додаткових втрат електроенергії, скорочення терміну служби ізоляції електричних машин, трансформаторів, кабелів, і, як наслідок, призводить до виникнення значних збитків практично в усіх галузях промисловості.

Розвиток силової електроніки дозволив створити безконтактні пристрої регулювання напруги під навантаженням (РПН), у яких для комутації струмових кіл використовуються напівпровідникові пристрої (тиристори, транзистори, симістори). Дані пристрої мають ряд суттєвих переваг над механічними РПН, таких як: висока швидкодія, краща ремонтопридатність та надійність. Крім цього, за рахунок можливості пофазної зміни коефіцієнту трансформації, силовий трансформатор з безконтактним пристроєм РПН може впливати і на рівні несиметрії напруг.

Тому виникає необхідність систем автоматичного управління (САУ) безконтактними пристроями РПН силових трансформаторів з метою одночасного зниження рівнів відхилення та несиметрії напруг у РЕМ є досить актуальною.

Мета: зниження рівнів усталеного відхилення та несиметрії напруг у РЕМ шляхом автоматизації процесу управління регулюючими пристроями силових трансформаторів.

Науково-технічна продукція:

1) спосіб автоматичного регулювання напруги в електричній мережі;

2) макет блоку управління пристроєм РПН силового трансформатора.

Практична значимість результатів полягає у підвищення надійності та економічності роботи розподільних електричних мереж за рахунок одночасного зниження рівнів усталеного відхилення та несиметрії напруги. роботи повітряних ліній розподільних електричних мереж за рахунок своєчасного проведення заходів щодо їх захисту від ожеледно-паморозевих відкладень;

Впровадження: результати наукового дослідження були використані при розв’язанні задачі регулювання напруги розподільчих електричних мереж у ПАТ Кіровоградобленерго.

Публікації: основний зміст дослідження відображено у 14 наукових працях: 9 статтях у наукових фахових виданнях (з яких 1 стаття у виданні, включеному до міжнародної наукометричної бази Scopus), 2 патентах України на корисну модель, 3 тезах у збірниках праць науково-технічних конференцій.

Виконавці: Плєшков П. Г., Зінзура В. В.

Розробка радіофіксатора коротких замикань для повітряних електричних мереж напругою 110–150 кВ

Найбільш складною, а як правило й найбільш тривалою технологічною операцією, є визначення місця пошкодження повітряних ліній електропередач. В мережах середньої напруги річна кількість пошкоджень складає сотні, а в абонентських мережах, що живляться від них – тисячі випадків. Значну частину експлуатаційних витрат складають витрати на пошук місця пошкодження електричних мережах, в той час як доля витрат на пристрої для визначення місця пошкодження в загальних капітальних витратах відносно мала.

В теперішній час розроблено різні типи фіксуючих пристроїв, ряд з яких успішно експлуатується. Враховуючи, що дані прилади забезпечують автоматичне вимірювання і фіксацію електричних величин під час короткого замикання, вони повинні закінчити вимір до початку відключення пошкоджених ділянок лінії (0,1 с), також зберігати значення зафіксованої електричної величини протягом часу, достатнього для прибуття на підстанцію (без постійного чергування) оперативної виїзної бригади, повинен передбачатися автоматичний селективний запуск приладів, щоб контрольована величина була зафіксована лише при аварійних відключеннях ліній, прилад повинен забезпечувати певну точність виміру (зазвичай відносна похибка виміру не повинна перевищувати 5 %) і так далі. Тобто для виявлення та пошуку місця короткого замикання (КЗ) потрібен цілий комплекс пристроїв, в котрі повинні входити: релейний захист для фіксації пошкоджень і відключення пошкодженої зони; пристрої дистанційного вимірювання для локалізації зони пошуку в межах виділеної ділянки та інші. Та навіть вони, в лініях з великою кількістю довгих відгалужень, не в змозі вказати на конкретне відгалуження з місцем КЗ. Щоб визначити дійсне місце КЗ, слід додатково встановлювати на відгалуженнях фіксатори короткого замикання, що призведе до підвищення ефективності пошуку місця КЗ.

Мета: зменшення часу пошуку місця короткого замикання, зменшення збитків пов’язаних з переривом електропостачання, зменшення транспортних витрат на пошук місця пошкодження в повітряних електричних мережах напругою 110–150 кВ.

Задачі дослідження:

1) аналіз способів організації каналів радіо- та GSM зв’язку;

2) аналіз способів живлення передавачів радіо- та GSM модулів фіксаторів коротких замикань;

3) аналіз способів фіксації короткого замикання на повітряній лінії електропередачі напругою 110–150 кВ;

4) розробка структурної та принципової схеми радіофіксатора коротких замикань для повітряних електричних мереж напругою 110–150 кВ з використанням радіо- та GSM каналів зв’язку;

5) розробка структурної та принципової схеми прийомного блоку радіофіксатора коротких замикань для повітряних електричних мереж напругою 110–150 кВ, що встановлюється на диспетчерському пункті або підстанції з черговим персоналом з використанням радіо- та GSM каналів зв’язку;

6) виготовлення дослідного зразка радіофіксатора коротких замикань з обраним каналом зв’язку для повітряних електричних мереж напругою 110–150 кВ та його прийомного блоку;

7) проведення випробувань роботи дослідного зразка радіофіксатора коротких замикань з обраним каналом зв’язку для повітряних електричних мереж напругою 110–150 кВ та його прийомного блоку.

Науково-технічна продукція:

1) спосіб організації каналу радіозв’язку фіксатора коротких замикань для повітряних електричних мереж напругою 110–150 кВ та його прийомного блоку;

2) спосіб живлення передавача радіомодуля фіксатора короткого замикання;

3) дослідний зразок радіофіксатора короткого замикання для повітряних електричних мереж напругою 110–150 кВ та його прийомного блоку.

Практична значимість результатів:

1) зменшення транспортних витрат на пошук місця пошкодження в повітряних електричних мережах напругою 110–150 кВ;

2) зменшення збитків пов’язаних з переривом електропостачання, шляхом зменшення часу пошуку місця короткого замикання в повітряних електричних мережах напругою 110–150 кВ.

Впровадження: Результати наукового дослідження використані при розв’язанні задач фіксації коротких замкнень в повітряних лініях напругою 110–150 кВ електричних мереж у ПрАТ «Кіровоградобленерго» в рамках виконання госпдоговірної НДДКР по договору №35/113/№83/13 за темою «Розробка фіксатора коротких замкнень для електричної мережі 150 кВ».

Публікації: основний зміст дослідження відображено у 4 наукових публікаціях.

Виконавці: Плєшков П.Г., Сіріков О.І., Котиш А.І.

Підвищення ефективності експлуатації повітряних ліній розподільних електричних мереж в умовах ожеледоутворення

Повітряні лінії електропередавання – найбільш чутлива ланка енергосистеми до природних ризиків. На сьогодні, в значної їх частини завершується розрахунковий строк служби, в той же час, зростають кліматичні навантаження внаслідок змін клімату. Тому, у даних умовах, використання існуючих систем плавки ожеледі струмами короткого замикання сумісно з інформаційними системами моніторингу ожеледоутворення не забезпечує надійної роботи повітряних ліній. Оскільки останні потребують удосконалення первинних вимірювальних перетворювачів та алгоритмів прогнозування ожеледоутворення. Тому необхідним є створення інформаційних  систем моніторингу стану повітряних ліній в умовах ожедеоутворення, на базі сучасних методів прогнозування та контролю ожеледно-паморозевих відкладень з можливістю їх апаратної та програмної інтеграції до комплексу технічних засобів платформи Smart Grid.

Мета: зниження відмов у електропостачанні на основі впровадження інформаційної системи моніторингу стану повітряних ліній розподільних електричних мереж при ожеледно-вітрових аваріях.

Науково-технічна продукція:

• спосіб прогнозування часу початку утворення ожеледно-паморозевих відкладень на проводі повітряної лінії;
• вимірювальний перетворювач ожеледоутворення на проводі;
• макет блоку збору даних інформаційної системи моніторингу стану;
• технічні рекомендації щодо побудови інформаційної системи моніторингу стану повітряних ліній в умовах ожеледоутворення.

Практична значимість результатів:

1. Підвищення надійності роботи повітряних ліній розподільних електричних мереж за рахунок своєчасного проведення заходів щодо їх захисту від ожеледно-паморозевих відкладень;
2. Зменшення витрат на відновлювальні роботи повітряних ліній після ожеледно-вітрових аварій.
3. Подовження строку експлуатації повітряних ліній внаслідок зменшення часу дії екстремальних ожеледно-вітрових навантажень на їх конструктивні елементи.

Впровадження: Результати наукового дослідження були використані при розв’язанні задач технічного діагностування ожеледоутворення на проводах повітряних ліній розподільних електричних мереж у ПАТ Кіровоградобленерго.

Публікації: основний зміст дослідження відображено у 20 наукових публікаціях, з яких: 2 статті – у виданнях включених до міжнародних наукометричних баз Scopus та Web of Since, та 5 – у патентах України.

Виконавці: Козловський О. А., Орлович А. Ю.

Автоматичне керування генерацією електроенергії відновлюваних джерел енергії в комбінованій електроенергетичній системі

При застосуванні установок з відновлюваними джерелами енергії на підприємствах, точка їх підключення до розподільної електричної мережі, як правило, співпадає з точкою приєднання електроспоживачів. Під час генерації електроенергії такою установкою спостерігається підвищення напруги в точці приєднання установки до мережі. В режимі реверсивного потоку потужності в розподільну мережу спостерігаються понаднормові завищені значення усталеного відхилення напруги. Існуючі системи автоматичного керування установок з відновлюваними джерелами показує, що всі вони реалізують такий підхід до автоматичного керування, за якого обмежується рівень генерації активної потужності в мережу в залежності від фіксованого значення уставки по напрузі. Недоліком цього є зниження фінансових надходжень від продажу електроенергії в мережу за «зеленим» тарифом, що пов’язане зі зниженням рівня генерації активної потужності в мережу. Тому задача удосконалення систем автоматичного керування установками з відновлюваними джерелами з метою забезпечення максимального рівня генерації електроенергії цими установками за умов дотримання нормально допустимих значень усталеного відхилення напруги в точці приєднання електроспоживачів до розподільної електричної мережі є актуальною.

Мета: забезпечення максимально можливого рівня генерації електроенергії установками з відновлюваними джерелами за умов дотримання нормально допустимих значень усталеного відхилення напруги в точці приєднання електроспоживачів до розподільної електричної мережі.

Науково-технічна продукція:

1) комп’ютерна імітаційна модель системи автоматичного керування установками генерації електроенергії, що містять відновлювані джерела;

2) методика визначення вектора керування установками генерації електроенергії, що містять відновлювані джерела енергії.

Практична значимість результатів: забезпеченні максимального рівня генерації електричної енергії установками з відновлюваними джерелами енергії за рахунок поліпшення характеристик систем автоматичного керування шляхом розрахунку та зміни в режимі реального часу уставки обмеження потужності генерації установками з відновлюваними джерелами енергії.

Впровадження:

Результати наукового дослідження використовуються при проектуванні систем електропостачання з використанням відновлюваних джерел енергії та їх систем автоматичного керування на ТОВ «Електроактив-монтаж».

Публікації: основний зміст дослідження відображено у 10 статтях у наукових фахових виданнях, з яких 2 статті у фахових виданнях України, занесеному до міжнародних наукометричних баз (Ulrich's Periodicals Directory, Index Copernicus, CiteFactor, Polish Scholarly Bibliography, ВІНІТІ (Російська академія наук)), 1 зарубіжна публікація у виданні, що цитується в наукометричній базі Index 6 тезах у збірниках праць конференцій.

Виконавці: Солдатенко В. П., Плєшков П. Г.

Ресурсоенергозберігаючі режими роботи системи асинхронний електродвигун – робоча машина

В Україні існує проблема зниження втрат активної енергії в системах електроприводу і робочих машинах. Суть проблеми полягає в тому, що в електродвигунах і робочих машинах втрачається значна кількість енергії, яка споживається для виконання корисної роботи. Однією з головних причин існування проблеми є низькі коефіцієнти корисної дії електродвигунів і робочих машин, недосконалість систем регулювання завантаження робочих машин. Аналіз результатів експлуатації електрообладнання показує, що аварійність асинхронного електродвигуна досить висока, що приводить до значних збитків у виробництві. Тому необхідним є проведення досліджень, які направлені на вивчення особливостей режимів роботи асинхронних електродвигунів в сукупності з робочими машинами і на розробку ресурсоенергозберігаючих режимів роботи останніх та технічних засобів керування роботою системи  «електродвигун – робоча машина».

Мета: підвищення експлуатаційної надійності асинхронних електродвигунів та зменшення втрат активної енергії в системі «електродвигун – робоча машина» за рахунок використання електромеханічних систем управління на базі розроблених ресурсоенергозберігаючих режимів роботи.

Науково-технічна продукція:

1) метод дослідження втрат активної потужності в асинхронному електродвигуні за допомогою кругової діаграми комплексу повної потужності втрат енергії у функції ковзання та коефіцієнта втрат;

2) метод дослідження витрати ресурсу ізоляції в електродвигуні;

3) технічні рекомендації щодо побудови пристрою функціонального діагностування режимів роботи системи «електродвигун – робоча машина» з урахуванням втрат електричної енергії в системі та витрат ресурсу ізоляції.

Практична значимість результатів:

1. Підвищення надійності роботи системи «електродвигун – робоча машина» за рахунок впровадження електромеханічних систем управління на базі розроблених ресурсоенергозберігаючих режимів роботи.

2. Зменшення втрат електроенергії та витрат на ремонтні роботи по відновленню асинхронного електродвигуна в процесі експлуатації за рахунок впровадження пристрою функціонального діагностування режимів роботи системи «електродвигун – робоча машина».

3. Збільшення ресурсу використання ізоляційної конструкції асинхронних електродвигунів за рахунок зменшення теплового зношення ізоляції внаслідок зменшення втрат активної потужності електродвигуна.

Впровадження: Наукова робота виконана відповідно до плану науково-дослідної роботи ТДАТУ за науково-технічною програмою №1 «Розробка наукових систем, технологій і технічних засобів для задоволення технічної безпеки Південного регіону України» (державний реєстраційний номер 0102U000678), підпрограмою 1.6. «Розробка методів і засобів технічного сервісу електрообладнання та ресурсоенергозбереження», напрямком 1.6.4. «Розробка пристрою функціонального діагностування електродвигунів».

Публікації: зміст дослідження відображено у 7 наукових публікаціях.

Центральноукраїнський національний технічний університет

• Історія
• Молоді енергетики
• Енергетика та електрифікація
• Енергетичний менеджмент

• Георгій Коліушко – знаний спеціаліст з високовольтної імпульсної техніки
• Плани ЄС щодо розвитку водневої галузі до 2030 року та перспективи України у цій екосистемі