XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В современное время в промышленности наблюдается возрастание потребляемой мощности особенно в горной предприятии. Именно поэтому в связи с этим усложняются задачи рационального построения схем электроснабжения. Система электроснабжения представляет собой совокупность систем преобразования и передачи, распределения и производства электроэнергии. Требования к системам электроснабжения. Такая система включает в себя множество составляющих. Независимо от типа системы и сферы ее применения ко всем системам выдвигаются жесткие требования. Требования регламентируются ГОСТами и нормативно-правовыми актами, а также ПУЭ. Главные требования: надежность системы электроснабжения, бесперебойность в работе и обслуживании потребителей, унификация системы, безопасность в эксплуатации, а так же безопасность для персонала и для экологии, эргономичность и компактность, экономичность системы. Система электроснабжения включает в себя такие элементы как: источники электроэнергии, которые представление ТЭЦ, ГЭС, и т.п.; система передачи энергии, в качестве которой обычно используют воздушную линию электропередачи или кабельную линию электропередачи: преобразователи электроэнергии – трансформаторы, преобразователи частоты, конвекторы, выпрямители и автотрансформаторы; приборы для распределения электроэнергии – ОРУ, ЗРУ, КРУ, КРУВ и т.п.; цепь релейной защиты, которая может быть представлена такими элементами как реле напряжения, тока, сопротивления, а также дуговая защита, грозозащита, защита от коротких замыканий; элементы управления системой электроснабжения, в частности автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии; элементы эксплуатации; элементы собственных нужд – вентиляция, система отопления, осветительные приборы.

Классификация систем электроснабжения. Системы электроснабжения для разных потребителей выглядят по разному. Для промышленных объектов это более мощная система.

Классификация систем может осуществляться в зависимости от типа источника питания, конфигурации, роду и частоте тока, назначению и мобильности, а также по количеству фаз. Упрощенная классификация систем электроснабжения:

- по типу источника: дизель-генераторные, электромеханические, атомные;

- по конфигурации: централизованными, децентрализованными, а также комбинированными;

- по роду и частоте тока: постоянного и переменного тока с нормальной частотой 50 Гц и более высокочастотные системы;

- по назначению: автономного, резервного и аварийного потребления;

- по мобильности: стационарные, носимые, перевозимые, комбинированные;

- по количеству фаз: одно и многофазные системы.

Если судить по надежности электроснабжения, то электроприёмники можно разделить на три категории.

Первая категория включает в себя электроприёмники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой серьёзные последствия, как – опасность для людей, ущерб предприятию, поломку оборудования, брак продукции, остановка сложного технологического процесса. Поэтому у таких электроприёмников должно быть две независимых источника питания, которые смогут питать их электричеством во время отключения. Такие электроприёмники должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников, поэтому перерыв электроснабжения допускается лишь на время перерыва в главном электроснабжении.

Вторая категория встречается в промышленности чаще других. Она включает те электроприёмники, перерыв в питании которых несет за собой несерьёзный ущерб, а именно – простой людей, оборудования и транспорта, незавершенность технологического процесса. Поэтому требования к таким электроприёмникам не такие жесткие, как в первой категории. Они допускают перерывы электроснабжения, но только на время, которое необходимо для ручного включения резерва дежурным персоналом.

Третья категория включает все остальные электроприёмники. Они обычно находятся во вспомогательных цехах, цехах несерийного производства и в неответственных складах. В этих изыскание случаях обеспечивающие суток, особенности например, на ремонт или замену определенных элементов в системе.

Исходя из вышесказанного, можно решить задачу используя интегрированных пакетов программирования, решения задач с помощью имитационного моделирования в конкретных отраслевых областях в среде MatLab прикладная программа Simulink и библиотека блоков SimPowerSystems.

Выбрав данную среду программного продукта, мы обеспечиваем себя современными методами визуально-ориентированного программирования, библиотекой моделей пассивных и активных электротехнических элементами, источниками энергии, электродвигателями, различными трансформаторами, линий электропередач и т.п.

Simulink самое то для моделирования сложных технических систем, для моделирования и симуляций на системном уровне, что позволяет проводить всестороннее исследование разрабатываемой системы в единой среде проектирования.

Моделирование и симуляции позволяют провести проверку поведения системы в критических условиях или аварийных сценариях. Тем самым происходит снижение затрат на дорогостоящие физические прототипы. Проверка системы осуществляется с помощью полунатурного моделирования и быстрого прототипирования.

В данной статье предоставлен пример модели участка системы электроснабжения, созданной с учетом вышеуказанных свойств пакета Simulink/SimPowerSystems.

Рис. 1. Модель системы электроснабжения с коротким замыканием в двух точках

Модель системы электроснабжения представляет собой набор силовых блоков из библиотеки SimPowerSystems, расположенных и соединенных в определенной последовательности.

Любая система электроснабжения обладает собственной защитой от различных внештатных ситуаций. Такая защита носит название релейная. Её строение довольно сложное.

Имеется три основных режима работы:

- аварийный (смоделирован в данной статье) – данный режим работы нарушает нормальный. Он продолжается до того момента, пока не будет осуществлено отключение повреждённого элемента. Данный аварийный режим в любых случаях кратковременный.

- нормальный – это установившейся режим работоспособности СЭС. Он гарантирует бесперебойное снабжение всех потребителей электричеством в нужном количестве и соответственного качества.

- послеаварийный – в этот период система электроснабжения функционирует до того, пока не будет восстановлена нормальная работа.

Рис. 2. Структурная схема блока измерителя нагрузок

В данной работе в результате проделанного моделирования мы можем смоделировать любой режим работы системы электроснабжения, а так же можем получить графики о величине электрических величин при различных работах систем электроснабжения, например, при аварийном, вследствие чего мы можем выбрать более защищенную, надежную и экономически целесообразную коммутационную аппаратуру, типов проводников воздушных и кабельных линий, устройств релейной защиты и автоматизации, типов и систем электроприводов для бесперебойной работы предприятия.

литературы:

1. Бебихов Ю.В., Волотковская Н.С., Семенов А.С. Электроснабжение промышленных предприятий : учебное пособие. – М.: Спутник+, 2018. – 86 с.

2. Якушев И.А., Семёнова М.Н., Бебихов Ю.В., Семёнов А.С. Математическое моделирование сложных технических систем в среде MatLab : учебное пособие. – М.: Издательство «Спутник +», 2019. – 126 с.

3. Семёнов А.С. Моделирование режимов работы систем электроснабжения горных предприятий : монография / А.С. Семёнов, В.М. Хубиева, Н.Н. Кугушева. – М.: Издательство «Перо», 2015. – 100 с.

4. Семёнова М.Н., Семёнов А.С. Исследование системы электроснабжения методом структурного моделирования // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике : материалы 11-й Всерос. науч.-техн. конф. (Чебоксары, 7-9 июня 2018 г.). – Чебоксары : Изд-во Чуваш. ун-та, 2018. – С. 341-344.

5. Бебихов Ю.В., Кугушева Н.Н., Семёнов А.С. Определение токов короткого замыкания в системе электроснабжения методом математического моделирования // Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве : матер. IV Национальной науч.-практ. конф. (Казань, 6-7 декабря 2018 г.): в 2 т. / редкол.: Э.Ю. Абдуллазянов (гл. редактор) и др. – Казань : Казан. гос. энерг. ун-т, 2019. – Т. 2. – С. 100-107.

6. Семёнов А.С., Семёнова М.Н. Математическое моделирование систем электроснабжения в пакете программ MATLAB // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем : материалы 13-й Всерос. науч.-техн. конф. (Чебоксары, 7 июня 2019 г.). – Чебоксары : Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. – С. 412-415.

7. Semenov A.S., Semenova M.N., Bebikhov Yu.V. The Development of the Universal Mathematical Model of the Electrical Power Supply System of an Area of Industrial Enterprise // 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2019. № 8867704. https://doi.org/10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867704

8. Бебихов Ю.В., Семёнов А.С., Семёнова М.Н., Якушев И.А. Анализ методов моделирования технических систем в среде MATLAB // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2019. Т. 7. № 3. С. 12. https://doi.org/10.26102/2310-6018/2019.26.3.037

9. Семёнов А.С. Моделирование технических систем в среде MATLAB: особенности разработки физической модели в SimPowerSystems // Компьютерные технологии и моделирование в экономике, образовании, управлении и технике: тенденции и развитие : сборник трудов Международной научно-практической конференции (Махачкала, 16-18 октября 2019 г.). – Махачкала: Издательство ДГТУ, 2019. в печати.

10. Бебихов Ю.В., Волотковская Н.С., Семёнова М.Н. Применение математического моделирования для исследования режимов систем электроснабжения промышленных предприятий // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 4. С. 14-20. DOI: 10.17513/mjpfi.12689

11. Бебихов Ю.В., Кугушева Н.Н., Семёнова М.Н. Математическое моделирование систем электроснабжения горных предприятий в пакете программ MATLAB // Наука и инновационные разработки – Северу : II Международная научно-практическая конференция, посвященная 25-летию МПТИ (ф) СВФУ : сборник материалов конференции в 2-х частях / Общ. ред. Зырянов И.В., Соловьев Е.Э., Егорова А.А. (Мирный, 14-15 марта 2019 г.). – Мирный : Издательство «Мирнинская городская типография», 2019. – ч. 1. – С. 110-112.