Дисертації (ЕМС)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Резистивне заземлення нейтралі розподільної мережі 20 кВ(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Буряк, Анна Романівна; Кирик, Валерій ВалентиновичБуряк А.Р. Резистивне заземлення нейтралі розподільної мережі 20 кВ. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. У дисертаційній роботі вирішується комплекс науково-прикладних завдань, пов’язаних із обґрунтуванням, моделюванням та оптимізацією режимів роботи розподільних електричних мереж середньої напруги 20 кВ за умов резистивного заземлення нейтралі. Актуальність теми зумовлена необхідністю підвищення надійності та безпеки функціонування розподільних мереж у процесі модернізації енергосистеми України – зокрема, переходу з класів напруг 6(10) кВ на 20 кВ, інтеграції відновлюваних джерел енергії та впровадження концепції Smart Grid. Дослідження поєднує аналіз сучасного стану мереж 20 кВ, розроблення математичних моделей та імітаційних сценаріїв аварійних режимів, а також застосування інтелектуальних методів аналізу даних для визначення оптимального опору нейтрального резистора. В результаті вибрано науково обґрунтовані підходи, які враховують складність і багатофакторність задачі, та доведено доцільність резистивного заземлення нейтралі як засобу підвищення показників надійності та електробезпеки мереж 20 кВ. У першому розділі дисертації проведено аналіз сучасного стану і тенденцій розвитку розподільних мереж напругою 20 кВ, що дозволило виявити ключові проблеми їх функціонування. Особливу увагу приділено аналізу режимів заземлення нейтралі – ізольованому, компенсованому та резистивному – та їх впливу на показники роботи мережі. Встановлено, що ізольована нейтраль різко підвищує ризик небезпечних перенапруг на неушкоджених фазах і ускладнює підтримання стійкості режиму, тоді як компенсоване заземлення нейтралі характеризується складністю практичної реалізації та недостатньою селективністю релейного захисту в умовах реальних аварій. Натомість показано, що резистивне заземлення нейтралі забезпечує найбільш збалансоване поєднання експлуатаційної надійності, електробезпеки та економічної доцільності. Водночас підкреслено, що ефективність цього підходу суттєво залежить від правильного вибору величини опору заземлювального резистора, що потребує розроблення науково обґрунтованих методів його визначення. В цілях пошуку перспективних напрямків вирішення зазначеної проблеми виконаний аналіз міжнародного досвіду впровадження мереж напругою 20 кВ: показано, що у Німеччині, Франції, Польщі та скандинавських країнах перехід до класу напруги 20 кВ із резистивним заземленням нейтралі довів свою ефективність і доцільність. Ці результати обґрунтували вибір напрямку подальших досліджень, орієнтованих на визначення оптимальних параметрів резистивного заземлення для розподільних мереж. Другий розділ присвячено методології дослідження, яка враховує складність і взаємозв’язок усіх етапів. Розроблено комплексний підхід, що поєднує детальне математичне моделювання післяаварійних режимів у програмних середовищах MATLAB/Simulink та DIgSILENT PowerFactory із застосуванням алгоритмів інтелектуальної обробки даних. Зокрема, для аналізу великого обсягу результатів моделювання використано методи нечіткого кластерного аналізу (алгоритми K-Means, DBSCAN, ієрархічна кластеризація). Сформовано репрезентативну вибірку параметрів мережі і аварійних ситуацій, визначено типові сценарії однофазних замикань на землю, перенапруг та роботи релейного захисту. Обґрунтовано доцільність застосування кластерного аналізу: цей підхід дозволив згрупувати схожі аварійні режими та виявити приховані закономірності, недоступні при традиційному аналізі. За допомогою кластеризації визначено оптимальні діапазони опору резистора нейтралі, за яких забезпечуються стійкість режимів і коректна робота захистів. Розроблений метод був апробований на множині сценаріїв і створив теоретико-методичне підґрунтя для подальших досліджень. У третьому розділі представлено створену математичну модель типової розподільної мережі 20 кВ та викладено результати її імітаційного дослідження. Модель враховує структуру міських і сільських мереж, параметри повітряних та кабельних ліній різної довжини, трансформаторів, характер навантаження, а також можливість підключення розподілених генераторів (відновлюваних джерел енергії). На основі цієї моделі проведено серію чисельних експериментів для різноманітних сценаріїв однофазних замикань на землю з різними значеннями опору нейтрального резистора. Результати моделювання показали, що правильний вибір опору резистора нейтралі суттєво впливає на розвиток аварійного режиму: при оптимальному опорі значно знижуються амплітуди струмів замикання на землю, обмежуються перенапруги на непошкоджених фазах і забезпечується коректне спрацювання релейного захисту без хибних або пропущених спрацювань. Порівняльний аналіз різних значень опору продемонстрував, що при резистивному заземленні з опором у середньому діапазоні досягається найкращий баланс між вимогами надійності та електробезпеки. Занадто малий опір (наближений до жорсткого заземлення) призводить до надмірно великих струмів КЗ і перевантаження обладнання, тоді як занадто великий опір (наближений до ізольованої нейтралі) спричиняє небезпечні перенапруги і ускладнює виявлення пошкоджень. Кластерний аналіз отриманих результатів дозволив виділити групи режимів із подібними характеристиками та точно окреслити діапазони параметрів, у межах яких мережа працює стабільно. На основі цього узагальнення запропоновано алгоритм підтримки прийняття рішень для вибору оптимального опору резистора нейтралі конкретної мережі. Цей алгоритм інтегрує результати імітаційного моделювання з методами кластеризації, автоматично визначаючи рекомендоване значення опору з урахуванням особливостей топології та режимів конкретної мережі. Запропонований підхід може бути реалізований у диспетчерських системах керування (SCADA, ADMS) для допомоги інженерам і операторам у режимі реального часу. У четвертому розділі розроблено практичні рекомендації щодо впровадження отриманих наукових результатів у діяльність операторів систем розподілу. Розглянуто питання інтеграції створеного алгоритму оптимізації опору нейтралі в існуючу інфраструктуру Smart Grid. Зокрема, запропоновано архітектуру цифрової платформи на основі концепції «цифрового двійника» розподільної мережі 20 кВ. Цифровий двійник мережі, оснащений інтелектуальним модулем кластерного аналізу, дозволяє у перспективі прогнозувати розвиток аварійних ситуацій і вживати превентивних заходів. Реалізація таких рішень відкриває можливості для адаптивного налаштування параметрів релейного захисту під поточний стан мережі, своєчасного переключення конфігурації мережі або підключення систем накопичення енергії з метою мінімізації наслідків аварій. Запровадження рекомендацій дисертації здатне підвищити ефективність експлуатації мереж – знизити частоту та масштаби відключень, покращити якість електропостачання та безпеку обслуговування мережевого обладнання. Наведено етапи практичної реалізації запропонованого підходу та обговорено питання сумісності з програмно-технічними комплексами сучасних розподільних компаній. Наукова новизна роботи полягає в тому, що вперше запропоновано використовувати методи кластерного аналізу для оптимізації параметрів режиму нейтралі розподільних мереж 20 кВ. Розроблено оригінальний алгоритм визначення оптимального діапазону опору резистивного заземлення нейтралі на основі поєднання результатів імітаційного моделювання з інтелектуальною обробкою даних. На відміну від відомих підходів, цей алгоритм враховує специфіку конкретної мережі (структуру, параметри та характер навантаження) і автоматично знаходить компромісне рішення, яке забезпечує високий рівень надійності та безпеки. Отримане рішення формує методичну базу, що може бути поширена на інші рівні напруги та інтегрована у сучасні системи керування електричними мережами (Smart Grid), розширюючи інструментарій управління режимами мереж з альтернативними джерелами енергії. Практичне значення результатів дисертації визначається можливістю їх безпосереднього впровадження у практику проєктування й експлуатації розподільних електричних мереж України. Використання розробленого алгоритму вибору опору нейтралі дає змогу енергетичним компаніям оптимізувати режими роботи мереж 20 кВ відповідно до реальних умов, підвищити надійність електропостачання споживачів та зменшити ризик технологічних порушень. Запропонований підхід сприяє також зниженню рівня аварійності та техногенних пошкоджень обладнання, обмеженню небезпечних перенапруг і втрат електроенергії при однофазних замиканнях. Важливо, що методика забезпечує ефективну інтеграцію відновлюваних джерел енергії та систем накопичення в розподільні мережі, підтримуючи стабільність і керованість енергосистеми за нових умов. Окремі результати дослідження вже впроваджено у навчальний процес кафедри електричних систем та мереж НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського» (для оновлення змісту дисциплін з діагностики та управління режимами електромереж), оприлюднено на фахових науково-технічних конференціях та опубліковано у профільних виданнях. таким чином, проведене дослідження робить вагомий внесок у підвищення надійності, безпеки й ефективності роботи розподільних мереж та створює передумови для подальшого розвитку інтелектуальних систем керування електроенергетичними комплексами.Документ Відкритий доступ Підвищення ефективності регулювання частоти електроенергетичної системи з відновлюваними джерелами енергії(2016) Нестерко, Артем Борисович; Яндульський, Олександр Станіславович; Кафедра електричних мереж та систем; електроенерготехніки та автоматики; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"Документ Відкритий доступ Оцінювання в режимі реального часу загрози коливного порушення стійкості енергооб’єднання(2016) Чижевський, Володимир Валерійович; Буткевич, Олександр Федотович; електричних мереж та систем; електроенерготехніки та автоматики; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"; Національна академія наук України Інститут електродинаміки