Дисертації (ВДЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Управління експлуатаційним ризиком у підсистемі електроенергетичної системи в умовах змінення технічного стану електрообладнання та повітряних ліній(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Заклюка, Ігор В’ячеславович; Бардик, Євген ІвановичЗаклюка І.В. Управління експлуатаційним ризиком у підсистемі електроенергетичної системи в умовах змінення технічного стану електрообладнання та повітряних ліній. – 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», Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. У цій дисертаційній роботі розглядаються питання зі створення нових та покращення наявних математичних моделей та методик для діагностики технічного стану і визначення ресурсу працездатності повітряних ліній енергосистем, прийняття рішень щодо визначення пріоритету виведення з експлуатації ПЛ, розробки моделей розподілу річного виділеного енергокомпанією ремонтно-експлуатаційного фонду для задач управління експлуатацією і сегментації парку обладнання енергосистеми. У першому розділі проведено аналіз особливостей функціонування та поточного етапу реформ вітчизняної електроенергетичної сфери, розглянуті проблеми та завдання подальшого розвитку електромережевого комплексу України на фоні швидкого старіння електрообладнання та повітряних ліній, а також перспективи переходу до інтелектуальних технологій в енергетиці. Встановлено, що з розвитком ринкових відносин у сфері електроенергетики ключовим завданням є підтримання необхідного рівня надійності електропостачання споживачів. Виявлено, що в умовах новітніх реалій, на надійність електроенергетичної системи (ЕЕС) України найбільше впливають такі ключові фактори, як лібералізація електроенергетики та важкий режим роботи електрообладнання, яке працює в умовах ринкових відносин; значне зростання частки обладнання з виробленим ресурсом працездатності і низькими темпами його оновлення; збільшення частки відновлювані джерела енергії; збільшення ймовірності терористичних атак зовні на ключові об’єкти електроенергетики, які можуть призвести до порушення стабільності енергосистем та каскадного розвитку аварій. Наведено узагальнену характеристику стану та технологічних порушень силового і комутаційного обладнання, а також повітряних ліній енергосистем. Аналіз статистичних даних відмов електрообладнання та ПЛ виявив, що суттєва частина обладнання має великий термін напрацювання, що збільшує ймовірність його відмов. З'ясовано те, що повітряні лінії мають найвищу частку відмов, що значною мірою впливає на ризик порушення нормальної роботи, зокрема, втрати стійкості енергосистеми. Це вимагає першочергового знаходження ресурсу працездатності та складання прогнозу щодо ризику можливих відмов. Проаналізовано особливості режимів роботи ЕЕС України і світу при відмовах електрообладнання і ПЛ в умовах каскадного розвитку аварій. На основі аналізу причин і сценаріїв розвитку системних аварій, які трапилися у світі протягом минулих десятиріч, встановлено основні причини їх виникнення. Виділено етапи можливих змін станів в ЕЕС з точки зору ризику виникнення аварії та запропоновано і наведено узагальнений сценарій розвитку аварії в ЕЕС. Проведено поглиблений аналіз сучасних стратегій ТО, які застосовуються в світовій практиці. Орієнтуючись на вище розглянуті стратегії встановлено, що новим напрямком в розвитку системи ТО та ремонту електрообладнання і ПЛ України слід вважати розробку підходів, які засновані на індивідуальному спостереженні за реальними змінами ТС в процесі експлуатації і врахуванні схемно-режимних умов роботи. Обґрунтована необхідність розробки методів та засобів отримання діагностичної інформації, а також моделей оцінки ТС ПЛ. Розглянуто питання застосування стратегії ризик-менеджменту для управління експлуатацією ЕЕС. Встановлено, що використання цієї стратегії дає змогу здійснити детальний аналіз причинно-наслідкових зв’язків між технічним станом електричного обладнання та аварійними режимами в електроенергетичній системі, а також визначити загальний показник ефективності роботи електроенергетичної системи у різноманітних аварійних ситуаціях, які спричинені відмовами обладнання. Обґрунтовано використання показника ризику як основного критерію для аналізу аварійних режимів енергосистем. Враховуючи важливість показника індексу ризику функціонування ЕЕС в частині виділення коштів на ТО і Р чи оновлення обладнання як одного з критеріїв, проведено аналіз і наведено опис методів оцінки ймовірності появи аварійних ситуацій в системі внаслідок відмов або виведенні з роботи електричного обладнання, зокрема застосування критерію «n – 1». У другому розділі представлено комплексну лінгвістичну математичну модель повітряної лінії для оцінки ресурсу працездатності і ймовірності відмови. Використовуючи проведений аналіз, було обґрунтовано потребу у розробці моделей для оцінки технічного стану, спрацьованого ресурсу та ймовірності відмов електрообладнання для розв’язання задач оцінки ризику порушення нормального функціонування ЕЕС, оптимального розподілу коштів на ТО і Р та заміну обладнання, зокрема повітряних ліній. Встановлено, що при розробці моделей і методів для достовірної оцінки й прогнозування ТС повітряних ліній електропередачі найбільш ефективними підходами є такі, які ґрунтується на використанні штучного інтелекту. Застосування штучного інтелекту під час оцінки і прогнозування ТС ґрунтується на сполученні теорії нечіткої логіки, статистичних і ймовірнісних методів, нейронних мереж та генетичних алгоритмів. Тому, застосування нечіткої логіки для розробки комплексної математичної моделі, яка дозволяє визначити ресурс працездатності та ймовірності відмови ПЛ є досить обґрунтованим і необхідним. Враховуючи, що задачі побудови комплексних математичних моделей діагностування технічного стану об’єктивно відносяться до категорії погано формалізованих та слабо структурованих задач, доведено потребу у створенні та застосуванні таких нових моделей ПЛ. Ці моделі повинні дозволяти інтеграцію різноманітної інформації про об’єкт, включаючи суб’єктивні дані експертів, в єдину форму. Розроблено комплексну лінгвістичну математичну модель повітряної лінії для оцінки ресурсу працездатності та ймовірності відмови, що базуються на застосуванні інформації про ключові параметри ТС та ступеня важливості індивідуальних функціональних вузлів. Презентовані лінгвістичні математичні моделі ПЛ дозволяють визначити ймовірність відмови на інтервалі часу спостереження та визначити ризик порушення нормального режиму енергосистеми при відмовах та виводі електрообладнання і повітряних ліній з роботи. У третьому розділі представлено математичні моделі розподілу ремонтноексплуатаційних та інвестиційних витрат на заміну електрообладнання і ПЛ енергокомпанії. Визначено, що технічне обслуговування та ремонт електрообладнання електричних мереж енергосистем є одним з головних засобів для забезпечення надійності електропостачання споживачів, при цьому, стратегія профілактичного обслуговування є однією з найбільш ефективних стратегій ТО і Р. Встановлено, що на сьогоднішній день не існує єдиного методичного підходу щодо розподілу ремонтно-експлуатаційних та інноваційних витрат на заміну обладнання енергокомпанії з урахуванням усіх найбільш важливих експлуатаційних факторів, що не дозволяє визначити ефективність прийнятої стратегії управління експлуатацією обладнання та розробити способи її корегування. Обґрунтована необхідність розробки комплексної математичної моделі та відповідного програмного забезпечення для оптимального розподілу річного виділеного енергокомпанією ремонтно-експлуатаційного і інвестиційного фонду для задач управління експлуатацією ЕЕС з урахуванням найбільш важливих факторів впливу. Для вирішення даних задач побудована узагальнена балансова модель рознесення витрат за групами і одиницями електрообладнання, визначені фактори впливу та отримані моделі для розрахунку коефіцієнтів часткової участі електрообладнання у формуванні витрат на його ремонт, експлуатацію і можливу заміну за кожним з виділених факторів. Для агрегованої оцінки ступеню значущості одиниць і груп електрообладнання в частині розподілу ремонтно-експлуатаційних та інвестиційних витрат на заміну обладнання енергокомпанії розроблена лінгвістична математична модель. Побудовані математичні моделі і алгоритми оптимального вибору варіантів розподілу витрат на ТО і Р та заміну обладнання енергокомпанії. За допомогою розробленого математичного та програмного забезпечення проведено розрахунок розподілу ремонтно-експлуатаційних витрат енергокомпанії відповідно до поточних технічних характеристик обладнання та проведена оцінка ефективності оновлення обраного парку обладнання. В четвертому розділі вирішуються задачі сегментації експлуатуємого парку електрообладнання та повітряних ліній енергокомпанії. Проведений аналіз показав, що мінімізація ризику порушення нормального режиму ЕЕС при відмовах обладнання в межах ЕЕС енергокомпанії, яка містить сотні одиниць різнорідного електрообладнання і ПЛ різних класів напруг, можлива, за рахунок, в першу чергу оптимального розподілу виділених обмежених інвестиційних ресурсів на обслуговування, ремонт та заміну обладнання. Обґрунтовано необхідність сегментації наявного парку електрообладнання і повітряних ліній енергокомпаній за терміном експлуатації та за оціненим фактичним технічним станом. Встановлено, що питання розподілу фінансів на ТО і Р, а також прийняття рішень щодо виведення з експлуатації обладнання повинно ґрунтуватись на комплексному підході з урахуванням результатів як оцінки та ранжування технічного стану так і впливу відмови чи виведення з експлуатації об’єкта на режим роботи енергосистеми. Сформовано перелік ознак за якими визначався по нечіткій моделі комплексний агрегований показник, що характеризує значущість об’єкта в задачі оптимального розподілу витрат на ТО і Р та заміну електрообладнання і за яким необхідно виконати групування наявного парку електрообладнання. Проаналізовано існуючі підходи і методи групування наявного парку електрообладнання та обґрунтована доцільність і ефективність застосування методів штучного інтелекту, зокрема, кластерного аналізу для вирішення задач сегментації об’єктів підсистеми ЕЕС. Розглянуто основні особливості застосування алгоритмів чіткої і нечіткої кластеризації парку електрообладнання методом k-середніх. Виконана оцінка ризику виникнення аварійної ситуації в підсистемі ЕЕС енергокомпанії у випадку відмов, планового чи позапланового виводу з роботи електрообладнання і ПЛ. З використанням розроблених спеціальних програмних засобів була проведена сегментація парку електрообладнання підсистеми ЕЕС і визначені групи електрообладнання і ПЛ з підвищеним ризиком експлуатації. У п’ятому розділі розглядається задачі моделювання та аналізу режимної надійності підсистем енергетичної системи, зокрема моделювання і оцінка ризику порушення нормального режиму, при відмовах та виведенні з роботи ПЛ та оптимального розподілу обмежених виділених річних коштів на ТО і Р та заміну обладнання енергокомпанії. Показано, що отримання достовірної кількісної оцінки ризику виникнення аварійної ситуації в енергосистемі при відмовах електрообладнання можливе лише за умови існування адекватних моделей для діагностики ТС, визначення ресурсу працездатності та ймовірності відмови об’єкта, у тому числі і для повітряних ліній. Встановлено, що об’єктивно існуюча неповнота і невизначеність вихідної інформації, щодо технічного стану не дозволяє отримати всеохоплюючу математичну модель комплексної оцінки ТС, знаходження ресурсу працездатності ПЛ. Для розв'язання даних проблем запропоновано декілька типів моделей знаходження ресурсу працездатності та ймовірності відмови ПЛ. Для вибору оптимальних рішень відносно пріоритету виведення з роботи повітряних ліній за заданими критеріями використано метод оптимізації Парето та ймовірнісно-статистичне моделювання Монте-Карло з метою оцінення ризику появи аварійних ситуацій в енергосистемі. Розроблені математична модель і алгоритм дозволяють найти найбільш ефективне превентивне рішення відносно черговості виводу з роботи повітряних ліній. Обґрунтовано необхідність і доцільність використання суб'єктивних суджень експертів для нечіткої оцінки ступеня важливості електрообладнання і ПЛ. Запропоновано підхід для визначення ступеня важливості обладнання щодо пріоритету розподілу витрат на оновлення за результатами суб'єктивних експертних оцінок та наведено загальну схема отримання узагальненої нечіткої оцінки важливості варіанту для виділення коштів на ТО і Р та заміну обладнання. Для схеми (додаток А) електричної мережі енергопостачальної компанії на основі вище представленого підходу були отримані нечіткі експертні оцінки ступеню важливості оновлення обладнання та виконано розрахунки оптимального розподілу обмежених інвестицій між окремими виділеними групами обладнання нечітким булевим програмуванням. Результати роботи впроваджено в ТОВ «Науково-виробниче підприємство «Укренергоналадкавимірювання» та використано в курсах навчальних дисциплін «Інтелектуальні системи діагностики електрообладнання та прийняття рішень» і «Моделі технічного стану і режимів електрообладнання електричних станцій», а також при виконані кваліфікаційних та науково-дослідних робіт магістрів кафедри відновлюваних джерел енергії факультету електроенерготехніки та автоматики КПІ ім. Ігоря Сікорського.Документ Відкритий доступ Термоелектрична установка на основі двигуна Стірлінга(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Бережнюк, Микола Миколайович; Головко, Володимир МихайловичБережнюк М.М. Термоелектрична установка на основі двигуна Стірлінга. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка, галузь знань 14 Електрична інженерія. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. Дисертаційне дослідження спрямоване на вирішення актуальної наукової задачі – визначення характеру впливу чинників надходження енергії сонячного випромінювання на показники стабілізації вихідних параметрів термоелектричної установки на базі двигуна Стірлінга шляхом математичного та фізичного моделювання. У роботі здійснено порівняльний аналіз основних типів концентраційних установок сонячного випромінювання, зокрема параболічних рефлекторів, лінійних рефлекторів Френеля, концентраційних веж, параболічних тарілчастих концентраторів та систем на основі лінз Френеля. Під час порівняння враховано ключові технічні характеристики: тип фокусування та особливості трекінгових систем, робочі температурні режими, концентраційний коефіцієнт, можливість інтеграції двигуна Стірлінга як поглинача концентрованого сонячного випромінювання, типи систем акумулювання енергії, а також принципи реалізації механізму концентрації сонячного випромінювання. Аналіз доводить, що найбільш раціональним рішенням для електропостачання домогосподарств є система, що застосовує двигун Стірлінга, який інтегрований із концентраторами сонячної енергії на основі лінз Френеля. Двигун Стірлінга як поглинач сонячного випромінювання може застосовуватися в параболічних концентраторах тарілчастого типу та концентраторах із використанням лінз Френеля точкового фокусування, що забезпечує вищу ефективність системи завдяки відсутності втрат теплоти через теплоносій, а основним недоліком усіх таких систем є необхідність використання системи відстеження руху Сонця (трекінгу) для забезпечення високої ефективності протягом дня. Розроблено методику визначення залежності площі концентраційної плями та глибини фокусу від відстані між лінзою Френеля та поглинальною поверхнею, а також встановлено залежність температури концентраційної плями від її площі. Отримані результати дають підстави стверджувати, що глибина фокусу є одним із ключових параметрів лінзи, який визначає необхідну точність її позиціонування відносно нагрівача двигуна Стірлінга. Коректне розташування лінзи забезпечує формування мінімально можливої концентраційної плями, у межах якої відбувається максимальне фокусування сонячного випромінювання. Для лінзи з геометричними параметрами r=150мм та f=200мм встановлено, що допустиме відхилення від номінальної фокусної відстані становить ±1,2мм. Дослідження також показало, що температура у зоні концентрації випромінювання істотно залежить від зміни відстані між лінзою та фокусною поверхнею. Зокрема, у наведеному прикладі зсув лінзи на ±15мм від положення фокусу може спричинити зміну максимальної температури концентраційної плями на величину більше 3000°C за умови інсоляції 1000Вт/м². Також виявлено, що інтенсивність сонячного випромінювання впливає на температуру значно сильніше у випадках, коли площа концентраційної плями є малою. Так, при зниженні інсоляції з 1000 до 400Вт/м² температурний перепад для площі 2,72мм² сягає близько 850°C, тоді як для площі 400мм² зміна температури становить лише приблизно 240°C. Це підтверджує критичну роль геометричних параметрів концентраційної системи у формуванні температурних режимів нагрівача двигуна Стірлінга. Встановлено, що мінімальна робоча температура на приймачі двигуна є ключовим параметром для вибору радіуса лінзи, оскільки саме температура визначає мінімальну кількість енергії, необхідну для роботи двигуна. Навіть при високому рівню інсоляції (більше 1000 Вт/м²), якщо розмір лінзи обмежений через певні причини, необхідно використовувати додаткові відбивачі сонячного випромінювання. Це дозволяє компенсувати недостатній розмір лінзи та забезпечити отримання необхідної кількості енергії. Розглянуто два варіанти увімкнення додаткового джерела енергії під час зниження інсоляції протягом 40 с: при досягненні критичної температури та при зниженні потужності нижче мінімального рівня. Визначено, що для компенсації необхідної енергії потрібно 1155 Дж у першому випадку та 1318 Дж у другому, а з урахуванням коефіцієнта корисної дії електронагрівача – відповідно 1283 Дж і 1464 Дж. Різниця між цими значеннями становить 181 Дж (12%). Це пов’язано з тим, що вмикання додаткового джерела енергії при зниженні потужності відбувається на 5 с раніше, ніж у випадку з критичною температурою. Увімкнення додаткового джерела енергії при досягненні критичної температури є економічнішим варіантом, проте ризик зупинки системи в цьому випадку залишається високим. Якщо зупинка двигуна є неприпустимою, рекомендується використовувати варіант із увімкненням додаткового джерела енергії при досягненні мінімально рівня інсоляції, оскільки він забезпечує вищу температуру на приймачі двигуна, стабілізує роботу системи та підвищує ефективність генерації енергії. Крім того, сформульовано підхід до оцінювання доцільності використання додаткового джерела енергії з метою забезпечення стабільної роботи двигуна Стірлінга. Встановлено, що раціональність застосування додаткового джерела енергії визначається не лише рівнем ККД системи та поточною величиною інсоляції, а й тривалістю її зниження. Отже, враховуючи вищесказане, з’являється можливість обґрунтовано визначати моменти, коли використання додаткового джерела енергії є найбільш виправданим. Це дає змогу оптимізувати роботу установки та забезпечити максимальний сумарний виробіток електроенергії навіть за умов нестабільного сонячного випромінювання. У дисертаційній роботі розглянуто класифікацію математичних моделей двигуна Стірлінга від нульового до четвертого порядку аналізу, що відрізняються рівнем деталізації фізичних процесів та складністю розрахунків. Проаналізовано особливості емпіричних моделей (нульовий порядок), ізотермічного підходу першого порядку (аналіз Шмідта), адіабатичної моделі другого порядку з відокремленим урахуванням втрат, вузлового аналізу третього порядку та багатовимірного моделювання четвертого порядку. Обґрунтовано доцільність застосування методу другого порядку як компромісного підходу між точністю відтворення термодинамічних процесів і складністю чисельної реалізації, що є оптимальним для проведення інженерних розрахунків і оптимізаційних досліджень двигуна Стірлінга в межах даної роботи. У середовищі Simulink розроблено математичну модель для дослідження вихідних параметрів генератора постійного струму (напруги, струму та потужності), під’єднаного до двигуна Стірлінга, а також для аналізу зміни температури на гарячій частині двигуна під час початкового нагріву, у момент запуску та за умов зниження сонячної інсоляції на інтервалах 20, 40 і 60 секунд – як без використання додаткового джерела енергії, так і з його застосуванням. Зазначений підхід дає змогу оцінити ефективність технічних рішень, спрямованих на стабілізацію роботи двигуна Стірлінга за змінних умов теплового навантаження. Оскільки робота двигуна Стірлінга визначається стабільністю теплового підведення, отримані результати моделювання виявили, що навіть нетривале зменшення температури на гарячій частині двигуна (приблизно 20с) призводить до порушення узгодженості робочого циклу, що, у свою чергу, може спричинити його зупинку та зменшення виробітку електроенергії протягом фази відновлення теплового режиму. Така поведінка демонструє високу чутливість системи, яка використовує концентровану сонячну енергію, до динаміки інсоляції та підкреслює важливість врахування теплових коливань під час оцінювання ефективності всієї установки. Створено експериментальний стенд та програмне забезпечення для перевірки достовірності результатів моделювання й дослідження реакції двигуна Стірлінга на коливання рівня сонячного випромінювання, а також для оцінювання доцільності застосування додаткового джерела енергії з позиції забезпечення стабільності та енергоефективності роботи системи. Розроблений стенд включає три функціональні підсистеми: енергетичну – охоплює двигун Стірлінга, генератор постійного струму та систему нагрівання; вимірювальну – до складу входять датчики температури, інсоляції, напруги та струму разом із мікроконтролером Arduino Uno; та інформаційно-аналітичну – представлену серверною частиною на Node.js, що приймає дані від Arduino, здійснює їх первинну обробку та передавання у Google Sheets для подальшого аналізу. Використання розробленого стенду дало змогу експериментально підтвердити працездатність системи з двигуном Стірлінга, що працює на основі концентрованого сонячного випромінювання, сформованого лінзою Френеля. Порівняння експериментальних даних із результатами моделювання показало їх загальну узгодженість, що свідчить про коректність обраних підходів до побудови математичної моделі. Завдяки результатам роботи встановлено характер впливу чинників надходження сонячного випромінювання на показники стабільності вихідних параметрів термоелектричної установки на базі двигуна Стірлінга. Отримані результати можуть бути використані для подальшої оптимізації режимів роботи системи, удосконалення алгоритмів керування та підвищення її енергоефективності в умовах змінної інсоляції. Крім того, проведені дослідження створюють підґрунтя для масштабування запропонованого рішення та його адаптації до автономних або гібридних енергетичних систем.Документ Відкритий доступ Оптимальне інтегрування відновлюваних джерел енергії в локальну енергосистему(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Мельник, Олександр Анатолійович; Кузнєцов, Микола ПетровичМельник О.А. Оптимальне інтегрування відновлюваних джерел енергії в локальну енергосистему. - 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», МОН України, Київ, 2026. У дисертаційній роботі вирішується актуальна задача визначення оптимальних параметрів відновлюваних джерел енергії за умови впливу імовірнісного характеру їх надходження та використання електроенергії споживачами для забезпечення енергобалансування в локальній енергосистемі. Об’єктом досліджень є процеси енергобалансування в локальних енергосистемах, що використовують енергію вітру та Сонця. Предметом досліджень є методи та математичні моделі визначення оптимальних параметрів локальної системи, що використовуює енергію вітру й Сонця та підсистему акумулювання енергії за змінних потреб споживання. У вступі подається загальна характеристика дисертації, а саме: обґрунтування вибору теми дослідження, її актуальність та доцільність, мета і завдання дослідження відповідно до предмета та об’єкта дослідження, методи дослідження, наукова новизна отриманих результатів, особистий внесок здобувача, апробація матеріалів дисертації, зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, грантами, практичне значення отриманих результатів, структура та обсяг дисертації. У першому розділі здійснено постановку задачі оптимізації локальних енергосистем. Наведено огляд існуючого досвіду та стану дослідженості, розглянуто особливості оптимізації таких енергосистем, наведено приклади оптимізації за рівнем стохастичності та з врахування економічних критеріїв. Задачі організації локальних енергосистем зі значною часткою ВДЕ знайшли досить широке відображення в науковій літературі. Навіть перелік оглядових статей на цю тему містить десятки публікацій. Особливо зросла кількість робіт в останнє десятиліття, коли істотне здешевлення технологій на базі ВДЕ (особливо фотоелектричних) та проблеми традиційної енергетики викликали інтерес до спорудження автономних та гібридних енергосистем. Вирішенню задачі оптимізації комбінованих локальних систем електропостачання присвячено ряд робіт українських та закордонних вчених. Саме ці роботи й оглядаються в даному розділі. Також в першому розділі наведено приклади оптимізації за рівнем стохастичності та з врахування економічних критеріїв. Аналіз цих прикладів ґрунтується як на імітаційному моделюванні випадкових процесів, так і на безпосередній перевірці шляхом реаналізу статистичних даних. За результатами порівняння запропоновані математичні моделі представлення випадкових процесів можна вважати достатньо адекватними. Так, середні похибки інтегральних показників при порівнянні результатів моделювання з експериментальними даними становили 1-3%; для поточних значень значні (до 10%) відхилення, як правило, мали характер випадкових викидів і елімінувалися застосуванням обмеження довірчої імовірності. У другому розділі проведено оцінку стохастичності процесів балансування потужності та енергії в локальній системі. Наведено аналітичне розв’язання задачі стохастичної оптимізації енергобалансу. Проаналізовано вплив нестабільності споживання та генерації на енергетичний баланс. Математична модель роботи комбінованої локальної енергосистеми може бути сформульована як задача стохастичної оптимізації щодо параметрів потужності окремих складових цієї системи. При застосуванні акумулятора для проміжного зберігання електроенергії на вибір оптимальної потужності впливає волатильність сумарного випадкового процесу генерації та споживання. Аналітичний розв’язок такої задачі виражається через інтеграли відносно вінерівського процесу; не всі інтеграли можна визначити в явному вигляді, тоді результат подається як математичне сподівання та довірчі інтервали. Аналіз фактичних даних дозволяє представити флуктуації потужності композицією нормального та рівномірного розподілів. Таке представлення випадкових процесів генерування та споживання енергії дозволяє побудувати комплекс моделей, здатний описати імовірну поведінку комбінованої енергосистеми, та придатний для імітаційного моделювання з використанням стандартних функцій. У третьому розділі проведено аналіз впливу акумуляторів на балансування енергосистеми. Досліджено часову дискретність змін енергобалансу та процес акумулювання енергії, що генерується ВДЕ, проведено оцінку стану заряду акумулятора. Наведено алгоритм розрахунку накопиченої енергії в локальній енергосистемі. Встановлено особливості роботи засобів накопичення електроенергії в локальних енергосистемах з випадковим характером надходження та споживання енергії, що дало змогу отримати порівняльні оцінки ефективності систем балансування потужностей для мінімізації рівнів обмежень споживання енергії. Пропонована модель роботи системи накопичення енергії враховує швидкодію акумуляторів, втрати при перетворенні енергії, співвідношення потужностей системи і ефективної ємності акумулятора. Запропоновані математична та розрахункова моделі дозволяють визначити параметри, необхідні для оптимального проектування енергосистеми. Використана математична модель дозволяє виконати імітаційне моделювання випадкових процесів та отримати результати, що описують якісну поведінку та відносні значення досліджуваних величин. Встановлено, що ефективність акумулювання енергії має істотну залежність від ємності АКБ, натомість швидкодія менш важлива за тих темпів зміни потужності, які притаманні вітровій енергетиці або її комбінації з сонячною. У четвертому розділі досліджено комбіноване використання регулюючих потужностей з використанням імітаційної моделі резервного дизельного генератора, описом поточного небалансу локальної енергосистеми як випадкової величини, а також спільне використання акумулятора та резервного дизельного генератора. Практичне розв'язання задач з оцінки роботи енергосистеми передбачає імітацію випадкових процесів, властивих вітровій та сонячній енергетиці, а також режимів споживання енергії. Показано характер розподілу випадкових величин, що визначають потужність при різних зовнішніх умовах та налаштуваннях системи регулювання, встановлено нормальність результуючого розподілу, що дає змогу оцінити довірчі інтервали для допустимих відхилень від балансу потужностей. Дано оцінку кількості реалізацій для досягнення статистичної стійкості результатів. Встановлено існування оптимальних значень та деяких діапазонів для регулюючої потужності генератора, поза якими її ефективність знижується за енергетичними або економічними показниками. Також наведено алгоритми енергобалансування локальної системи з регулюючим резервним генератором та розрахунку гібридної системи з акумулятором та допоміжним генератором. Запропоновано метод визначення показників балансової надійності локальних енергосистем із комбінованою генерацією, який базується на застосуванні інтегральних показників для випадкових процесів генерації та споживання енергії. Наукова новизна: 1. Вдосконалено модель роботи комбінованих локальних енергосистем з відновлюваними джерелами енергії за рахунок врахування випадкових процесів надходження та споживання енергії, що дало змогу отримати порівняльні оцінки різних конфігурацій системи при характерних обмеженнях параметрів обладнання та режимів роботи локальної енергосистеми. 2. Вперше запропоновано стохастичну систему рівнянь з її розв’язком, що описує випадкову поведінку складових локальної енергосистеми з джерелами живлення на основі використання енергії вітру та Сонця та засобами балансування потужностей при заданих вимогах щодо надійності енергопостачання, що дозволило визначити оптимальні співвідношення параметрів складових локальної енергосистеми. 3. Набув подальшого розвитку метод визначення показників балансової надійності локальних енергосистем із комбінованою генерацією, який базується на застосуванні інтегральних показників для випадкових процесів генерації та споживання енергії, що дозволило отримати розв’язки в квадратурах. Результати роботи впроваджено при виконанні ряду науково-дослідних робіт за тематикою Інституту відновлюваної енергетики НАН України та КПІ ім. І. Сікорського, були використані при розробці навчального курсу «Комплексне використання відновлюваних джерел енергії» та при дипломному проектуванні за спеціальністю 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка», в рамках ОП «Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії».Документ Відкритий доступ Визначення параметрів фотоелектричних батарей в польових умовах(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Іванчук, Владислав Юрійович; Гаєвський, Олександр ЮлійовичІванчук В.Ю. Визначення параметрів фотоелектричних батарей в польових умовах. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка, галузь знань 14 Електрична інженерія. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційне дослідження присвячене вирішенню актуального наукового завдання, що полягає в оцінці стану промислових фотоелектричних модулів в умовах їх експлуатації шляхом встановлення моделі поведінки вольтамперних характеристик, з урахуванням впливу фізичних процесів в напівпровідникових матеріалах при різних рівнях сонячної радіації та навантаження. В роботі проведено літературно-патентний пошук за темою дисертаційного дослідження, виконано оцінку загального стану та світових тенденцій розвитку даної галузі. Розглянуто існуючі методи моделювання фотоелектричних елементів, визначено наявні аналітичні та метаевристичні підходи до екстракції їх параметрів. Проаналізовано основні недоліки сучасних методів моделювання, а саме високі вимоги до обчислювальних ресурсів, спрощення складних фізичних процесів формування струму у фотоелектричних елементах до суперпозиційних моделей і, як результат, недостатня відповідність моделей реальним експериментальним дослідженням. Досліджено прояви резистивних втрат та рекомбінацій носіїв на вольт-амперні характеристики промислових кремнієвих фотоелектричних модулів. Розроблено та виготовлено на основі мікрокомп’ютера Raspberry Pi автоматизовану систему вимірювання вольт-амперних характеристик фотоелектричних модулів в польових умовах методом заряджання ємності разом з відповідним програмним забезпеченням. Виконано експериментальні дослідження фотоелектричних модулів в польових умовах, в результаті яких отримано більше тисячі вимірів в змінних навколишніх умовах при різному рівні іррадіаціїї від 50 до 900 Вт/м2 . Для обробки експериментальних даних розроблений комплексний адаптивний робастний алгоритм фільтрації, що дозволяє усунути вплив можливих радіаційних та температурних флуктуацій, притаманних вимірюванням в польових умовах навіть на інтервалах декілька секунд. Отримано аналітичні залежності, які дозволяють при визначенні параметрів фотоелектричних модулів розділити вплив електричних втрат (послідовного опору) та рекомбінаційних процесів (фактору ідеальності та зворотного струму) на формування вольт-амперних характеристик, визначено оцінку для послідовного опору втрат. Розроблено теоретичну модель для визначення параметрів фотоелектричних модулів при різних зовнішніх умовах сонячної радіації та температури. Визначено аналітичні залежності параметрів ФМ від напруги, а саме фактору ідеальності та зворотного струму насичення, які дозволяють аналізувати особливості процесів рекомбінації носіїв та електричних втрат. Показано, що в області прямої напруги нижче точки максимальної потужності коефіцієнт ідеальності може значно перевищувати 2, що пов’язано з рекомбінацією на мікроструктурних та поверхневих дефектах промислових фотоелектричних модулях, виготовлених за сучасними технологіями. В класичних моделях рекомбінації, які не враховують перелічені дефекти, цей коефіцієнт має бути в межах від 1 до 2. Розроблено методику та програмне забезпечення, що дозволило вперше застосувати запропоновану однодіодну модель фотоелектричного елемента зі змінними параметрами та їхніми залежностями від напруги для опису вольтамперних характеристик фотоелектричних модулів на відміну від загальноприйнятого використання двох- або трьохдіодних моделей з фіксованими параметрами. Останні засновані на суперпозиції діодних струмів і не відображають складного фізичного характеру формування струму в фотоелектричних елементах. Відтворення вольт-амперних характеристик фотоелектричних модулів з використанням однодіодної схеми заміщення зі змінними параметрами демонструє значення нормалізованого середньоквадратичного відхилення від експериментальних даних порядку nRMSE ~ 2∙10-3 і коефіцієнт кореляції R2 в межах 0.99994 ÷ 0.99999, що перевершує результати розрахунків в рамках однодіодної моделі з фіксованими параметрами фотоелектричних модулів.Документ Відкритий доступ Моделювання і аналіз режимної надійності в підсистемах електроенергетичних систем в умовах каскадного розвитку відмов(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Бондаренко, Олександр Леонідович; Бардик, Євген ІвановичБондаренко О.Л. Моделювання і аналіз режимної надійності в підсистемах електроенергетичних систем в умовах каскадного розвитку відмов. – 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», Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. У дисертаційній роботі вирішується задачі з розробки нових та удосконалення існуючих математичних моделей і методів діагностування технічного стану (визначення ресурсу працездатності) комутаційного обладнання енергосистем, моделювання підсистем електроенергетичних систем (ЕЕС) для оцінки режимної надійності при каскадному характері відмов в умовах невизначеності вихідної інформації. У першому розділі проаналізовано умови функціонування, особливості і стратегічні цілі сучасного етапу реформування вітчизняної електроенергетики, розглянуті проблеми і перспективи розвитку електромережевого комплексу України при існуючому прискореному старінні обладнання і наміченого переходу на платформу інтелектуальної енергетики. Встановлено, що з розвитком ринкових відносин в електроенергетиці України загострюється проблема забезпечення режимної надійності сучасних ЕЕС. Суттєвий вплив на надійність ЕЕС України в сучасних умовах визначають такі основні фактори: лібералізація енергетичної галузі, напружений режим роботи електрообладнання в умовах ринкових відносин; збільшення частки джерел розосередженої генерації; зростання зносу і низькі темпи оновлення основних фондів; особливо суттєве підвищення вірогідності зовнішніх терористичних атак на об’єкти енергетики. Зазначені фактори сприяють зростанню інтенсивності аварійних ситуацій, які виникають при відмовах електрообладнання, що призводить до порушення динамічної стійкості енергосистем та вузлів навантаження ЕЕС за напругою, каскадному розвитку аварій і, як наслідок, до порушення технологічних процесів підприємств-споживачів та АЕС зі значними збитками. Це підтверджується виникненням за останні десятиріччя низки важких системних аварій в ЕЕС Північної Америки, Західної Європи, України. В цих об’єктивно існуючих умовах функціонування ЕЕС України забезпечення режимної надійності при відмовах електрообладнання є однією з найважливіших задач. Тому розробка нових і удосконалення існуючих математичних моделей для оцінки технічного стану електрообладнання та моделювання підсистем ЕЕС для оцінки режимної надійності при каскадному характері відмов в умовах невизначеності вихідної інформації є актуальною задачею. Наведено загальну характеристику стану та технологічних порушень силового і комутаційного обладнання, повітряних ліній енергосистем. Аналіз статистики відмов силового і комутаційного електрообладнання ЕЕС та ПЛ показав, що існує значна частка обладнання з великим терміном напрацювання, що підвищує ймовірність їх відмови. Встановлено, що комутаційні апарати мають значний відсоток відмов, і суттєвий вплив на надійність енергосистеми, що потребує забезпечення безперервного моніторингу параметрів технічного стану, визначення ресурсу працездатності та прогнозування ризику відмов. В цілях пошуку перспективних напрямків вирішення зазначеної проблеми виконаний аналіз методів і моделей оцінки технічного стану, ресурсу працездатності та ймовірності відмови високовольтних вимикачів енергосистеми та обґрунтовано необхідність використання сучасних інформаційних технологій для вирішення цих задач. Представлено характеристики методів оцінки ймовірності виникнення аварійних ситуацій в ЕЕС при відмовах та виведенні з експлуатації електрообладнанні, зокрема дослідження режимної надійності з використанням критерію «n – 1». Виходячи з того, що в останні десятиріччя для прийняття ефективних рішень щодо стратегії управління режимами ЕЕС в промислово розвинених країнах використовують стратегію ризик-менеджменту обґрунтовано застосування в якості показника для оцінки режимної надійності ЕЕС використовувати показник ризику. Застосування даної стратегії дозволяє провести комплексний аналіз причинно-наслідкових зв’язків між технічним станом електрообладнання та аварійними режимами ЕЕС, а також отримати інтегральний показник функціонування ЕЕС на всій множині аварійних ситуацій внаслідок відмов електрообладнання. У другому розділі представлена характеристика режимів порушення нормального режиму в підсистемі ЕЕС при відмовах окремих елементів. Встановлено головні фактори, наявність яких призводить до збільшення кількості аварійних ситуацій в ЕЕС, а саме: лібералізація відносин в електроенергетиці; децентралізацією електропостачання в зв’язку з розширенням використання джерел розосередженої генерації; об’єднанням на сумісну роботу різних ЕЕС з формуванням міжрегіональних та міждержавних енергооб’єднань; значне фізичне і моральне зношення фонду електрообладнання. Обґрунтована необхідність розробки моделей оцінки технічного стану, ресурсу та ймовірності відмови електрообладнання в задачах аналізу режимної надійності, зокрема високовольтних вимикачів. Визначено і обґрунтовано метод щодо побудови комплексної математичної моделі оцінки технічного стану високовольтних вимикачів на основі інтелектуального аналізу даних, отриманих в режимах Online і Offline. Розроблена ієрархічна структурна схема нечіткого логічного висновку отримання агрегованої оцінки технічного стану елегазового вимикача за параметрами отриманими в режимах Online та Offline з урахуванням рівня важливості визначальних параметрів і функціональних вузлів. Визначення послідовності заміни або планового чи позапланового виведення з експлуатації для проведення ремонту комутаційного обладнання ЕЕС відноситься до класу задач багатокритеріального вибору альтернатив в умовах невизначеності інформації. Для визначення пріоритету виведення з експлуатації комутаційного обладнання за результатами оцінки технічного стану запропоновано методи багатокритеріального вибору альтернатив. Встановлено, що підхід для оцінки режимної надійності на практиці ґрунтується на використанні критерію «n – 1», є детерміністичним, не враховує ймовірність появи подій та не дає кількісної характеристики надійності ЕЕС. Показано, що найбільш прийнятним альтернативним методом оцінки ймовірнісної складової ризику для ЕЕС із складністю структури та значним рівнем зношеності електрообладнання є використання методів статистичного моделювання, за яких виконуються обчислювальні експерименти з імітаційними математичними моделями поведінки складних випадкових процесів та реальних об'єктів, які піддаються випадковим збуренням. Обґрунтовано доцільність і ефективність застосування методу ймовірнісностатистичного моделювання для визначення ризику порушення нормального режиму в підсистемах ЕЕС при виведенні з експлуатації високовольтних вимикачів та дослідження режимної надійності ЕЕС в умовах каскадного розвитку відмов. У третьому розділі запропонована комплексна лінгвістична математична модель елегазового вимикача для визначення ресурсу працездатності та ймовірності відмови. Завдання комплексної оцінки технічного стану високовольтних вимикачів належить до категорії погано формалізованих і слабо структурованих задач внаслідок наявності різнорідної вхідної інформації (кількісні і якісні значення змінних), неповноти інформації, різночасності вимірювань параметрів об’єкта; невизначеності, яка зумовлена неможливістю адекватного математичного опису процесів внаслідок вимірювань змінних стану; недостатності ретроспективних даних про експлуатацію вимикачів та інші. Ці об’єктивно існуючі умови функціонування вимикачів енергосистем викликають необхідність використання таких моделей вимикачів, в яких можна подати в єдиній формі різнорідну інформацію по об’єкт, включаючи і суб’єктивну інформацію експертів. Для поєднання результатів різних методів вимірювання в режимах Online та Offline моніторингу вимикача для правильної оцінки технічного стану важливо використати методи штучного інтелекту, зокрема нечітку логіку. На основі всіх існуючих даних моніторингу вимикача нечітким моделюванням можна отримати більш повну і об’єктивну картину стану вимикача та визначити ймовірність відмови. Зазвичай дуже складно створити нечітку експертно-діагностичну систему для оцінки технічного стану вимикача з великою кількістю вхідних даних і сформувати відповідну базу знань. Тому вирішення завдання комплексної оцінки технічного стану високовольтного вимикача передбачає створення нечітких експертних підсистем для основних функціональних вузлів, таких як контактна система, дугогасна камера та механізм приводу (моторний механізм). Центральним елементом є база правил та механізм нечіткого висновку. Для вирішення задач аналізу режимної надійності методами теорії ризику створено: комплексні лінгвістична математичні моделі елегазового вимикача для визначення ресурсу працездатності та ймовірності відмови, які ґрунтуються на використанні інформації щодо параметрів технічного стану, отриманих в режимі тільки в режимі Online або в режимах Online та Offline. Запропоновані лінгвістичні математична моделі високовольтних вимикачів дозволяють визначити ймовірності відмови на найближчий термін спостереження та оцінювати ризик порушення нормального режиму та визначати показники режимної надійності в складних ЕЕС при виведенні з експлуатації високовольтних вимикачів. Для окремих типів високовольтних вимикачів для яких можливо сформувати функції розподілу ймовірності відмови за статистичними даними по відмовам з урахуванням індивідуальних характеристик запропоновано метод визначення ймовірності відмови на інтервалі спостереження. У четвертому розділі розглянуто методи і математичні моделі для аналізу ризику в підсистемі ЕЕС в умовах каскадного процесу розвитку аварії. Проаналізовано найбільш важливі фактори, які спричиняють каскадний розвиток аварій в ЕЕС. Встановлено, що наразі об’єктивно існує невідповідність між зміненням структурних властивостей сучасних потужних електричних систем, що визначає змінення умов функціонування і динамічних властивостей з одного боку, і старими принципами і засобами управління з іншого. Нарощування такої невідповідності призводить до виникнення «слабких місць» в енергосистемі, погіршенню її керованості, зниженню надійності і ефективності функціонування. Вирішення цих протиріч потребує удосконалення принципів і систем керування, перш за все систем протиаварійного керування, а також розробки і реалізації принципів превентивного керування електрообладнанням і ЕЕС в цілому. На основі поглибленого аналізу причин виникнення ланцюгів подій, які визначальним чином впливають на виникнення і розвиток аварійної ситуації виявлено основні механізми розвитку великих системних аварій та побудована узагальнена схема розвитку аварії в ЕЕС. З урахуванням ймовірнісного характеру відмов основного силового і комутаційного обладнання, відмови РЗ та ПАА, а також помилок диспетчерського і оперативного персоналу визначено вимого до математичних моделей оцінки режимної надійності ЕЕС при каскадному сценарії розвитку аварії. Враховуючи значний рівень невизначеності інформації щодо ймовірності станів та ступеню важкості наслідків в процесі розвитку каскадної аварії розроблена комплексна нечітка модель оцінки ризику розвитку каскадних відмов в підсистемі ЕЕС. У п’ятому розділі вирішується задача моделювання і дослідження режимної надійності підсистем ЕЕС при відмовах і виведенні з експлуатації комутаційного обладнання і каскадному розвитку відмов. Отримати достовірну оцінку кількісних параметрів режимної надійності ЕЕС при відмовах електрообладнання можливо тільки за наявності адекватних моделей оцінки технічного стану та визначення ймовірності відмови об’єкта в тому числі і комутаційного обладнання. Наразі отримати єдину універсальну математичну модель комплексної визначення ресурсу працездатності високовольтних вимикачів не є можливим внаслідок перш за все неповноти і невизначеності вихідної інформації. Для вирішення цих проблем розроблено і досліджено декілька типів моделей визначення ресурсу та ймовірності відмови вимикачів: математична модель, яка зорієнтована на ін формацію отриману без відключення від мережі; математична модель, яка зорієнтована на інформацію Online та Offline моніторингу вимикача; математична модель, що використовує сформовані функції розподілу ймовірності відмови за статистичними даними по відмовам з урахуванням індивідуальних характеристик. Порівняння результатів моделювання за розробленими моделями і моделями інших відомих розробників виявило невелике відхилення, що підтверджує правильність результатів моделювання. Враховуючи об’єктивно існуюче спрацювання ресурсу працездатності вимикачів виникає задача оптимального рішення виводу з експлуатації за критеріями на основі методу оптимізації Парето та ймовірнісно-статистичного моделювання для оцінки ризику виникнення аварійної ситуації в ЕЕС методом Монте-Карло. Такий спосіб дозволив забезпечити адаптацію моделі реальним умовам експлуатації високовольтних вимикачів. Запропоновані математична модель та алгоритм дозволяють визначати обґрунтоване найефективніше превентивне рішення щодо черговості виведення з експлуатації високовольтних вимикачів на основі оцінки ризику порушення нормального режиму в ЕЕС. Це дозволяє на основі оцінки ризику експлуатації високовольтних вимикачів на найближчий термін спостереження визначати ризик порушення нормального режиму в підсистемах ЕЕС при виведенні з експлуатації високовольтних вимикачів. Результати роботи впроваджено: в ТОВ «Науково-виробниче підприємство «Укренергоналадкавимірювання» та в освітній процес у Київському політехнічному інституті імені Ігоря Сікорського для вдосконалення лекційних курсів дисциплін «Інтелектуальні системи діагностики електрообладнання та прийняття рішень» і «Моделі технічного стану і режимів електрообладнання електричних станцій» та також при виконані кваліфікаційних та науково-дослідних робіт магістрів кафедри відновлюваних джерел енергії факультету електроенерготехніки та автоматики КПІ ім. Ігоря Сікорського.Документ Відкритий доступ Автономна безмультиплікаційна вітроелектрична установка на базі генератора торцевого типу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Коваленко, Ірина Яківна; Головко, Володимир МихайловичКоваленко І. Я. Автономна безмультиплікаційна вітроелектрична установка на базі генератора торцевого типу. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка в галузі знань 14 «Електрична інженерія». - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2022. Дисертаційне дослідження присвячене дослідженню та вирішенню актуального наукового завдання, що полягає в обґрунтуванні методів регулювання вихідної потужності та розробці математичної моделі генераторного обладнання безмультиплікаційної автономної вітроелектроустановки, з урахуванням даних методів, шляхом імітаційного моделювання за змінної частоти обертання ротора вітроустановки. В роботі проведено літературно-патентний пошук за темою дисертаційного дослідження. Проведено оцінку загального стану вітроенергетики в регіональному контексті та в цілому оцінено світові тенденції розвитку даної галузі. Розглянуто типи безмультиплікаційних вітроелектричних установок, проаналізовано їх переваги та недоліки, характерні області застосування. За результатами аналізу літературних джерел встановлено, що безмультиплікаційні системи наразі складають 20% від загальної кількості вітрогенераторів на ринку агрегатів малої потужності. Вони успішно розвиваються і конкурують із редукторними системами, оскільки мають ряд принципових переваг, таких як простота конструкції, більш висока надійність та ефективність. Для оцінки існуючих методів та засобів регулювання вихідних параметрів автономних вітроустановок проведено аналіз способів стабілізації вихідних параметрів вітроелектороустановок, проаналізовано їх переваги та недоліки. Предметом регулювання вітроелектричних установок є: вихідна напруга, вихідна частота та вихідна потужність. Аналіз показав, що практично відсутні засоби для регулювання вихідної потужності безмультиплікаційних вітроелектричних установок у складі з магнітоелектричними генераторами з аксіальним магнітним потоком. Для автономних безмультиплікаційних вітроустановок використовується специфічний тип електромеханічних перетворювачів анергії. Вимога до регулювання вихідних параметрів такої системи потребує використання електрогенераторів спеціальної конструкції. Проведено порівняльний аналіз генератора торцевого типу з традиційним циліндричним генератором зі збудженням від постійних магнітів малої потужності. З огляду на переваги генератора торцевого типу, в роботі обрано за основу саме цей тип генератора. В роботі проведено розрахунок параметрів та характеристик магнітоелектричного генератора з аксіальним магнітним потоком та подвійним статором. В роботі проведено порівняльний аналіз аеродинамічних характеристик роторів ВЕУ для відомих профілів – традиційних (Р-ІІ, А-6, BS-10, BS-10, p-11-18), профілів серії GA(W)-1 та ламінованих FX. При розрахунку енергетичних характеристик генератора вітроустановки встановлено, що ротори вітроустановок з профілями лопатей групи традиційних, дозволяють отримати максимальні значення механічної потужності 91,8…93,3 Вт/м2, при значеннях коефіцієнтів використання енергії вітру =0,33…0.44 в діапазоні швидкохідності z=4…5. Ротори з профілями групи 2 дозволяють отримати максимальні значення механічної потужності 114,3…115,7 Вт/м2 при = 0,54…0,55 в діапазоні швидкохідності z = 6…7. Проведено узгодження аеродинамічних характеристик ротора вітротурбіни з механічною характеристикою електрогенератора, що дало можливість встановити межі корекції його за моментом та потужністю за різних значень номінальної швидкості вітру. Так для профілю лопаті серії GA(W) вона складає за моментом 22%, а за потужністю 9,5%, (за номінальної швидкості 5м/с відносно верхньої межі діапазона номінальних значень 8м/с). Для реалізації поставленої задачі, пропонується проаналізувати два методи корекції: приєднання додаткових конденсаторів до обмотки статора генератора та застосування додаткової обмотки підмагнічування статора генератора. В результаті дослідження отримав подальший розвиток метод порівняльного аналізу аеродинамічних характеристик роторів вітроустановок шляхом урахування раціонального взаємовпливу коефіцієнта використання енергії вітру і модуля швидкохідності, що дозволив провести узгодження аеродинамічних характеристик ротора вітротурбіни з механічною характеристикою електрогенератора та встановлювати межі корекції його за моментом та потужністю за різних значень номінальної швидкості вітру. Для оцінки можливості корекції вихідної потужності автономної вітроустановки в дисертаційному дослідженні розроблені чисельні імітаційні моделі. На основі розробленої моделі досліджувались варіанти стабілізації вихідної потужності та напруги при: використанні генератора вітроелектроустановки з одностороннім розташуванням магнітів ротора; корекції вихідної потужності генератора за допомогою введення статичних конденсаторів при дискретних значеннях швидкості вітру; корекції вихідної потужності генератора за допомогою додаткового збудження при дискретних значеннях швидкості вітру; використанні магнітоелектричного генератора з аксіальним магнітним потоком автономної вітроелектроустановки з двостороннім розташуванням магнітів ротора. За результатами математичного моделювання проведено: порівняльний аналіз корекції вихідної потужності генератора за допомогою введення статичних конденсаторів при дискретних та випадкових значеннях швидкості вітру; порівняльний аналіз корекції вихідної потужності генератора за допомогою додаткового збудження при дискретних та випадкових значеннях швидкості вітру. В дисертаційному дослідженні уточнено математичну модель безмультиплікаційної вітроелектроустановки у складі з магнітоелектричним генератором з одностороннім та двостороннім розташуванням магнітів ротора, яка, на відміну від відомої, враховує наявність впливу параметрів подвійного статора та додаткової обмотки для підмагнічування магнітної системи, що дозволило визначити межі корегування вихідної потужності генератора. Обгрунтовано, шляхом структурного імітаційного моделювання та експериментально підтверджено, характер впливу корекції вихідної потужності магнітоелектричного генератора з аксіальним магнітним потоком за допомогою введення статичних конденсаторів та додаткового збудження статора генератора, що дозволило провести оцінку величини корегування вихідної потужності за випадкової зміни швидкості вітру. При підключенні конденсаторів до затискачів генератора спостерігається збільшення вихідної потужності на 5-10%. Водночас, напруга на затискачах, при цьому, зменшується в 1,8 рази, що пояснюється падінням напруги на внутрішніх опорах генератора та ростом активної та реактивної складової струму якоря генератора 2,2 рази. Більш ефективним способом корекції вихідної потужності є використання додаткової підмагнічуючої обмотки магнітоелектричного генератора. При подачі напруги на обмотку збудження Uf=8 В спостерігається приріст вихідної потужності генератора 30-40% ніж без регулювання. Встановлено, що величина ємності залежить від параметрів обмотки якоря електрогенератора, величини взаємоіндукції, характеру та величини навантаження. Для досліджуваного генератора значення ємності лежать в межах від 4,3 – 32,1 мкФ для чисто активного навантаження та для діапазону потужності 0 – 87 Вт. В дисертаційному дослідженні розроблено експериментальний стенд для дослідження параметрів і характеристик автономного магнітоелектричного генератора у складі без мультиплікаційної вітроелектроустановки. За допомогою розробленого стенду оцінено можливість корекції вихідної активної потужності генератора в різних режимах його роботи, а саме: проведено аналіз структурної схеми автономної роботи вітроелектроустановки з корекцією потужності генератора додатковою обмоткою підмагнічування; проведено наліз експериментальних результатів корекції потужності генератора додатковою обмоткою підмагнічування; порівняльний аналіз результатів експерименту та імітаційного моделювання корекції потужності генератора збіжність результатів в межах 7-10%, що підтверджує адекватність розроблених моделей та достовірність отриманих результатів. Використання підмагнічування додатковою обмоткою дозволяє підвищити вихідну активну потужність на: 44%, 35,5%, 18,07%, 21,6% при швидкості обертання 200 об/хв, 350 об/хв, 550 об/хв та 650 об/хв відповідно. 6. За умови підтримки вихідної напруги генератора U1=14,4 В також збільшується вихідна потужність на затискачах генератора на 30 % при 200 об/хв, 12,5% при 350 об/хв, 9,7% при 550 об/хв та 17,6% при 650 об/хв.Документ Відкритий доступ Удосконалення математичних моделей оцінки технічного стану силових трансформаторів для підвищення достовірності визначення ризику порушення нормального режиму в підсистемах електроенергетичних систем(2019) Болотний, Микола Петрович; Бардик, Євген Іванович