МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА В ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ И ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЯХ
Садыков Р.А., Абдуллазянов Э.Ю., Сабитов Л.С., Мухаметзянова А.К.
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: для разных видов канонических форм определяется обобщенная математическая модель (ММ) молекулярного теплопереноса через ограждающие конструкции (ОК), учитывая инфильтрацию или эксфильтрацию смеси пара и воздуха и наличии различных положительных или отрицательных поверхностных или внутренних источников теплоты (ИТ). Определяется и решается ММ поставленной краевой задачи (КЗ) переноса, на базе которого при самых различных условиях однозначности (предварительно заданных) происходит формализация и анализ решения конкретных физических процессов с переменными или постоянными теплофизическими характеристиками и ИТ. Записываются критериальном виде формализация и решение КЗ для масштабных переходов при различных граничных условиях (ГУ) как зависимости температуры от термического сопротивления ( ) критериев Пекле (Pe) и Померанцева (Po).
Ключевые слова: тепловые сети; инженерные сети; теплоперенос; массоперенос; ограждающая конструкция; фильтрация; конденсация; влажность; воздухопроницание.
Для цитирования: Садыков Р.А., Абдуллазянов Э.Ю., Сабитов Л.С., Мухаметзянова А.К. Математическое моделирование процессов переноса в ограждающих конструкциях зданий и инженерных сетях // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 3-13.
MATHEMATICAL MODELING OF TRANSFER PROCESSES IN BUILDING ENCLOSING STRUCTURES AND ENGINEERING NETWORKS
Sadykov R.A., Abdullazyanov E.Y., Sabitov L.S., Mukhametzianova A.K.
Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: For different types of canonical forms, a generalized mathematical model (MM) of the molecular heat transfer through enclosing structures (ES) is determined, taking into account the infiltration or exfiltration of a mixture of steam and air and the presence of various positive or negative surface or internal heat sources (HS). The MM of the set boundary value problem (BVP) of transfer is determined and solved, on the basis of which, under a variety of unambiguity conditions (preset), the formalization and analysis of the solution of specific physical processes with variable or constant thermophysical characteristics and IT takes place. The formalization and solution of the short circuit for large-scale transitions under various boundary conditions (BC) are written in a criterion form as dependences of the temperature on the thermal resistance ( ) of the Pecle (Pe) and Pomerantsev (Po) criteria.
Keywords: thermal networks; engineering networks; heat transfer; mass transfer; enclosing structure; filtration; condensation; humidity; air permeability.
For citation: Sadykov R.A., Abdullazyanov E.Y., Sabitov L.S., Mukhametzianova A.K. Mathematical modeling of transfer processes in building enclosing structures and engineering networks. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 3-13.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА В УСЛОВИЯХ ПОГРУЖЕНИЯ В ВИРТУАЛЬНУЮ РЕАЛЬНОСТЬ
Иванов А.Д., Тычков А.Ю., Чернышов Д.С.
Пензенский государственный университет, г. Пенза, Россия
Резюме: Цель исследования, представленного в данной статье, направлена на изучение электрической активности головного мозга в условиях виртуальной реальности. Научная значимость исследования состоит в том, что разработанное ПО объединяет нейротехнологии и виртуальную реальность, обеспечивая эффективные методы анализа и визуализации данных. Оно ориентировано на широкий круг исследователей, предоставляя инструменты для сбора, обработки и анализа данных. Программное решение включает в себя возможность синхронизации с одним из самых популярных программным продуктом для VR сцен — UnrealEngine. Возможность сохранения и управления данными, а также персонализированный доступ через механизм регистрации пользователей делают это ПО удобным и эффективным инструментом для исследований в области электрической активности головного мозга.
Ключевые слова: ЭЭГ; нейроинтерфейс; виртуальная реальность; программное обеспечение; анализ данных.
Для цитирования: Иванов А.Д., Тычков А.Ю., Чернышов Д.С. Программное обеспечение для мониторинга электрической активности головного мозга в условиях погружения в виртуальную реальность // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 14-21.
SOFTWARE FOR MONITORING THE ELECTRICAL ACTIVITY OF THE BRAIN IN CONDITIONS OF IMMERSION IN VIRTUAL REALITY
Ivanov A.D., Tychkov A.U., Chernyshov D.S.
Penza State University, Penza, Russia
Abstract: The purpose of the research presented in this article is aimed at studying the electrical activity of the brain in virtual reality. The scientific significance of the research lies in the fact that the developed software combines neurotechnology and virtual reality, providing effective methods of data analysis and visualization. It is aimed at a wide range of researchers, providing tools for data collection, processing and analysis. The software solution includes the ability to synchronize with one of the most popular software products for VR scenes — Unreal Engine. The ability to save and manage data, as well as personalized access through the user registration mechanism, make this software a convenient and effective tool for research in the field of electrical activity of the brain.
Keywords: EEG; neurointerface; virtual reality; software; data analysis.
For citation: Ivanov A.D., Tychkov A.U., Chernyshov D.S. Software for monitoring the electrical activity of the brain in conditions of immersion in virtual reality. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 14-21.
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЕРЕДАЧИ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В МАНЖЕТУ
Геращенко С.И.1, Карнаухов В.В.1, Полосин В.Г.1, Геращенко М.С.1,
Махов А.А.1, Хизбуллин Р.Н.2
1 Пензенский государственный университет», г. Пенза, Россия
2 Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: В настоящей статье представлена разработка новой модели передачи артериального давления с использованием гидроманжетной технологии, направленная на повышение точности и помехоустойчивости систем измерения артериального давления. АКТУАЛЬНОСТЬ исследования обусловлена необходимостью учета индивидуальных особенностей тканей плеча и повышения эффективности гемодинамического мониторинга. ЦЕЛЬЮ работы является разработка модели, позволяющей учитывать вязкоупругие свойства биологических тканей и интегрирующей их в гидроманжетную систему для точного измерения артериального давления. МЕТОДЫ исследования включают математическое моделирование и анализ временных характеристик передачи давления. РЕЗУЛЬТАТЫ подтверждают, что амплитуда колебаний давления в гидроманжете значительно меньше, чем в артерии, что связано с вязкоупругими свойствами тканей. Однако амплитуда пульсаций в гидроманжете выше, что может повысить помехоустойчивость системы измерения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ подчеркивает научную значимость модели и её перспективы в создании более эффективных систем оценки гемодинамических параметров с повышенной точностью и помехоустойчивостью в медицинской практике.
Ключевые слова: гидроманжетная технология; моделирование; вязкоупругие свойства; гемодинамические параметры.
Благодарности: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-25-00404, https://rscf.ru/project/24-25-00404/.
Для цитирования: Геращенко С.И., Карнаухов В.В., Полосин В.Г., Геращенко М.С., Махов А.А., Хизбуллин Р.Н. Разработка математической модели передачи артериального давления в манжету // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 22-33.
DEVELOPMENT OF A MATHEMATICAL MODEL OF BLOOD PRESSURE TRANSMISSION TO THE CUFF
Gerashchenko S.I.1, Karnaukhov V.V.1, Polosin V.G.1, Gerashchenko M.S.1,
Makhov A.А.1, Khizbullin R.N.2
1 Penza State University, Penza, Russia
2 Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: This paper presents the development of a new blood pressure transmission model using hydrocuff technology, aimed at improving the accuracy and noise immunity of blood pressure measurement systems. THE RELEVANCE of the study is due to the need to take into account the individual characteristics of the shoulder tissues and increase the efficiency of hemodynamic monitoring. THE OBJECT of the work is to develop a model that allows taking into account the viscoelastic properties of biological tissues and integrating them into a hydrocuff system for accurate measurement of blood pressure. Research METHODS include mathematical modeling and analysis of the time characteristics of pressure transfer. The RESULTS confirm that the amplitude of pressure fluctuations in the hydraulic cuff is significantly less than in the artery, which is associated with the viscoelastic properties of the tissues. However, the pulsation amplitude in the hydraulic cuff is higher, which can increase the noise immunity of the measurement system. CONCLUSION emphasizes the scientific significance of the model and its prospects in creating more effective systems for assessing hemodynamic parameters with increased accuracy and noise immunity in medical practice.
Keywords: hydrocuff technology; modeling; viscoelastic properties; hemodynamic parameters.
Acknowledgments: The research was supported by a grant from the Russian Science Foundation № 24-25-00404, https://rscf.ru/project/24-25-00404/.
For citation: Gerashchenko S.I., Karnaukhov V.V., Polosin V.G., Gerashchenko M.S., Makhov A.А., Khizbullin R.N. Development of a mathematical model of blood pressure transmission to the cuff. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 22-33.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОТУРБИНЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ СOMSOL
Хамдамов М.М.1, Тоиров О.З.2, Хужаев И.К.1, Павлов П.П.3, Хуснутдинов А.Н.3, Мухамедзянов Э.А.3
1Институт механики и сейсмостойкости сооружений им. М.Т. Уразбаева, г. Ташкент, Узбекистан
2Ташкентский государственный технический университет, г. Ташкент, Узбекистан
3Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. Математическое и численное моделирование ветротурбины малой мощности в программном комплексе COMSOL имеет высокую актуальность в современном мире. Ветроэнергетика становится все более важной отраслью из-за увеличивающегося спроса на чистую и возобновляемую энергию. Использование программного комплекса COMSOL для моделирования ветротурбин малой мощности позволяет инженерам и ученым проводить более точные расчеты и анализы работы устройства. Это помогает оптимизировать конструкцию ветротурбины, увеличивая ее эффективность и надежность. ЦЕЛЬ. Провести численный эксперимент по моделированию турбулентного течения воздуха при обтекании ветровой турбины вертикальной осью вращения с четырьмя лопастями. Выделить модели турбулентности, позволяющие адекватно описывать аэродинамики обтекания устройства в терминах вектора скорости, поле давления, передаточного числа наконечников TSR, коэффициента мощности лопасти и коэффициента давления. МЕТОДЫ. Моделирование проводилось с помощью комплекса COMSOL. Уравнение давления решено по подходу Патанкара. Для решения уравнений переноса субстанций принята схема против потока второго порядка точности. Для контроля сходимости вычислительного процесса рассматривались отчеты о моменте и тяге на несущем винте. РЕЗУЛЬТАТЫ. Представлены результаты моделирования течения воздуха при турбулентном режиме обтекания ветрового устройства в виде профилей и полей давления и скорости. Полученные профиль осевой скорости, коэффициент давления вокруг лопасти и мгновенного коэффициента мощности одной лопасти при использовании модели переходной SST хорошо согласуются с экспериментальными данными. Приведены значения коэффициента мощности Cp устройства, полученные с привлечение различных моделей турбулентности. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При математическом моделировании обтекания ветряной турбины с вертикальной осью можно использовать переходную SST модель турбулентности, которая позволяет получить удовлетворительные результаты.
Ключевые слова: ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT); модели турбулентности; численное моделирование; вычислительный и стендовый эксперимент; поле субстанций; коэффициенты давления и мощности.
Для цитирования: Хамдамов М.М., Тоиров О.З., Хужаев И.К., Павлов П.П., Хуснутдинов А.Н., Мухамедзянов Э.А. Математическое и численное моделирование ветротурбины малой мощности в программном комплексе СOMSOL // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 34-53.
MATHEMATICAL AND NUMERICAL SIMULATION OF LOW POWER WIND TURBINES IN THE COMSOL SOFTWARE COMPLEX
Hamdamov М.М.1, Toirov О.Z.2, Khujaev I.K.1, Pavlov P.P.3, Khusnutdinov A.N.3, Mukhametzyanov E.A.3
1Institute of Mechanics and Seismic Stability of Structures named after. M.T. Urazbaeva, Tashkent, Uzbekistan
2Tashkent State Technical University, Tashkent, Uzbekistan
3Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: RELEVANCE. Mathematical and numerical modeling of low-power wind turbines in the COMSOL software package is highly relevant in the modern world. Wind energy is becoming an increasingly important industry due to the increasing demand for clean and renewable energy.
Using the COMSOL software package to simulate low-power wind turbines allows engineers and scientists to conduct more accurate calculations and analyzes of the device’s operation. This helps optimize the wind turbine design, increasing its efficiency and reliability. THE PURPOSE. Conduct a numerical experiment to simulate turbulent air flow when a vertical axis of rotation with four blades flows around a wind turbine. Identify turbulence models that make it possible to adequately describe the aerodynamics of the flow around a device in terms of the velocity vector, pressure field, tip ratio TSR, blade power coefficient and pressure coefficient. METHODS. The simulation was carried out using the COMSOL complex. The pressure equation was solved using Patankar’s approach. To solve the equations of substance transfer, a counterflow scheme of second order accuracy is adopted. To control the convergence of the computational process, reports on the moment and thrust on the main rotor were considered. RESULTS. The results of modeling air flow in a turbulent flow regime around a wind device in the form of profiles and fields of pressure and velocity are presented. The obtained axial velocity profile, pressure coefficient around the blade and instantaneous power coefficient of one blade using the transient SST model are in good agreement with the experimental data. The values of the power factor Cp of the device obtained using various turbulence models are presented. CONCLUSION. When mathematically modeling the flow around a vertical axis wind turbine, the transient SST turbulence model can be used, which provides satisfactory results.
Keywords: vertical axis wind turbine (VAWT); turbulence models; numerical modeling; computational and bench experiment; substance field; pressure and power coefficients.
For citation: Hamdamov М.М., Toirov О.Z., Khujaev I.K., Pavlov P.P., Khusnutdinov A.N., Mukhametzyanov E.A. Mathematical and numerical simulation of low power wind turbines in the COMSOL software complex. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 34-53.
К ВОПРОСУ О ВЕТРОГЕНЕРАЦИИ В ТАТАРСТАНЕ
Кадырмятов Ю.Р., Денисова Н.В.
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: В данной статье представлен анализ территории Республики Татарстан на предмет возможности внедрения ветровых генераторов малой мощности для обеспечения электроэнергией. Главной целью исследования было определение экономических выгод от развития ветроэнергетики для микрохозяйств. Использовались данные о скоростях ветра в 27 районах республики, зарегистрированные на протяжении 2022 года. Актуальность исследования ветроэнергетических ресурсов и развития ветроэнергетики подтверждается множеством аналогичных исследований в разных странах мира, также подтверждается ежегодным ростом доли возобновляемой энергетики (солнечной и ветровой) в мировом производстве электроэнергии и важностью охраны экологии. Методы: эффективность использования ветрогенераторов на территории Татарстана была оценена путем сравнения стоимости, произведенной ими электроэнергии, со стоимостью электроэнергии, произведенной дизель-генератором и поставляемой сетевой компанией. Были проведены подробные расчеты и сделаны выводы о том, в каких условиях ветроэнергетика может стать более выгодной альтернативой для микрохозяйств. Результаты: анализ ветропотенциала территории показал, что значительная доля территории является подходящей для эффективной установки ветрогенераторов. Но в настоящее время строительство ветровых парков экономически не выгодно, поскольку Татарстан обладает разветвленной инфраструктурой традиционной энергетики. Однако, в перспективе, ветроэнергетика станет важной и необходимой. Выводы: чтобы полностью воспользоваться потенциалом ветра, Татарстану потребуется разработка и реализация соответствующих программ и инфраструктуры. Увеличение инвестиций и создание собственных технологических компаний, специализирующихся на ветроэнергетике, поможет республике достичь успеха в этой отрасли. Дальнейшие исследования и развитие в этой области помогут оптимизировать процессы и обеспечить устойчивое и экологически чистое энергоснабжение в регионе.
Ключевые слова: ветрогенератор; ВИЭ; энергоэффективность; ветроэнергетический потенциал; энергосбережение.
Для цитирования: Кадырмятов Ю.Р., Денисова Н.В. К вопросу о ветрогенерации в Татарстане // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 54-69.
ON THE ISSUE OF WIND GENERATION IN TATARSTAN
Kadyrmyatov Y.R., Denisova N.V.
Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: This article presents an analysis of the territory of the Republic of Tatarstan for the possibility of introducing low-power wind generators to provide electricity. The main purpose of the study was to determine the economic benefits of wind energy development for micro farms. The data on wind speeds in 27 districts of the republic, recorded during 2022, were used. The relevance of the study of wind energy resources and the development of wind energy is confirmed by many similar studies in different countries of the world, also confirmed by the annual growth in the share of renewable energy (solar and wind) in global electricity production and the importance of environmental protection. Methods: the efficiency of using wind turbines in Tatarstan was assessed by comparing the cost of electricity produced by them with the cost of electricity produced by a diesel generator and supplied by a grid company. Detailed calculations were carried out and conclusions were drawn about the conditions under which wind energy can become a more profitable alternative for micro farms. Results: the analysis of the wind potential of the territory showed that a significant proportion of the territory is suitable for the effective installation of wind turbines. But currently, the construction of wind farms is not economically profitable, since Tatarstan has an extensive infrastructure of traditional energy. However, in the future, wind energy will become important and necessary. Conclusions: in order to fully exploit the potential of wind, Tatarstan will need to develop and implement appropriate programs and infrastructure. Increasing investments and creating its own technology companies specializing in wind energy will help the republic achieve success in this industry. Further research and development in this area will help to optimize processes and ensure sustainable and environmentally friendly energy supply in the region.
Keywords wind turbine; renewable energy sources; energy efficiency; wind energy potential; energy saving.
For citation: Kadyrmyatov Y.R., Denisova N.V. On the issue of wind generation in Tatarstan. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 54-69.
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ СТАТОРА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ И СИСТЕМАХ
Ибатуллин Э.Э.1, Петров Т.И.1, Петрова А.Р.2, Гибадуллин Р.Р.1
1Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
2ООО «ЭнергоГазСервис», г. Казань, Россия
Резюме: В связи с широким распространением синхронных двигателей с постоянными магнитами, все более актуальным становится вопрос оптимизации конструкции двигателя. Синхронные двигатели имеют ряд преимуществ перед асинхронными, но одним из недостатков является конечная стоимость двигателей. Многокритериальная топологическая оптимизация конструкции статора позволит сократить используемый объем материалов, при этом сохранив мощностные характеристики. ЦЕЛЬ. Разработка методики многокритериальной топологической оптимизации конструкции статора синхронного двигателя с постоянными магнитами, с применением генетического алгоритма. МЕТОДЫ. Использование для оптимизации конструкции генетического алгоритма позволяет повысить точность расчетов, по сравнению с другими методами поиска, такими как простой перебор и др. При использовании данного метода затрачивается меньшее количество времени, чем при использовании классических методов основанных на методе конечных элементов. Главным критерием оптимизации является сокращение объема используемых материалов для изготовления двигателя, с сохранением мощностных характеристик. РЕЗУЛЬТАТЫ. Представлена многокритериальная оптимизация конструкции статора синхронного двигателя с постоянными магнитами с использованием генетического алгоритма. Представлены диаграммы крутящего момента синхронных двигателей до оптимизации и после. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Произведенная оптимизация конструкции статора двигателя с применением генетического алгоритма, показала эффективность предлагаемого метода.
Ключевые слова: оптимизация; конструкция статора; генетический алгоритм; синхронный двигатель.
Для цитирования: Ибатуллин Э.Э., Петров Т.И., Петрова А.Р., Гибадуллин Р.Р. Оптимизация конструкции статора синхронного двигателя с постоянными магнитами, используемых в электротехнических комплексах и системах // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 70-83.
OPTIMIZATION OF PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR STATOR DESIGN USED IN ELECTRICAL COMPLEXES AND SYSTEMS
Ibatullin E.E.1, Petrov T.I.1, Petrova A.R.2, Gibadullin R.R.1
1Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
2LLC «EnergoGazServis», Kazan, Russia
Abstract: Due to the widespread use of permanent magnet synchronous motors, the issue of optimizing the motor design is becoming increasingly important. Synchronous motors have a number of advantages over induction motors, but one of the disadvantages is the final cost of the motors. Multicriteria topological optimization of the stator design will reduce the amount of materials used while maintaining the power characteristics. OBJECTIVE. To develop a technique for multicriteria topological optimization of the stator design of a permanent magnet synchronous motor, using a genetic algorithm. METHODS. The genetic algorithm method is more accurate compared to other methods of synchronous machine analysis. This method uses less time than classical methods based on the finite element method. The main criterion for optimization is to reduce the amount of materials used for motor fabrication, while maintaining the power performance. RESULTS. A multi-criteria optimization of the stator design of a permanent magnet synchronous motor using a genetic algorithm is presented. Torque diagrams of synchronous motors before optimization and after are presented. CONCLUSIONS. The optimization of the motor stator design using genetic algorithm has shown the effectiveness of the proposed method.
Keywords: optimization; stator design; genetic algorithm; synchronous motor.
For citation: Ibatullin E.E., Petrov T.I., Petrova A.R., Gibadullin R.R. Optimization of permanent magnet synchronous motor stator design used in electrical complexes and systems. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 70-83.
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КРУПНОГО СИНХРОННОГО ВЕТРОГЕНЕРАТОРА С ПОПЕРЕЧНЫМ ПОТОКОМ
Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В.
Институт химии силикатов РАН, г. Санкт-Петербург, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. Синхронная электрическая машина с поперечным магнитным потоком способна реализовать высокие плотности вращающего момента и рассматривается в качестве перспективной для ветроэнергетики больших мощностей. ЦЕЛЬ. Выполнить анализ и оптимизацию параметров синхронного генератора мощностью 800 кВт, 690 В, 150 мин-1, предназначенного для арктического региона. МЕТОДЫ. Конструкция электрической машины имеет концентрацию магнитного потока, намагничивание предусмотрено по длине магнита, длина магнита равна ширине обмотки, зубец статора расположен по радиусу ротора. Выбранная топология c односторонним расположением статоров обеспечивает уменьшение осевого габаритного размера практически вдвое, а также экономию активных материалов. Базовый вариант генератора выбран при широком изменении входных переменных — величины воздушного зазора, внешнего диаметра статора, длины постоянных магнитов. Для оптимизации использована методология отклика поверхности. РЕЗУЛЬТАТЫ. Выполнен поиск оптимального соотношения трех геометрических размеров (длины магнита, высоты магнита и длины сердечника статора) для получения наибольшего значения коэффициента полезного действия, минимального значения массы обмотки и магнитопровода. В результате использования методологии поверхности отклика возможно повышение КПД с начального значения 92,7% до наибольшего 94,4% либо снижение массы материалов на 7-9%. ВЫВОДЫ. Методология поверхности отклика является эффективным инструментом для оптимизации параметров электрических машин. Полученные оптимальные соотношения для максимума коэффициента полезного действия и минимума весовых показателей достигаются при различных сочетаниях изменяемых факторов. Рациональный вариант выбирается конструктором путем анализа параметров всех полученных вариантов с учетом ограничений, принятых при проектировании.
Ключевые слова: ветроэнергетика арктического региона; методология поверхности отклика; оптимизация; параметры генератора; поперечный поток; постоянные магниты; синхронный генератор.
Благодарности: Работа выполнена в рамках Госзадания Института химии силикатов РАН (регистрационный номер темы 1023032900322-9-1.4.3).
Для цитирования: Антипов В.Н., Грозов А.Д., Иванова А.В. Оптимизация параметров крупного синхронного ветрогенератора с поперечным потоком // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 84-93.
PARAMETERS OPTIMIZATION FOR A LARGE SYNCHRONOUS TRANSVERSE FLUX WIND GENERATOR
Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V.
Institute of Silicate Chemistry (RAS), Saint Petersburg, Russia
Abstract: RELEVANCE. The design of transverse flux electric machines makes it possible to realize higher torque densities compared to the designs of machines with longitudinal flux. Transverse flux synchronous electric machines are considered as promising for large wind power. PURPOSE. To analyze and optimize the parameters of an 800 kW, 690 V, 150 min-1 synchronous generator is designed for the Arctic region. METHODS. The selected topology has a magnetic flux concentration, herewith magnetization is provided along the magnet length equal to the winding width, and the stator tooth is located along the rotor radius. The chosen topology with a one-way stator’s arrangement provides a reduction in the axial overall size by almost half, as well as savings in active materials. The basic version of the generator is chosen by a wide change in input variables – the air gap size, the outer stator diameter, and the permanent magnets length. The response surface methodology is used for optimization. RESULTS. The search for the optimal ratio of three geometric dimensions — the magnet length of , the magnet height and the stator core length is performed to obtain the highest value of the efficiency, the minimum value of the winding mass and the minimum value of the magnetic circuit mass. As a result of using the response surface methodology, it is possible to increase efficiency from an initial value of 92.7% to a maximum of 94.4% or reduce the materials mass by 7-9%. CONCLUSIONS. The response surface methodology is an effective tool for optimizing the parameters of electrical machines. The obtained optimal ratios for the maximum efficiency and minimum weight indicators are achieved with various combinations of variable factors. The rational option can be s chosen by the designer through analyzing all the parameters of the obtained options, taking into account the limitations adopted for the design.
Keywords: generator parameters; optimization; permanent magnets; response surface methodology; synchronous generator transverse flux; wind power of arctic region.
Acknowledgments: The study was carried out at the expense of Institute of Silicate Chemistry (RAS) state task No. 1023032900322-9-1.4.3.
For citation: Antipov V.N., Grozov A.D., Ivanova A.V. Parameters optimization for a large synchronous transverse flux wind generator. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 84-93.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Шпиганович А.Н.1, Шпиганович А.А.1, Петрова Р.М.2, Грачева Е.И.2
1Липецкий государственный технический университет, г. Липецк, Россия
2Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: В настоящее время требуются новые подходы к оценке отказоустойчивости системы электроснабжения промышленного объекта в целом, а также отдельных элементов электрооборудования. Представленные в работе результаты исследований базируются на оценке и анализе основных характеристик отказоустойчивости низковольтного электрооборудования системы электроснабжения промышленного объекта. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Определить параметры отказоустойчивости участка системы электроснабжения промышленного предприятия. АКТУАЛЬНОСТЬЮ данного исследования является совершенствование методов определения отказоустойчивости системы по уровням, относительно каждого присоединения и мостиковой схемой. МЕТОДЫ. Использованы вероятностные и статистические методы оценки параметров отказоустойчивости элементов электрооборудования и системы электроснабжения. РЕЗУЛЬТАТЫ. Представлены статистические данные относительных величин числа отказов устройств защиты и автоматики электрооборудования различных уровней системы. Приведены причины отказов электрооборудования 0,4 кВ – электродвигателей и силовых трансформаторов 10/0,4 кВ. Определены параметры отказоустойчивости участка системы электроснабжения относительно I, II и III уровней схемы, а также участка схемы с секционным выключателем (мостиковая схема). ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Установлено, что полученные результаты расчетов значений вероятности появления отказа участка системы электроснабжения относительно I, II и III уровней схемы незначительны и не превышают 1%: для одной секции шин Q(t)сист = 1,61•10-3. Вероятность отказа мостиковой схемы с учетом секционного выключателя, находящегося в замкнутом положении qсист = 3,98•10-3, что показывает высокий уровень надежности установленного электрооборудования.
Ключевые слова: система электроснабжения; отказоустойчивость; силовой трансформатор; автоматический выключатель; магнитный пускатель; контактор; разъединитель.
Для цитирования: Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А., Петрова Р.М., Грачева Е.И. Исследование отказоустойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 94-105.
STUDY OF FAULT TOLERANCE OF POWER SUPPLY SYSTEMS OF INDUSTRIAL ENTERPRISES
Shpiganovich A.N.1, Shpiganovich A.A.1, Petrova R.M.2, Gracheva E.I.2
1Lipetsk State Technical University, Lipetsk, Russia
2Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: At present, new approaches are required to assess the fault tolerance of the power supply system of an industrial facility as a whole, as well as individual elements of electrical equipment. The research results presented in this paper are based on the assessment and analysis of the main characteristics of fault tolerance of low-voltage electrical equipment of the power supply system of an industrial facility. RESEARCH OBJECTIVE. To determine the parameters of fault tolerance of a section of the power supply system of an industrial facility. The ACTUALITY of this study is to improve the methods for determining the fault tolerance of a system by level, with respect to each connection and bridging scheme. METHODS. Probabilistic and statistical methods of estimation of fault tolerance parameters of electrical equipment elements and power supply system were used. RESULTS. Statistical data of relative values of the number of failures of protection and automation devices of electrical equipment of different levels of the system are presented. The reasons of failures of 0,4 kV electrical equipment — electric motors and 10/0,4 kV power transformers — are given. The parameters of fault tolerance of the power supply system section with respect to I, II and III levels of the scheme, as well as the section of the scheme with a sectional switch (bridge scheme) are determined. CONCLUSION. It is established that the obtained results of calculations of values of probability of occurrence of failure of a power supply system section with respect to I, II and III levels of the scheme are insignificant and do not exceed 1%: for one busbar section Q(t)syst = 1,61•10-3. The probability of failure of the bridge scheme taking into account the sectional circuit breaker in the closed position ԛsystem = 3,98•10-3, which shows a high level of reliability of the installed electrical equipment.
Keywords: power supply system; fault tolerance; power transformer; circuit breaker; magnetic starter; contactor; disconnector.
For citation: Shpiganovich A.N., Shpiganovich A.A., Petrova R.M., Gracheva E.I. Study of fault tolerance of power supply systems of industrial enterprises. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 94-105.
РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СБОРНЫХ ШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ
Шарыгин М.В.1, Джериу Ахмед Сахиб Наджи1, Обалин М.Д.2
1Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»,
г. Нижний Новгород, Россия
2Филиал АО «СО ЕЭС» «Региональное диспетчерское управление энергосистем Нижегородской области, Республики Марий Эл и Чувашской Республики – Чувашии», г. Нижний Новгород, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. На дифференциальную защиту от внутренних замыканий влияет много факторов, такие как отказ силового выключателя, отказ элементов устройства релейной защиты, погрешности работы измерительного тока в определенной точке приводят к ложному действию защиты или к повреждению защищаемого объекта при отказе силового выключателя, когда возникает короткое замыкание (КЗ). В статье рассматривается логическая надстройка, связь электронных устройств смежных дифференциальных защит, устанавливаемых в электросети и обмен информации между ними по стандарту МЭК 61850. МЕТОДЫ. В статье указан новый метод системы релейной защиты в электрических сетях, основанный на использовании информации между интеллектуальными электронными устройствами (ИЭУ), установленными в электрических сетях. Они взаимодействуют непрерывно друг с другом, обмениваясь информацией по каналу связи. В качестве примера принята дифференциальная защита шин, ЛЭП, силового трансформатора. Моделирование расчетных ситуаций осуществлено в программе PSCAD/EMTDC. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрено влияние отказа элементов системной защиты на действия защиты объектов электроснабжения. При распознавании отказа, смежные устройства дифференциальной защиты имеют возможность автоматически реконфигурировать зоны защиты для адаптации системы защиты к возникшему отказу. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В результате исследования получены результаты, которые можно использовать для повышения надежности защиты электроснабжения в целом и защиты шины от нежелательных действий.
Ключевые слова: релейная защита; надежность электроснабжения; дифференциально-логическая защита.
Для цитирования: Шарыгин М.В., Джериу Ахмед Сахиб Наджи, Обалин М.Д. Реализация логической схемы дифференциальной защиты сборных шин с использованием информационной сети // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 106-118.
IMPLEMENTATION OF A LOGIC CIRCUIT FOR DIFFERENTIAL PROTECTION OF BUSBARS USING AN INFORMATION NETWORK
Sharygin M.V.1, Jeryo Ahmed Sahib Naji1, Obalin M.D.2
1Nizhny Novgorod State Technical University named R.E. Alekseev, Nizhny Novgorod, Russia
2Regional Dispatch Control of Power Systems of the Nizhny Novgorod Region, the Republic of Mari El and the Chuvash Republic – Chuvashia, Nizhny Novgorod, Russia
Abstract: RELEVANCE. Differential protection against internal short circuits is influenced by many factors, such as failure of the circuit breaker, failure of relay protection device elements, errors in the operation of the measuring current at a certain point led to a false protection action or damage to the protected object in case of failure of the circuit breaker when a short circuit (short circuit) occurs. The article considers the logical superstructure, the connection of electronic devices of adjacent differential protections installed in the power grid and the exchange of information between them according to the IEC 61850 standard. METHODS. The article specifies a new method of relay protection system in electrical networks based on the use of information between intelligent electronic devices (IEDs) installed in electrical networks. They interact continuously with each other, exchanging information over a communication channel. Differential protection of busbars, power lines, and a power transformer is used as an example. Simulation of calculation situations was carried out in the PSCAD/EMTDC program. RESULTS. The article describes the relevance of the topic, examines the impact of failure of system protection elements on the protection of power supply facilities. When a failure is detected, adjacent differential protection devices have the ability to automatically reconfigure protection zones to adapt the protection system to the failure that has occurred. CONCLUSION. As a result of the study, results have been obtained that can be used to improve the reliability of power supply protection in general and protect the bus from undesirable actions.
Keywords: relay protection; reliability of power supply; differential logic protection.
For citation: Sharygin M.V., Jeryo Ahmed Sahib Naji, Obalin M.D. Implementation of a logic circuit for differential protection of busbars using an information network. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 106-118.
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ МИКРО-ГЭС С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В МАЛОВОДНЫЕ ПЕРИОДЫ ГОДА
Кожемякин В.Е., Кривенко Т.В., Григорьева О.А., Тремясов В.А.
Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в развивающемся сегодня дефиците электроэнергии. На территории России существуют регионы, технологически изолированные от Единой энергетической системы. В таких регионах остро стоит вопрос надежного обеспечения потребителей электрической энергией. ЦЕЛЬ. Разработать подход к определению оптимальной мощности и состава гидроагрегатов системы генерации на базе микро-ГЭС с учетом надежности. Определить влияние стохастического характера изменения стока на надежность электроснабжения от микро-ГЭС. МЕТОДЫ. Для определения оптимального числа и мощности гидроагрегатов микро-ГЭС использовался метод многокритериальной оптимизации с использованием критериальных свойств и их свертки в единый комплексный критерий эффективности. Оценка надежности микро-ГЭС проводилась с применением метода пространства состояний для системы генерации на базе микро-ГЭС. РЕЗУЛЬТАТЫ. В работе произведен анализ существующего в России рынка микро-ГЭС. Предложена многокритериальная модель оценки различных вариантов системы генерации микро-ГЭС. Описан процесс свертки предложенных критериев оптимизации в единый, комплексный критерий. С применением предложенной оптимизационной модели определен оптимальный вариант электроснабжения от микро-ГЭС села Огур, расположенного в Балахтинском районе Красноярского края. Для выбранного варианта системы генерации построена модель надежности микро-ГЭС, учитывающая возникновение отказа общей причины, обусловленного снижением приточности к створу микро-ГЭС. С использованием предложенной модели показана зависимость коэффициентов готовности гидроагрегатов микро-ГЭС от изменения расчетной обеспеченности расхода. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основе комплексного критерия эффективности была выбрана конфигурация микро-ГЭС на реке Огур. Применение метода пространства состояний позволяет определить вероятности перехода системы генерации на базе микро-ГЭС из состояния, в котором вся установленная мощность обеспечена расходом, в состояние, при котором снижение бытового расхода приводит к отключению одного или двух гидроагрегатов микро-ГЭС.
Ключевые слова: малая гидроэнергетика; децентрализованное электроснабжение; система генерации микро-ГЭС; метод пространства состояний; многокритериальная оптимизация; комплексный критерий оптимизации.
Для цитирования: Кожемякин В.Е., Кривенко Т.В., Григорьева О.А., Тремясов В.А. Выбор оптимального состава основного оборудования микро-ГЭС с учетом надежности электроснабжения в маловодные периоды года // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 119-132.
SELECTING THE OPTIMAL COMPOSITION OF MAIN EQUIPMENT FOR MICRO HYDROELECTRIC POWER PLANTS WHILE CONSIDERING POWER SUPPLY RELIABILITY DURING LOW-WATER PERIODS OF THE YEAR
Kozhemyakin V.E., Krivenko T.V., Grigorieva O.A., Tremyasov V.A.
Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia
Abstract: RELEVANCE of the study lies in the acute shortage of electricity that is developing today. There are regions in Russia that are technologically isolated from the unified energy system. In such regions the problem of reliable supply of consumers with electric energy is acute. THE PURPOSE. To develop an approach to determine the optimal capacity and composition of hydroelectric units of the generation system based on micro-hydroelectric power plants, taking into account reliability. To determine the influence of the stochastic nature of flow variations on the reliability of power supply from micro-hydroelectric power plants. METHODS. A multi-criteria optimization method using criterion properties and their convolution into a single comprehensive performance criterion is used to determine the optimal number and capacity of hydro units in a micro-hydro power plant. The reliability assessment of micro-hydro is carried out using the state space method for the micro-hydro based generation system. RESULTS. The paper analyses the existing market of micro-hydropower plants in Russia. A multi-criteria model of evaluation of different variants of power generation systems based on micro-hydropower plants is proposed. The process of convolution of the proposed optimization criteria into a single complex criterion is described. Using the proposed optimization model, the optimal variant of power supply from a micro-hydropower plant to the village of Ogur, located in the Balakhta district of the Krasnoyarsk Territory, was determined. For the selected variant of the generation system, a reliability model of the micro-hydropower plant was developed, taking into account the occurrence of a common cause failure associated with a decrease in the inflow to the micro-hydropower plant. Using the proposed model, the dependence of the availability coefficients of the hydroelectric units on changes in the calculated flow availability is shown. CONCLUSIONS. On the basis of a comprehensive performance criterion, the configuration of a micro-hydropower plant on the Ogur River was selected. The application of the state space method allowed to determine the transition probabilities of the generation system based on the micro-hydropower plant from the state in which the entire installed capacity is provided by the flow to the state in which a decrease in the domestic flow leads to the shutdown of one or two hydro units of the micro-hydropower plant.
Keywords: small hydropower; decentralized energy supply; micro-hydropower system; state-space method; multi-criteria optimization; complex optimization criterion.
For citation: Kozhemyakin V.E., Krivenko T.V., Grigorieva O.A., Tremyasov V.A. Selecting the optimal composition of main equipment for micro hydroelectric power plants while considering power supply reliability during low-water periods of the year. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 119-132.
ВЕРИФИКАЦИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «РАСЧЕТ ВЫРАБОТКИ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ (СФЭМ)»
Дерюгина Г.В., Игнатьев Е.В., Кузнецов Д.А.
Национальный исследовательский университет «МЭИ» (НИУ «МЭИ»), г. Москва, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. Одной из проблем при проектировании солнечных электрических станций (СЭС) на различных этапах является обработка большого количества статистических данных. В данной работе ставилась задача разработки программного комплекса, способного выполнять гелиоэнергетические расчеты на основе открытых источников данных, в качестве которого была выбрана база данных БД «NASA SSE». Программы-аналоги имеют свои преимущества, но общим для них недостатком является отсутствие рядов среднечасовой мощности СФЭМ, необходимого при проектировании системных и автономных СЭС. ЦЕЛЬ работы является создание программного продукта для расчёта выработки единичного СФЭМ и его верификация. Среди главных требований, поставленных при его разработке, можно выделить простоту интуитивность работы, получение данных из открытых исходников, а также удобство результатов работы для использования в других проектах. МЕТОДЫ. В методике применяются статистические методы и методы математического моделирования. Выбор оптимальной конфигурации производится методом многокритериальной оптимизации и решается итерационным методом перебора из всех возможных вариантов, значимость которых оценивается по методу рангов. РЕЗУЛЬТАТЫ. Было установлено, что относительные отклонения годовой суммарной солнечной радиации на оптимально ориентированные СФЭМ и годовые выработки СЭС, рассчитанные по программному комплексу, не превышают 14% от измеренных значений на площадках, эксплуатируемых СЭС. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Был разработан программный комплекс «Расчет выработки солнечного модуля» и успешна проведена его верификация.
Ключевые слова: солнечная энергия; солнечный фотоэлектрический модуль (СФЭМ); суммарная солнечная радиация; диффузная солнечная радиация; программный комплекс; угол наклона приемной площадки; температурный эффект.
Благодарности: Работа, по результатам которой выполнена статья, выполнена в рамках проекта «Системы управления солнечно-дизельными комплексами» при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № FSWF-2022-0006.
Для цитирования: Дерюгина Г.В., Игнатьев Е.В., Кузнецов Д.А. Верификация программного комплекса «Расчет выработки солнечного модуля (СФЭМ)» // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 133-143.
VERIFICATION OF THE SOFTWARE BUNDLE «СALCULATION OF THE ENERGY YIELD OF PV-MODULE»
Deryugina G.V., Ignatev E.V., Kuznetsov D.A.
National Research University «MPEI» (NRU «MPEI»), Moscow, Russia
Abstract: RELEVANCE. One of the problems in designing a solar PV power plant at various stages is the processing of a large amount of statistical data. In this work, the task was to develop a software package capable of performing solar energy calculations based on open data sources, as which the database of the «Nasa SSE» database was selected. Each of these solutions has its pros and cons, limited by the tasks to be solved. The main weakness of other similar software solutions is the inability to obtain a complete series of intermediate calculation results, and in some software products, final values. THE PURPOSE of the work is to create a software product for calculating the output of a single PV-module and its verification. Among the main requirements for its development, it is possible to highlight the simplicity of intuitive management, obtaining data from open source code, as well as the convenience of the results of work for use in other projects. METHODS. The methodology uses statistical methods and mathematical modeling methods. The task of determining the optimal position of single PV-module relates is solved by sorting through all possible options. RESULTS. It was found that the relative deviations of the annual total solar irradiance for optimally oriented single PV-module and annual solar PV power plant output, calculated using the software bundle, do not exceed 14% of the measured values at the sites operated by solar PV power plant. CONCLUSION. A software bundle has been developed «Calculation of the energy yield of PV-module».
Keywords: diffuse solar irradiance; insolation; module orientation; PV-module; solar PV power plant; solar irradiance; software bundle; temperature effect.
Acknowledgments: Work, basing on which results was written this article, made within project «Control systems of solar-diesel complexes», with support of Ministry of science and higher education of Russian Federation grant № FSWF-2022-0006.
For citation: Deryugina G.V., Ignatev E.V., Kuznetsov D.A. Verification of the software bundle «Calculation of the energy yield of PV-module». KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 133-143.
ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ КИБЕРФИЗИЧЕСКИМИ МИКРОСЕТЯМИ С УЧЕТОМ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ РЫНКА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИИ И ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Гурина Л.А.1, Зорина Т.Г.2
1Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, г. Иркутск, Россия
2Институт энергетики Национальной академии наук Беларуси, г. Минск, Беларусь
Резюме: ЦЕЛЬ. Разработка мер по снижению рисков, обусловленных использованием цифровых технологий при управлении киберфизическими микросетями, на основе анализа тенденций развития распределенной генерации. МЕТОДЫ. Прогноз емкости рынка распределенной генерации в 2023-2030 гг. был выполнен на основе регрессионного анализа. РЕЗУЛЬТАТЫ. Выявлены основные факторы, способствующие ускорению темпов роста рынка распределенной генерации. Проведена сегментация рынка распределенной генерации по различным признакам. Обосновано, что системы распределенной генерации будут стратегическими объектами цифровизации в среднесрочной перспективе. Определены ключевые драйверы рынка цифровых решений для распределенной генерации, а также основные тенденции развития цифровых технологий построения микросетей. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Определены основные виды рисков, вызванных активным внедрением цифровых технологий в системы распределенной генерации. Выявлены преимущества и недостатки способов реализации методов управления микросетями, способствующих возникновению рисков при цифровизации объектов распределенной энергетики. Предложены меры по снижению рисков кибербезопасности при управлении микросетями.
Ключевые слова: распределенная генерация; киберфизическая микросеть; цифровизация; система управления; кибербезопасность.
Благодарности: Работа выполнена в рамках научного проекта «Теоретические основы, модели и методы управления развитием и функционированием интеллектуальных электроэнергетических систем», № FWEU-2021-0001.
Для цитирования: Гурина Л.А., Зорина Т.Г. Особенности управления киберфизическими микросетями с учетом тенденций развития рынка распределенной генерации и цифровых технологий // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 144-157.
FEATURES OF MANAGEMENT OF CYBER-PHYSICAL MICROGRIDS CONSIDERING DEVELOPMENT TRENDS OF THE MARKET FOR DISTRIBUTED GENERATION AND DIGITAL TECHNOLOGIES
Gurina L.A.1, Zoryna T.G.2
1Melentiev Energy Systems Institute of SB RAS, Irkutsk, Russia
2Institute of Power Engineering of NAS of Belarus, Minsk, Belarus
Abstract: The research aims to develop measures to reduce risks caused by the use of digital technologies in the management of cyber-physical microgrids, based on an analysis of trends in the development of distributed generation. METHODS. The forecast for the distributed generation market capacity in 2023-2030 was made based on regression analysis. RESULTS. The main factors contributing to the acceleration of the growth rate of the distributed generation market have been identified. The distributed generation market was segmented according to various criteria. It is substantiated that distributed generation systems will be strategic objects of digitalization in the medium term. The key drivers of the market for digital solutions for distributed generation are identified, as well as the main trends in the development of digital technologies for building microgrids. CONCLUSION. The main types of risks caused by the active implementation of digital technologies in distributed generation systems are identified. The advantages and disadvantages of methods for implementing microgrid management methods that contribute to the emergence of risks during the digitalization of distributed energy facilities have been identified. Measures are proposed to reduce cybersecurity risks when managing microgrids.
Keywords: distributed generation; cyber-physical microgrid; digitalization; control system; cybersecurity.
Acknowledgment: The research was conducted within the framework of the scientific project “Theoretical foundations, models and methods to control the expansion and operation of intelligent electric power systems (Smart Grids),” No. FWEU-2021-0001.
For citation: Gurina L.A., Zoryna T.G. Features of management of cyber-physical microgrids considering development trends of the market for distributed generation and digital technologies. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 144-157.
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ БАШЕННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В РЕСПУБЛИКЕ ТАДЖИКИСТАН
Зокирзода А.Р., Цгоев Р.С.
Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (НИУ МЭИ), г. Москва, Россия
Резюме: Солнечная башенная электростанция (СБЭ) – самая актуальная из всех видов возобновляемых источников энергии, которая может помочь энергосистеме после захода солнца благодаря своей экономичности и большому объему накопленного тепла в тепловых аккумуляторах (ТА). Цель данного исследования заключается в разработке, оптимизации и оценке производительности солнечной башенной электростанции. Так как территория Республики Таджикистан географически расположена таким образом, что солнечных дней в году насчитывается от 280 до 330. Следовательно, используя следующие формулы в условиях Республики Таджикистан проанализированы четыре типа СБЭ. В первом типе, была использована СБЭ мощностью 150 МВт с расплавленной солью в качестве теплоносителя и 7,5 часами хранения на ТА. Второй тип, который был проанализирован, — это две СБЭ мощностью 150 МВт, первая из которых использует воду в качестве теплоносителя без аккумулирования тепла, а вторая — аккумулирует тепло в течение 7,5 часов в ТА с расплавленной солью. Третий вариант — две СБЭ общей мощностью 300 МВт, одна с водой в качестве теплоносителя без теплового накопителя мощностью 150 МВт, а другая с расплавленной солью в качестве теплоносителя и 7,5 часовым запасом на ТА мощностью 150 МВт. А в четвертом варианте исследованы две СБЭ общей мощностью 300 МВт с использованием в качестве теплоносителя расплавленной соли с запасом тепла в ТА на 7,5 часов. В результате было получено, что второй тип СБЭ является оптимальным, и по сравнению с другими типами используется меньшее количество гелиостатов, а так как в одной башне в качестве теплоносителя используется вода, то теплообменник не используется, и, следовательно, эффективность увеличивается. В Республике Таджикистан энергодефицит составляет 1,2 ГВтч/год. Можно сделать вывод, что для покрытия энергодефицита необходимы 2 предложенных варианта СБЭ.
Ключевые слова: солнечная башенная электростанция; гелиостат; башня; приёмник; теплоноситель; Солнце.
Для цитирования: Зокирзода А.Р., Цгоев Р.С. Перспективы создания солнечных башенных электростанций в Республике Таджикистан // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 158-176.
PROSPECTS FOR THE ESTABLISHMENT OF TOWER SOLAR POWER PLANTS IN THE REPUBLIC OF TAJIKISTAN
Zokirzoda A.R., Tsgoev R.S.
National Research University «Moscow Power Engineering Institute», Moscow, Russia
Abstract: Solar tower power plant (SТPP) is the most relevant among all types of renewable energy sources that can help the power system after sunset due to its cost-effectiveness and large amount of stored heat in the thermal storage (TS). The objective of this study is to design, optimize and evaluate the performance of solar tower power plant. Since the territory of the Republic of Tajikistan is geographically located in such a way that there are 280 to 330 sunny days per year. Therefore, using the following formulas in the conditions of the Republic of Tajikistan analyzed four types of SТPP. In the first type, a 150 MW SТPP with molten salt as a coolant and 7.5 hours of storage at TS was used. The second type that was analyzed is two 150 MW SТPP, the first one using water as coolant without heat storage and the second one storing heat for 7.5 hours in TS with molten salt. The third option is two SТPP with a total capacity of 300 MW, one with water as a heat transfer medium without heat storage of 150 MW, and the other with molten salt as a heat transfer medium and 7.5 hours of heat storage in a TS of 150 MW. And in the fourth variant two SТPP with total capacity of 300 MW using molten salt as heat carrier with 7.5 hours heat storage in TS are investigated. As a result, it was obtained that the second type of STPP is optimal, and compared to other types, fewer heliostats are used, and since one tower uses water as a heat carrier, the heat exchanger is not used, and therefore, the efficiency increases. In the Republic of Tajikistan, the energy deficit is 1.2 GWh/year. It can be concluded that to cover the energy deficit, 2 proposed variants of STPP are necessary.
Keywords: solar tower power plant; heliostat; tower; receiver; heat carrier; Sun.
For citation: Zokirzoda A.R., Tsgoev R.S. Prospects for the establishment of tower solar power plants in the Republic of Tajikistan. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 158-176.
РАЗРАБОТКА ПЕРЕДВИЖНОГО ВЕТРАГЕНЕРАТОРА СО СКЛАДЫВАЮЩИМИСЯ ЛОПАТКАМИ ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ
Оразбекова А.К., Мехтиев А.Д., Олжабай А.Ш.
НАО «Казахский агротехнический исследовательский университет имени С. Сейфуллина», г. Астана, Республика Казахстан
Резюме: В настоящее время остро стоит проблема электроснабжения отдаленных сельских населенных пунктов. Это связано с удаленностью расположения воздушных линий электроснабжения. Кроме того, строительство электрических сетей считается экономически нецелесообразным для малозаселенных районов сельсткой местности. Ключевой проблемой для развития сельского хозяйства, а именно отгонно-пастбищного животноводства является отсутствие доступных мобильных альтернативных источников энергообеспечения производственных и бытовых потребностей. Проведено исследование для разработки конструкции передвижного ветрагенератора со складывающимися лопатками для энергоснабжения потребителей сельской местности для повышения эффективности энергообеспечения. Методологической базой исследования послужили научные работы отечественных и зарубежных ученых в области возобновляемых источников энергии. Результатом является разработанный опытный образец и 3D модель вертикального ветрогенератора с наклонными складывающимися лопатками.
Ключевые слова: ветрогенератор; складывающиеся лопатки; отгонное животноводство; микроконтроллер; вертикальна ось вращения; ветроколесо; ветроустойчивость.
Для цитирования: Оразбекова А.К., Мехтиев А.Д., Олжабай А.Ш. Разработка передвижного ветрагенератора со складывающимися лопатками для энергоснабжения потребителей сельской местности // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 177-185.
DEVELOPMENT OF A MOBILE WIND GENERATOR WITH FOLDING BLADES FOR POWER SUPPLY TO RURAL CONSUMERS
Orazbekova A.K., Mehdiev A.D., Olzhabay A.S.
NAO «Kazakh Agrotechnical Research University named after S. Seifullin», Astana, Republic of Kazakhstan
Abstract: Currently, the problem of power supply to remote rural settlements is acute. This is due to the remote location of overhead power lines. In addition, the construction of electrical networks is considered economically unfeasible for sparsely populated rural areas. The key problem for the development of agriculture, namely transhumance, is the lack of accessible mobile alternative sources of energy to supply industrial and domestic needs. A study was conducted to develop the design of a mobile wind generator with folding blades for power supply to rural consumers to improve the efficiency of energy supply. The methodological basis of the study was the scientific work of domestic and foreign scientists in the field of renewable energy sources. The result is a developed prototype and 3D model of a vertical wind generator with inclined folding blades.
Key words: wind generator; folding blades; transhumance; microcontroller; vertical axis of rotation; wind wheel; wind resistance.
For citation: Orazbekova A.K., Mehdiev A.D., Olzhabay A.S. Development of a mobile wind generator with folding blades for power supply to rural consumers. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 177-185.
ПРИМЕНЕНИЕ ARMA-МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФАКТОРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ЭКОНОМИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ РЕГИОНА
Опокина Н.А.1, Ганеева Д.А.2, Штоколова C.Б.1
1Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия
2Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ данной темы и практическая значимость обусловлена тем, что в настоящее время существует необходимость оценки эффективности развития региона, которое тесно связано с экономическими процессами, происходящими в нем. Понятие экономической активности подразумевает сложную экономическую многофакторную совокупность. Различные эконометрические методы и модели широко применяются для анализа экономических процессов с целью прогнозирования и принятия управленческих решений. ЦЕЛЬ. Построить модели факторов, описывающих экономическую активность региона на примере Приволжского федерального округа (ПФО) и проверить их адекватность. МЕТОДЫ. В статье предложены методы анализа временных рядов, а именно модели авторегрессии – скользящего среднего (ARMA-модель), для прогнозирования уровня показателей, влияющих на экономическую активность). В ходе исследования были отобраны следующие отрасли: торговля, промышленное производство, строительная отрасль и платные услуги населению. В качестве показателей, описывающие уровни факторов, влияющих на экономическую активность ПФО, были выбраны индексы производства по отношению к уровню соответствующему месяцу предыдущего года. РЕЗУЛЬТАТЫ. Для каждой из вышеперечисленных отраслей построены ARMA-модели c целью прогнозирования уровня рассматриваемых показателей, а также проведена верификация полученных моделей и проверена их прогностическая точность с помощью сравнения спрогнозированных значений с реальными значениями тестовой выборки. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В ходе исследования полученные модели показали высокую диагностическую способность.
Ключевые слова: экономическая активность; ARMA-модель; оборот розничной торговли; промышленное производство; строительная отрасль; объем платных услуг населению.
Для цитирования: Опокина Н.А., Ганеева Д.А., Штоколова C.Б. Применение ARMA-моделей прогнозирования факторов, характеризующих экономическую активность региона // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 186-194.
APPLICATION OF ARMA MODELS FORECASTING FACTORS CHARACTERIZING THE ECONOMIC ACTIVITY OF THE REGION
Opokina N.A.1, Ganeeva D.A.2, Shtokolova S.B.1
1Kazan federal university, Kazan, Russia
2Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: The relevance of this topic and practical significance is due to the fact that. Currently, there is a need to assess the effectiveness of the development of the region, which is closely related to the economic processes occurring in it. The concept of economic activity implies a complex economic multifactorial set. Various econometric methods and models are widely used to analyze economic processes for the purpose of forecasting and making management decisions. TARGET. Build models of factors that describe the economic activity of the region using the example of the Volga Federal District (VFD) and check their adequacy. METHODS. The article proposes methods for analyzing time series, namely the autoregressive moving average model (ARMA model), for predicting the level of indicators affecting economic activity). During the study, the following industries were selected: trade, industrial production, construction industry and paid services to the population. As indicators describing the levels of factors influencing the economic activity of the Volga Federal District, production indices were chosen in relation to the level of the corresponding month of the previous year. RESULTS. For each of the above industries, ARMA models were built to predict the level of the indicators under consideration, and the resulting models were verified and their predictive accuracy was checked by comparing the predicted values with the actual values of the test sample. CONCLUSION. During the study, the resulting models showed high diagnostic ability.
Keywords: economic activity; ARMA model; retail trade turnover; industrial production; construction industry; service.
For citation: Opokina N.A., Ganeeva D.A., Shtokolova S.B. Application of ARMA models forecasting factors characterizing the economic activity of the region. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 186-194.
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕХОДА ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВА К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ: МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Бурганов Р.А., Сиразева Р.И., Сибагатова И.Г., Курнева Е.О., Хисамеева Д.Р.
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ заключается в том, что связь между энергетическим сектором и постоянным доступом к энергетическим ресурсам имеет решающее и особое значение в современных социально-экономических и геополитических условиях, когда происходит ревизия и пересмотр некоторых принятых решений в сфере перехода к возобновляемым источникам энергии. Экономика энергетики является стержнем промышленного прогресса, поддерживая незаменимые аспекты развития. Количество потребляемых энергоресурсов и доля вырабатываемой энергии сказываются на всех сферах жизни, оказывая влияние даже на динамику государственных цен. При этом, при переходе к альтернативной энергетике необходимо обратить внимание на решение дилеммы – перейти или не перейти с учетом возможного отказа от сложившихся принципов экономической деятельности. В этих условиях, решение вопроса об увеличении доли возобновляемых источников энергии в генерировании электроэнергии и её энергоэффективности становится острым для национальных экономик, особенно в эпоху декарбонизации предприятий. ЦЕЛЬ. Исследование направлено на изучение эффективности методологий планирования для интеграции возобновляемых источников энергии в энергетический сектор. МЕТОДЫ. В этом исследовании авторы используют подход приведенной стоимости LCOE для оценки экономической целесообразности перехода предприятий энергетического сектора на альтернативные источники энергии. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрены особенности влияния всех видов возобновляемых источников энергии на экономические показатели предприятий в частности и страны в целом. В данной статье проведен расчет интеграции ветряных электростанций, которые повышают экономическую эффективность всего проекта строительства предприятия за счет заметного роста ключевых финансовых показателей по сравнению с традиционными методами. И наоборот, по результатам исследования, внедрение технологии использования солнечной энергии приводит к падению экономических показателей из-за более высоких капитальных затрат и уменьшения операционной экономии. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Выбор перехода от традиционной к альтернативной энергетике должен иметь более разумный с финансовой точки зрения подход при планировании развития отраслей экономики страны.
Ключевые слова: метод LCOE; альтернативная энергетика; экономическая эффективность проекта; период окупаемости; энергетический переход.
Для цитирования: Бурганов Р.А., Сиразева Р.И., Сибагатова И.Г., Курнева Е.О., Хисамеева Д.Р. Планирование эффективности перехода энергопроизводства к использованию возобновляемых источников энергии: методологические аспекты // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 195-206.
PLANNING THE EFFICIENCY OF THE TRANSITION OF ENERGY PRODUCTION TO THE USE OF RENEWABLE ENERGY SOURCES: METHODOLOGICAL ASPECTS
Burganov R.A., Sirazeva R.I., Sibagatova I.G., Kurneva E.O., Khisameeva D.R.
Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: THE RELEVANCE lies in the fact that the connection between the energy sector and constant access to energy resources is of critical and special importance in modern socio-economic and geopolitical conditions, when some decisions taken in the field of transition to renewable energy sources are being reviewed and revised. Energy economics is the core of industrial progress, supporting indispensable aspects of development. The amount of energy resources consumed and the share of energy generated affect all spheres of life, even influencing the dynamics of government prices. At the same time, during the transition to alternative energy, it is necessary to pay attention to the solution to the dilemma — to switch or not to switch, taking into account the possible abandonment of established principles of economic activity. Under these conditions, addressing the issue of increasing the share of renewable energy sources in electricity generation and its energy efficiency becomes acute for national economies, especially in the era of decarburization of enterprises. TARGET. The study aims to examine the effectiveness of planning methodologies for integrating renewable energy sources into the power sector. METHODS. In this study, the authors use the LCOE present value approach to assess the economic viability of energy sector enterprises switching to alternative energy sources. RESULTS. The article describes the relevance of the topic, examines the features of the influence of all types of renewable energy sources on the economic performance of enterprises in particular and the country as a whole. This article calculates the integration of wind power plants, which increase the economic efficiency of the entire enterprise construction project due to a noticeable increase in key financial indicators compared to traditional methods. Conversely, according to the study, the introduction of solar energy technology leads to a drop in economic performance due to higher capital costs and reduced operating savings. CONCLUSION. The choice of transition from traditional to alternative energy should have a more financially reasonable approach when planning the development of sectors of the country’s economy.
Keywords: LCOE; levelized cost of energy; renewable energy economic viability; project efficiency; wind energy; solar energy; payback period; energy transition.
For citation: Burganov R.A., Sirazeva R.I., Sibagatova I.G., Kurneva E.O., Khisameeva D.R. Planning the efficiency of the transition of energy production to the use of renewable energy sources: methodological aspects. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 195-206.