ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

История кафедры - На рубеже тысячелетий


К столетию ЛПИ готовился сборник «Современные научные школы Электромеханического факультета», который издать не удалось. Ниже представлены выдержки из раздела “Современные научные школы кафедры «Электрические системы и сети»”. Эти материалы были подготовлены в конце сентября 1996 года Ю.П. Горюновым, Г.А. Евдокуниным, Б.А. Коротковым, Л.А. Кучумовым, А.А. Рагозиным и С.В. Смоловиком.

Эти материалы подробно характеризуют научные направления и достижения кафедры, относящиеся к периоду 80 – 90-х годов ХХ века, и приводятся с небольшими редакционными исправлениями.

1. Проблемы управления и автоматического регулирования ЭЭС

Большое внимание на кафедре уделяется вопросам автоматического регулирования возбуждения (АРВ) генераторов электростанции и, прежде всего, тем их аспектам, которые связаны с проблемой устойчивости сложных энергосистем (Ю.П. Горюнов, М.М. Екимова, В.А. Масленников, А.А. Рагозин, С.В. Смоловик). В течение многих лет под руководством А.А. Рагозина проводились широкие расчетные и натурные исследования динамических (демпферных) свойств конкретных энергообъединений Сибири, Востока, Кольской и других энергосистем: возрастала глубина проработок, уточнялись математические модели отдельных элементов и АРВ, требуемые при решении этих задач и т.д. Рассматривался ряд важных в практическом и методическом отношении вопросов, связанных со статической устойчивостью многоагрегатной станции при несимметричном (за счет различных настроек АРВ-СД) автоматическом регулировании возбуждения генераторов и несимметрии по режиму. Эти работы явились дальнейшим продолжением известных методических работ, рассматривающих данный вопрос при полной симметрии (по параметрам, режиму и условиям регулирования).

На основании теоретических и расчетных проработок была предложена (И.А. Груздев, А.А Рагозин) достаточно строгая математическая модель для решения общей задачи статической устойчивости.

Важность рассмотрения задач статической устойчивости особенно возросла в связи с наблюдавшимися в некоторых энергосистемах СССР и зарубежных энергообъединениях нарушениями колебательной устойчивости, сопровождавшимися незатухающими синхронными качаниями генераторов. Выполненные расчетные исследования и натурные испытания показали, что причиной такого нарушения являлись как недостаточная функциональная возможность некоторых систем возбуждения и АРВ, так и неудовлетворительные настройки автоматических регуляторов возбуждения сильного действия (АРВ-СД) генераторов станций. В результате проведенных исследований были сформулированы требования к каналам стабилизации АРВ-СД генераторов Зейской, Красноярской, Саяно-Шушенской ГЭС, каскада Нивских ГЭС (Колэнерго) и других ГЭС.

Определены основные особенности сильного регулирования возбуждения обратимых агрегатов гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), связанные со спецификой их работы; синтезирована оптимальная структура стабилизации АРВ для обратимых машин ГАЭС.

Всесторонние исследования статической устойчивости выполнялись по заказам ВНИИЭ и Колэнерго для асинхронизированных синхронных генераторов и турбогенераторов продольно-поперечного возбуждения с синхронным и асинхронизированным принципами управления. Выполненный комплекс исследований позволил сделать вывод о существенных с позиций устойчивости преимуществах генераторов подобного типа перед генераторами обычного исполнения и целесообразность их использования в энергосистемах, особенно в тех случаях, когда необходимо поглощать ими избыточную реактивную мощность. Сформулированные основные требования к рациональным законам управления использованы при разработке систем регулирования генераторов подобного типа. Много внимания уделялось вопросам устойчивости генераторов в режимах потребления реактивной мощности.

Разработаны теоретические основы статической устойчивости дальних линий электропередачи с управляемыми шунтирующими реакторами (Г.А. Евдокунин, В.А. Масленников, А.А. Рагозин, С.В. Смоловик, Ю.Г. Селезнев).

Одновременно велись разработки в части поиска более совершенных методов исследования, связанных с выбором и координацией настроек АРВ-СД генераторов в сложных энергообъединениях (И.А. Груздев, В.А. Масленников, С.М. Устинов).

Главное направление работ этой научной группы связано с разработкой методов анализа собственных динамических свойств энергосистем и управления ими.

Основные методические и алгоритмические разработки положены в основу программного комплекса «Поиск», предназначенного для решения широкого круга задач в области статической устойчивости. Наиболее существенными из них являются детальный анализ динамических свойств электроэнергетических систем и синтез координируемых настроек АРВ с целью обеспечения желаемых демпферных свойств системы. Программный комплекс «Поиск» использован в ряде организаций, в том числе в ЦДУ ЕЭС России. Программная разработка прошла апробацию на международном уровне в проектах по развитию национальных энергосистем Китая, Судана, Австралии.

2. Режимы и устойчивость ЭЭС

Важным практическим направлением работ кафедры является решение задач обеспечения нормальных режимов и динамической устойчивости энергосистем для проектных и эксплуатационных организаций (А.А. Рагозин, С.В. Смоловик). Цель этих исследований – обоснование схем выдачи мощности проектируемых станций, определение предельно допустимых эксплуатационных режимов, разработка перспективного оборудования, требований к противоаварийному управлению.

Кафедрой выполнен большой комплекс подобных расчетных исследований для ряда энергообъединений страны, в том числе ОЭС Сибири, Востока, Северо-Запада, Кольской, Псковской и других энергосистем, в результате которых разработаны эффективные режимные мероприятия по нормализации уровней напряжений в сети, повышения уровня динамической устойчивости станций и даны другие практические рекомендации. Особо следует выделить работы, связанные с разработкой и внедрением устройств электрического торможения последовательного типа (для капсульных генераторов Шекснинской ГЭС) и параллельного электрического торможения гидрогенераторов Зейской ГЭС, удостоенных медалей ВДНХ СССР (И.А. Груздев, А.А. Рагозин).

Достаточно глубоко прорабатывались вопросы математического моделирования энергосистем при решении задач динамической устойчивости: количественно оценивалось влияние насыщения стали генераторов (С.В. Смоловик), демпферных обмоток, переходных процессов в цепях статора, характеристик нагрузок, регулирования турбин (А.А. Рагозин).

Большой комплекс теоретических и научных исследований статической и динамической устойчивости выполнен совместно с ВНИИЭ для асинхронизированных синхронных генераторов (А.А. Рагозин, Ю.П. Горюнов), результатом которых явилась успешная опытно-промышленная эксплуатация машин Иовской ГЭС (Колэнерго). Серьезные теоретические исследования статической и динамической устойчивости и связанных с ними вопросов оптимизации законов управления проводились для турбогенератора продольно-поперечного возбуждения, установленного на Бурштынской ГРЭС в Львовэнерго (А.А. Рагозин, аспирант Т.А. Плешкова)

Разработано гибкое программное обеспечение для анализа динамической устойчивости электроэнергетических систем, позволяющее не ограничивать исследования рамками математических моделей элементов энергосистем, заложенных в программу изначально, а расширять этот набор в зависимости от решаемой задачи (В.А. Масленников). Качественно новым элементом является учет в этой программе сети постоянного тока.

3. Электромагнитные переходные процессы и сверхдальние электропередачи

Научная группа под руководством д.т.н. профессора Г.А. Евдокунина в течение ряда лет работает в области электромагнитных процессов и сверхдальних электропередач.

Одним из основных направлений ее работы стало создание и совершенствование математического обеспечения для анализа переходных процессов в электрических системах. При этом основное внимание уделялось разработке программ для анализа высокочастотных процессов: перенапряжений, восстанавливающихся напряжений на контактах выключателей при отключении ими коротких замыканий, токов и напряжений при однофазном отключении воздушной линии при учете математической модели открытой дуги в воздухе.

Разработанное математическое обеспечение было адаптировано для анализа электромагнитных переходных процессов в линиях электропередачи с нетрадиционной конструкцией расщепленной фазы – компактных, а также для многоцепных ЛЭП с сильной электромагнитной связью между цепями. Разработаны программные комплексы для анализа установившихся режимов и переходных процессов в электропередаче с новым ее элементом – управляемым ферромагнитным шунтирующим реактором. Основное программное обеспечение создано усилиями сотрудников и аспирантов группы: В.И. Гавриковым, В.А. Гамилко, Е.В. Коршуновым. Последние разработки для персональных компьютеров широко используются в проектных и исследовательских организациях России и стран СНГ. Программные разработки использовались при проектировании первой в мире электропередачи 1150 кВ Казахстан – Урал. Теоретические методы, положенные в основу программных комплексов и результаты решения ряда практически важных задач, легли в основу докторской диссертации Г.А. Евдокунина.

В течение ряда лет в этой научно-исследовательской группе большое внимание уделялось исследованиям в области создания воздушных линий электропередачи новых типов: двухцепных со сближенными цепями, конструкция которых позволила за счет усиления междуцепного электромагнитного влияния увеличить пропускную способность электропередачи (ответственный исполнитель – Ю.В. Чуйков), а также компактных воздушных линий повышенной пропускной способности, предложенных на кафедре «Электрические аппараты» Г.Н. Александровым (ответственный исполнитель этой темы к.т.н. В.А. Гамилко). Разработанное программное обеспечение и результаты проведенных исследований реализуются при выполнении контрактов в области компактных линий, заключенных кафедрой «Электрические аппараты» с энергосистемами Бразилии и Аргентины (основные исполнители к.т.н. В.А. Гамилко и к.т.н. Ю.Г. Селезнев).

Одним из основных научных направлений группы явились разработки в области сверхдальних электропередач переменного тока с управляемыми реакторами. Начало этой работе положила диссертационная работа В.В. Нешатаева, где он показал возможность повышения пропускной способности дальней электропередачи с насыщающимися шунтирующими реакторами. Опираясь на конструкции управляемых шунтирующих реакторов, разработанные в Таллиннском политехническом институте (к.т.н. Я.Я. Ярвик) и Алма-Атинском энергетическом институте (д.т.н. А.М. Брянцев), на кафедре развито новое научное направление: математическое моделирование переходных процессов в электрических системах, содержащих управляемые шунтирующие реакторы любых конструкций, и анализ динамических переходных процессов, устойчивости и перенапряжений в таких электропередачах. Основные программные исследовательские разработки выполнены инженером Е.В. Коршуновым и к.т.н. Ю.Г. Селезневым. Их многолетняя совместная работа с разработчиками таких реакторов позволила создать промышленные управляемые шунтирующие реакторы на напряжения 6 – 110 кВ и опытный образец на 500 кВ.К этому направлению работы проявляют интерес многие зарубежные фирмы – производители оборудования и энергосистемы.

Самостоятельное направление в группе заняла проблема сверхдальней электропередачи (1000 – 4000 км) по линии, снабженной управляемыми шунтирующими реакторами. Сложность этой научной проблемы обусловлена многомерностью задачи и необходимостью учета электромагнитных и электромеханических переходных процессов в самой линии, генераторах и реакторах, а также в их системах управления. В выполнении этой комплексной работы активно участвуют другие сотрудники кафедры и института: д.т.н. Г.Н. Александров, к.т.н. В.А. Масленников, к.т.н. А.А. Рагозин (вскоре успешно защитивший докторскую диссертацию), д.т.н. С.В. Смоловик, д.т.н. С.М. Устинов. Разработка в России таких электропередач вызывает большой интерес в Бразилии, Китае, Аргентине, Египте, Канаде, Италии и других странах. Судя по публикациям ученых из этих стран российская наука в этой части имеет несомненный приоритет.

И, наконец, одно из практически важных направлений работы группы было заложено к.т.н. Ю.Ф. Васюрой, которое сегодня формулируется как рекомендуемая повсеместно новая система заземления нейтралей сетей 6 – 35 кВ. Опираясь на многолетний опыт в изучении перенапряжений в таких сетях и анализ надежности их работы, показано, что существенного снижения перенапряжений и увеличения надежности работы изоляции этих сетей можно добиться путем внедрения низкоомного и высокоомного заземления нейтралей. Эффективность таких систем настолько велика, что переход к ним неизбежен.

4. Современные системы электроснабжения и вопросы качества электроэнергии

Под руководством к.т.н. профессора Л.А. Кучумова более 20 лет работает научно-исследовательская группа, занимающаяся актуальными проблемами современных систем электроснабжения. В состав группы кроме инженеров и аспирантов входят ныне работающие на кафедре доценты А.Е. Веселов и Л.В. Спиридонова. Под руководством Л.А. Кучумова прошли обучение в аспирантуре и защитили диссертации более 20 специалистов, работающих сейчас в учебных заведениях и энергосистемах стран СНГ, Германии, Ливана.

Методические и научно-практические разработки выполнялись по заказам и внедрялись в институтах ВНИИЭ, ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект», НИИПТ, ВНИИПроектэлектромонтаж, в энергосистемах и Главэнергонадзоре Минтопэнерго, на промышленных предприятиях «Ижорские заводы», Североникель и других, в проектных и учебно-научных центрах, связанных с Военно-морским флотом. Более 20 технических решений группы признаны изобретениями.

Основные направления исследований группы:

1. Решение разнообразных задач ограничения (координации) токов короткого замыкания в системах электроснабжения, в том числе автономных. Предложены оригинальные, защищенные авторскими свидетельствами схемные решения по построению систем электроснабжения, а также специальные токоограничивающие устройства, позволяющие достичь желаемого эффекта с минимальными затратами.

2. Теоретические и практические вопросы управления энергосбережением и качеством электрической энергии. Разработаны методики анализа функционирования электрических схем, электрооборудования и режимов работы систем электроснабжения с целью поиска доступных и малозатратных мероприятий, позволяющих снизить электропотребление и улучшить показатели качества электроэнергии (ПКЭ). Обоснованы требования к согласованному управлению уровнями напряжения и потоками реактивной мощности, обеспечивающими уменьшение текущего электропотребления и, соответственно, платы за электроэнергию. Внесен определенный вклад в нормирование, измерение и контроль ПКЭ, разработку правил взаимных обязательств энергосистемы и электропотребителей по поддержанию ПКЭ, в частности для устранения резонансных явлений на высших гармониках.

3. Разработка оригинальных алгоритмов расчета и программного обеспечения ГАММА для несинусоидальных и несимметричных режимов систем электроснабжения, корректно учитывающих источники возмущений – нелинейную нагрузку преобразователей, насыщение и несимметрию магнитопроводов трасформаторов и т.д. Комплекс программ ГАММА внедряется в энергосистемах и научно-исследовательских организациях для создания адаптированных математических моделей систем электроснабжения, с использованием которых проводится принятие оптимальных технических решений.

5. Математическое моделирование и исследование переходных процессов в сложных машинно-вентильных системах

 Основное направление научных работ, выполняемых группой под руководством Е. Н.Попкова, связано с компьютерным моделированием процессов в сложных электроэнергетических системах. В разное время в группе работали: Г.Н.Александрова, С.Л.Девяткин, А.М.Ерохин, Д.Е.Зеленевский, Б.А.Коротков, А.И.Фильчков. 

Разработана методология автоматизации имитационного моделирования процессов в машинно-вентильных системах, которая доведена до программной реализации в виде вычислительного комплекса «РИТМ». Плодотворность принятой методологии и практическая значимость работы проявились в многолетней эксплуатации различных версий вычислительного комплекса. С применением комплекса решен обширный круг задач по исследованию сложных электроэнергетических систем гражданского и специального назначения. Среди них: исследование автономной системы проекта «Борей», систем электродвижения проектов «Эффект», «Лада», «Амур», регулируемых электроприводов с вентильными машинами; исследование системы питания экспериментального термоядерного реактора, создаваемого в соответствии с международной программой ИТЭР, и системы питания термоядерной установки, созданной в соответствии программой EUROATOM-CIEMAT; исследование систем питания установок типа токомак: Т-15, ТСП, ИФТ1, Глобус; исследование систем резервного питания с асинхронизированными синхронными машинами; систем питания с различными устройствами автоматического включения резерва и систем, содержащих статические тиристорные компенсаторы, тиристорные токоограничивающие устройства; исследование системных свойств синхронных генераторов с расщепленными обмотками и другие задачи.

6. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Новым направлением работ кафедры являются исследования в области использования нетрадиционных и возобновляющихся источников энергии, в частности ветроэнергетики (А.А. Рагозин). Они связаны в первую очередь с изучением режимов работы различных типов ветроэнергетических установок параллельно с мощной сетью и другими агрегатами, например дизель-генераторами. Первые теоретические исследования проводились для Кольского филиала АН СССР в 1986 – 1990 годах. В дальнейшем по заказам проектных организаций был выполнен комплекс расчетных и натурных исследований для ряда проектируемых ветроэнергетических станции (Магаданской, Приморской, Джунгарской и других), в результате которых сформулированы требования к основному оборудованию, даны рекомендации по снижению флуктуаций режимных параметров при пульсациях скорости ветра. Для решения этих задач разработано программное обеспечение, позволяющее воспроизводить конкретные реализации скорости ветра, аэродинамические характеристики ветроколес, переходные процессы в различного рода электрических машинах (синхронных, асинхронных, асинхронизированных синхронных), сопрягаемых с ветроколесом. По этому направлению имеются зарубежные связи, и в частности, с Фолькцентром по возобновляемым источникам энергии (Дания), где успешно стажировался в течение длительного времени к.т.н. А.Л. Пинегин (бывший аспирант кафедры).

7. Электротехника и фундаментальные проблемы науки 

Автором данного научного направления, а также руководителем и исполнителем работ является д.т.н. профессор кафедры «Электрические системы и сети» Б.А. Коротков.

Целью работы является формирование целостного мировоззрения, опирающегося на профессиональную электротехническую подготовку студентов, на основе специально разработанной системы научных гипотез и знаний:

 – о возникновении, развитии и перспективах дальнейшего существования Вселенной,

 – о взаимоотношении научных и религиозно-мистических взглядов на окружающий мир,

 – об ограничениях современной физической науки и путях их преодоления.

Работа имеет специфические методические особенности.

1. Уникальность объекта исследования – Вселенной – исключает свойственную научному методу всестороннюю проверку справедливости предложенных в работе положений на наборе сходных систем. Этим объясняется необходимость принятия некоторых исходных положений на уровне гипотез, не противоречащим твердо установленным экспериментальным фактам.

2. Основной метод проводимого исследования – аналогия. На основе принадлежности к одной и той же центроаффинной группе преобразований Лоренца и преобразований токов и напряжений, осуществляемых простейшим четырехполюсником, выдвинута «электрическая» аналогия, позволившая предложить понятную интерпретацию парадоксальных положений специальной теории относительности, противоречащих житейскому опыту.

3. Успешно осуществлена попытка распространения «электрической» аналогии на более широкий круг явлений, чем те, для которых она получена.

Получены интересные промежуточные результаты работы.

1. Предложена система космологических гипотез, объясняющих и решающих ряд проблем современной науки:

 – возникновения и эволюции Вселенной,

 – обнаружения причины самопроизвольного роста мировых линий материальных объектов,

 – существования сверхсветовых миров,

 – выявления монополя,

 – обнаружения причины утраты свойственной уравнениям Максвелла временной симметрии при «физическом» решении волновых уравнений,

 – выявления причин, по которым уравнения современной теоретической физики приводят «диким абсурдам» на малых расстояниях.

2. Выяснена необходимость уточнения постулатов, лежащих в основе специальной теории относительности, являющейся фундаментом современной физической науки. В связи с этим требуется соответствующая корректировка фундаментальных положений физики и уточнения места специальной теории относительности в системе научных знаний.

3. Значительная часть выводов из проделанной работы находится в удивительном соответствии с положениями как древнейших эзотерических памятников культуры, так и современных научных гипотез, но не является тождественной им.»

Многое из перечисленного продолжает развиваться и сегодня…

Сергей Владимирович Смоловик (род. в 1940 г.)

С 1990 по 2007 год кафедрой заведовал д.т.н. профессор С.В. Смоловик. 

Этот период был исключительно трудным. Помимо общероссийских проблем высшего образования, связанных с катастрофическим недофинансированием высшей школы, стремлением подогнать ее под уступающие ей образцы западной системы высшего образования, разрушением советской промышленности и прикладной науки, потерей престижности инженерных профессий и других губительных последствий «перестройки», были и внутренние кафедральные потери, о которых нельзя не сказать.

К числу таких бедствий в первую очередь надо отнести трагическую гибель в автомобильной катастрофе И.А. Груздева, случившуюся 22 июля 1992 года.

В январе 1994 года произошла авария на теплотрассе, снабжающей теплом высоковольтный корпус. Во время ее ремонта вода из отопительной системы не была спущена, она замерзла во время сильных морозов в корпусе, лишенном тепла, и вывела из строя всю систему отопления. После окончания ремонта теплотрассы все помещения корпуса были залиты горячей водой. Приведение высоковольтного корпуса в рабочее состояние продолжалось почти год.

А после проведения 8 февраля 1995 года сварочных работ на чердаке высоковольтного корпуса в нем возник пожар, подобных которому в институте не было даже в военные годы. Он продолжался 12 часов и имел катастрофические последствия.

До последней возможности сотрудники факультета и кафедры «Электрические системы и сети» спасали наиболее ценное оборудование и вычислительную технику. Среди них профессора С.В. Смоловик, Г.А. Евдокунин, доцент Г.А. Першиков, бывший тогда аспирантом Р.В. Окороков, научный сотрудник В.А. Гамилко, механик С.В. Китаев…

Группа профессоров кафедры «Электрические системы и сети»: (слева направо) Б. А. Коротков, Л. А. Кучумов, В. И. Галанов, С. В. Смоловик, Ю. П. Горюнов (в ауд. 325 Главного здания в 2006 г

Над большей частью корпуса сгорела крыша и чердачные помещения. Многие комнаты второго и третьего этажей стали непригодны для работы. То, что пожарным удалось отстоять от огня, оказалось залито водой, в том числе и уникальное лабораторное оборудование (учебная лаборатория с моделями УРМЭС, аналоговые вычислительные машины и другие установки). Погибли результаты многолетних научно-исследовательских работ, сохранявшихся в виде отчетов и рукописей. Кафедры «Электрические системы и сети», «Электрические станции», «Автоматика и вычислительная техника» в результате пожара лишились своих помещений в высоковольтном корпусе.

После пожара кафедра «Электрические системы и сети» долгое время располагалась в помещениях трех различных корпусов и, наконец, после долгих усилий обосновалась в механическом корпусе, там, где она находится и сегодня. 

Огромная заслуга С.В. Смоловика состоит в том, что в годы его заведования кафедрой ему удалось в исключительно сложных условиях сохранить педагогический коллектив кафедры, сохранить ее привлекательность для молодых и перспективных сотрудников, создавать условия для продолжения научно-исследовательских работ и удерживать на высоком уровне имидж кафедры, делающий ее и электромеханический факультет привлекательными для поступающих, желающих стать инженерами в наше исключительно непростое время.

Яндекс.Метрика