Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
№ 2 (2024)
Статьи
Автоматизация вычислений при проектировании интегрированной энергетической системы на основе ее цифрового двойника
Аннотация
Построение интегрированных энергетических систем (ИЭС) на базе традиционных работающих раздельно энергосистем обеспечивает повышение эффективности и надежности энергоснабжения потребителей. При этом ИЭС являются сложными для проектирования системами. Цифровой двойник является инструментом, позволяющим объединить все необходимые для проектирования ИЭС средства в едином информационном пространстве. Программные средства, реализующие цифровой двойник ИЭС, требуют высокой вычислительной гибкости, что обусловлено необходимостью моделирования разнообразного оборудования и привлечения широкого спектра методов и математических моделей. Автоматизация процесса построения вычислительной подсистемы цифрового двойника является высокоэффективным решением для преодоления перечисленных выше проблем. В настоящей статье предлагается методический подход к автоматизации построения вычислительной подсистемы цифрового двойника ИЭС. Этот подход предполагает использование современных средств метапрограммирования в рамках единой программной платформы для выполнения автоматизированного построения. В процессе построения реализуется методология Model-Driven Engineering и используются знания о предметной области, формализованные в виде онтологий. Цифровой двойник, полученный в результате практического применения предложенного методического подхода, позволяет проводить компьютерное и математическое моделирования ИЭС в виртуальном пространстве с исследованием различных конфигураций их построения.
3-20
Анализ возможностей энергоснабжения потребителей в условиях похолоданий при крупномасштабных нештатных ситуациях в газовой отрасли
Аннотация
В статье представлены основные составляющие методического подхода к анализу возможностей поставки конечных видов энергии потребителям при потере работоспособности критически важных объектов газовой отрасли России в условиях похолоданий на территориях федеральных округов. Описывается принцип выбора территориального разреза для анализа ситуации с одновременным повышением спроса на ТЭР. Приводится алгоритм проведения исследований. Исследования проводятся путем моделирования работы ТЭК страны в период средних суток января в условиях пиково возрастающего спроса на тепловую энергию на территориях федеральных округов. При этом похолодание моделируется поочередно по каждому из федеральных округов в зоне действия Единой системы газоснабжения России. Анализ возможностей удовлетворения потребностей в конечных видах энергии по субъектам РФ проводится по всем ключевым сценариям похолодания и потери работоспособности критически важных объектов газовой отрасли. Показаны принципы моделирования ситуации с поставкой конечных видов энергии потребителям в указанных ситуациях. Выявляются наиболее уязвимые в анализируемых условиях регионы и делается вывод о необходимости взвешенного подхода к определению оптимальной степени доминирования природного газа в топливно-энергетическом балансе регионов с учетом имеющихся возможностей осуществления его поставок в условиях крупномасштабных чрезвычайных ситуаций в газовой отрасли.
21-33
Кластеризация электроэнергетических систем на зоны надежности при оценке балансовой надежности. Часть 2
Аннотация
В статье представлен анализ методов кластеризации применительно к задаче формирования энергетических расчетных моделей (ЭРМ) электроэнергетических систем. Рассмотрены классические методы кластеризации, такие как: метод k-средних, метод кратчайшего пути, а также методы обнаружения сообществ в графах по заданным признакам, которые являются наиболее подходящими для решения поставленной задачи. На основании проведенного анализа было выявлено, что для кластеризации графов максимально адекватный результат может быть получен при применении метода Лэйдена. В экспериментальной части статьи представлены результаты применения метода Лэйдена для формирования ЭРМ объединенной энергосистемы Сибири.
34-44
Исследование вычислительных затрат на расчет радиоактивного выброса при тяжелой аварии на АЭС с ВВЭР в зависимости от используемых физических моделей
Аннотация
Исследуются вычислительные затраты на расчет радиоактивного выброса при тяжелой аварии на АЭС с ВВЭР в зависимости от используемых физических моделей в составе расчетных средств, подобных тяжелоаварийному коду СОКРАТ/В3. Данный анализ позволяет определить наиболее затратные с точки зрения процессорного времени модели, упрощение которых обеспечивает наименьшие затраты времени на вычисления. Актуальность работы обусловлена потребностью в разработке новых или адаптации существующих расчетных инструментов оценки радиоактивного выброса для задач аварийной готовности и реагирования с учетом специфики требований к точности расчетных оценок и времени на их получение. В статье продемонстрирована возможность снижения вычислительных затрат без существенной потери точности расчетных оценок выброса путем упрощения модели размерного спектра аэрозолей. Работоспособность предложенного подхода продемонстрирована на примере результатов моделирования эксперимента Phebus FPT1.
45-62
Дополнительные условия в краевых задачах теплопроводности (обзор)
Аннотация
Представлен обзор исследований, связанных с использованием дополнительных граничных условий (ДГУ) и дополнительных искомых функций (ДИФ) при получении аналитических решений задач теплопроводности. ДГУ позволяют выполнить уравнение на границах, что приводит к его выполнению и внутри области, исключая непосредственное интегрирование по пространственной координате. ДИФ позволяет сводить уравнение в частных производных к обыкновенному дифференциальному уравнению, из решения которого находятся собственные числа краевой задачи. Собственные числа в классических методах находятся из решения краевой задачи Штурма–Лиувилля, сформулированной в области пространственной переменной. Следовательно, используемый в настоящей работе метод приводит к другому алгоритму их определения, основанному на решении временно́го дифференциального уравнения, порядок которого определяется числом приближений получаемого решения. В задаче, основанной на определении фронта температурного возмущения, найдена эквивалентность решений параболического и гиперболического уравнений теплопроводности. И, в частности, найдено число приближений, ограничивающих скорость продвижения тепловой волны в решении параболического уравнения до величины, равной ее реальному значению для конкретного материала, при которой она совпадает с решением гиперболического уравнения.
63-92
Адаптивный алгоритм управления на основе виртуального синхронного генератора. Часть 2
Аннотация
Увеличение уровня внедрения генерирующих установок на базе возобновляемых источников энергии с применением силовых преобразователей (СП) оказывает непосредственное влияние на динамические свойства современных энергосистем и, как следствие, характер протекания переходных процессов. Одной из основных проблем в таких сетях является значительное изменение величины общей инерции системы в течение времени, что приводит к увеличению скорости изменения частоты и величины ее максимального отклонения при различных возмущениях. Перспективным направлением решения данной проблемы является синтез новых структур систем управления СП на базе виртуального синхронного генератора (ВСГ) с адаптивно изменяющимися параметрами. Результаты исследования в рамках данного направления представлены в статье, которая состоит из двух частей. В первой части обоснована зависимость эффективности функционирования адаптивных алгоритмов управления параметрами ВСГ от используемой структуры. Выполнен сравнительный анализ разработанной модифицированной структуры ВСГ с традиционными алгоритмами и доказаны его принципиальные преимущества. Во второй части статьи представлен анализ влияния параметров модифицированной структуры ВСГ на динамический отклик с помощью переходных характеристик во временной области. На основе полученных результатов разработаны адаптивные алгоритмы независимого управления виртуальной инерцией и параметрами демпферной обмотки ВСГ. Выполненное математическое моделирование подтвердило надежную и эффективную работу разработанных адаптивных алгоритмов управления и модифицированной структуры ВСГ в целом. Из полученных в статье теоретических и экспериментальных результатов следует необходимость одновременного развития и совершенствования адаптивных алгоритмов управления и используемых для этого структур ВСГ.
93-116
Технологии комплексного освоения гидрогеотермальных ресурсов северокавказского региона
Аннотация
Приведены технологические схемы комплексного освоения высокопараметрических геотермальных рассолов с выделением пара, отличающиеся друг от друга в зависимости от исходных параметров теплоносителя. Такое освоение рассолов позволит осуществить преобразование их тепловой энергии в электрическую и значительно увеличить их минерализацию, что упростит процессы извлечения из них химических соединений. Рассмотрена возможность использования разработанной технологии с выработкой электроэнергии в паротурбинном и бинарном энергоблоках и последующим извлечением химкомпонентов из рассола для Тарумовского геотермального месторождения. Приведены геотермально-биогазовые технологические схемы с комплексным использованием термальных вод на различные нужды. Такие системы позволяют максимальным образом использовать ресурсный потенциал геотермальной скважины и биомассы, что позволит существенным образом улучшить эколого-экономическую ситуацию в Северокавказском регионе.
117-126
Определение коэффициентов разложения нелинейной характеристики в степенной ряд
Аннотация
Рассмотрена задача контроля параметров нелинейных элементов, входящих в разнообразные электротехнические устройства. Предложен и исследован новый алгоритм воспроизведения по результатам измерения нелинейной ВАХ устройства, обладающий рядом преимуществ в сравнении с известными, позволяющий, в частности, получать аналитическое представление ВАХ в реальном масштабе времени. В основе предлагаемого алгоритма лежит непосредственное определение коэффициентов полиномиальной аппроксимации ВАХ. Также выполнен обзор научных исследований, сделанных к настоящему времени другими авторами, занимающимися данной проблемой. В статье также получены простые соотношения для определения амплитуд гармоник тока через коэффициенты степенного ряда и амплитуды напряжения на нелинейном элементе. Для облегчения промежуточных расчетов использованы биноминальные коэффициенты. Получены соотношения для нулевой, нечетной и четной гармоник тока, а также аналитические выражения для коэффициентов полиномиальной аппроксимации. Выполнено экспериментальное исследование предложенного метода, по результатам которого произведена оценка его точности. Использование предлагаемого метода существенно упрощает обработку и сокращает время измерений нелинейных ВАХ.
127-136