Оренбургский государственный университет

4.12. Энергосбережение и надежность систем энергоснабжения предприятий

Основатель и руководитель научного направления — Митрофанов Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры электро- и теплоэнергетики, директор Института энергетики, электроники и связи.

Направления подготовки

Бакалавриат:

13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника

13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Магистратура:

13.04.02 Электроэнергетика и электротехника

Основные направления исследований:

• энергосбережение в промышленности и других отраслях народного хозяйства;
• повышение надежности и экономичности систем электроснабжения;
• совершенствование рабочего процесса и тепловых схем ТЭЦ и котельных;
• разработка совершенствования конструкции и способов применения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии;
• разработка и изучение особенностей эксплуатации установки автономного гибридного энергоснабжения на территории Оренбургской области;
• разработка методов измерений и алгоритмов для автоматизированного анализа параметров электроэнергетического режима в системах режимного и противоаварийного управления;
• разработка интеллектуальных электроэнергетических систем с активно-адаптивной сетью.

Основные научные результаты

Выполнен сбор данных о выработке электроэнергии двумя солнечными станциями. Одна — с неподвижной платформой, вторая — с вращающейся по двум осям. Слежение за солнцем осуществляется с помощью фотодатчиков, расположенных на солнечной панели. Показано, что солнечная станция с системой слежения за солнцем вырабатывает на 35 % больше электроэнергии, чем с неподвижной платформой. Выявлены недостатки системы слежения за солнцем на основе фотоэлементов.

Разработан математический алгоритм расчета оптимального угла наклона солнечной панели к солнцу в зависимости от даты, времени суток и географических координат расположения солнечной станции.

Разработана компоновка поворотных платформ для крепления солнечных панелей с возможностью вращения по двум осям.

Выбраны линейные актуаторы для поворота платформ, контроллер для управления, блок питания актуаторов. Выполнено схемное решение цепей питания и управления.

Выполнен анализ возможности перехода электроснабжения ботанического сада ОГУ на возобновляемые источники энергии. Показано, что при условии обеспечения автоматическим выключателем ввода резерва возможно питание собственных нужд ботанического сада электрической станцией, работающей на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Выполнен сбор метеоданных за 2022 год с интервалом 1 мин для прогноза выработки электроэнергии. Выполнено прогнозирование, выбрано и установлено оборудование гибридной электрической станции, работающей на базе ВИЭ. Станция состоит из трех ветрогенераторов по 5 кВт каждый, солнечных панелей общей мощностью 15 кВт, аккумуляторов, инверторов, системы сбора и хранения информации о работе станции.

Выполнены пусконаладочные работы, настройка реклоузера 35 кВ. Разработаны рекомендации по модернизации схем электроснабжения реального предприятия по добыче нефти.

Разработаны способы повышения экономичности режима электропотребления, улучшение качества электроэнергии и повышение надежности системы электроснабжения ООО «Оренбургские электрические сети». Выполнен анализ уставок релейной защиты и автоматики подстанции 110/35/10 кВ.

Разработаны модифицированные генетические алгоритмы с фиксированным и вариативным шагом поиска оптимальной мощности компенсирующих устройств в узлах электрической сети; осуществлена их программная реализация в среде MathCad; выполнена оценка эффективности разработанных алгоритмов.

Разработана гибридная CAD/CAE-система для автоматизации процесса проектирования и моделирования подстанции 110 кВ.

Разработан алгоритм кластеризации систем электроснабжения по критерию годового электропотребления и его программная реализация в среде MathCad.

Выполнена оценка номенклатуры и количественного состава трансформаторов ТП, являющихся компонентами электрической сети Дзержинского района Оренбурга, с применением техноценологического подхода, по результатам которой сделан вывод о неоптимальном составе техноценоза, как по номенклатуре, так и по количественному составу трансформаторов. Даны общие рекомендации по оптимизации номенклатуры и количественного состава установленных трансформаторов.

В процесс принятия решения по развитию систем электроснабжения предложено выделить два программно связанных модуля: кластеризация и выбор наилучшей альтернативы. Оба модуля программно реализованы в пакете MathCad на основе алгоритма k-means и метода ранжирования, соответственно. Полученные результаты совпадают с предложениями, отраженными в схемах и программах перспективного развития электроэнергетики Оренбургской области на 2021–2025 годы.

Разработан и программно реализован нечеткий регулятор на основе разработанной базы правил и алгоритма Мамдани для управления ветродизельного комплекса (ВДК), позволяющий осуществлять выбор режима работы ВДК по двум входным переменным: скорость ветра и энергопотребление.

Разработана имитационная модель нечеткой системы управления ВДК, позволяющая провести ее апробирование с использованием реальных входных данных. Анализ полученных результатов за недельный интервал времени в зимний период показал корректную работу разработанной нечеткой системы управления ВДК по выбору режима его функционирования.

Разработана прикладная программная система по выбору приоритетной альтернативы развития системы электроснабжения (СЭС) в условиях финансового ограничения и многокритериального оценивания каждой альтернативы, состоящая из двух программно связанных модулей: кластеризация и выбор наилучшей альтернативы. Кластеризация осуществляется по критерию годового электропотребления на основе алгоритма k-means, а принятие решения — на основе алгоритма обобщенного ранжирования. Полученные результаты совпадают с предложениями, отраженными в схемах и программах перспективного развития электроэнергетики Оренбургской области на 2021–2025 годы.

Программно реализован алгоритм идентификации электрооборудования воздушных линий электропередач по изображениям посредством сверточных нейронных сетей в Matlab. Использована обученная сеть SqueezeNet, содержащая 68 слоев. Обучающая выборка содержала 200 изображений (фотографий) различного электрооборудования. Валидационная точность обучающей выборки составила 92,06 %. Разработанную прикладную программу планируется интегрировать в систему машинного зрения для диагностики функционирования электроэнергетического оборудования и предотвращения на нем аварийных ситуаций.

Разработан способ определения величины тепловых потерь на горизонтальных трубах котельных агрегатов, учитывающий изменение толщины слоя накипи на внутренней поверхности труб.

Произведен светотехнический расчет системы освещения цехов одного из предприятий Оренбурга с использованием программы Dialux и 3D-моделированием освещаемых помещений, учитывающий требования нормативных документов и технического задания. Получены трехмерные визуализации освещаемых помещений для рабочего и дежурного освещения, с помощью многокритериального метода оценки выбраны оптимальные светодиодные светильники для реконструкции системы освещения.

Произведен расчет электротехнической части системы освещения. Выбраны типы и сечения токоведущих частей, защитные и коммутационные аппараты, спроектированы щиты управления освещением, выполнен проект прокладки трасс освещения.

Произведен технико-экономический анализ предлагаемой модернизации и экономический расчет окупаемости проекта, показавший, что срок окупаемости проекта реконструкции составляет около 4 лет.

Спроектирована система автоматизации управления освещением, позволяющая уменьшить количество часов горения светильников и снизить затраты электрической энергии на освещение.

Защищены две кандидатских диссертации (Чернова А.Д., Валиуллин К.Р.).

Персональный состав коллектива:

1. Митрофанов Сергей Владимирович, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ

2. Семенова Наталья Геннадьевна, д-р. пед. наук, к.т.н., доцент кафедры АЭЭМ и ЭТ.

3. Влацкая Людмила Анатольевна, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ

4. Соколов Виталий Юрьевич, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ

5. Горячев Сергей Вениаминович, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ

6. Шлейников Вячеслав Борисович, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ

7. Валиуллин Камиль Рафкатович, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ

8. Чернова Анастасия Дмитриевна, канд. техн. наук., старший преподаватель кафедры ЭТЭ

9. Кильметьева Ольга Иннокентьевна, старший преподаватель кафедры ЭТЭ

10. Веремеев Артем Анатольевич, старший преподаватель кафедры ЭТЭ

Основные данные о деятельности за период с 2018 по 2022 г.:

Количество публикаций участников коллектива, в том числе:

Основные научные проекты коллектива

1. Инжиниринговые услуги по расчету установок РЗА высоковольтных аппаратов защиты на ВЛ-6 (10) кВ УЭСП ООО «Газпром добыча Оренбург»» (хоздоговор с ООО «Газпром добыча Оренбург», руководитель Митрофанов С.В., 2018).
2. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов ООО „Оренбургстройжилсервис”» (хоздоговор с ООО «Оренбургстройжилсервис», руководитель Митрофанов С.В., 2018).
3. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Малая Земля», руководитель Митрофанов С.В., 2019).
4. Научно-исследовательская работа «Теплоэнергетическое обследование объекта расположенного по адресу: ул. Туркестанская, д. 9» (хоздоговор с ООО «УК Малая Земля», руководитель Соколов В.Ю., 2019).
5. Научно-производственные аспекты контроля качества электроэнергии (хоздоговор с МРСК Волги, руководитель Любимов И.И., 2019).
6. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Северная», руководитель Митрофанов С.В., 2020).
7. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Деповская», руководитель Митрофанов С.В., 2020).
8. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Южная», руководитель Митрофанов С.В., 2020).
9. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Северная», руководитель Митрофанов С.В., 2021).
10. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Деповская», руководитель Митрофанов С.В., 2021).
11. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК СССР», руководитель Митрофанов С.В., 2021).
12. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Малая Земля», руководитель Митрофанов С.В., 2021).
13. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК ЖФ Южная», руководитель Митрофанов С.В., 2021).
14. Научно-исследовательская работа «Анализ режимов работы и подбор оптимальных настроек реклоузеров ЛЭП 10 кВ» (хоздоговор с ООО «Промэлектросеть», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
15. Научно-исследовательская работа «Анализ причин отказа защит на выключателе 35 кВ ПС 110/35/6 кВ „Разрез”» (хоздоговор с ООО «Промэлектросеть», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
16. Научно-исследовательская работа «Расчет и настройка уставок релейной защиты и автоматики ЗРУ 6 кВ ПС 110/35/6 кВ „Разрез”» (хоздоговор с ООО «Промэлектросеть», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
17. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Северная», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
18. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Деповская», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
19. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Южная», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
20. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК ЖФ Восточная», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
21. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК 23 микрорайон», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
22. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК ЖФ Дельта», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
23. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Малая Земля», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
24. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Русь», руководитель Митрофанов С.В., 2022).

Контактная информация:

460018, г. Оренбург, ул. Шевченко, 28, учебный корпус № 8.

Тел.: (35-32) 37-28-91.

E-mail: eef@unpk.osu.ru.