Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За второй год работы над проектом: 1. Произведена сборка макета силового реактора (СР) для оценки влияния ферромагнитной ленты на эффективность подавления высокочастотных перенапряжений. Были проведены высоковольтные измерения характеристик частотно-зависимого устройства (ЧЗУ) и макета СР. 2. Были проведены измерения индуктивности и сопротивления на постоянном напряжении макетов ЧЗУ и СР. Результаты показали, что индуктивность макета СР составляет 1 мГн, что соответствует ранее полученным измерениям индуктивности ЧЗУ, а также расчетам. Сопротивление на постоянном напряжении равно 25 мОм, что соответствует сопротивлению ЧЗУ при идентичной длине провода, а также расчетам. Полученные данные подтверждают, что в нормальном режиме работы (переменное напряжение частотой 50 Гц) ЧЗУ ведёт себя аналогично СР, активно применяющемся в эксплуатации электрических сетей. 3. Результаты высоковольтных измерений показали, что ЧЗУ снижает амплитуду импульса на 20–30 %, увеличивает длительность фронта на 5–10 % и общую длительность импульса на 15–20 % лучше, чем это делает СР. Интегральная оценка эффективности устройств подтвердила, что ЧЗУ уменьшает крутизну импульса на 30–50 % эффективнее, чем макет СР. Это подтверждает преимущество использования ферромагнитного покрытия в ЧЗУ. При этом при использовании ЧЗУ в схеме имитации импульсов грозовой (200 кГц) и коммутационной природы (1 МГц) снижалась амплитуда падающих импульсов в 2 и 15 раз соответственно. Увеличивалась длительность переднего фронта импульса в 4 и 11 раз соответственно. Крутизна импульсов снижалась в 9 и 175 раз соответственно. 4. Полученные результаты, помимо взаимного сопоставления (ЧЗУ и макет СР, ранние эксперименты с короткими и полными импульсами), также были верифицированы с помощью компьютерного моделирования в MATLAB Simulink. Важно отметить, что использование компьютерного моделирование позволило определить активное сопротивление ЧЗУ на различных частотах. так, на частотах 1-2 МГц, сопротивление ЧЗУ составляло по 200 и 400 Ом соответственно. Рост сопротивления устройства, за счет скин-эффекта, примерно в 10000 раз. За счёт активного сопротивления и высокой индуктивности, происходит эффективное подавление высокочастотных импульсов. 5. Были рассмотрены нормативные документы, согласно которым установлены требования по обеспечению ветроэлектростанции защитой от импульсных перенапряжений. С учётом специфики работы ЧЗУ (эффективная работа при защите от высокочастотных перенапряжений) и габаритов устройства (габариты ≈ 1*1*1,5 м и вес около 150 кг) были проанализированы возможные места установки ЧЗУ. В результате полученного анализа, наиболее перспективными местами с точки зрения применения ЧЗУ являются: подстанции, обслуживающие ВИЭ (установка ЧЗУ на входах и выходах в подстанцию) и входные узлы башен ветроэлектростанции (причём установка ЧЗУ может происходить как на входе снаружи башни, так и внутри до входа токоведущих шин в инвертор). При этом размещение ЧЗУ внутри башни может быть затруднено из-за ограниченного пространства (особенно актуально для ВЭУ малой мощности). В связи с этим актуальными становится текущие работы по оценке применения частотно-зависимого проводника в альтернативном исполнении — не в форме катушки, а в виде проводника с нанесенным ферромагнитным материалом. 6. Было предложено применение ЧЗУ, для повышения надёжности эксплуатации энергосистемы Мьянмы. Выбор страны обусловлен высокой грозовой активностью, государственными планами страны на развитие возобновляемых источников энергии, включая ветроэлектростанции (а также солнечные и иные также подверженные воздействию как грозовых, так и коммутационных перенапряжений). Для защиты от перенапряжений предложено внедрение частотно-зависимого устройства для подавления импульсов высокочастотынх перенапряжений. Показана высокая эффективность ЧЗУ по снижению амплитуды и крутизны грозовых импульсов, а также значительно увеличение их длительности. В свою очередь, повышение надежности ветровых электростанций позволит размещать их в сельских и отдаленных районах, что повысит уровень электрификации страны, долю возобновляемой энергии и общую устойчивость энергосистемы. Это соответствует оптимистичным прогнозам развития страны и региона. 7. Были проведены оценки возможности применения ЧЗУ на воздушных линиях 35 и 10 кВ. Которые показали, что снижение габаритов устройства для снижения его цены, значительно понижает его полезное действие. Поэтому на данный момент, было решено, что нецелесообразно рассматривать возможность изготовления таких узконаправленных серий ЧЗУ для 35 и 10 кВ. В результате работы: 1. Экспериментально подтверждена эффективность ЧЗУ Установлено, что частотно-зависимое устройство (ЧЗУ) с ферромагнитным покрытием снижает амплитуду высокочастотных импульсов (1-3 МГц) на 20-30%, увеличивает длительность фронта на 5-10% и общую длительность импульса на 15-20% по сравнению с макетом СР без ферромагнитного материала. ЧЗУ демонстрирует на 30-50% более высокую эффективность подавления крутизны импульсов как грозового, так и коммутационного характера. 2. Разработана и оптимизирована методика испытаний Создана измерительная схема, стабильно генерирующая импульсы высокой крутизны (до 3 МГц) с воспроизводимыми параметрами. 3. Проведена верификация экспериментальных данных Результаты физических экспериментов подтверждены компьютерным моделированием в MATLAB Simulink. 4. Получены практически значимые выводы: доказана необходимость использования ферромагнитных материалов в ЧЗУ для эффективного подавления ВЧ-перенапряжений. Результаты имеют значение для защиты трансформаторов и оборудования ВЭС. 5. Предложены варианты установки ЧЗУ для защиты оборудования башни ВЭС (установка ЧЗУ с обеих сторон трансформаторной подстанции, установка перед входами в башню ВЭС). Предложено применение ЧЗУ на электростанциях в регионе Мьянмы, для снижения рисков воздействия грозовых перенапряжений. 6. Результаты полученных исследований представлены на всероссийских конференциях и будут представлены на международной конференции с дальнейшим опубликованием результатов (в издании, индексируемом в Scopus (EDM 2025)). Новизна результатов подтверждается: - Экспериментальными данными по влиянию ферромагнитного покрытия на параметры импульсов в диапазоне 1-3 МГц - Разработкой методики сравнительного анализа макетов ЧЗУ и СР - Комплексным подходом, сочетающим физические эксперименты и математическое моделирование - Обсуждением полученных результатов на конференциях