Иванов Ф.А.
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА РАБОТУ УЗЛОВ ПРОМЫШЛЕННОЙ НАГРУЗКИ *
Аннотация:
проведён обзор современных исследований в области анализа переходных процессов в промышленных электросетях. Рассмотрены существующие подходы к математическому моделированию электромагнитных и электромеханических возмущений, а также оценены перспективные направления в разработке адаптивных систем управления и цифровых двойников. Выделены актуальные проблемы и обозначены перспективы дальнейшего развития методов анализа переходных режимов.
Ключевые слова:
переходные процессы, электропитание, электросети, модель, устойчивость, электродвигатель, синхронизация, короткое замыкание
В условиях растущей сложности промышленных энергосетей переходные процессы приобретают особую значимость как фактор, напрямую влияющий на надёжность и безопасность работы оборудования. Возникающие при пуске, торможении, аварийных отключениях и резких изменениях конфигурации сети, переходные явления становятся предметом активного научного анализа. Их своевременное выявление и точное моделирование позволяют избежать нежелательных колебаний напряжения, бросков тока, перегрева элементов и отказов системы управления.Научные исследования в этой области указывают на необходимость комплексного подхода, объединяющего как электромагнитные, так и электромеханические компоненты процессов. Электромагнитные переходы происходят с высокой скоростью — от микросекунд до миллисекунд, и сопровождаются резкими скачками напряжения и токов. Электромеханические, в свою очередь, проявляются медленнее, отражая изменения в скорости вращения, моментах инерции и других механических характеристиках электроприводов.В реальных промышленных узлах наблюдается не только наличие обоих типов процессов, но и их взаимодействие, что требует включения взаимосвязанных моделей в расчёты. К примеру, пуск мощного синхронного двигателя может вызвать провал напряжения во всей системе, который, в свою очередь, вызовет реакцию со стороны других подключённых агрегатов и систем автоматики. Учитывая это, современные методики стремятся перейти от обособленного анализа компонентов к построению интегральных, многофизических моделей [1].Современная практика моделирования основывается на нескольких ключевых подходах. Традиционные методы используют уравнения Кирхгофа и Максвелла, которые применяются в виде систем дифференциальных уравнений и решаются численно. Такие расчёты позволяют оценить поведение токов и напряжений при заданных условиях, например, в моменты коротких замыканий или пусков.Однако с развитием вычислительных мощностей всё чаще применяются гибридные схемы — сочетающие логическую логику автоматики с непрерывной динамикой процессов. Подобные модели позволяют имитировать срабатывание защит, работу переключателей и реакцию системы на аварийные события с высокой степенью детализации. Они реализуются в средах типа MATLAB/Simulink, EMTP и PSCAD, обеспечивая точное отображение процессов на уровне как фазовых параметров, так и цифровой логики.Существенное развитие получили методы, основанные на применении цифровых двойников. Это синхронные с реальным объектом модели, работающие в режиме онлайн или близком к реальному времени, с возможностью не только симулировать поведение, но и адаптироваться к изменениям в процессе эксплуатации. Цифровые двойники позволяют учитывать факторы, которые сложно описать аналитически, — например, нелинейность нагрузки, температурные дрейфы параметров и износ оборудования. Их использование особенно эффективно в комплексных системах с переменной конфигурацией и множеством точек коммутации.Параллельно с этим активно развиваются алгоритмы машинного обучения. Нейросети и методы анализа больших данных применяются для автоматической классификации переходных режимов, прогнозирования аварийных ситуаций, обнаружения аномалий в поведении системы [2]. Такие алгоритмы способны выявлять скрытые закономерности в данных, поступающих с измерительных устройств, и выдавать управляющие воздействия на исполнительные блоки. Это открывает путь к созданию самообучающихся энергетических систем, способных адаптироваться к внешним условиям.В инженерной практике эти подходы находят реализацию в виде интеллектуальных систем мониторинга, цифровых платформ защиты и адаптивных регуляторов. Современные релейные защиты уже включают блоки оценки переходных процессов и могут изменять уставки в зависимости от характера нарушения. Использование протоколов точного времени, GPS-синхронизации и модулей быстрой записи позволяет не только фиксировать факт аварии, но и анализировать её развитие в динамике.Особое внимание уделяется вопросам стандартизации и устойчивости к киберугрозам. Разработка единых библиотек моделей, унификация методов верификации цифровых двойников и внедрение защищённых каналов обмена данными становятся необходимыми условиями для надёжной работы в условиях цифровой трансформации энергосистем.Таким образом, анализ переходных процессов в современных промышленных энергосетях выходит за рамки сугубо электротехнической задачи и становится мультидисциплинарным направлением, сочетающим методы классической инженерии, информационных технологий и системного анализа. Внедрение цифровых моделей, алгоритмов ИИ и адаптивных систем управления формирует новое поколение устойчивых, интеллектуальных и предиктивных энергетических инфраструктур. Дополнительную сложность в анализе переходных процессов представляет влияние режимов внешнего электроснабжения, особенно при работе от общесистемных магистралей, где возможны колебания частоты и напряжения. Такие внешние воздействия могут вступать в резонанс с колебательными характеристиками узловой нагрузки, приводя к увеличению времени стабилизации и возникновению новых неустойчивых состояний. В этом контексте важным направлением является сопряжённое моделирование узлов промышленной нагрузки и сетей более высокого напряжения, что требует межуровневого подхода в построении расчётных моделей.Также актуальными остаются задачи оптимизации параметров пуска и торможения электродвигателей, особенно синхронных, участвующих в составе промышленных агрегатов большой мощности. Эти процессы сопровождаются не только электромагнитными переходами, но и изменениями электромеханического момента, что требует учёта инерционных характеристик, упругих связей и демпфирования. Инженерные расчёты на этой стадии позволяют прогнозировать реакцию оборудования на пусковые броски и разрабатывать меры по компенсации воздействия на сеть.Неотъемлемой частью комплексного анализа становится и оценка тепловых последствий переходных процессов, в частности — при протекании аварийных токов короткого замыкания. Расчёт тепловых импульсов, определение допустимых токов термостойкости для кабельных и шинных систем позволяет гарантировать сохранность изоляции и механической целостности токоведущих частей.Интеграция всех этих аспектов в единый программно-аппаратный комплекс открывает возможности для создания интеллектуальных систем прогнозирования и управления режимами узла нагрузки. Такие системы позволяют не только выявлять нарушения, но и формировать рекомендации для персонала, автоматически подстраивать алгоритмы управления и адаптировать работу оборудования под текущие условия эксплуатации.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 4
Ссылка для цитирования:
Иванов Ф.А. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА РАБОТУ УЗЛОВ ПРОМЫШЛЕННОЙ НАГРУЗКИ // Вестник науки №5 (86) том 4. С. 2107 - 2111. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23536 (дата обращения: 12.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+