3840

280

Для того чтобы исследовать особенности электрогенерации и электропотребления в распределенной энергетической сети, предусматривающей питание бытовых пользователей предлагается рассмотреть схему, состоящую из двух пользователей с набором оборудования различного номинала. Пользователь №1 будет иметь аккумуляторную батарею номиналом 48 В и соответствующее оборудование, которое должно будет обеспечить работоспособность этой системы и пользователя №2 с АКБ номиналом 220 В и соответствующем этому номиналу оборудованием. Эти пользователи будут объединены электросетью, на которой будет размещена общая для обоих пользователей нагрузка (рис. 3).

Каждый из пользователей имеет собственные источники генерации, собственные накопители и собственную нагрузку. Также к общей сети подключен общий источник напряжения.

Математическая модель позволяет рассчитывать напряжения системы аккумулирования пользователей, потребляемый, генерируемый, импортируемый и экспортируемый ток, рис. 4, 5.

Входными данными является:

1.Время.

2.Ток нагрузки.

3.Ток генерации.

4.Напряжение системы накопления.

Ток поступает на клеммы аккумуляторной батареи модуля модели АКБ48 или АКБ220В, в качестве которой служит модель Шеферда [6].

Врезультате ток нагрузки вызывает понижение напряжения на аккумуляторе и снижение её емкости, ток генерации и импорта в свою очередь вызывает снижение потери энергии, или её восполнение, в зависимости от силы и продолжительности поступающего тока.

Нагрузка подаётся как набор сопротивлений, через закон Ома Idcdc = U/R находится ток, который будет выдавать DC/DC преобразователь на нагрузку при фиксированном напряжении 220В. Затем находится мощность, которую выдаёт DC/DC

(Pdcdс) преобразователь в нагрузку. Из этой мощности по формуле I(t) = P(t)dcdc/Uакб находится тот ток, который подаётся в качестве нагрузки на аккумуляторную батарею.

Вкачестве представляемого расчётного сценария, который был внесён в текущей сессии в контроллер, включается в себя для каждого пользователя:

1. Питание собственной нагрузки.

2. Питания собственной нагрузки соседнего пользователя.

3. Питания общей нагрузки.

4. Заряд от собственных источников.

5. Заряд от сети.

6. Заряд собственной системы накопления от соседнего пользователя.

281

Рис. 4. Схема математических взаимосвязей в модели одного пользователя

В качестве собственных источников генерации в данной схеме служат источники тока, энергия от которых может поступать на АКБ, как на прямую, так и через алгоритм заряда, рис. 6, 7. Который заключается в том, что на первом этапе АКБ заряжается постоянным током. Соответственно напряжение на АКБ растёт либо до максимального уровня, либо до заданного значения. После достижения, которого АКБ заряжается постоянным напряжением, которое поддерживается на всём протяжении заряда. Ток при этом по затухающей экспоненте стремится к нулю.

Для того чтобы провести необходимые расчеты была создана имитационная модель в среде MATLAB Simulink, где с помощью стандартных блоков была воспроизведение изложенная выше схема, рис. 5.

282

Рис. 7. Параметры аккумуляторных батарей и нагрузок для двух пользователей.

Выводы Благодаря проведённому имитационному моделированию было отлажено:

1.Срабатывание управляемых коммутационных элементов в соответствии с командами от микроконтроллера управления узлами распределенной энергосистемы.

2.Наличие тока, протекающего из узла 48В в узел 220В.

3.Наличие тока, протекающего из узла 220В в узел 48В.

4.Наличие тока нагрузки собственных потребителей узла 220В во время питания от узла 48В.

5.Наличие тока нагрузки собственных потребителей узла 48В во время питания от узла 220В.

6.Значение тока заряда АБ 220 В постоянным током 220 В, который преобразуется от узла 48В.

7.Значение тока заряда АБ 48В постоянным током 48В, который преобразуется от узла 220В.

284

Литература

1.Электронный ресурс: http://www.nrcki.ru/catalog/index.shtml?g_show=41353

2.Grigoriev, A. S., Skorlygin, V. V., Grigoriev, S. A., Melnik, D. A., Filimonov, M.N. A hybrid power plant based on renewable and electrochemical energy storage and generation systems for decentralized electricity supply of the northern territories 2018. International Journal of Electrochemical Science 13(2). P.p. 1822-1830.

3.Григорьев А. С., Скорлыгин В. В., Григорьев С. А. Моделирование нестационарных процессов в системе теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии: Саров: Тата. 2013. Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». Вып.

128.С. 10-17.

4.Соколов П. В. Математическая модель оптимизации структуры распределительных сетей в условиях распределенной генерации / Иркутск. 2013. Известия Иркутской государственной экономической академии. Вып. 6. С. 4-16.

5.Электронный ресурс: http://www.rtsoft.ru/project-cards/sgt/resheniya/

6.Ziese J., Franke M., Kowal J. Evaluation and comparison of two approaches to capture the electrical behavior of battery cells / Received 29 January 2020/ Revised 19 March 2020/ Accepted 16 April 2020/ Available online 23 April 2020.

ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»», Москва, Россия

CALCULATION OF GENERATION AND CONSUMPTION FACILITIES IN

DISTRIBUTED ENERGY NETWORKS

O.G. Losev, D.A. Melnik, A.S. Grigoriev

This article presents the preliminary results of work on the development of advanced technologies for the development of distributed energy. In particular, the results of the first stage of creating control algorithms in a distributed power supply network and creating a simple scheme of interaction between two consumers with their own generation sources are shown. Calculations and testing of the accepted principles of interaction in the MATLAB / Simulink program showed the effectiveness of the decisions made.

Keywords: renewable energy, distributed energy, machine-less energy conversion, direct current, mathematical model, simulation modeling.

Federal State Budgetary Institution «National Research Center «Kurchatov Institute»»,

Moscow, Russian

285

Рис. 2. Распределение количества взрывов в карьерах по дням недели за 10 лет

В крупных карьерах со среды по пятницу производится около 75% взрывов (в пятницу - третья часть всех взрывов). В Липецких карьерах количество взрывов постепенно возрастает с понедельника к концу недели, достигая в пятницу около 30% взрывов.

Промышленные взрывы в крупных карьерах производятся, в основном, (более 80%) в ограниченный интервал времени - с 8-00 до 11-00 часов (UTC) (рис. 3б). В «Железногорском» и «Лебединском» карьерах более 80% взрывов производится в интервале 8-10 часов. В «Стойленском» карьере половина взрывов приходится на интервал 10-11 часов, а 97% приходится на интервал 9-11 часов. В «Павловском» карьере 87% взрывов производится с 8 до 11 часов. В карьере «Тихий Дон» максимальное количество взрывов (до 40%) регистрируется с 8 до 10 часов и в интервале с 11 до 12 часов (около 16% взрывов).

Следует отметить, что в каждом карьере есть свои особенности времени производства взрывов, но, не смотря на это, более 80% взрывов в крупных карьерах производятся в интервале времени 8.00-11.00 ч. (UTC).

Вкарьерах Липецкой области промышленные взрывы производятся в основном с

8.00до 13.00 ч. (UTC), т. е. фактически весь рабочий день и во все дни недели, даже в выходные (рис. 3а).

Из сказанного следует, что геологическая среда региона подвержена значительным сейсмическим воздействиям, вызванным промышленными взрывами. По потоку сейсмической энергии, выделяющейся ежегодно при производстве промышленных взрывов, ЦЧЭР занимает второе место в пределах Европейской России после Уральского региона. В работе [1] показано, что локальная магнитуда сейсмических событий, возникающих в результате проведения взрывных работ в крупных карьерах, составляет 1.5 -3.6.

287

Рис. 3. Распределение взрывов в Липецких (а) и крупных карьерах (б) по часам (время по Гринвичу) за 10 лет (в %)

Известно, что взрывы могут провоцировать землетрясения, при этом локальная магнитуда их в ряде случаев превосходит локальную магнитуду спровоцировавших их взрывов [1, 4].

Как отмечалось выше, ежегодно в регионе происходит более 300 промышленных взрывов, при этом поток выделившейся сейсмической энергии составляет 1010 -1012 Дж. Всё это свидетельствует о значительном сейсмическом воздействии взрывов на земную кору региона. Следует добавить, что это может способствовать накоплению дополнительных напряжений, особенно в зонах тектонических нарушений, контактов блоков и зон повышенной трещиноватости.

Разрядка напряжений может приводить к возникновению землетрясений [5], так и к медленным деформациям, в виде относительных смещений по разлому и контактам блоков без срывов и толчков, то есть текучести. Как резкая разрядка напряжений, путём землетрясений, так и медленные деформации негативно влияют на сейсмическую безопасность экологически ответственных объектов, в первую очередь, АЭС.

Всоответствии с картой ОСР -2015-С, территория Воронежской области и часть Белгородской области характеризуется фоновой сейсмичностью 6.0 баллов. Вместе с тем, регион густо заселён, здесь развита мощная инфраструктура, размещены объекты повышенной экологической ответственности (Нововоронежская и Курская АЭС, Россошанский химкомбинат и другие объекты), объекты спецназначения.

Втаких условиях сейсмическая нагрузка на геологическую среду, которую создают промышленные взрывы, является фактором, осложняющим сейсмическую ситуацию и негативно влияющим на геоэкологическую ситуацию в регионе.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 20-55-00010Бел-а.

Литература

1.Взрывы и землетрясения на территории Европейской части России: [монография] / [В. В. Адушкин и др.]; под ред. В. В. Адушкина, А. А. Маловичко; Российская акад. наук, Геофизическая служба РАН, Ин-т динамики геосфер РАН. Москва: ГЕОС, 2013. 381c.

2.Семенов, А.Е. Основные особенности волновых полей промышленных взрывов в крупных карьерах на территории Воронежского кристаллического массива / А.Е. Семенов, М.А. Ефременко, Р.С. Пивоваров // Труды XII Уральской молодежной научной школы по геофизике. Пермь УРО РАН. 2011. С. 87-90.

288

3.Семенов, А. Е. Характер и интенсивность сейсмических воздействий горнопромышленных комплексов на литосферу Воронежского кристаллического массива / А.Е.Семенов, Л.И.Надежка, И.Н.Сафронич, И. Т. Ежова // Структура, вещественный состав, свойства, геодинамика и сейсмичность платформенных территорий и сопредельных регионов / Всероссийская конференция с Международным участием. Воронеж, 2020. Изд-во «Печатный дом», ВГУ. С. 317-321.

4.Ананьин, И. В. К вопросу о проявлении некоторых землетрясений в восточной части Восточно-Европейской платформы. Исследования сейсмической опасности / И.В.Ананьин // Вопросы инженерной сейсмологии. М.: Наука. 1988. Вып. 29. С. 119-124.

5.Надежка, Л.И. Гистерезисная модель накопления и разрядки сейсмической энергии

вгеологической среде / Л.И. Надежка, А. Е. Семенов, И. Н. Сафронич // Тригерные эффекты

вгеосистемах / Под редакцией В. В. Адушкина, Г. Г. Качаряна. М.: ТОРУС. С. 85-89.

1ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Воронеж, Россия 2Федеральный исследовательский центр «Единая геофизическая служба РАН» (ФИЦ ЕГС РАН), Обнинск, Россия

L.I. Nadezhka1,2, A.E. Semenov1,2, I.T. Ezhova1,2, I.N. Safronich1,2, S.P. Pivovarov 2

TECHNOGENIC SEISMICITY OF THE TERRITORY OF THE CENTRAL CHERNOZEM

ECONOMIC REGION AND ITS POSSIBLE ENVIRONMENTAL CONSEQUENCES

The article presents the results of the analysis of the dynamics of industrial explosions that are produced in more than 20 open-pit mining pits in the region. The geoecological consequences of seismic impacts caused by industrial explosions are justified.

Keywords: Central Chernozem economic region, seismic events that occur during explosions – technogenic seismicity.

1Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh State University»,

Voronezh, Russia

2Federal Research Center«Unified Geophysical Service of the Russian Academy of Sciences»,

Obninsk, Russia

289