В статье представлена методика анализа устойчивости гибридных энергосистем с высокой долей возобновляемых источников энергии, в частности фотоэлектрических генераторов, основанная на применении dq0- преобразования (преобразования Парка). Ключевой особенностью подхода является приведение всех компонентов системы – синхронных генераторов, сетевых элементов и силовых инверторов – к единой обобщенной системе отсчета, вращающейся с синхронной скоростью. Это позволяет построить целостную динамическую модель сложной энергосистемы, обеспечивающую высокую точность в широком частотном диапазоне и сохраняющую свойство временной инвариантности для анализа установившихся режимов.
Актуальность настоящего исследования обусловлена объективной необходимостью разработки усовершенствованных методов математического моделирования для электроэнергетических систем, испытывающих структурные преобразования в связи с интеграцией распределенной генерации на основе возобновляемых источников энергии. Интенсивное внедрение стохастических источников генерации принципиально изменяет динамические свойства энергосистем, создавая вызовы для традиционных подходов к моделированию. Существующие методики демонстрируют ограниченную эффективность при анализе переходных процессов в условиях высокой доли нестабильной генерации. В этой связи разработка математического аппарата для моделирования динамики гибридных энергосистем представляет собой значимую научно-техническую проблему, решение которой необходимо для обеспечения надежного функционирования и устойчивого развития электроэнергетики. Традиционные методы, такие как модели в фазовых координатах, обеспечивают точность, но являются нестационарными, что затрудняет анализ устойчивости, в то время как квазистатические модели, будучи стационарными, не учитывают высокочастотную динамику. Предлагаемый метод призван устранить этот методологический разрыв посредством создания унифицированного подхода к моделированию разнородных компонентов энергосистемы.
В работе детально изложен математический аппарат преобразования уравнений основных компонентов системы к единой системе координат. Для пассивных элементов сети (индуктивностей, емкостей, резисторов) выполнено преобразование уравнений состояния, учитывающее производную оператора преобразования. Для синхронного генератора представлена физическая модель явнополюсной машины, учитывающая взаимное влияние магнитных полей по продольной и поперечной осям, активные сопротивления обмоток и динамические процессы в цепи ротора. Модель описывается шестью переменными состояния, что позволяет учесть индуктивные параметры, игнорируемые в упрощенных моделях. Для фотоэлектрического генератора использована модель инвертора, включающая контур регулирования напряжения на шине постоянного тока с применением PI-регулятора и емкостный накопитель на выходе. Показана процедура интеграции выходных переменных инвертора в общую систему координат.
Важным аспектом методологии является процедура редукции модели сети. Описан алгоритм исключения узлов, не подключенных к генераторам или нагрузкам, что позволяет снизить размерность задачи и сконцентрироваться на анализе динамики ключевых генераторных шин. Редукция достигается за счет управления входными переменными соответствующих шин для обнуления их выходных величин, с последующим преобразованием вектора состояния и формированием новой динамической модели с использованием методов матричной алгебры, таких как LU-разложение. Данная процедура особенно важна при анализе крупных энергосистем, где полная модель может содержать избыточную для конкретного исследования информацию.
Методика апробирована на серии численных экспериментов с использованием тестовых сетей MATPOWER, включая модифицированную систему IEEE 14 bus, где часть традиционных генераторов была заменена на фотоэлектрические станции. Проведен сравнительный анализ квазистатических, фазовых (abc) и dq0-моделей, а также исследована динамика системы в режиме малых возмущений путем линеаризации и анализа собственных значений. Особое внимание уделено верификации адекватности предложенной модели при различных сценариях изменения режимных параметров системы.
На первом этапе выполнено моделирование четырехузловой сети. Сравнительный анализ подтвердил идентичность установившихся режимов, описываемых всеми тремя типами моделей. При этом модели в фазовых координатах и dq0-модель продемонстрировали полное совпадение переходных характеристик, в то время как квазистатическая модель недостаточно адекватно отразила высокочастотные электромагнитные процессы. Дополнительно проведена оценка вычислительной эффективности: проанализированы разреженность матриц и общее количество ненулевых элементов, что показало сопоставимость моделей abc и dq0 по данным параметрам. Это свидетельствует о практической применимости dq0-подхода для моделирования сложных систем без существенного увеличения вычислительной нагрузки.
На втором этапе исследована гибридная система на основе модифицированной сети IEEE 14 bus, в которой синхронные генераторы на шинах 6 и 8 заменены на фотоэлектрические станции. Построена полная нелинейная модель системы в единых dq0-координатах, включающая два синхронных генератора, два фотоэлектрических инвертора, пассивную сеть и узел бесконечной мощности. Параметры установившегося режима получены из решения уравнений баланса мощностей. Особенностью данного тестового примера является возможность исследования взаимного влияния традиционных и возобновляемых источников генерации в условиях изменяющихся режимных параметров.
Анализ устойчивости выполнен на основе линеаризации индивидуальных моделей элементов в окрестности расчетной рабочей точки с последующим формированием общей линейной модели в пространстве состояний. С помощью анализа частотных характеристик (диаграмм Боде), для системы уравнений в пространстве состояний, от механических мощностей к электрическим исследованы взаимосвязи между синхронными машинами. Выявлена область значительного взаимного влияния вблизи резонансной частоты приблизительно 30 рад/с. Построен корневой годограф, отражающий траектории движения доминирующих собственных значений системы при вариации внешних воздействий: ступенчатом увеличении механической мощности синхронных генераторов и снижении мощности фотоэлектрической станции. Наблюдаемое смещение полюсов в направлении мнимой оси свидетельствует о снижении запаса устойчивости и быстродействия системы при росте нагрузки. Установлено, что вариация мощности фотоэлектрического инвертора оказывает менее существенное влияние на общую динамику по сравнению с изменением мощности синхронных генераторов, что объясняется их меньшей номинальной мощностью в рассматриваемом тестовом случае. 
Результаты демонстрируют влияние изменения мощности как синхронных генераторов, так и фотоэлектрических инверторов на устойчивость и динамические характеристики системы, подтверждая эффективность предложенного подхода для моделирования крупномасштабных гибридных энергосистем. Сделан вывод о том, что разработанная методика предоставляет формализованный инструмент для количественной оценки предельно допустимой доли генерации от возобновляемых источников в структуре энергосистемы при заданных ограничениях по статической и динамической устойчивости. Полученные результаты открывают перспективы для дальнейших исследований в области координации управления разнородными генераторами в сложных энергокомплексах.

В настоящем исследовании предлагается новая технология повышения эффективности солнечных водонагревательных систем с использованием греющего пародинамического контура. Данный вариант ассимиляции солнечной энергии и передачи полученной теплоты в объем нагреваемой воды основан на применении пародинамического эффекта, сущность которого состоит в применении греющего контура, частично (20-30% объема контура) заполненного низкокипящей жидкостью (НКЖ), пары которой поступают в теплообменник-конденсатор, размещенный в баке-бассейне с нагреваемой водой. Приведены результаты анализа эффективности ряда НКЖ, позволившие выбрать оптимальные низкокипящие теплоносители. Экспериментально исследована эффективность водонагревательных систем с пародинамическим контуром, показавшая значительное повышение температуры воды в суточном цикле при использовании в качестве НКЖ промежуточного контура бензин и ацетон. Доказано, что предложенная технологическая схема нагрева воды с использованием пародинамического контура с низкокипящим теплоносителем позволяет осуществлять эффективный перенос теплоты без применения насосного оборудования с использованием солнечных коллекторов простейшего типа, что снижает стоимость и эксплуатационные расходы установки солнечного нагрева воды.

Настоящее исследование предлагает метод использования зеркальных отражателей для компенсации потерь мощности в строительно-интегрированных фотоэлектрических системах (BIPV), вызванных затенением от соседних зданий. Экспериментальные и смоделированные данные выявили практически линейную зависимость между площадью затенения и снижением эффективности ФЭП: при затенении 25% поверхности модуля наблюдается свыше 20% потери производительности. Оптимальное соотношение площади зеркал к площади фотоэлектрических панелей (20-30%) обеспечивает увеличение суточной освещенности фасадов. Тогда как нижние этажи (1-6) подвержены значительным сезонным потерям, системы выше восьмого этажа остаются незатронутыми затенением. Результаты работы предлагают эффективную стратегию для минимизации влияния затенения BIPV в условиях высокой градостроительной плотности и высоких широт.

В настоящей работе представлена результаты исследования термоэлектрических свойств (удельное электрическое сопротивление, коэффициент Зеебека, полная теплопроводность) композита, в качестве матрицы которого использован низкотемпературный термоэлектрик p-типа Bi0,5Sb1,5Te3, а в качестве наполнителя – включения полупроводника дителлурида никеля (NiTe2). Исследованные композиты были получены с использованием методов сольвотермального синтеза наполнителя NiTe2, и механохимической активации с последующим электроимпульсным спеканием матрицы Bi0,5Sb1,5Te3 и самих композитов. Установлено, что введение 1 масс. % NiTe2 в матрицу композита приводит к значительному улучшению термоэлектрической добротности ZT до 1,1 при 425 К, что на 16% выше по сравнению с материалом самой матрицы (ZT ~ 0,95). Это повышение может быть связано с эффективным рассеянием фононов на границах раздела NiTe2/Bi0,5Sb1,5Te3, что приводит к снижению полной теплопроводности, при этом фактор мощности (S2/ρ) остается достаточно высоким. Дальнейшее увеличение содержания NiTe2 до 2,5 и 5 масс. % приводит к деградации ZT в композитах, что может быть обусловлено такими особенностями их микроструктуры, как образование вторичной фазы элементного теллура, которые формируют «тепловые мостики», увеличивая тем самым теплопроводность и незначительно ухудшая электронные транспортные свойства.

Разработка эффективных термоэлектрических материалов для утилизации низкопотенциального бросового тепла является одной из ключевых задач современной энергетики. В рамках данного исследования были получены объемные нанокомпозиты p-типа на основе твердого раствора Bi0,5Sb1,5Te3, армированные нанолистами восстановленного оксида графена (rGO) с концентрациями 1,0; 2,5 и 5,0 масс. %. Методика синтеза включала высокоэнергетический шаровой помол для гомогенизации исходных компонентов и искровое плазменное спекание (ИПС) для быстрой консолидации материалов.
Проведена систематическая оценка влияния концентрации наполнителя на эволюцию микроструктуры, фазовый состав и транспортные свойства в температурном диапазоне 300-575 К. Детальный микроструктурный анализ показал, что включения rGO являются химически инертными и равномерно распределены в объеме матрицы. Ключевым результатом стало обнаружение формирования выраженной кристаллографической текстуры в процессе ИПС: двумерные листы rGO стремятся ориентироваться перпендикулярно направлению прессования, что блокирует транспорт носителей заряда вдоль параллельной оси и вызывает существенную анизотропию как электрических, так и тепловых свойств.
Измерения эффекта Холла подтвердили, что концентрация дырок остается практически постоянной (порядка 2,0 · 1019 см-3) для всех составов, что исключает эффект легирования. Вместе с тем зафиксировано резкое снижение подвижности носителей заряда (с 267 до 83 см2/В · с), обусловленное их интенсивным рассеянием на некогерентных границах раздела «матрица/наполнитель». С другой стороны, сетка включений rGO эффективно рассеивает фононы, что приводит к значительному снижению общей теплопроводности (до 23% в направлении, параллельном оси прессования, по сравнению с исходным образцом).
Несмотря на положительный эффект подавления теплопроводности, падение электропроводности оказало доминирующее влияние на общую эффективность. В результате максимальная безразмерная термоэлектрическая добротность (ZT) композитов оказалась ниже, чем у чистой матрицы (ZTmax ≈ 1,0 при 420 К). Данное исследование подчеркивает критическую важность поиска баланса между механизмами блокировки фононов и транспорта электронов. Сделан вывод о том, что дальнейшие стратегии должны быть сосредоточены на инженерии межфазных границ для сохранения высокой подвижности носителей заряда в термоэлектриках на основе теллурида висмута, армированных углеродом.

На основе Стратегии развития энергетики России на перспективу до 2050 г. для атомной энергетики стоит задача по повышению маневренности через разгрузку до 50% от номинальной мощности. Приведен ряд причин, из которых сделан вывод, что разгрузка АЭС однозначно не выгодна и не эффективна. В связи с чем приводится обоснование обеспечения АЭС базисной нагрузкой при использовании водородного комплекса за счет электролизного получения водорода и кислорода, как одного из перспективных и конкурентоспособных энергетических аккумуляторов. Таким образом, невостребованная мощность АЭС в часы предполагаемой разгрузки конвертируется в водород и кислород с целью их дальнейшего использования для выработки мощности в пиковой период в энергосистеме. Для этого водород сгорает в кислороде в специальной камере сгорания и полученный высокотемпературный водяной пар смешивается с паром после парогенераторов перед турбиной АЭС. Главным преимуществом использования водородного комплекса является сохранение номинальной нагрузки (базисный режим) АЭС в течении суток. Особенно важно, что реактор при этом работает с номинальной нагрузкой. На основе прогнозных данных отмечается существенное увеличение ввода электролизных мощностей на перспективу до 2050 г. У авторов имеется серьезный научный задел по проблеме комбинирования АЭС с водородным комплексом, выполненные оценки по термодинамической и техникоэкономической эффективности, а также показателей конкурентоспособности при сравнении с эталонным вариантом – ГАЭС. Главный фокус в статье сводится к проблеме повышения безопасности при использовании водорода для перегрева рабочего тела ПТУ АЭС в связи с наличием непрореагировавшего водорода и кислорода после системы сжигания, что влечет риск образования гремучей смеси при попадании в конденсатор. Немного ранее авторами была опубликована статья по обоснованию принципа повышения безопасности при использовании водорода в цикле ПТУ АЭС. Настоящая статья является продолжением, в которой поставлена цель по теоретической оценке снижения доли непрореагировавшего водорода в смеси с кислородом и с перегретым водяным паром за счет системы удаления непрореагировавшего водорода на основе каталитической рекомбинации и магнитной сепарации, а также оценка КПД системы удаления непрореагировавшего водорода на основе модели эксперимента. Новизной заявленной концепции является комплексный принцип повышения безопасности использования водорода при его сжигании в кислороде для перегрева рабочего тела ПТУ АЭС. В статье анализируется мировое состояние в области каталитической рекомбинации водорода, магнитного разделения различных газовых смесей, а также электролиза воды в магнитном поле и мембранного выделения водорода. На примере АЭС с ВВЭР при использовании водорода для перегрева свежего пара ПТУ АЭС и на основе опыта авторов по экспериментальному изучению недожога водорода при сжигании в кислороде, приведена оценка возможной доли непрореагировавшего водорода в составе рабочего тела, которая составила до 2 % об. в зависимости от количества водород-кислородных камер сгорания. Приведена принципиальная схема экспериментальной установки, включающая блок каталитической рекомбинации и магнитной сепарации с палладиевой мембраной, а также методика оценки эффективности системы удаления непрореагировавшего водорода. Приведены рабочие параметры экспериментальной установки. Согласно модели эксперимента смесь перегретого водяного пара, водорода и кислорода пропускается через блок рекомбинации и магнитной сепарации, работающей под разрежением, что приведет к снижению доли водорода в смеси. Приведены теоретические результаты оценки остаточной доли водорода в смеси и КПД системы удаления непрореагировавшего водорода. Как показали выполненные оценки, предложенная система удаления непрореагировавшего водорода снижает его долю в смеси с 2 % об. до 5,66·10-3 % об. при давлении 5 кПа и КПД системы удаления при этом составил 99,717% и до 5,66·10-4 % об. при давлении 50 кПа с КПД 99,972%. Таким образом, повышение безопасности достигается за счет того, что смесь становится сильно обедненной, поскольку содержание водорода снижается на 2-3 порядка от нижней границы воспламенения в смеси с кислородом, которое при десятикратном запасе по нормам безопасности составляет 0,4 % об.

Для оценки живучести информационной системы со сложной топологией (граф сети представляет собой лес или гибридную структуру, содержащую фрагменты радиальной, лесовидной, кольцевой, радиально-кольцевой и сетчатой топологии) или большой размерности предложено использовать нейросетевые аналитические модели в качестве аналитического обеспечения. Построена и описана информационная система для оценки живучести, выявлены критерии живучести, описана живучесть в полиномиальной форме, её вычисление, приведены результаты расчёта полином живучести. Проведено сравнение модельной и реально вычисленной оценок живучести информационной системы энергосберегающего управления. Построена потоковая модель живучести информационной системы энергосберегающего управления.