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:

• возобновляемая энергетика;
• энергосбережение в промышленности и других отраслях народного хозяйства;
• повышение надежности и экономичности систем электроснабжения;
• 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 за 2025 год

Возобновляемая энергетика:

Выполнен анализ литературных источников по применению на практике различных метаэвристических методов оптимального проектирования гибридных энергетических комплексов (ГЭК), работающих на возобновляемых источниках энергии.

По результатам анализа разработана математическая модель для нахождения оптимального состава оборудования ГЭК методом оптимизации роя частиц с e-ограничением. Новизной исследования является не только применение метода с e-ограничением, но и то, что математическая модель учитывает индекс ясности неба, почасовую нагрузку потребителя, угол наклона фотоэлектрической панели (ФЭП), нелинейную зависимость между капитальными вложениями и мощностью ветрового модуля. Оборудование выбирается из дисректного каталога. По математической модели разработано программное обеспечение на языке Python. Выполнена оптимизация по трем фронтам Парето.

Разработана математическая модель для нахождения оптимального состава оборудования ГЭК методами оптимизации: стаи волков, генетический алгоритм, полета кукушки, пламени мотылька. Разработано программное обеспечение. Выполнены тестовые расчеты. Произведено сравнение результатов.

По результатам тестовых расчетов по всем вышеперечисленным методам оптимизации выбраны наилучшие модели. Цель работы – это создание уточненной, экономичной математической модели для определения опти-мального состава ГЭК для произвольного региона размещения. Это позволит спроектировать ГЭК с хорошими экономическими показателями, которые будут удовлетворять требованиям заказчика оборудования и облегчит работы проектировщиков.

Разработана методика расчета выработанной электроэнергии двухсторонними солнечными панелями с учетом прямого, рассеянного и отраженного солнечного излучения.

В 2025 году продолжились экспериментальные исследования солнечной электростанции, начатые в 2022 году. Данные за 2025 год позволяют утверждать, что солнечная станция с системой слежения за солнцем выработала на 38 % больше электроэнергии, чем с неподвижной платформой. Этот показатель на 0,5% меньше, чем в 2024 году.

По результатам проделанной работы опубликованы 3 статьи ВАК и в МБД. По полученным материалам готовятся к публикации в ВАК еще 5 статей. Зарегистрированы в Роспатенте 2 программы для ЭВМ.

Энергетика:

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

– количественный избыток масляных трансформаторов с мощностями 400 кВА и 630 кВА;

– дефицит иных масляных трансформаторов и герметичных масляных трансформаторов с мощностями от 25 кВА до 1000 кВА.

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, отражёнными в схемах и программах перспективного развития электроэнергетики Оренбургской области на 2021-2025 годы.

Адаптирован алгоритм нечеткого вывода Мамдани в условиях неопределенности части исходных данных для:

– управления: электрической сетью внутреннего освещения производственного помещения; освещением парковой зоны; ветро-дизельным комплексом; фотоэлектрической панелью в системе солнечной электростанции;

– диагностики электротехнического оборудования.

Разработаны базы лингвистических правил с учетом особенностей функционирования электроэнергетических объектов/систем. Обосновано, что адаптация алгоритма нечеткого вывода Мамдани к решению задач электроэнергетики должна осуществляться посредством: выбора входных и выходных переменных в условиях неопределённости исходных данных работы электроэнергетических объектов/систем; выбора функций принадлежности, соответствующих технологическим условиям функционирования электроэнергетических объектов/систем; разработки базы лингвистических правил, отражающих особенности функционирования электроэнергетических объектов/систем.

Рассмотрены вариативные способы реализации ИНС в следующих задачах электроэнергетики: прогнозирования электропотреблением, кластеризации, управления, оптимизации, диагностики электроэнергетических объектов. Получены следующие основные выводы:

- разработаны математические модели и осуществлена их программная реализация для краткосрочного и долгосрочного прогнозирования электропотреблением. Наиболее точный результат прогнозирования электропотребления получен при реализации авторской гибридной ней-ро-нечеткой системы;

- разработана математическая модель для кластеризации электроэнергетических объектов, включающих в себя большое количество данных, на основе карт Кохонена;

- адаптирована архитектура сверточных ИНС YOLOv5 для тепловой диагностики электроэнергетических объектов. Разработан алгоритм автоматизированной тепловизионной диагностики оборудования подстанций на основе YOLOv5. Функционал по обработке матрицы температур реализован средствами Mathcad и Excel;

- задачи управления электроэнергетическими объектами/системами (принятие предпочтительного решения) отнесены к задачам бинарной классификации, реализуемых посредством многослойного перцептрона, в которых обучение целесообразно осуществлять методом обратного распространения ошибки;

- в задаче оптимизации размещения компенсирующих устройств в узлах электрической сети был использован пакет расширения Neural Network Toolbox MATLAB, в котором были реализо-ваны три основные архитектуры: сеть прямого распространения (FFB); рекуррентная сеть (LR) и каскадная сеть (CFB). Анализ полученных средних значений ошибки MAPE позволил сделать вывод, что наилучшей (наименьшая ошибка) является архитектура вида CFB.

Использованы эволюционные вычисления для решения следующих задач электроэнергетики: оптимизации и управления: Разработаны:

- генетический алгоритм распределения избыточной реактивной мощности (Q), подлежащей компенсации, между n узлами разомкнутой распределительной сети по критерию минимальных потерь активной мощности P;

- генетический алгоритм выбора наилучшего варианта по ликвидации технологических нарушений электрической сети класса напряжения 6 – 20 кВ с учетом многокритериального оценивания каждого варианта.

Публикации по теме исследования: монография; 4 статьи в журналах, рецензируемых ВАК и в МБД; зарегистрировано 4 программы для ЭВМ; 27 статей в сборниках конференций.

Участие в областном конкурсе на соискание премии Губернатора Оренбургской области в сфере науки и техники за 2025 год (Н.Г. Семенова и Л.А. Влацкая)

Персональный состав коллектива:

1. Митрофанов Сергей Владимирович, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ
2. Семенова Наталья Геннадьевна, д-р. пед. наук, канд. техн. наук, профессор кафедры АЭЭМ и ЭТ
3. Соколов Виталий Юрьевич, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ
4. Влацкая Людмила Анатольевна, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ
5. Валиуллин Камиль Рафкатович, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ
6. Косенко Анастасия Дмитриевна, канд. техн. наук., доцент кафедры ЭТЭ

Основные данные о деятельности за период с 2021 по 2025 г.:

Количество публикаций участников коллектива, в том числе:

Основные научные проекты коллектива

1. Научно-исследовательская работа «Анализ режимов работы и подбор оптимальных настроек реклоузеров ЛЭП 10 кВ» (хоздоговор с ООО «Промэлектросеть», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
2. 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).
3. 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).
4. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Северная», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
5. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Деповская», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
6. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Южная», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
7. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК ЖФ Восточная», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
8. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК 23 микрорайон», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
9. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК ЖФ Дельта», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
10. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Малая Земля», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
11. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Русь», руководитель Митрофанов С.В., 2022).
12. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК 23 микрорайон», руководитель Митрофанов С.В., 2023).
13. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Северная», руководитель Митрофанов С.В., 2023).
14. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Деповская», руководитель Митрофанов С.В., 2023).
15. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Дельта», руководитель Митрофанов С.В., 2023).
16. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Гамма», руководитель Митрофанов С.В., 2023).
17. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с «ЖСК-80», руководитель Митрофанов С.В., 2023).
18. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Северная», руководитель Митрофанов С.В., 2024).
19. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Деповская», руководитель Митрофанов С.В., 2024).
20. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Дельта», руководитель Митрофанов С.В., 2024).
21. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК Маяк», руководитель Митрофанов С.В., 2024).
22. Научно-исследовательская работа «Тепловизионное обследование объектов» (хоздоговор с ООО «УК НовостройСервис», руководитель Митрофанов С.В., 2024).
23. Научно-исследовательская работа «Оптимизация режимов работ индивидуально-теплового пункта многоквартирного жилого дома» (хоздоговор, руководитель Соколов В.Ю., 2024).
24. Научно-техническое обоснование развития системы электроснабжения обогатительной фабрики (2025).
25. Аудит системы электроснабжения обогатительной фабрики (хоздоговор, руководитель Митрофанов С.В., 2025).
26. Проведение контроля и восстановление релейной защиты и автоматики ячеек ЗРУ 6кВ ГПП (хоздоговор, руководитель Митрофанов С.В., 2025).
27. Исследование теплоизоляционных характеристик жилых зданий (хоздоговор, руководитель Митрофанов С.В., 2025).

Контактная информация:

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

Тел.: (35-32) 37-28-91.

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