Основание кафедры

Возникновение электроэнергетической специальности в МВТУ следует отнести к 1905 г., когда на механическом отделении в числе других была предусмотрена электротехническая специализация. Для студентов этой специализации читались курсы: теоретические основы электротехники, электрические измерения, электрические установки и центральные электрические станции. Два последних курса имели электроэнергетический характер: в первом из них рассматривались вопросы электроснабжения промышленных предприятий, во втором  вопросы проектирования и эксплуатации электрических станций.

Первый выпуск инженеров-механиков, специализирующихся по электрическим станциям и электрическим сетям, состоялся в 1910 г. В дореволюционный период таких инженеров было выпущено немного: из 74 человек, окончивших МВТУ по электротехнической специальности, только около трети защитили дипломные проекты на темы электроэнергетического   характера.

Осуществление плана ГОЭЛРО потребовало большого количества высококвалифицированных инженеров-электроэнергетиков, способных проектировать, сооружать и эксплуатировать электростанции и электросети. Инженеров такого профиля  начали готовить электротехнический факультет МВТУ и электропромышленный факультет ИНХ имени Плеханова. Каждый из этих факультетов имел ряд циклов или специализации по электромашиностроению, электроаппаратостроению, электрическим станциям и сетям с несколькими отличающимися друг от друга учебными планами. Цикловые комиссии электротехнического факультета МВТУ по существу стали зародышами будущих отдельных факуль­тетов МЭИ. Председателем цикловой комиссии «Производство, распре­деление и применение электрической энергии» ‘был проф. Н. И. Сушкин.

В 1925-1926 гг. произошла дальнейшая дифференциация подго­товки инженеров на электротехническом факультете МВТУ. Специали­зация производства, распределение и применение электрической энер­гии разделилась на шесть подспециализаций: электрические тепловые станции, электрические гидросиловые станции, техника высоких напря­жений, включавшая тогда также вопросы электрических сетей и переда­чи энергии на расстояние, электрическая тяга, электрооборудование промышленных предприятий, электрическое освещение. В этот период шло создание новых электротехнических и электро­энергетических дисциплин в соответствии с быстро растущими потреб­ностями электрификации страны. Новые курсы, как правило, хорошо отражали основные проблемы того времени, благодаря чему молодые инженеры непосредственно после окончания института могли включаться в производственную работу. Такой же творческий процесс развивался на электропромышленном факультете ИНХ имени Плеханова, причем на аналогичных факультетах МВТ и ИНХ нередко работали одни и те же профессора и преподаватели, создавались параллельные курсы и лаборатории.

Вскоре после слияния обоих факультетов и создании на их базе МЭИ в нем было организовано несколько факультетов (в 1932 г.), в том числе и электроэнергетический. В том же году образовалась и кафедра электрических сетей и систем

Первые курсы по дисциплинам, относящимся к профилю кафедры, начали читаться в МВТУ с 1920 -1921 гг. В это время инженер А. Я. Рябков (впоследствии профессор и заведующий кафедрой в 1937 — 1941 гг.), работая в промышленности по проектированию линий и сетей 110 кв, читал курс «Электрический расчет высоковольтных сетей». В 1923 г. инженер А. А. Глазунов (впоследствии профессор, заслуженный деятель науки и техники, заведующий кафедрой), начал читать курс «Расчет электрических распределительных сетей». Одновременно А. А. Глазунов вел работу по методам расчета и по конструированию механической части воздушных линий электропередач. Совместно с Н. И. Сушкиным он спроектировал и провел первые испытания деревянных опор линий 110 кв, предложил практические методы расчета их, составил первый проект норм расчета высоковольтных линий. А. А. Глазунов являлся ведущим специалистом по вопросам механического расчета линий и по проектированию электрических систем. Под его руководством  выполнены  проекты  Горьковской,  Ивановской, Донбасской, Уральской и других энергетических систем. Опыт, накопленный при работе в промышленности, он широко использовал в преподавании и при создании основных курсов кафедры, которой заведовал с первых дней ее организации — с 1932 по 1937 г. и с 1950 по 1954 г. В 1932 г. А. А. Глазунов совместно с А. Я. Рябковым и Ф. П. Лашковым (впоследствии доцентом) выпустили учебное пособие «Расчет электрических сетей энергетических систем». В 1939 г. А. А. Глазунов написал учебник «Электрические сети и системы», в котором впервые частные вопросы электрических систем и сетей, ранее рассматривавшиеся в различных отдельных курсах, объединены в одно целое. Вопросы рационального построения электрической части системы, выбора экономичных схем регулирования напряжения рассмотрены также в ряде работ А. Я. Рябкова, инж. Н. А. Мельникова (впоследствии профессора) и др.

Работы А. А. Глазунова в области расчета механической части линий обобщены в его последнем двухтомном труде «Основы механической части линий электропередач», первая книга которого вышла в 1956 г.

В 1926 г. начало развиваться новое научное направление — учение об устойчивости энергетических систем. Первые лекции об устойчивости в эти годы прочитал Л. И. Сиротинский. В 1932 г. этот курс продолжил инж. С. А. Лебедев (впоследствии академика АН УССР), который вместе с инж. П. С. Ждановым (впоследствии профессор, заведующий кафедрой с 1942 по 1950 г.) выпустил первый в Советском Союзе учебник по курсу «Устойчивость параллельной работы электрических систем».

Работа кафедры в годы Великой Отечественной войны

Работа кафедры не прекращалась и в период Великой Отечественной войны. Из воспоминаний А.А. Глазунова (младшего), тогда аспиранта кафедры:

«До середины сентября 1941 года основная масса студентов была на строительстве оборонительных сооружений близко к границам Московской и Смоленской областей. Занятий не было.

Эвакуация основного педагогического состава состоялась в 20-х числах октября 1941 года.

Первоначально город эвакуации МЭИ был столица Казахской ССР – Алма-Ата. Однако, прибыв туда, вагоны со студентами и преподавателями МЭИ не были приняты, так как город уже был переполнен эвакуированными ( не было общежитий, зданий под лекционные и иные аудитории).

МЭИ был направлен в г. Лениногорск ( прежнее и современное название г. Риддер – по фамилии английского предпринимателя, который начал разработки полиметаллов: золота, серебра, цинковых руд, урана, меди и т.д. Все это – в изобилии и близко к поверхности грунта.

Город Лениногорск ( Риддер) расположен в Восточно-Казахстанской области Казахской ССР ( Казахстана). Для МЭИ было отдано здание техникума цветной металлургии. Из довоенного состава преподавателей кафедры «Электрические сети и системы» были только двое: проф. А.А. Глазунов и доц. (к.т.н.) Георгий Михайлович Розанов. Они вдвоем читали курс лекций, вели 50 курсовых проектов и около 20 дипломников. Параллельно им приходилось читать лекции по токам коротких замыканий, охране труда и др.

В Москве, ориентировочно, в весеннем семестре возобновились ( в «филиале» МЭИ) занятия. Кафедру возглавил проф. П.С. Жданов. Он, по- видимому, пригласил В.А. Веникова, Н.И.Соколова, Д.И. Азарьева, А.А. Солдаткину, которые и после войны успешно работали на кафедре. С 1943г. помогали в постановке работ аспиранты А.А. Жуков и А.А. Глазунов, вскоре на кафедре начал работать Д.А. Федоров.

Из эвакуации основная часть МЭИ вернулась 25 декабря 1942г.»

(В дальнейшем на кафедре работали сотрудники-фронтовики: проф. В.В. Ежков, старший преподаватель В.В. Пивоваров, зав. учебной лабораторией Е.П. Шишлов, секретарь кафедры В.С. Чеглакова.)

Последующее развитие кафедры

В последующие годы С. А. Лебедев создает основы учения о переходных процессах в регулируемых системах. П. С. Жданов разрабатывает вопросы применения теории малых колебаний к исследованию устойчивости электрических систем, используя идеи А. М. Ляпунова и Н. Е. Жуковского. Большое значение имеют работы П. С. Жданова, посвященные применению метода симметричных составляющих к сложным схемам, работы по самосинхронизации, асинхронному ходу элек­трических систем и др. Эти работы выходили за рамки вопросов устойчивости параллельной работы и заложили основы более широкой отрасли — электротехники, занимающейся изучением переходных процессов .в электрических системах.

Возглавляя кафедру электрических сетей и систем, П. С. Жданов организовал научный коллектив, специализирующийся в области переходных процессов. В 1947 г. коллектив кафедры приступил к выполнению цикла работ, посвященных проблеме дальних передач. В этих работах были установлены основы методики расчета пропускной способности дальних передач и решены другие важные вопросы.

С 1950 г. руководство этими работами осуществлялось проф. В. А. Вениковым, который к этому времени разработал теорию физического моделирования, изложенную в монографии автора «Примене­ние теории подобия и физического моделирования в электротехнике», удостоенной премии имени Яблочкова.

Лаборатория электрических систем начала создаваться в 1944 г. под руководством П. С. Жданова; это была первая учебная лаборатория по сетям и системам в вузах Советского Союза. Были поставлены лабораторные задачи, позволявшие исследовать работу дальних электропере­дач, электрических систем и местных электрических сетей. Для лаборатории совместно с проектным институтом Теплоэлектропроект был создан расчетный стол переменного тока для анализа режимов электриче­ских систем; за участие в этой работе П. С. Жданову присуждена Госу­дарственная премия.

Создана Электродинамическая модель

В 1945 г. факультет приступил к сооружению уникальной установ­ки— гидродинамической модели энергетической системы, проводивше­муся под руководством В. А. Веникова и Т. Л. Золотарева.

Сооружение модели было окончено в 1950 г. Модель получила широкое признание среди электроэнергетиков Советского Союза. На ней исследовались переходные процессы в электрических системах, содержащих мощные электропередачи.

В дальнейшем на кафедре электрических систем была выполнена новая более универсальная электродинамическая модель.

Ввод в действие этой модели, созданной на основе теории физического моделирования, значительно расширил возможности кафедры в отношении исследования переходных процессов. За создание этой модели В. А. Веникову присуждена Ленинская премия.

Электродинамическая модель послужила основой организованной в ‘1958 г. проблемной лаборатории электрических систем, руководителем которой являлся В. А. Веников. В состав этой лаборатории в 1959 г. вошла модель передачи энергии постоянным током. Позднее проблемная лаборатория пополнилась малой динамической моделью переменного тока, работающей на повышенной частоте, и был создан новый отдел счетно-решающих устройств, имеющий как универсальные, так и специализированные математические машины.

Все научно-исследовательские работы кафедры проводились на базе проблемной лаборатории электрических систем, результаты этих работ использовались в промышленности.

В 1955-1960 гг. на динамической модели были исследованы  регуляторы возбуждения крупных гидрогенераторов Волжских станций. В результате этих исследований удалось отработать наиболее рациональную конструкцию регулятора, определить наиболее эффективный способ регулирования. Подобного рода регуляторы в течение ряда лет находятся в эксплуатации и успешно справляются с возложенными на них функциями.

Наиболее крупные научно-исследовательские работы 1960-х гг.  посвящены разработке методов комплексного кибернетического управления энергетическими системами, мероприятий по повышению устойчивости и качества энергии систем. Сюда включается и работа по созданию новых источников реактивной мощности.

Досуг сотрудников кафедры

Тогда же на кафедре работал студенческий кружок кибернетики электрических систем. В работе кружка участвовали студенты старших курсов. Ежегодно 5—6 чел. защищали дипломные работы, связанные с тематикой кружка.

Общение сотрудников кафедры не ограничивалось кругом производственных и научных проблем. В конце 60-х – начале 80-х г.г. не были редкостью совместные байдарочные и пешие походы, в которых зачастую принимали участие целые семьи. А некоторые сотрудники состояли членами различных охотничьих и рыболовных союзов.

Научные исследования кафедры к началу 2000-х годов

К началу 2000-г.г. на кафедре работали четыре научно-исследовательских лаборатории:

•  проблем электроэнергетических систем (заведующий С.Ю. Сыромятников);

•  проблем качества электроэнергии и надежности ЭЭС (заведующий   И.И. Карташев);

•  автоматизации распределительных сетей (заведующий И.С. Пономаренко);

•  гибких систем передачи электроэнергии (заведующий P.P. Карымов).

Одним из основных направлений теоретических исследований, заложенных в трудах профессоров В.А. Веникова, В.А. Строева, И.В. Литкенс, в которые вклад кафедры наиболее высок, является разработка теории устойчивости: статической, динамической, результирующей. В последнее время для решения задач статической устойчивости, оценки и управления динамическими свойствами регулируемых ЭЭС существенное развитие получили новые мето­ды, основанные на методологии модальной теории. По инициативе И.В. Литкенс был начат комплекс расчетно-экспериментальных исследований по изучению особенностей динамических свойств энергообъединения протяженной структуры. Результаты качественного анализа, полученные аналитически и расчетным путем, подтверждены специальными экспериментами на электродинами­ческой модели (ЭЛМ).

На кафедре разработан программный комплекс для совместного решения задач расчета установившихся режимов, апериодической и колебательной статической устойчивости сложных регу­лируемых ЭЭС. Проведенные с его помощью исследования позволили выявить причины автоколебаний и дать рекомендации по их устранению и настройке регуляторов в ряде энергосистем.

Экспериментальной базой кафедры электроэнергетических систем для проведения научных исследований является ЭДМ. Она позволяет адекватно воспроизводить различные нормальные и аварийные режимы ЭЭС. Кроме того, на ЭДМ могут изучаться процессы, для которых недостаточно развита математическая модель. Исключительное значение ЭДМ определяется также возможностью проведения экспериментов для изучения аварийных режимов, ко­торые чрезвычайно трудно, либо невозможно поставить непосредственно в энергосистемах.

На ЭДМ под руководством С.Ю. Сыромятникова были проведены испытания адаптивного микропроцессорного регулятора возбуждения для синхронных машин (разработка Всероссийского электротехнического института (ВЭИ)), исследование эффективности блока систем стабилизации в предельных по колебательной статической устойчивости режимах (разработка Сибтехэнерго), сравнительные испытания новых устройств для выявления асинхронного режима, испытания и доработка цифрового регулятора для газотурбинной установки (производство АО «Энергоавиа»), испытания пускового устройства быстродействующей автоматики включения резерва (Истринский филиал ВЭИ).

На ЭДМ МЭИ проводились также работы по заказам зарубежных организаций. Например, с участием представителей университета г. Калгари испытывались адаптивные регуляторы возбуждения, разработанные и изготовленные в Канаде.

При участии P.P. Карымова на ЭДМ МЭИ проводились исследования поведения и характеристик элементов гибких управляемых линий электропередачи. Изготовлены и используются в исследованиях физические модели фазорегулирующего трансформатора, управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора; разрабатываются модели других управляемых  устройств. Повышению эффективности использования ЭДМ способствует применение на ней современных средств управления,  измерения и регистрации.

С начала 80-х годов профессорами В.А. Вениковым и Ю.Н. Астаховым, и затем под руководством В.А. Строева развивались исследования, направленные на решение проблем применения накопителей энергии для повышения экономичности и надежности работы энергосистем. Проанализированы свойства и характеристики накопителей энергии электрических, гидравлических, механических  и других с целью выявления эффективности их применения в большой энергетике. На основе технико-экономического анализа определены требования к накопителям, в первую очередь, к их мощности и энергоемкости. Показано, что наиболее подходящими для решения задач большой энергетики являются накопители электрической энергии (НЭЭ) — индуктивные, емкостные и с химически­ми источниками тока, и что НЭЭ являются многофункциональными    устройствами,     позволяющими     решать     не    только технико-экономические задачи (выравнивание графиков нагрузки с целью экономии топлива и резервирования), но и технические — обеспечение статической и динамической устойчивости, регулирование частоты и уровней напряжения в сетях энергосистем. Предложены (и оформлены как изобретение) новые виды НЭЭ— линейные накопители энергии в виде кабелей с распре­деленной индуктивностью или емкостью, позволяющие одновременно передавать и накапливать электроэнергию.

Одно из новых научных направлений, развиваемых на кафедре, — анализ и решение проблем объединения Единой энергетической системы России с энергообъединениями других стран. В работах профессора Н.И. Зеленохата предложено применить для решения этой проблемы электромагнитное секционирование, при котором связь между объединениями осуществляется гибко, до­пуская независимое регулирование частоты и поддержание балансов мощности в каждом из объединении. Для осуществления гиб­кой связи предложено и научно обосновано применение вставки переменного или постоянного тока. Научно обоснована также целесообразность создания крупных электромагнитно-секциониро­ванных электростанций, прежде всего ГЭС мощностью в десят­ки гигаватт. Разработана концепция комбинированного объединения ЕЭС России с ОЭС NORDEL с применением гибких связей в виде электромеханических вставок переменного тока. Создано программное обеспечение для исследования особенностей и эффективности применения такого рода технологии экс­порта электроэнергии в энергосистемы других стран.

Под руководством доцента Ю.П. Рыжова начаты работы по исследованию ЭЭС, содержащих гибкие управляемые линии электропередачи с устройствами силовой электроники (FACTS).

Важным научным направлением работы кафедры тех лет являлась активная и плодотворная разработка под руководством профессора А.А. Глазунова (род. 1920г.)  проблем анализа систем электроснабжения городов и промышленности (СЭСГиП) как неотъемлемой части электроэнергетических систем. В процессе более чем 30-летних научных исследований получены следующие основные результаты:

•  выведены условия декомпозиции сложных СЭСГиП в задачах оптимизации их структур и параметров;

•  определены значения оптимальных номинальных напряжений, мощности и топологические характеристики (размещение)  подстанций глубоких вводов 110-220 кВ, распределительных пунктов 6—10 кВ, а также распределительных электросетей 0,4-10 кВ;

• составлены рекомендации по оптимальной комплексной и глубокой унификации параметров распределительных электросетей 0,4-10 кВ;

•  найдены оптимальные значения расчетных токов коротких замыканий в городских электросетях 6—10 кВ.

Все проводившиеся исследования выполнялись в тесном техническом сотрудничестве с подразделениями ОАО «Мосэнерго» (МКС «Мосэнерго»; проектный институт «Мосэнергопроект»).

Под руководством профессора Ю.А. Фокина успешно развивалось научное направление «надежность электроэнергетических систем». За двадцать лет разработаны:

•  комплексная теория структурно-функциональной надежности сложных ЭЭС для восстанавливаемых и невосстанавливаемых эле­ментов, а также практические методы прогнозирования показателей надежности сложных ЭЭС на произвольно меняющихся интер­валах времени применительно к проектной и эксплуатационной практике;

•  новые методы балансовой надежности, ориентированные на реализацию в системах большой сложности;

•  методы и алгоритмы функциональной надежности сложных ЭЭС, позволяющие моделировать не только обычные аварийные, но и экстремальные ситуации;

•  теория экономической оценки уровней надежности сложных ЭЭС для условий многоукладной экономики (при реализации рыночных отношении в энергетике), алгоритмы коррекции тари­фов на электроэнергию по уровню надежности электроснабжения и схем выдачи мощности и энергии в систему;

•  экспресс-методы оценки параметров режимов ЭЭС при коротких замыканиях в ее элементах, ориентированные на меняющиеся коммутационные состояния;

•  основные приемы и методы формальной декомпозиции ЭЭС, основанные на структурно-функциональном анализе обобщенных параметров схем и обобщенных параметров изменения схем, а также их новых модификаций. Формализованные методы деком­позиции предназначены для предотвращения «комбинаторных взрывов» при анализе и синтезе эксплуатационных схем сложных многоэлементных ЭЭС.

Под руководством доцента Г.К. Зарудского разрабатывались уточненные методики расчета потерь мощности и электроэнергии, а также методики расчета механических напряжений в проводах воздушных линий электропередачи.

В научно-исследовательской лаборатории, возглавляемой И.И. Карташевым, проводились работы в области обеспечения качества электроэнергии:

•   разработаны средства измерения для контроля и анализа качества электроэнергии (КЭ), прошедшие государственную аттестацию и вписанные в Государственный реестр средств измерения;

•  создана испытательная лаборатория по КЭ, аккредитованная Госстандартом РФ;

•  разрабатывались алгоритмы и программы как для средств измерения, так и для расчетных методов контроля и анализа КЭ;

•   проведено более 100 инструментальных обследований электрических сетей 0,4; 6; 10; 35; 110 и 220 кВ, по результатам кото­рых разработаны и реализуются комплексы мероприятий по повышению КЭ в данных сетях.

Под руководством доцента И.С. Пономаренко на кафедре интенсивно развивалось научное направление по автоматизации процессов эксплуатации распределительных электрических сетей. Коллективом лаборатории разработана автоматизированная система управления нового поколения для распределительных электрических сетей и систем электроснабжения промышленных предприятий, городов и объектов сельского хозяйства, решающая в едином комплексе задачи автоматизации диспетчерского управления, учета расхода электроэнергии, контроля ее качества, автоматизации технических служб, а также обучения и подготовки персонала.

Создана серия приборов нового поколения для анализа и контроля качества электроэнергии.