Анализ эффективности работы универсальных регуляторов качества электрической энергии на основе активных преобразователей в промышленных системах электроснабжения с нелинейной нагрузкой

Обоснована актуальность проблемы повышения качества электроэнергии в промышленных системах электроснабжения с нелинейной нагрузкой для обеспечения энергетической эффективности производственных процессов. Показана необходимость наличия многофункциональных фильтрокомпенсирующих устройств с активными преобразователями в комбинированных системах электроснабжения, характеризующихся вариацией показателей качества электрической энергии, при изменении параметров питающей сети и подключенной нагрузки. Выявлены основные конфигурации универсальных регуляторов качества электрической энергии, которые также относятся к классу многофункциональных фильтрокомпенсирующих устройств с несколькими активными преобразователями. Показана перспективность применения универсальных регуляторов качества электрической энергии с распределенной конфигурацией в системах комбинированного электроснабжения с точки зрения эффективности управления. Обоснована необходимость анализа взаимного влияния активных преобразователей в составе универсального регулятора с распределенной структурой при повышении качества электрической энергии при различных путях формирования несинусоидальных режимов. Разработана математическая и имитационная модели универсального регулятора качества электрической энергии с распределенной структурой в системе электроснабжения с нелинейной и линейной нагрузками. Проведен комплексный анализ результатов моделирования в части оценки эффективности повышения качества электрической энергии по заданному набору показателей универсальным регулятором при различной последовательности включения активных преобразователей и условиях формирования несинусоидальных режимов со стороны источника и нагрузки. Дана оценка влияния универсального регулятора качества электрической энергии с распределенной структурой на составляющие коэффициента мощности при сложных несинусоидальных режимах.

Сычев Ю. А., Аладьин М. Е. Анализ эффективности работы универсальных регуляторов качества электрической энергии на основе активных преобразователей в промышленных системах электроснабжения с нелинейной нагрузкой // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 11. – С. 159–181. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2023_11_0_159.

Сычев Юрий Анатольевич¹ — д-р техн. наук, доцент, e-mail: ya_sychev@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-0119-505X,
Аладьин Максим Евгеньевич¹ — аспирант, e-mail: m.aladyin@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-0706-1266,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Аладьин М.Е., e-mail: m.aladyin@gmail.com.

1. Lyakhomskii A. V., Petrochenkov A. B., Petukhov S. V., Perfileva E. N. Consulting on energy management systems in mining industry // Eurasian Mining. 2022, vol. 38, no. 2, pp. 30—33. DOI: 10.17580/em.2022.02.07.

2. Ляхомский А. В., Перфильева Е. Н., Кутепов А. Г. Анализ деятельности организаций угольной отрасли по обеспечению повышения энергоэффективности // Уголь. — 2021. — № 4 (1141). — С. 32—36.

3. Абрамов Б. И., Державин Д. А., Чуриков А. М., Новоселов Ю. Б., Суслов М. А., Шевырев Ю. В. Инструментальные исследования качества электроэнергии на нефтепромыслах в условиях широкого применения частотно-регулируемых приводов // Нефтяное хозяйство. — 2016. — № 1. — С. 90—92.

4. Устинов Д. А., Айсар А. Р. Разработка нового рабочего алгоритма для повышения эффективности удаленной защиты в сетях распределенной генерации // Безопасность труда в промышленности. 2023. — № 5. — С. 20—27. DOI: 10.24000/0409-2961-2023-5-20-27.

5. Zhukovskiy Y. L., Batueva D. E., Buldysko A. D., Gil B., Starshaia V. V. Fossil energy in the framework of sustainable development: analysis of prospects and development of forecast scenarios // Energies. 2021, vol. 14, no. 17, article 5268. DOI: 10.3390/en14175268.

6. Ершов М. С., Феоктистов Е. А. Влияние режима неустойчивого вращения долота на энергоэффективность электропривода ротора буровой установки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 1. — С. 148—161. DOI: 10.25018/0236_1 493_2022_1_0_148.

7. Dovgun V., Temerbaev S., Chernyshov M., Novikov V., Boyarskaya N., Gracheva E. Distributed power quality conditioning system for three-phase four-wire low voltage networks // Energies. 2020, vol. 13, no. 18, article 4915. DOI: 10.3390/en13184915.

8. Sosnina E., Bedretdinov R., Kryukov E. The effect of the thyristor energy router on harmonics // International Journal of Power Electronics and Drive Systems. 2023, vol. 14, no. 1, pp. 222—232. DOI: 10.11591/ijpeds.v14.i1.pp222-232.

9. Герман-Галкин С. Г. Анализ и расчет параллельного активного фильтра // Электротехника. — 2018. — № 1. — С. 55—61. DOI: 10.3103/S1068371218010042.

10. Perez Valles A., Salmeron Revuelta P. New distributed measurement index for the identification of harmonic distortion and/or unbalance sources based on the IEEE Std. 1459 framework // Electric Power Systems Research. 2019, vol. 172, pp. 96—104.

11. Жуковский Ю. Л., Королев Н. А., Малькова Я. М. Мониторинг состояния измельчения в барабанных мельницах по результирующему моменту на валу // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 686—700. DOI: 10.31897/PMI.2022.91.

12. Шевырева Н. Ю. Влияние активного выпрямителя напряжения с релейным контуром тока на искажение формы напряжения сети // Горный журнал. — 2022. — № 12. — С. 49—54. DOI: 10.17580/gzh.2022.12.09.

13. Шевырев Ю. В. Улучшение качества электроэнергии при работе полупроводникового преобразователя частоты // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 171—178. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-171-178.

14. Petrochenkov A., Romodin A., Leyzgold D., Kokorev A., Lyakhomskii A., Perfil’eva E., Gagarin Y., Shapranov R., Brusnitcin P., Ilyushin P. Investigation of the influence of gas turbine power stations on the quality of electric energy in the associated petroleum gas utilization // Sustainability. 2022, vol. 14, no. 1, article 299. DOI: 10.3390/su14010299.

15. Шевырев Ю. В., Шевырева Н. Ю. Улучшение формы напряжения в системах электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса с активным выпрямителем // Горный журнал. — 2019. — № 1. — С. 66—69. DOI: 10.17580/gzh.2019.01.14.

16. Litran S. P., Salmeron P. Electromagnetic compatibility analysis of a control strategy for a hybrid active filter // Electric Power Systems Research. 2017, vol. 144, pp. 81—88. DOI: 10.1016/j.epsr.2016.11.014.

17. Lyakhomskii A., Petrochenkov A., Romodin A., Perfil’eva E., Mishurinskikh S., Kokorev A., Kokorev A., Zuev S. Assessment of the harmonics influence on the power consumption of an electric submersible pump installation // Energies. 2022, vol. 15, no. 7, article 2409. DOI: 10.3390/en15072409.

18. Ляхомский А. В., Плащанский Л. А. Обоснование метода определения расчетных электрических нагрузок алмазодобывающих предприятий, разрабатывающих месторождения в криолитозоне // Горный журнал. — 2019. — № 8. — С. 77—80. DOI: 10.17580/ gzh.2019.08.15.

23. Карасев М. А., Петрушин В. В., Рысин А. И. Применение метода конечно-дискретных элементов для описания механики поведения соляных пород на макроструктурном уровне // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 4. — С. 48—66. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_4_0_48.

24. Антонов Б. М., Баранов Н. Н., Крюков К. В., Розанов Ю. К. Гибридная система децентрализованного электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии разных видов // Электричество. — 2018. — № 1. — С. 8—13. DOI: 10.1080/14786451.2011.590898.

Литературу с п. 19 по п. 22 и с п. 25 по п. 29 смотри в REFERENCES.

30. Устинов Д. А., Айсар А. Р. Анализ влияния объектов распределенной генерации на системы защиты и режим напряжения: обзор // Безопасность труда в промышленности. — 2023. — № 2. — С. 15—20. DOI: 10.24000/0409-2961-2023-2-15-20.

Литературу с п. 31 по п. 54 смотри в REFERENCES.

55. Щуров Н. И., Мятеж С. В., Малоземов Б. В. Анализ и расчет неактивной мощности в сети питания электропотребителей рудничного транспорта // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 270—283. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_270.

56. Щуров Н. И., Мятеж С. В., Малоземов Б. В., Штанг А. А. Определение реактивной мощности в сети тяговых подстанций шахтных электровозов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 284—300. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_284.

57. Sandhya P., Ramrao N. Modeling of hybrid active power filter using artificial intelligence controller: Hardware and software prospective // International Journal of Power Electronics and Drive Systems. 2021, vol. 12, no. 4, pp. 2545—2556. DOI: 10.11591/ijpeds.v12.i4.pp2545-2556.

58. Малафеев С. И., Микрюков В. И., Малафеева А. А. Высоковольтная карьерная перегонная станция: анализ электробезопасности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 3. — С. 143—153. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_143.

59. Ляхомский А. В., Фащиленко В. Н. Исследование энергоэффективного управляемого электромеханического резонанса для процессов резания и разрушения горного массива // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 10. — С. 223—234. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-10-0-223-234.

60. Shestakov A. K., Petrov P. A., Nikolaev M. Y. Automatic system for detecting visible emissions in a potroom of aluminum plant based on technical vision and a neural network // Metallurgist. 2023, vol. 66, no. 10, pp. 105—112. DOI: 10.1007/s11015-023-01445

61. Воронин В. А., Непша Ф. С. Выбор оптимальной конфигурации конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения выемочных участков // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12. — С. 94—108. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_12_0_94.

62. Порсев Е. Г., Кравченко Д. П. Применение электроосмоса в геологоразведке и на нефтепромыслах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 229—240. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_229.

63. Pupin V., Safonov D., Fedorov O. Modeling and research of operating modes of oil and gas pumping stations to determine the requirements for automation devices / Proceedings of 2020 International Ural Conference on Electrical Power Engineering, UralCon 2020. 2020, pp. 372—376. DOI: 10.1109/UralCon49858.2020.9216310.