Анализ и расчет неактивной мощности в сети питания электропотребителей рудничного транспорта

Повышение качества электроэнергии рудничных электровозов, питание которых осуществляется через выпрямители тяговых подстанций, является важной прикладной проблемой. В статье разработана уточненная математическая модель оценки потерь неактивной энергии рудничной энергетики. Анализ материалов трудов основоположников современной теории неактивной мощности и приведенные проверочные численные расчеты подтвердили справедливость теории Fryze и Budeanu и позволили установить качественные и количественные различия между реактивной мощностью и мощностью искажений. Отмечено, что с развитием полупроводниковых преобразователей электрической энергии, переменного тока, применяемых в энергетических установках горного оборудования, прежде всего выпрямителей и инверторов, требуются уточнения в определениях компонент неактивных мощностей. Показано, что величина мощности искажения может быть не только косвенно определена через баланс активной, реактивной и полной мощности, но и вычислена непосредственно при помощи расчетных выражений, которые характеризуют диспропорции между амплитудами и фазовыми сдвигами соответствующих гармоник напряжений и токов в случае их отклонения от синусоидальной формы. На числовых примерах показаны причины, по которым мощность искажения может отсутствовать при явном искажении формы кривой тока относительно формы кривой напряжения и возникать при отсутствии искажений, когда форма кривой тока формально подобна форме кривой напряжения.

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.

Щуров Николай Иванович¹ — профессор, докт. техн. наук, заведующий кафедрой, e-mail: shhurov@corp.nstu.ru;
Мятеж Сергей Владимирович¹ — доцент, канд. техн. наук, e-mail: serg_y_7578@mail.ru;
Малоземов Борис Витальевич¹— доцент, канд. техн. наук, e-mail: mbv5@mail.ru;
¹ Новосибирский государственный технический университет.

Малоземов Борис Витальевич, e-mail: mbv5@mail.ru Конфликт интересов авторов отсутствует.

1. Абрамович Б. Н. Система бесперебойного электроснабжения предприятий горной промышленности // Записки Горного института. — 2018. — Т. 229. — С. 31–40. DOI: 10.25515/PMI.2018.1.31.

2. Жемеров Г. Г., Тугай Д. В. Переход от реактивной мощности к мощности потерь в трехфазных системах электроснабжения // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». 2017, № 27, c. 182−186.

3. Xiao Y., Wang Y., Sun Y. Reactive Power Optimal Control of a Wind Farm for Minimizing Collector System Losses // Energies. 2018, vol. 11,3177. DOI: 10.3390/en11113177.

4. Lin S., He S., Zhang H., Liu M., Tang Z., Jiang H., Song Y. Robust. Optimal Allocation of Decentralized Reactive Power Compensation in Three-Phase Four-Wire Low-Voltage Distribution Networks Considering the Uncertainty of Photovoltaic Generation // Energies. 2019, vol. 12,2479. — DOI: 10.3390/en12132479.

5. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. — М.: Энергоатомиздат,2010. — 375 с.

6. Abramov E. Y., Dedov S. I. Laboratory facility development for studying the heavy charge and discharge modes effect on the degradation of lithium-ion batteries // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 2032, no 1,012092. DOI: 10.1088/1742−6596/2032/1/012092.

7. Dogga R., Pathak M. K. Recent trends in solar PV inverter topologies // Sol. Energy. 2019, vol. 183, pp. 57–73. — DOI: 10.1016/j.solener.2019.02.065.

8. Chai Y., Guo L., Wang C., Liu Y., Zhao Z. Hierarchical Distributed Voltage Optimization Method for HV and MV Distribution Networks // IEEE Trans. Smart Grid. 2019. DOI: 10.1109/TSG.2019.2928701.

9. Barrero-González F., Pires V. F., Sousa J. L., Martins J. F., Milanés-Montero M. I., González-Romera E., Romero-Cadaval E. Photovoltaic Power Converter Management in Unbalanced Low Voltage Networks with Ancillary Services Support // Energies. 2019, vol. 12, p. 972. — DOI: 10.3390/en12060972.

10. Галанина Т. В., Баумгартэн М. И., Королева Т. Г. Эколого-экономическое моделирование техногенного воздействия горнодобывающего региона на окружающую среду и человека // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 4. — С. 88–97. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-04−0-88−97.

11. Shchurov N. I., Dedov S. I., Malozyomov B. V., Shtang A. A., Martyushev N. V., Klyuev R. V., Andriashin S. N. Degradation of Lithium-Ion Batteries in an Electric Transport Complex // Energies. 2021, vol. 14,8072. https://doi.org/10.3390/ en14238072.

12. Sarkar M. N. I., Meegahapola L. G., Datta M. Reactive Power Management in Renewable Rich Power Grids // A Review of Grid-Codes, Renewable Generators, Support Devices, Control Strategies and Optimization Algorithms. IEEE Access. 2018, vol. 6, pp. 41458–41489. — DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2838563.

13. Benysek G. Pasko M. Power Theories for Improved Power Quality. Springer-Verlag, London,2012,214 p.

14. Журавлев А. Г. Вопросы оптимизации параметров транспортных систем карьеров // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3−1. — С. 583–601. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31−0-583−601.

15. Жемеров Г. Г. Тугай Д. В. Зависимость дополнительных потерь в трехфазных системах электроснабжения от реактивной мощности и пульсаций мгновенной активной мощности // Технічна електродинаміка. 2015, no. 4, pp. 66–70.

16. Gandhi O., Rodríguez-Gallegos C. D., Gorla N. B. Y., Bieri M., Reindl T., Srinivasan D. Reactive Power Cost from PV Inverters Considering Inverter Lifetime Assessment // IEEE Trans. Sustain. Energy. 2019, vol. 10, pp. 738–747. DOI: 10.1109/TSTE.2018.2846544.

17. Сычев Ю. А., Аладьин М. Е., Зимин Р. Ю. Многофункциональные фильтрокомпенсирующие устройства в комбинированных системах электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 7. — С. 164–179. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_7_0_164.

18. Akagi H., Kanazawa Y., Nabae A. Instantaneous reactive power compensator’s comprising switching device without energy storage components // IEEE Trans. Ind. Applications. 1984, vol. IA-20, pp. 625–630.

19. Shchurov N. I., Myatezh S. V., Malozyomov B. V., Shtang A. A., Martyushev N. V., Klyuev R. V., Dedov S. I. Determination of Inactive Powers in a Single-Phase AC Network // Energies. 2021, vol. 14,4814. DOI:10.3390/en14164814.

20. Абрамов Б. И., Иванов А. Г., Шиленков В. А., Кузьмин И. К., Шевырев Ю. В. Электропривод современных шахтных подъемных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5—2. — С. 145—162. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2022_52_0_145.

21. Myatezh S. V., Novolodskiy M. V, Kitova E. T. Definition of distortion power in AC network and analysis of its reasons // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019, vol. 560, art.012113 (7 p.).

22. Hamrouni N., Younsi S., Jraidi M. A Flexible Active and Reactive Power Control Strategy of a LV Grid Connected PV System // Energy Procedia. 2019, vol. 162, pp. 325–338. — DOI: 10.1016/j.egypro.2019.04.034.