Анализ несинусоидальных режимов в системах электроснабжения горных предприятий с нелинейной нагрузкой и конденсаторными установками

На основе математического, имитационного и физического моделирования исследованы несинусоидальные режимы типовых систем электроснабжения обогатительных фабрик и хвостовых хозяйств с нелинейной нагрузкой при суточном изменении мощности нелинейной и линейной нагрузки, с учетом наличия конденсаторной батареи компенсации реактивной мощности линейной нагрузки. Установлены основные закономерности возникновения, растекания и изменения по величине высших гармоник тока в типовых схемах электроснабжения обогатительных фабрик и хвостовых хозяйств с трансформаторами различной мощности, напряжения и конструкции. По результатам исследований сформулированы требования по повышению точности, допустимым ограничениям и допущениям при моделировании резонансных процессов при несинусоидальных режимах с целью обоснованного выбора технических средств и решений по повышению качества электроэнергии в части снижения уровня высших гармоник тока и напряжения. На основе выявленных закономерностей даны рекомендации по снижению негативного влияния высших гармоник тока, генерируемых нелинейной нагрузкой, на элементы систем электроснабжения, в частности на конденсаторные батареи, и качество напряжения на линейной нагрузке. По результатам исследований разработан обобщенный алгоритм анализа и моделирования несинусоидальных режимов для обоснованного выбора технического средства или решения по повышению качества электроэнергии.

Ключевые слова: несинусоидальность, конденсаторные установки, активные полупроводниковые преобразователи, реактивная мощность, высшие гармоники, гармонические искажения, качество электроэнергии, нелинейная нагрузка, электромагнитная совместимость.
Как процитировать:

Сычев Ю. А., Костин В. Н., Сериков В. А., Аладьин М. Е. Анализ несинусоидальных режимов в системах электроснабжения горных предприятий с нелинейной нагрузкой и конденсаторными установками // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 1. – С. 159–179. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_159.

Благодарности:
Номер: 1
Год: 2023
Номера страниц: 159-179
ISBN: 0236-1493
UDK: 621.311
DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_159
Дата поступления: 21.09.2022
Дата получения рецензии: 14.12.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.12.2022
Информация об авторах:

Сычев Юрий Анатольевич1 — д-р техн. наук, доцент, e-mail: ya_sychev@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-0119-505X,
Костин Владимир Николаевич1 — канд. техн. наук, доцент, e-mail: kostin_vn@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-2124-8438,
Сериков Владимир Александрович1 — аспирант, e-mail: serikov.va@bk.ru, ORCID ID: 0000-0002-2863-000X,
Аладьин Максим Евгеньевич1 — аспирант, e-mail: m.aladyin@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-0706-1266,
1 Санкт-Петербургский горный университет.

 

Контактное лицо:

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

Список литературы:

1. Абрамович Б. Н. Система бесперебойного электроснабжения предприятий горной промышленности // Записки Горного института. — 2018. — Т. 229. — С. 31—40. DOI: 10.25515/РМ1.2018.1.31.

2. Абрамович Б. Н., Богданов И. А. Повышение эффективности автономных электротехнических комплексов нефтегазовых предприятий // Записки Горного института. — 2021. — Т. 249. — С. 408—416. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.10.

3. 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.

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

5. Герман-Галкин С. Г., Звежевич З. Ч., Поляков Н. А. Аналитическое и модельное исследование активного полупроводникового преобразователя в системах электропривода // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. — 2014. — № 3(91). — С. 131—139.

6. Егоров Д. Э., Довгун В. П. Оптимизация компенсационных характеристик гибридных силовых фильтров // Технологии электромагнитной совместимости. — 2016. — № 3(58). — С. 18—26.

7. Ляхомский А. В., Плащанский Л. А., Решетняк С. Н., Решетняк М. Ю. Разработка высоковольтного устройства автоматизированного мониторинга качества электрической энергии в подземных сетях угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 7. — С. 207—213. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-07-0-207-213.

8. Клюев Р. В., Босиков И. И., Гаврина О. А. Повышение эффективности релейной защиты на горно-обогатительном комбинате // Записки Горного института. — 2021. — Т. 248. — С. 300—311. DOI: 10.31897/PMI.2021.2.14.

9. Ustinov D. A., Khomiakov K. A. Determination of dynamic characteristics for predicting electrical load curves of mining enterprises // Electricity. 2022, vol. 3, pp. 162—181. DOI: 10.3390/electricity3020010.

10. Козярук А. Е., Камышьян А. М. Повышение энергетической эффективности электромеханической трансмиссии карьерного автосамосвала // Записки Горного института. — 2019. — Т. 239. — С. 576—582. DOI: 10.31897/РМ1.2019.5.576.

11. Довгун В. П., Сташков И. А., Николаев И. Ф., Синяговский А. Ф. Многофункциональные фильтрокомпенсирующие устройства для систем тягового электроснабжения переменного тока // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. — 2016. — № 3. — С. 55—60. DOI: 10.17213/0136-3360-2016-3-55-60.

12. Ненахов А. И., Гамазин С. И. Совмещение функций компенсации реактивной мощности, симметрирования и активной фильтрации токов при построении алгоритма управления устройством СТАТКОМ // Электричество. — 2016. — № 8. — С. 46—52.

13. Розанов Ю. К., Лепанов М. Г., Киселев М. Г. Многофункциональный регулятор качества электроэнергии на основе силового электронного преобразователя // Электротехника. — 2014. — № 8. — С. 51—59.

14. 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.

15. Senchilo N. D., Ustinov D. A. Method for determining the optimal capacity of energy storage systems with a long-term forecast of power consumption // Energies. 2021, vol. 14, article 7098. DOI: 10.3390/en14217098.

16. Zhukovskiy Yu. L., Vasilev B. Y., Korolev N. A., Malkova Y. M. Analysis of the behavior of asynchronous electric drive with a closed scalar control system when changing the inductance of the magnetizing circuit // Indonesian Journal of Science and Technology. 2023, vol. 8, no. 1, pp. 65—78.

17. 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.

18. 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.

19. Шестаков А. К., Петров П. А., Николаев М. Ю. Автоматическая система обнаружения видимых выбросов в электролизном цехе алюминиевого завода на основе технического зрения и нейронной сети // Металлург. — 2022. — № 10. — С. 105—112. DOI: 10.52351/00260827_2022_10_105.

20. Baburin S. V., Turysheva A. V., Kovalchuk M. S. Algorithm for the choice of power supply system rational structure of gas pumping stations // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1753, pp. 1—7. DOI: 10.1088/1742-6596/1753/1/012009.

21. Dayi Li, Tingkang Wang, Wenhao Pan, Xinzhi Ding, Jie Gong A comprehensive review of improving power quality using active power filters // Electric Power Systems Research. 2021, vol. 199, article 107389. DOI: 10.1016/j.epsr.2021.107389.

22. Garipov B. I., Ustinov D. A. Simulation of combined power system with storage device / Scientific and Practical Studies of Raw Material Issues. 2019, pp. 1—7. DOI: 10.1201/ 9781003017226-34.

23. Расулев А. Х., Петросова Л. И., Расулева М. О. Обеспечение безопасной работы газотранспортной системы с использованием адаптивного управления // Безопасность труда в промышленности. — 2020. — № 3. — С. 55—60. DOI: 10.24000/0409-2961-2020-3-55-60.

24. 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.

25. 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_ 1493_2022_1_0_148.

26. Iakovleva E. V., Belova M. V., Soares A., Rassolkin A. On the issues of spatial modeling of non-standard profiles by the example of electromagnetic emission measurement data // Sustainability. 2022, vol. 14, no. 1, pp. 1—23. https://www.mdpi.com/2071-1050/14/1/574.

27. Kavithaa G., Balakrishnan P., Yuvaraj S. A. A prognostic energy optimization technique with unified power quality conditioner for energy stabilization in grid system // Computers & Electrical Engineering. 2021, vol. 94, article 107360. DOI: 10.1016/j.compeleceng.2021. 107360.

28. Korolev N., Kozyaruk A., Morenov V. Efficiency increase of energy systems in oil and gas industry by evaluation of electric drive lifecycle // Energies. 2021, vol. 14, article 6074. DOI: 10.3390/en14196074.

29. Lavrik A. Y., Zhukovskiy Y. L. Optimizing the size of autonomous hybrid microgrids with regard to load shifting // Energies. 2021, no. 14, vol. 16, article 5059. DOI: 10.3390/ en14165059.

30. Schneider Electric: «Cahiers Techniques» publications nos. 152, 159, 160, 183. http:// www.schneider-electric.com.

31. 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.

32. Ustinov D. A., Baburin S. V. Influence by technological process onto mineral resources sector enterprise power supplies reliability parameters // International Journal of Applied Engineering Research. 2016, vol. 11, no. 7, pp. 5267—5270.

33. 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, article 4915. DOI: 10.3390/en13184915.

34. Лях Д. Д., Худякова И. Н., Иванов С. Л. Обоснование параметров модуля формования торфяного сырья и энергомассовых характеристик комплекса оборудования по добыче и переработке торфа // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6. — С. 93—108. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_6_0_93.

35. Abramovich B. N., Ustinov D. A., Abdallah W. J. Modified proportional integral controller for single ended primary inductance converter // International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS). 2022, vol. 13, no. 2, pp. 1007—1025. DOI: 11591/ijpeds.v13.i2.

36. Сычев Ю. А., Зимин Р. Ю. Повышение качества электроэнергии в системах электроснабжения минерально-сырьевого комплекса гибридными фильтрокомпенсирующими устройствами // Записки Горного института. — 2021. — Т. 247. — С. 132—140. DOI: 10.31897/PMI.2021.1.14.

37. Жданкин Е. В., Устинов Д. А. Имитационное моделирование активной накопительной системы // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». — 2018. — Т. 18. — № 4. — С. 52—58. DOI: 10.14529/power180406.

38. Zhukovskiy Y., Koteleva N. Diagnostics and evaluation of the residual life of an induction motor according to energy parameters // Journal of Physics: Conference Series. 2018, vol. 1050, no. 1, article 012106. DOI: 10.1088/1742-6596/1050/1/012106.

39. 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.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.