Многофункциональные фильтрокомпенсирующие устройства в комбинированных системах электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса

Обоснована актуальность проблемы повышения качества электрической энергии в комбинированных системах электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса на основе параллельной работы централизованных и автономных источников. Выявлены основные причины снижения качества электроэнергии со стороны источников, распределительной сети и потребителей. Показаны негативные последствия при электроснабжении потребителей электроэнергией ненадлежащего уровня качества. Показана целесообразность применения фильтрокомпенсирующих устройств с многофункциональными активными преобразователями для повышения качества электрической энергии. Проведен анализ актуальных научно-технических разработок в области структурного и параметрического синтеза фильтрокомпенсирующих устройств с активными преобразователями. Приведены их ключевые преимущества по сравнению с традиционно применяемыми техническими средствами в системах электроснабжения при вариации параметров энергообеспечения и энергопотребления. Обоснована необходимость развития теории и практики применения электротехнических комплексов с несколькими активными преобразователями в своем составе на примере универсальных компенсаторов повышения качества электроэнергии. Приведено описание, структуры и схемы включения в компенсируемую систему электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса универсальных компенсаторов качества электроэнергии с несколькими активными преобразователями. Разработаны математические модели универсальных компенсаторов в зависимости от их структуры и места размещения.

Ключевые слова: фильтрокомпенсирующие устройства, активные фильтрокомпенсирующие устройства, активные полупроводниковые преобразователи, универсальные компенсаторы, реактивная мощность, высшие гармоники, гармонические искажения, качество электроэнергии, нелинейная нагрузка, электромагнитная совместимость.

Как процитировать:

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.

Благодарности:

Данное исследование проведено в рамках гранта МД-1536.2022.4 «Создание систем комбинированного электроснабжения для особо ответственных технологических и стратегических объектов».

Информация об авторах:

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,
Зимин Роман Юрьевич¹ — канд. техн. наук, ассистент, e-mail: roman.zimin@ro.ru, ORCID ID: 0000-0002-0498-8904,
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. Jian Han, Xing Li, Yao Sun, Shaonan Gong, Shoudao Huang Quadruple-active-bridge based unified power quality conditioner-L with fault current limiting capability // Electric Power Systems Research. 2022, vol. 206, article 107780. DOI: 10.1016/j.epsr.2022.107780.

8. 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.

9. Subrahmanyam K. B. V. S. R., Gopal B. PV system integration with multilevel UPQC for power quality improvement in distribution system / Materials Today: Proceedings. 2020. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.487.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

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

15. Шевырев Ю. В. Улучшение качества электроэнергии при работе полупроводникового преобразователя частоты // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 171—178.

16. 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.

17. 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, no. 1, article 012009. DOI: 10.1088/1742-6596/1753/1/012009.

18. Бельский А. А., Моренов В. А., Купавых К. С., Сандыга М. С. Электроснабжение станции нагрева нефти в скважине от ветроэлектрической установки // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. — 2019. — Т. 62. — № 2. — С. 146–154. DOI: 10.21122/1029-7448-2019-62-2-146-154.

19. 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.

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

21. Gulkov Y. V., Ustinov D. A. Electric power quality distortions influencing oil processing plant parameters and characteristics // International Journal of Applied Engineering Research. 2017, vol. 12, no. 9, pp. 2027–2030.

22. Gulkov Y. V., Turysheva A. V., Vinogradova I. V. Producing steels with special properties using a jet heat treatment system // Key Engineering Materials. 2020, vol. 854. pp. 30—36. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.854.30

23. 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. DOI: 10.3390/su14010574. https://www.mdpi.com/20711050/14/1/574.

24. Pelz G. M., da Silva S. A. O., Sampaio L. P. Distributed generation integrating a photovoltaic-based system with a singleto three-phase UPQC applied to rural or remote areas supplied by single-phase electrical power // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020, vol. 117, article 105673. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.105673.

25. Pelz G. M., da Silva S. A. O., Sampaio L. P. Comparative analysis involving PI and statefeedback multi-resonant controllers applied to the grid voltage disturbances rejection of a unified power quality conditioner // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2020, vol. 115, article 105481. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.105481.

26. 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.

27. 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, no. 19, article 6074. DOI: 10.3390/en14196074.

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

29. 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.

30. Fagundes S. M., Cardoso F. L., Stangler E. V., Neves F. A. S., Mezaroba M. A detailed power flow analysis of the dual unified power quality conditioner (iUPQC) using power angle control (PAC) // Electric Power Systems Research. 2021, vol. 192, article 106933. DOI: 10.1016/j.epsr.2020.106933.

31. Litran S. P., Salmeron P. Design criteria of a control strategy for hybrid power filters based on current and voltage detection // International Transactions on Electrical Energy Systems. 2015, vol. 25, no. 3, pp. 419—432. DOI: 10.1002/etep.1850.

32. Tao Jin, Yueling Chen, Jintao Guo, Mengqi Wang, Mohamed M. A. An effective compensation control strategy for power quality enhancement of unified power quality conditioner // Energy Reports. 2020, vol. 6, pp. 2167—2179. DOI: 10.1016/j.egyr.2020.07.027.

33. 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.

34. 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.

35. Bacon V. D., da Silva S. A. O., Guerrero J. M. Multifunctional UPQC operating as an interface converter between hybrid AC-DC microgrids and utility grids // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2022, vol. 136, article 107638. DOI: 10.1016/j. ijepes.2021.107638.

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 Южно-Уральского государственного университета. 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.