Построение многоуровневых инверторов для системы автономного питания ответственных электроприемников предприятий горной промышленности

В работе решаются вопросы создания системы автономного питания предприятий горной промышленности, удаленных от центральной электроэнергетической системы. Предлагаемая система должна содержать накопители электроэнергии большой ёмкости и многоуровневые инверторы, построенные на основе полупроводниковых ключей и многообмоточных силовых трансформаторов, работающих на частоте промышленной сети 50 Гц. Исследуется возможность получения близких к синусоидальной форме напряжений переменного тока при помощи амплитудной модуляции токов и магнитных потоков в разветвленных электрических и магнитных цепях без использования общепринятой для обычных инверторов широтно-импульсной модуляции, учитывая её негативное влияние. Минимизация коэффициентов гармоник выходных напряжений автономных инверторов решается в рамках оптимизационной задачи, в которой предусматривается равномерная загрузка секций обмоток трансформаторов и определяется оптимальная ширина каждой ступени кривой выходного напряжения. Оценка эффективности полученных инверторов производится как аналитически, на основе вычисления коэффициентов гармоник, так и путем проведения модельных экспериментов. Исследования показали достижимость современных требований норм качества электрической энергии, установленных для сетей 0,38 кВ при использовании предлагаемого трехфазного инвертора с амплитудной модуляцией магнитных потоков, и перспективность его применения в качестве источника питания удаленных объектов промышленной инфраструктуры горных выработок, шахт и рудников.

Мятеж С. В., Лисицын П. С. Построение многоуровневых инверторов для системы автономного питания ответственных электроприемников предприятий горной промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 10-1. — С. 110—126. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_101_0_110.

Мятеж Сергей Владимирович — канд. техн. наук, доцент кафедры «Электротехнических комплексов» Новосибирского государственного технического университета (НГТУ-НЭТИ),
Лисицын Павел Сергеевич — ассистент кафедры «Электротехнических комплексов» Новосибирского государственного технического университета (НГТУ-НЭТИ), магистр.
Конфликт интересов авторов отсутствует.

1. Быстрицкий Г. Ф. Установки автономного и резервного электроснабжения // Промышленная энергетика. 2008, № 2. — С.13−23.

2. Абрамович Б. Н. Система бесперебойного электроснабжения предприятий горной промышленности // Записки Горного института. 2018. Т. 229. — С. 31−40.

3. Казанов М. С. Разработка алгоритма оптимизации параметров и комплексной оценки эффекта внедрения локальных источников питания в системах электроснабжения потребителей с распределенной генерацией: автореферат дис. канд. техн. наук: 05.09.03 // Москва, 2017. 20 с.

4. Колесников С. В., Леонов А. П. Надежность изоляции статорных обмоток частотноуправляемых электродвигателей // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2022, №1. т. 18. — С. 33−62. DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18−1-33−62.

5. Дудкин А. Н., Леонов А. П., Супуева А. С. Влияние дефектов в межвитковой изоляции на ее стойкость к эксплуатационным нагрузкам, характерным для энергоэффективных способов управления электротехническим оборудованием. Томск: Известия ТПУ, 2015. Т. 326, № 11. — C. 83−89.

6. Colak I., Kabalci E., Bayindir R. Review of multilevel voltage source inverter topologies and control schemes / Energy Conversion and Management. — 2011.–Vol. 52. — P.1114−1128.

7. Singh B., Mittal N., Verma K. S. Multi-level inverter: a literature survey on topologies and control strategies // International Journal of Reviews in Computing. — 2012, Vol. 10. — P. 1−16.

8. Panagis P., Stergiopoulos F., Marabeas P. Comparison of State of the Art Multilevel Inverters / Power Electronics Specialists Conference, 2008. PESC 2008. IEEE Conference Publications. — P. 4296−4301.

9. Евдокимов С. А., Щуров Н. И. Структурный синтез многофазных вентильных преобразователей: монография. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. — 423 с.

10. Ивакин В. Н., Ковалев В. Д., Магницкий А. А. Нормирование энергоэффективности распределительных трансформаторов // Энергия единой сети. — 2017. — №5 (34). С. 20 — 31.

11. Белецкий А. Ф. Теория линейных электрических цепей. — СПб.: Изд-во «Лань», 2008. — 544 с.

12. Виноградов А. Б, Коротков А. А. Алгоритмы управления высоковольтным многоуровневым преобразователем частоты: монография. — Иваново: Изд-во Ивановский государственный энергетический университет, 2018. — 184 с.

13. Коверникова Л. И., Серков А. В., Шамонов Р. Г. Об управлении качеством электрической энергии в России в прошлом, настоящем и будущем // Региональная энергетика: безопасность и эффективность. 2018. №1. — С. 75−85.

14. Зирка С. Е., Мороз Ю. И., Мороз Е. Ю., Тарчуткин А. Л. Топологические модели трансформатора // Электричество, 2012. № 10. — С. 33−42.

15. Абрамович Б. Н., Сычев Ю. А. Методы и средства обеспечения энергетической безопасности промышленных предприятий с непрерывным технологическим циклом // Промышленная энергетика, 2016. № 9. — С. 18−22.

16. Боярская Н. П., Довгун В. П., Егоров Д. Э. Синтез фильтрокомпенсирующих устройств для систем электроснабжения: монография. — Красноярск: СФУ, 2014. — 192 с.

17. Лютаревич А. Г., Лейнерт В. В., Соколов Д. С. Анализ методов контроля качества электроэнергии // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2019. — № 12−1. — С. 126−130.

18. Rahmani-Andebili M. Problems: Sinusoidal Steady-State Analysis. In: AC Electrical Circuit Analysis . Springer, Cham. 2021. — P. 1– 36. https://doi.org/10.1007/978−3030−60986−3_1.

19. Batunlu C., Albarbar A., Strategy for enhancing reliability and lifetime of DC-AC inverters used for wind turbines / Microelectronics Reliability — 2018. ID 6945509. — P. 13.

20. Avinash Aithal, Gen Li, Jianzhong Wu, James Yu, Performance of an electrical distribution network with Soft Open Point during a grid side AC fault / Applied Energy. — 2018. ID 8953447. — P. 11.