Синхронизация автономных систем электроснабжения при добыче твердых полезных ископаемых Арктического шельфа

В условиях освоения арктического шельфа ключевой проблемой является удаленность месторождений полезных ископаемых от существующих и действующих энергосистем. Это обуславливает потребность в полностью автономных энергетических системах с источниками электрической энергии, независимыми от регулярных и дорогостоящих поставок топлива. Для эффективной работы в суровых климатических условиях необходимо применение современных силовых электронных преобразователей. Высокоэффективные DC-Dc преобразователи позволяют максимизировать получение электрической энергии с фотоэлектрических станций, а инверторы напряжения, основанные на DC-AC преобразователях, обеспечивают требуемые параметры выходного тока. Для создания систем электроснабжения и обеспечения бесперебойного электроснабжения необходима интеграция и параллельная работа нескольких источников питания, таких как дизель-генераторы и источники на основе возобновляемой энергии. Такие установки и работа требует обеспечение полной и мгновенной синхронизации по частоте, напряжению и фазе. В данном исследовании анализ работы фотоэлектрических станций базировался на статистических данных по генерации, а для моделирования и оптимизации схем подключения преобразователей применялись классические методы расчета электрических цепей: метод контурных токов и узловых потенциалов, что позволило проанализировать режимы работы преобразователей и повысить эффективность работы всей энергосистемы.

Зимин Р. Ю., Сычев Ю. А. Синхронизация автономных систем электроснабжения при добыче твердых полезных ископаемых Арктического шельфа // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 5. – С. 110–123. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_5_0_110.

Зимин Роман Юрьевич¹ — канд. техн. наук, руководитель направления научно-образовательных программ, e-mail: zimin_ryu@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-0498-8904,
Сычев Юрий Анатольевич¹ — д-р техн. наук, доцент, профессор, ORCID ID: 0000-0003-0119-505X,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Зимин Р.Ю., e-mail: zimin_ryu@pers.spmi.ru.

1. Зимин Р. Ю., Сержан С. Л., Малеванный Д. В. Применение преобразователей на постоянном и переменном токе в автономных системах электроснабжения на основе ветрогенераторов в условиях арктического шельфа // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 6. — С. 69—87. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_ 6_0_69.

2. Рогов В. С., Фролов В. В., Никольская Н. С., Титов А. Л. Опыт добычи и промышленного использования железомарганцевых конкреций // Горный журнал. — 2012. — № 3. — С. 50—55.

3. Zhukovskiy Y. L. 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. 2022, vol. 8, no. 1, pp. 65—78.

4. Котелева Н. И., Вальнев В. В., Королев Н. А. Технология дополненной реальности как средство технического обслуживания оборудования металлургических производств // Цветные металлы. — 2023. — № 4. — С. 14—23. DOI: 10.17580/tsm.2023.04.02.

5. Koteleva N., Korolev N., Zhukovskiy Y., Baranov G. A soft sensor for measuring the wear of an induction motor bearing by the park’s vector components of current and voltage // Sensors. 2021, vol. 21, no. 23, article 7900. DOI: 10.3390/s21237900.

6. Лавренко С. А., Шорников В. В., Ботян Е. Ю., Пушкарев А. Е., Шмидт И. В. Взвешивание самосвалов как инструмент повышения эффективности эксплуатации погрузочно-доставочной техники // Горная промышленность. — 2025. — № 1S. — С. 81—85. DOI: 10.30686/1609-9192-2025-1S-81-85.

7. Жуковский Ю. Л., Сусликов П. К. Идентификация и классификация электрической нагрузки горных предприятий на основе методов декомпозиции сигналов // Записки Горного института. — 2025. — Т. 275. — С. 5—17. 

8. Seyed Milad Hosseinikavkani, Reza Sedaghati, Amir Ghaedi A novel topology of nonisolated DC-DC high step up converters for solar PV power plants // Journal of Integrated Circuits and Systems. 2022, vol. 17, no. 2, pp. 1—6. DOI: 10.29292/jics.v17i2.604. 

9. Anwar Al Omar, Pat Wheeler, Pericle Zanchetta, Claudio Burgos-Mellado A fixed frequency full-bridge three-level DC-DC LCL-type series resonant converter for large scale solar PV plants applications / European Conference on Power Electronics and Applications. 2021. DOI: 10.23919/EPE21ECCEEurope50061.2021.957070715.

10. Uthirasamy R., Kumar Chinnaiyan V., Vishnukumar S., Karthick A., Mohanavel V., Subramaniam U., Muhibbullah M. Design of boosted multilevel DC-DC converter for solar photovoltaic system // International Journal of Photoenergy. 2022, pp. 1—23. DOI: 10.1155/2022/1648474. 

11. Amrouayache M. Proposal of a sizing algorithm for an optimal design of DC/DC converters used in photovoltaic conversion // Indonesian Journal of Electrical Engineering and Informatics (IJEEI). 2022, vol. 10, no. 3, pp. 534—548. DOI: 10.52549/ijeei.v10i3.3890. 

12. Sikorski A., Falkowski P., Korzeniewski M. Comparison of two power converter topologies in wind turbine system // Energies. 2021, vol. 14, no. 20, pp. 1—16. DOI:10.3390/en14206574.

13. Taghavi M., Delkhosh H., Moghaddam M. P., Fini A. S. Combined PV-wind hosting capacity enhancement of a hybrid AC/DC distribution network using reactive control of convertors and demand flexibility // Sustainability. 2021, vol. 14, pp. 1—28. DOI: 10.3390/su14137558. 

14. Gang Du, Dongmei Zhao, Xin Liu, Zhiqiang Wu, Chao Li Decentralized robust dispatch for multi-area AC/DC system considering wind power uncertainty // IET Generation, Transmission & Distribution. 2021, pp. 2710—2720. DOI: 10.1049/gtd2.12209. 

15. Zhenshan Zhu, Dichen Liu, Qingfen Liao, Fei Tang, Jun Jason Zhang, Huaiguang Jiang Optimal power scheduling for a medium voltage AC/DC hybrid distribution network // Sustainability. 2018, vol. 10, pp. 1—22. DOI: 10.3390/su10020318. 

16. Kumar Abhishek Singh, Kalpana Chaudhary High gain boost converter with ripple free input current for solar power integration in DC microgrid / 2022 IEEE Sustainable Power and Energy Conference (iSPEC). 2022. DOI: 10.1109/iSPEC54162.2022.10032983.

17. Bilal Naji Alhasnawi, Basil H. Jasim, Amjad Anvari-Moghaddam, Frede Blaabjerg A new robust control strategy for parallel operated inverters in green energy applications // Energies. 2020, vol. 13, no. 13, pp. 1—31. DOI: 10.3390/en13133480.

18. Zimin R. Yu., Kuchin V. N. Improving the efficiency of oil and gas field development through the use of alternative energy sources in the Arctic / 2020 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). 2020, article 9271103. DOI: 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271103.

19. Ibrahim Alhamrouni, Mohamed Salem, Younes Zahraoui, Bazilah Ismail, Awang Jusoh, Tole Sutikno. Multi-input interleaved DC-DC converter for hybrid renewable energy applications // Bulletin of Electrical Engineering and Informatics. 2022, vol. 11, pp. 1765—1778. DOI: 10.11591/eei.v11i3.3779.

20. Sangwongwanich Ariya F., Blaabjerg F. Mitigation of interharmonics in PV systems with maximum power point tracking modification // IEEE Transactions on Power Electronics. 2019, vol. 34, no. 9, pp. 8279—8282. DOI: 10.1109/TPEL.2019.2902880.

21. Vasudevan R., Ramalakshmi S. Dynamic stability improvement of power system with VSC-HVDC transmission // International Journal of Engineering & Technology. 2018, vol. 7, pp. 500—503. DOI: 10.14419/ijet.v7i3.27.18003.

22. Kai Qu, Gangquan Si, Zeyu Yang, Yuehui Huang, Pai Li Correlation modeling of multiple wind farms based on piecewise cloud representation and regular vine copulas // Energy Reports. 2020, vol. 6, pp. 289—297. DOI: 10.1016/j.egyr.2020.11.239.

23. Moein Taghavi, Hamed Delkhosh, Mohsen Parsa Moghaddam, Alireza Sheikhi Fini Combined PV-wind hosting capacity enhancement of a hybrid AC/DC distribution network using reactive control of convertors and demand flexibility // Sustainability. 2021, vol. 14, pp. 1—28. 

24. Fabian Limberger, Georg Rümpker, Michael Lindenfeld, Hagen Deckert Development of a numerical modelling method to predict the seismic signals generated by wind farms // Scientific Reports. 2022, vol. 12, no. 1. DOI: 10.1038/s41598-022-19799-w.

25. Ilushin Yu., Martirosyan A. The development of the soderberg electrolyzer electromagnetic field’s state monitoring system // Scientific Reports. 2024, vol. 14, article 3501. DOI: 10.1038/s41598-024-52002-w.

26. Abramovich B. N., Sychev Y. A., Zimin R. The hybrid correction system, based on active and passive filters for harmonic compensation in networks of oil enterprises / 2018 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). 2018, article 8602638. DOI: 10.1109/FarEastCon.2018.8602638.

27. Abramovich B. N., Sychev Y. A., Zimin R. Selection of shunt active filter main parameters in conditions of centralized and distributed power supply systems / 2018 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 2018, article 8728566. DOI: 10.1109/ICIEAM.2018.8728566.

28. Kokonkov A. A., Liakh D. D., Ivanov S. L., Stroykov G. A., Ivanova P. Experimental estimation of specific heat of combustion of agglomerated peat fuel // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019, vol. 378, no. 1, article 012046. DOI: 10.1088/1755-1315/378/1/012046.

29. Шпенст В. А., Бельский А. А., Орел Е. А. Повышение энергоэффективности автономного электротехнического комплекса с возобновляемыми источниками энергии на основании адаптивной регулировки режимов работы // Записки Горного института. — 2023. — Т. 261. — С. 479—492. EDN SNUKNA

30. Shpenst V. A., Orel E. A., Babyr K. V. Reliability improvement of DC-DC power converters by means of feedback signals reserve / 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). 2022, pp. 1270—1275. DOI: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755770.

31. Bolshunova O. M., Korzhev A. A., Vatlina A. M. Power stabilization system for the regulated electric drive of transport vehicles // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1753, no. 1, article 012014. DOI: 10.1088/1742-6596/1753/1/012014.

32. Yablochnikova I. O., Dzobelova V. B., Yablochnikov S. L., Belinskaya D. B., Martemyanova A. N. Educational process management at IT-universities / 2025 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. 2025. DOI: 10.1109/IEEECONF64229.2025.10948106.

33. Kameshkov A. V., Rudko V. A., Gabdulkhakov R. R., Nazarenko M. Y., Starkov M. K., Povarov V. G., Pyagay I. N. Technology of producing petroleum coking additives to replace coking coal // ACS Omega. 2021, vol. 6, no. 51, pp. 35307—35314. DOI: 10.1021/acsomega.1c04075.

34. Yungmeister D. A., Smolenskii M. P., Serzhan S. L., Urazbakhtin R. Y. Parameters of a stepping device for mining of scattered minerals on the sea bed // Sustainable Development of Mountain Territories. 2024, vol. 16, no. 2, pp. 487—502. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-2-487-502.