Выбор оптимальной конфигурации конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения выемочных участков

Целью настоящей работы является представление подходов к определению мощности, числа ступеней, количества и мест размещения конденсаторных установок рудничного исполнения в условиях их использования в подземной части систем электроснабжения выемочных участков угольных шахт на основе методов имитационного моделирования и оптимизации на этапах проектирования и эксплуатации системы электроснабжения. В работе сформулирован алгоритм определения параметров конденсаторных установок и даны практические рекомендации по его применению. Для апробации предложенного подхода было выполнено имитационное моделирование системы электроснабжения выемочного участка одной из угольных шахт Кемеровской области в программно-вычислительном комплексе DigSILENT «PowerFactory». Выполнен сравнительный анализ различных методов оптимизации для решения поставленной задачи. В результате выполнения исследований были получены следующие выводы: наибольший экономический эффект может быть достигнут при компенсации реактивной мощности на этапе проектирования систем электроснабжения выемочных участков; использование подхода для выбора параметров конденсаторных установок на основе имитационного моделирования позволяет достичь до 16% большего экономического эффекта от компенсации реактивной мощности по сравнению с вариантами оценки требуемых параметров компенсирующих устройств без использования имитационного моделирования.

Воронин В. А., Непша Ф. С. Выбор оптимальной конфигурации конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения выемочных участков // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 12. – С. 94–108. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_12_0_94.

Исследование выполнено при финансовой поддержке государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ № 075-03-2021-138/3.

Воронин Вячеслав Андреевич¹ — научный сотрудник, e-mail: voroninva@kuzstu.ru, ORCID ID: 0000-0002-7242-9100,
Непша Федор Сергеевич¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: nepshafs@kuzstu.ru, ORCID ID: 0000-0002-7468-2548,
¹ Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева.

Воронин В.А., e-mail: voroninva@kuzstu.ru.

1. Лялин А. М., Зозуля А. В., Еремина Т. Н., Зозуля П. В. Современные тенденции развития угольной промышленности с учетом влияния пандемии // Уголь. — 2021. — № 5. — С. 62—65. DOI: 10.18796/0041-5790-2021-5-62-65.

2. Новоселов С. В., Оганесян А. С. Проблемы, риски и прогнозы развития угольной промышленности Кемеровской области на период до 2035 года // Уголь. — 2021. — № 2. — С. 38—41. DOI: 10.18796/0041-5790-2021-2-38-41.

3. Пальянова Н. В. Совершенствование нормативно-правовой и законодательной базы для обеспечения устойчивого эколого-экономического развития угольной промышленности России // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 3. — С. 168—175. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-3-0-168-175.

4. Diluiso F., Walk P., Manych N., Cerutti N., Chipiga V. Coal transitions—part 1: a systematic map and review of case study learnings from regional, national, and local coal phaseout experiences // Environmental Research Letters. 2021, vol. 16, no. 11, article 113003. DOI: 10.1088/1748-9326/ac1b58.

5. Беляк В. Л., Плащанский Л. А. Увеличение напряжения участковых сетей как способ повышения эффективности использования горных машин в высоконагруженных забоях угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2007. — № 9. — С. 286—290.

6. Кубрин С. С., Мосиевский А. А., Закоршменный И. М., Решетняк С. Н., Максименко Ю. М. Пути повышения энергетической эффективности подземных электрических сетей высокопроизводительных угольных шахт // Уголь. — 2022. — № 2(1151). — С. 4—9. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-2-4-9.

7. Копылов К. Н., Кубрин С. С., Закоршменный И. М., Решетняк С. Н. Резервы повышения эффективности работы выемочных участков угольных шахт // Уголь. — 2019. — № 3(1116). — С. 46—49. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-3-46-49.

8. Воронин В. А., Непша Ф. С. Выбор оптимальной мощности и мест размещения УКРМ в условиях неравномерных электрических нагрузок выемочных участков угольных шахт // Горное оборудование и электромеханика. — 2022. — № 1. — С. 61—68. DOI: 10.26730/1816-4528-2022-1-61-68.

9. Soma G. G. Optimal sizing and placement of capacitor banks in distribution networks using a genetic algorithm // Electricity. 2021, vol. 2, no. 2, pp. 187—204. DOI: 10.3390/electricity2020012.

10. Kaushik E., Prakash V., Mahela O. P. Optimal capacitor placement in transmission network using grid oriented genetic algorithm for loss reduction and flexibility improvement: Indian scenario / International Conference on Computer Communication and Informatics (ICCCI 2022). 2022, pp. 1—6. DOI: 10.1109/ICCCI54379.2022.9740840.

11. Sattianadan D., Sudhkaran M., Vijayakumar K., Vidyasagar S. Optimal placement of capacitor in radial distribution system using PSO / International Conference on Sustainable Energy and Intelligent Systems (SEISCON 2011). 2011, pp. 326—331. DOI: 10.1049/cp.2011.0383.

12. Abass A. Z., Pavlyuchenko D. A., Hussain Z. S. Methods comparison for optimal capacitor placement in distribution system / International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). 2020, pp. 1—6. DOI: 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271381.

13. Толба М. А. Х. Развитие методов оптимизации размещения компенсирующих устройств и возобновляемой распределенной генерации в радиальных электрических сетях: Автореф. дис. канд. техн. наук. — М.: НИУ МЭИ, 2018. — 20 с.

14. Воронин В. А., Непша Ф. С. Имитационное моделирование электропривода очистного комбайна для оценки показателей энергоэффективности системы электроснабжения // Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 633—639. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.5.

15. Voronin V. A., Nepsha F. S. Modelling and simulation of scraper face conveyor electric drive / Ural Smart Energy Conference (USEC 2020). 2020, pp. 63—67. DOI: 10.1109/ USEC50097.2020.9281202.

16. Воронин В. А., Непша Ф. С., Варнавский С. А. Разработка алгоритма выбора оптимальной конфигурации ступенчатой конденсаторной установки / Энергостарт. Материалы IV Всероссийской молодежной научно-практической конференции. — Кемерово: КузГТУ, 2021.

17. Губко А. А., Губко Е. А. Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий: учебное пособие для студентов средних специальных учебных заведений горного профиля. Изд. 3-е, доп. и перераб. — М.: Академиздат, 2017. — 530 с.

18. Пучков Л. А., Пивняк Г. Г. Электрификация горного производства: учебник, в 2 томах. Т. 2. — М.: Изд-во «Горная книга», 2007. — 595 с.

19. Blank J., Deb K. Pymoo: multi-objective optimization in Python // IEEE Access. 2020, vol. 8, pp. 89497—89509. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2990567.

20. Сопов Е. А., Аплеснин С. С. Самоконфигурируемый ансамбль генетических алгоритмов для решения задач мультимодальной оптимизации // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. — 2015. — Т. 16. — № 4. — С. 833—841.