probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2022-24-4-90-104probener-2309Research ArticleЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫELECTROTECHNICAL COMPLEXES AND SYSTEMSИсследование работы автономного электротехнического комплекса с комбинированным составом резервных источников питанияResearch of the operation of an autonomous electrical complex with a combined composition of backup power sourcesЧервонченкоС. С.ChervonchenkoS. S.

Червонченко Сергей Сергеевич – аспирант, инженер-исследователь Высшей школы электроэнергетических систем

г. Санкт-Петербург

Sergey S. Chervonchenko

St. Petersburg

sergeychervonchenko@gmail.comФроловВ. Я.FrolovV. Ya.

Фролов Владимир Яковлевич – д-р техн. наук, профессор Высшей школы электроэнергетических систем

г. Санкт-Петербург

Vladimir Ya. Frolov

St. Petersburg

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation20221708202224490104Copyright © Червонченко С.С., Фролов В.Я., 20222022Червонченко С.С., Фролов В.Я.Chervonchenko S.S., Frolov V.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/2309

ЦЕЛЬ. Проанализировать научно-техническую информацию и практический опыт особенностей функционирования автономных электротехнических комплексов с асинхронными электродвигателями в составе. Разработать математическую модель автономного электротехнического комплекса (далее - ЭТК) буровой установки с наличием в составе активного выпрямителя, инвертора с управлением широтно-импульсными сигналами, а также комбинированными источниками резервного питания – аккумуляторной батареей и дизель-генераторной установкой. Установить влияние и целесообразность использования комбинированного состава источников резервного питания на надежную работу и возможность преодоления провала напряжения, вызванного резким ростом нагрузки, в установившемся режиме работе ЭТК. МЕТОДЫ. Для успешного выполнения поставленных задач в работе использованы методы математического моделирования систем, электроснабжения, имитационного моделирования, применены теории автоматического управления, автоматизированного электропривода, электрических цепей. Для создания математической компьютерной модели и для обработки данных, полученных аналитическим путем, использовался программный комплекс MATLAB со встроенной средой графического моделирования Simulink. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы исследования. Приведены критерии выбора состава источников резервного питания. Разработаны математические и имитационные модели автономного ЭТК по схеме «источник питания-преобразователь частоты-промышленная нагрузка», учитывающие влияние нелинейной нагрузки на заданные показатели качества электроэнергии. Разработана структура автономного электротехнического комплекса с комбинированными составом источников резервного питания, позволяющая преодолеть провал напряжения в сети, вызванный резким набросом нагрузки, с обеспечением требуемых показателей качества электроэнергии. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложена новая структура построения источников резервного питания в автономных электротехнических комплексах буровых установок, позволяющая эффективно преодолеть аварийные набросы нагрузки в электрической системе. Применение аккумуляторной батареи позволяет повысить порог перегрузки основной дизель-генераторной установки с регламентируемых ГОСТ Р 53987-2010 с 30% до 60%, а также обеспечить надежное подключение резервной дизель-генераторной установки без прерывания технологических процессов.

THE PURPOSE. To analyze scientific and technical information and practical experience of the functioning of autonomous electrical complexes with asynchronous electric motors in the composition. To develop a mathematical model of an autonomous electrical complex of a drilling rig with the presence of an active rectifier, an inverter with pulse-width control signals, as well as combined backup power sources – a battery and a diesel generator set. To establish the influence and expediency of using a combined composition of backup power sources on reliable operation and the possibility of overcoming the voltage failure caused by a sharp increase in load in the steady-state operation of an autonomous electrical complex. METHODS. For the successful fulfillment of the tasks set, this study applied the methods of mathematical modeling of power supply systems, methods of simulation modeling, the theories of automatic control, automated electric drive, and electrical circuits. Also, in research used the MATLAB software package with the built-in Simulink graphic modeling environment to create a mathematical computer model and to process the data obtained analytically. RESULTS. The article describes the relevance of the research topic. The study provides criteria for choosing the composition of backup power sources. Mathematical and simulation models of an autonomous ETC have been developed according to the “power source-frequency converter-industrial load” scheme, taking into account the influence of a non-linear load on the specified power quality indicators. The study has developed the structure of an autonomous electrical complex with a combined composition of backup power sources, which allows to overcome the voltage drop in the network caused by a sharp load surge, while ensuring the required indicators of electricity quality. CONCLUSIONS. The use of a rechargeable battery makes it possible to increase the overload threshold of the main diesel generator set regulated by GOST R 53987-2010 from 30% to 60%, as well as to ensure reliable connection of a backup diesel generator set without interrupting technological processes.

провал напряженияаккумуляторная батареядизель-генераторная установкаавтономный комплексактивный выпрямительуправляемый инверторVoltage failurebatterydiesel generator setautonomous complexactive rectifiercontrolled inverterИсследования проведены при финансовой поддержке РФФИ, номер проекта 20-38-90038.The reported study was funded by RFBR, project number 20-38-90038.ReferencesИванова И.Ю, Тугузова Т.Ф., Попов С.П. Развитие малой энергетики на северо-востоке России: проблемы, эффективность, приоритеты // Труды Международной научно-практической конференции «Малая энергетика – 2006», 21-24 ноября 2006 г., Москва. М.: ОАО «Малая энергетика», 2006. 370 с.Ivanova IYu, Tuguzova TF, Popov S.P. Razvitie maloi energetiki na severo-vostoke Rossii: problemy, effektivnost', prioritety. Trudy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Malaya energetika – 2006», 21-24 noyabrya 2006, Moskva. M.: OAO «Malaya energetika», 2006: 370.Tan Y., Meegahapola L., Muttaqi K. M. A review of technical challenges in planning and operation of remote area power supply systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. V.38. pp. 876–889.Tan Y, Meegahapola L, Muttaqi K M. A review of technical challenges in planning and operation of remote area power supply systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. V.38. pp. 876–889.Башмаков И.А. Повышение эффективности энергоснабжения в северных регионах России // Энергосбережение. 2017. № 2. С. 46-53.Bashmakov IA. Povyshenie effektivnosti energosnabzheniya v severnykh regionakh Rossii. Energosberezhenie. 2017; 2:46-53.Елистратов В. В. Энергетическое снабжение изолированных территорий России // Академия энергетики. 2015. № 4(66). С.26-33.Elistratov VV. Energeticheskoe snabzhenie izolirovannykh territorii Rossii. Akademiya energetiki. 2015; 4(66):26-33.Mazidi P., Sanz Bobi M.A. Strategic maintenance scheduling in an islanded microgrid with distributed energy resources // Electric Power Systems Research. 2017. V. 148. pp. 171-182.Mazidi P, Sanz Bobi M A. Strategic maintenance scheduling in an islanded microgrid with distributed energy resources. Electric Power Systems Research. 2017. V.148. pp. 171-182.Черемисин В.В. Исследование и построение суточных графиков активных нагрузок на шинах подстанции // Прорывные научные исследования как двигатель науки. Уфа: ООО «Агентство международных исследований». 2017. С. 214-216.Cheremisin VV. Issledovanie i postroenie sutochnykh grafikov aktivnykh nagruzok na shinakh podstantsii. Proryvnye nauchnye issledovaniya kak dvigatel' nauki. Ufa: OOO «Agentstvo mezhdunarodnykh issledovanii». 2017:214-216.Akbari K., Rahmani E., Abbasi A., et al. Optimal placement of distributed generation in radial networks considering reliability and cost indices // Journal of Intelligent and Fuzzy Systems. 2016. V.30. pp.1077-1086.Akbari K, Rahmani E, Abbasi A, et al. Optimal placement of distributed generation in radial networks considering reliability and cost indices. Journal of Intelligent and Fuzzy Systems. 2016. V.30. pp.1077-1086.Дмитриенко В.Н., Лукутин Б.В. Выбор мощности генерирующего оборудования автономной солнечно-дизельной электростанции мегаваттного класса // Фундаментальные исследования. 2015. № 4. С. 61-66.Dmitrienko VN, Lukutin BV. Vybor moshchnosti generiruyushchego oborudovaniya avtonomnoi solnechno-dizel'noi elektrostantsii megavattnogo klassa. Fundamental'nye issledovaniya. 2015;4: 61-66.Ma L., Zhou Q. Voltage Dip Evaluation Index Based on Voltage Dip Matrix // 2017 4th International Conference on Information Science and Control Engineering (ICISCE), 2017, pp. 1327-1330, doi: 10.1109/ICISCE.2017.276.Ma L, Zhou Q. Voltage Dip Evaluation Index Based on Voltage Dip Matrix. 2017 4th International Conference on Information Science and Control Engineering (ICISCE), 2017, pp. 1327-1330, doi: 10.1109/ICISCE.2017.276.Червонченко С.С., Фролов В.Я. Анализ провала напряжения буровой установки, подключенной к локальной энергетической сети // VII Международная научно-практическая конференция «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2020. Санкт-Петербургский горный университет. 2020. С. 630-634.Chervonchenko SS, Frolov VYA. Analysis of the voltage fall of a drilling rig connected to a local energy network. VII International Scientific and Practical Conference “Innovations and Prospects for the Development of Mining Engineering and Electromechanics: IPDME-2020. St. Petersburg Mining University. 2020; 630-634.Bagheri A., Bollen M.H.J., Gu I.Y.H. Improved characterization of multi-stage voltage dips based on the space phasor model // Electric Power Systems Re search. 2018. (154). pp. 319–328.Bagheri A, Bollen MHJ, Gu IYH. Improved characterization of multi-stage voltage dips based on the space phasor model. Electric Power Systems Research. 2018. (154). pp. 319–328.Chervonchenko S.S., Frolov V. YA. Analysis of the voltage drop of a drilling rig connected to a local energy network // Journal of Physics: Conference Series. 2021. №1753.Chervonchenko S.S., Frolov V.YA. Analysis of the voltage drop of a drilling rig connected to a local energy network. Journal of Physics: Conference Series. 2021. №1753.Besselmann T.J., Cortinovis A., Van de Moortel S., et al. Increasing the Robustness of Large Electric Driven Compressor Systems During Voltage Dips // IEEE Transactio ns on Industry Applications, V. 54. no. 2. pp. 1460-1468, March-April 2018, doi: 10.1109/TIA.2017.2781638.Besselmann TJ, Cortinovis A, Van de Moortel S, et al. Increasing the Robustness of Large Electric Driven Compressor Systems During Voltage Dips. IEEE Transactions on Industry Applications, V. 54. no. 2, pp. 1460-1468, March-April 2018, doi: 10.1109/TIA.2017.2781638.Kadu A.D., Debre P., Juneja R, et al. Application of STATCOM for harmonic mitigation and power factor improvement using direct current control technique // 2017 Second International Conference on Electrical, Computer and Communication Technologies (ICECCT), 2017, pp. 1-4, doi: 10.1109/ICECCT.2017.8118013.Kadu AD, Debre P, Juneja R, et al. Application of STATCOM for harmonic mitigation and power factor improvement using direct current control technique. 2017 Second International Conference on Electrical, Computer and Communication Technologies (ICECCT), 2017, pp. 1-4, doi: 10.1109/ICECCT.2017.8118013.Katic V.A., Stanisavljevic A.M. Novel voltage dip detection algorithm using harmonics in the dip’s transient stage // IECON 2017 - 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2017, pp. 351-356, doi: 10.1109/IECON.2017.8216063.Katic VA, Stanisavljevic AM. Novel voltage dip detection algorithm using harmonics in the dip’s transient stage. IECON 2017. 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2017, pp. 351-356, doi: 10.1109/IECON.2017.8216063.Ngom I., Member S., Badara A., et al. An Improved Control for DC-Link Fluctuation during Voltage Dip based on DFIG // 2018 9th International Renewable Energy Congress (IREC), 2018, pp. 1-6, doi: 10.1109/IREC.2018.8362458.Ngom I, Member S, Badara A, et al. An Improved Control for DC-Link Fluctuation during Voltage Dip based on DFIG. 2018 9th International Renewable Energy Congress (IREC). 2018, pp. 1-6, doi: 10.1109/IREC.2018.8362458.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.