Исследование работы автономного электротехнического комплекса с комбинированным составом резервных источников питания

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.

1. Иванова 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.

2. 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.

3. Башмаков И.А. Повышение эффективности энергоснабжения в северных регионах России // Энергосбережение. 2017. № 2. С. 46-53.

4. Елистратов В. В. Энергетическое снабжение изолированных территорий России // Академия энергетики. 2015. № 4(66). С.26-33.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Дмитриенко В.Н., Лукутин Б.В. Выбор мощности генерирующего оборудования автономной солнечно-дизельной электростанции мегаваттного класса // Фундаментальные исследования. 2015. № 4. С. 61-66.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.