Способы повышения стабильности напряжения в системе электроснабжения промышленных предприятий

Актуальность. Развитие современной промышленности неразрывно связано с внедрением большого количества разнообразных электрических аппаратов и сложных электронных устройств. Данный процесс неизбежно сопровождается значительным ростом потребления электроэнергии. Следовательно, возникает необходимость в бесперебойной подачи электропитания на энергообъект. Серьезным препятствием в этом процессе являются провалы напряжения, приводящие к нарушениям работы предприятия и поломке оборудования.

Цель. Провести анализ проблемы обеспечения стабильности напряжения на промышленных предприятиях в контексте провалов напряжения.

МЕТОДЫ. Проводится обзор существующих на сегодняшний день инженерных мероприятий по нейтрализации провалов напряжений.

Результаты. В статье описана актуальность темы, дано определение понятия провала напряжения, приведены главные характеристики этого явления, такие как глубина и длительность. Представлены данные об основных причинах и последствиях провалов напряжения на предприятиях. Произведен анализ существующих средств и способов по минимизации влияния провалов напряжения на технологический процесс.

Заключение. Каждый способ по борьбе с провалами напряжения имеет свои достоинства и недостатки. Также следует принимать во внимание, что часть из них воздействует на глубину провала, тогда как другая часть на его длительность. Использование того или иного метода должно обосновываться исходя из требований и специфики конкретного электрооборудования, при этом данные мероприятия должны согласовываться с другими технологическими процессами на этапе проектирования.

1. Суслов К.В., Солонина Н.Н., Солонина З.В., Ахметшин А.Р. Эффективный метод определения места короткого замыкания в электрических сетях. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2023;25(2):71-83. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2023-25-2-71-83

2. Motoki É. M., Filho J. M. d. C., da Silveira P. M., Pereira N. B., & de Souza, P. V. G. (2021). Cost of Industrial Process Shutdowns Due to Voltage Sag and Short Interruption. Energies, 14(10). pp. 2874.

3. Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А., Зацепина В.И., Зацепин Е.П. Состояние вопроса безотказности систем электроснабжения. Горные науки и технологии. 2017;(3):47-79. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2017-3-47-73

4. Арцишевский Я.Л. Техперевооружение релейной защиты и автоматики систем электроснабжения предприятий непрерывного производства / Я. Л. Арцишевский, Е. А. Задкова, Ю. П. Кузнецов ; Я. Л. Арцишевский, Е. А. Задкова, Ю. П. Кузнецов. – Москва : НТФ "Энергопрогресс", 2011. – 93 с. – (Библиотечка электротехника : приложение к журналу "Энергетик"). – EDN QMLLPT.

5. Хамидулин, Р.Р. Применение современных технологий автоматизации в сетях электроснабжения литейного производства / Р. Р. Хамидулин // Academy. – 2019. – № 2(41). – С. 32- 33. – EDN YWFUHR.

6. Фетисов, Л.В. Повышение качества электрической энергии в сетях низкого напряжения / Л. В. Фетисов, Н. В. Роженцова, О. А. Булатов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2018. – Т. 20, № 11-12. – С. 99-106. – DOI 10.30724/1998-9903-2018-20-11-12-99-106. – EDN YXRTWH.

7. Балабанов А.М. Анализ эффективности систем СТАТКОМ в задачах повышения качества электроэнергии горнодобывающего предприятия / А. М. Балабанов, С. В. Митрофанов // Вестник Казанского государственного энергетического университета. – 2023. – Т. 15, № 1(57). – С. 68-79. – EDN BYIVEL.

8. Шклярский, Я.Э. Определение напряжения звена постоянного тока частотного электропривода при провалах напряжения / Я. Э. Шклярский, А. И. Барданов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2017. – № 12-2. – С. 447-456. – EDN ZXHANL.

9. Molnar-Matei F., Sorandaru C. LabVIEW implementation of tracking filters for voltage dip detection. IEEE EuroCon. 2013. pp. 897-902.

10. Смыков, Ю. Н. Управление процессами системы электроснабжения силовых электроприемников при провале напряжения / Ю. Н. Смыков, Е. Ю. Кислицин, М. Н. Иванов // Успехи кибернетики. – 2024. – Т. 5, № 1. – С. 61-68. – DOI 10.51790/2712-9942-2024-5-1-08. – EDN KMDXYX.

11. Саттаров Р.Р. Исследование работы группы асинхронных двигателей при кратковременных провалах напряжения для условий нефтяной промышленности / Р. Р. Саттаров, Р. Р. Гарафутдинов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2020. – Т. 22, № 6. – С. 92-100. – DOI 10.30724/1998-9903-2020-22-6-92-100. – EDN PEXESR.

12. Червонченко С.С., Фролов В.Я. Исследование работы автономного электротехнического комплекса с комбинированным составом резервных источников питания. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022;24(4):90-104. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-4-90-104

13. Khaleel M., Yusupov Z., Elmnifi M., Elmenfy T., Rajab Z., & Elbar, M. (2023). Assessing the Financial Impact and Mitigation Methods for Voltage Sag in Power Grid. Int. J. Electr. Eng. And Sustain., 1(3), 10–26. Доступно по: https://ijees.org/index.php/ijees/article/view/40 Ссылка активна на 16 января 2025.

14. Almeida D.R., Cebrian J.C. Effects of Voltage Sags on Industrial Processes: Case Study. Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Operations Management, 2021, pp. 565–573.

15. Корнилов Г.П., Коваленко А.Ю., Николаев АА., и др. Ограничение провалов напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий // Электротехнические системы и комплексы. – 2014. – № 2(23). – С. 44-48. – EDN SNOTPZ.

16. Гуревич Ю.Е. Особенности электроснабжения, ориентированного на бесперебойную работу промышленного потребителя / Ю. Е. Гуревич, К. В. Кабиков ; Ю. Е. Гуревич, К. В. Кабиков. – Москва : Элекс-КМ, 2005. – 407 с. – ISBN 5-93815-025-6. – EDN QMIQZR.

17. Богданов И.А. Автоматическая система компенсации провалов напряжения в электроэнергетических системах судов с электродвижением / И. А. Богданов, Н. Д. Сенчило // Морские интеллектуальные технологии. – 2020. – № 3-1(49). – С. 212-218. – DOI 10.37220/MIT.2020.49.3.028. – EDN AGYUOD.

18. Ершов С.В. Анализ средств и способов ограничения влияния провалов напряжения / С. В. Ершов, М. С. Пигалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2017. – № 12-1. – С. 95-104. – EDN ZXGZJL.

19. Sharma S. et al. A Comprehensive Review on STATCOM: Paradigm of Modeling, Control, Stability, Optimal Location, Integration, Application, and Installation // IEEE Access. 2024. vol. 12, pp. 2701-2729. doi: 10.1109/ACCESS.2023.3345216.

20. Liang X. et al. Improved Hybrid Reactive Power Compensation System Based on FC and STATCOM and Its Control Method. // Chinese Journal of Electrical Engineering. 2022. vol. 8, no. 2, pp. 29-41. doi: 10.23919/CJEE.2022.000012.

21. Савина Н.В., Лисогурский И.А., Лисогурская Л.Н. Выбор схемных и технических решений для улучшения качества электроэнергии в адаптивных сетях с тягой переменного тока. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022;24(3):42- 54. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-3-42-54

22. Иванов И.Ю., Новокрещенов В.В., Иванова В.Р. Современное состояние проблем функционирования комплексов релейной защиты и автоматики, применяемых в активно-адаптивной сети. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022;24(6):102-123. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-6-102-123

23. Dilshad S., Abas N., Farooq H., A. R. Kalair and A. A. Memon. NeuroFuzzy Wavelet Based Auxiliary Damping Controls for STATCOM. IEEE Access. 2020, vol. 8, pp. 200367-200382. doi: 10.1109/ACCESS.2020.3031934.

24. Qingguang Y., Pei L., Wenhua L. and Xiaorong X. Overview of STATCOM technologies. IEEE International Conference on Electric Utility Deregulation, Restructuring and Power Technologies. Proceedings, Hong Kong, China, 2004, pp. 647-652 Vol.2, doi: 10.1109/DRPT.2004.1338063.

25. Hamdan I., Ibrahim A.M.A., Noureldeen O. Modified STATCOM control strategy for fault ridethrough capability enhancement of grid-connected PV/wind hybrid power system during voltage sag // SN Appl. Sci. 2020. N2, p. 364. https://doi.org/10.1007/s42452-020-2169-6

26. Sharma V., Chandrakar V. Power Quality Enhancement by minimizing the effect of Voltage Sag in Non-linear Load Using D-STATCOM // Journal of Physics: Conference Series. 2022. 2325. 012019. 10.1088/1742-6596/2325/1/012019.

27. Du Z., Chen Z., Dai G., et al. Influence of DVR on Adjacent Load and Its Compensation Strategy Design Based on Externality Theory // Energies 2019, 12, 3716. https://doi.org/10.3390/en12193716

28. Уметалиев С.Д., Галбаев Ж.Т., Борукеев Т.С., Галбаев А.Ж.. Повышение качества стабилизации выходных параметров источника бесперебойного питания для ветроустановок // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. 2024. № 3(71). С. 978-983. DOI 10.56634/16948335.2024.2.978-983. – EDN UEFXDG.

29. Oliveira T., Caseiro L., Mendes, A., Cruz S., Perdigão M. Model Predictive Control for Paralleled Uninterruptible Power Supplies with an Additional Inverter Leg for Load-Side Neutral Connection // Energies 2021, 14, 2270. https://doi.org/10.3390/en14082270

30. Гуревич В. Источники бесперебойного электропитания: устройство, принципы действия и применение / В. Гуревич // Силовая электроника. – 2012. – Т. 6, № 39. – С. 63-70. – EDN PJWKFN.

31. Caseiro L., Mendes A. Fault Analysis and Non-Redundant Fault Tolerance in 3-Level Double Conversion UPS Systems Using Finite-Control-Set Model Predictive Control // Energies 2021, 14, 2210. https://doi.org/10.3390/en14082210

32. Pandian S. Voltage Sag Compensation in Fourteen Bus System Using IDVR // International Journal of Engineering and Technology. 2017; 4. pp.183-186. Available at: https://www.irjet.net/archives/V4/i3/IRJET-V4I338.pdf. Accessed: 12 Nov 2024.

33. Mbuli N. Dynamic Voltage Restorer as a Solution to Voltage Problems in Power Systems: Focus on Sags, Swells and Steady Fluctuations // Energies 2023, 16, 6946. https://doi.org/10.3390/en16196946

34. Ивкин О.Н., Киреева Э.А., Пупин В.М. и др. Применение динамических компенсаторов искажения напряжения с целью обеспечения надежности электроснабжения потребителей // Главный энергетик. 2006. №1. С. 28-31.

35. Федотов А.И., Кузнецов Р.В., Федотов Е.А., Леухин А.Н. Влияние ДКИН на качество электроэнергии при коротких замыканиях в питающих электрических сетях. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2015;(3-4):36-41. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2015-0-3-4-36-41

36. Dai X., Ma X., Hu D., Duan J., Chen H. An Overview of the R&D of Flywheel Energy Storage Technologies in China // Energies 2024, 17, 5531. https://doi.org/10.3390/en17225531

37. Guorui R., Jinfu L., Jie W., et al. Overview of wind power intermittency: Impacts, measurements, and mitigation solutions // Applied Energy. 2017; 204:47-65. 10.1016/j.apenergy.2017.06.098.

38. Samineni S., Johnson B.K., Hess H., Law J.D. Modeling and analysis of a flywheel energy storage system for Voltage sag correction // Industry Applications, IEEE Transactions on. 2006; 42: 42 - 52. 10.1109/TIA.2005.861366.

39. Nor Anwar I. B., Hussain M. N. M., Noor S. Z. M., et al. Micro-Grid of Batteray Energy Storage System (BESS) Design for Malaysia’s Net Energy Metering (NEM) // E3S Web of Conferences. 2024; Vol. 473: p. 02001. doi 10.1051/e3sconf/202447302001

40. Lawder M. T. et al. Battery Energy Storage System (BESS) and Battery Management System (BMS) for Grid-Scale Applications // Proceedings of the IEEE, vol. 102, no. 6, pp. 1014-1030, June 2014, doi: 10.1109/JPROC.2014.2317451

41. Федотов А.И., Бахтеев К.Р. Влияние форсировки возбуждения синхронных машин на уровень остаточного напряжения при кратковременных нарушениях электроснабжения. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2016;(7-8):64- 71. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2016-0-7-8-64-71

42. Bakhteev K., Fedotov A, Misbakhov R. The improving efficiency of electric receivers on the industrial enterprises in case of short-term power outages // Proceedings of the 2019 20th International Scientific Conference on Electric Power Engineering (EPE). Ostrava. Czech Republic. 2019, pp. 347-352.

43. Грунтович Н. В., Капанский А. А., Пупин В. М., Сафонов Д. О., Фёдоров О. В. Влияние работающих двигателей на остаточные напряжения узлов комплексной нагрузки станций // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. 2021. №2 (85). Доступно по: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-rabotayuschih-dvigateley-na-ostatochnye-napryazheniya-uzlov-kompleksnoy-nagruzki-stantsiy (дата обращения: 16.12.2024).

44. Червоненко А.П., Котин Д.А., Рожко А.В. Перевод нагрузки с основной сети на резервную с применением типового АВР. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021;23(5):160-171. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-5-160-171

45. Храмшин Т.Р. Способы повышения устойчивости электроприводов непрерывных производств при провалах напряжения // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2014. – № 2 (14). – C.80–87.

46. Корнилов Г.П., Храмшин Т.Р., Карандаева О.И. и др. Способы повышения устойчивости частотно-регулируемых электроприводов при нарушениях электроснабжения // Вестник МГТУ. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2011. – № 4. – С. 79–84.

47. Jafary P., Supponen A., Salmenperä M., Repo S. Analyzing Reliability of the Communication for Secure and Highly Available GOOSE-Based Logic Selectivity // Security and Communication Networks. 2019, 9682189: 16. https://doi.org/10.1155/2019/9682189

48. Акулова А. С. Формирование сообщений на цифровых // XX Всероссийская студенческая научно-практическая конференция Нижневартовского государственного университета : сборник статей, Нижневартовск, 03–04 апреля 2018 года. Том 1. – Нижневартовск: Нижневартовский государственный университет, 2018. – С. 425-428. – EDN YACYLJ.

49. Емельянцев А., Филин Л. Линии 6–10 кВ между электростанциями и энергосистемой. быстродействующая логическая защита // Новости электротехники. 2021. №2(128)–№3(129). Доступно по: http://www.news.elteh.ru/arh/2007/45/11.php (дата обращения: 20.01.2025).

50. Исаков Р.Г., Гарке В.Г. Концепция развития релейной защиты системы электроснабжения крупного промышленного предприятия. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2012;(7-8):46-54.

51. Давыдов А., Холмов М. А., Никитин К. И., Клецель М. Я. Способ построения защиты линии с применением стандарта МЭК 61850 на примере микропроцессорного терминала Sepam серии 1000+ // Омский научный вестник. – 2024. – № 2(190). – С. 87-98. – DOI 10.25206/1813-8225-2024-190-87-98. – EDN EYIQKX.

52. Пфафенрот, Е. В. Организация цифровой логической защиты электроустановок НПЗ. Примеры внедрения, перспективы применения // Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России : Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, Чебоксары, 18–21 апреля 2023 года / сборник докладов VII международной научнопрактической конференции. – Чебоксары: Б. и., 2023. – С. 143-147. – EDN RATKCZ.

53. Bollen M. H. J. et al. CIGRE/ CIRED/ UIE joint working group C4.110, voltage dip immunity of equipment in installations - Main contributions and conclusions // CIRED 2009 - 20th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution - Part 1. Prague, Czech Republic, 2009, pp. 1-4, doi: 10.1049/cp.2009.0584.