Оценка влияния режимов работы мощного высоковольтного нелинейного пот- ребителя на тиристорных преобразователях на показатели качества электроэнергии в системе электроснабжения промышленного предприятия

Обеспечение нормативных показателей качества электроэнергии является важной задачей для предприятий горной и металлургической промышленности, где энергоемкие нелинейные нагрузки работают совместно с чувствительным оборудованием. Существующие исследования часто ограничиваются измерениями только в точке присоединения мощной высоковольтной нелинейной нагрузки или в точке общего присоединения, что не позволяет в полной мере проанализировать характер распространения гармонических искажений от точки подключения мощного высоковольтного нелинейного потребителя далее во внутриплощадочную систему электроснабжения предприятий горной и металлургической промышленности. Проведен анализ показателей качества электроэнергии в трех характерных точках системы внутриплощадочного электроснабжения промышленного предприятия, где наиболее мощным нелинейным потребителем является электродуговая печь постоянного тока. Измерения проведены с помощью многофункционального анализатора показателей качества электроэнергии «BINOM3». В результате экспериментальных исследований были определены величины гармонических искажений тока и напряжения в точках измерения в зависимости от режима работы электродуговой печи. Показано негативное влияние токоограничивающего реактора, применяемого во внутризаводской сети промышленного предприятия, на показатели качества электроэнергии в точке подключения мощного высоковольтного нелинейного потребителя. Проведен анализ причин возникновения высокого уровня четных гармоник тока на начальном этапе плавки по 6-пульсной и 12-пульсной схемам выпрямления электротехнического комплекса электродуговой печи постоянного тока. Выявлено непосредственное прохождение через понижающий трансформатор высших канонических гармоник от мощного высоковольтного нелинейного потребителя к чувствительным низковольтным нагрузкам. Показано, что во время всего периода плавки электродуговой печью имели место провалы фазных напряжений в точках измерения продолжительностью до 0,2 с и глубиной до 30%. Для условий промышленных систем электроснабжения предприятий горной и металлургической промышленности, содержащих одну или несколько мощных нелинейных нагрузок и ряд чувствительных к гармонических искажениям и провалам напряжения потребителей, предложен алгоритм, отражающий последовательность выбора характерных точек, где целесообразна установка измерительных приборов мониторинга показателей качества электроэнергии. Разработанный алгоритм позволяет в полной мере оценить характер возникновения и протекания несинусоидальных режимов в системах электроснабжения любой отрасли промышленности, в том числе горных и металлургических предприятий.

Сериков В. А., Сычев Ю. А., Попов М. В., Бондареко А. М., Хайдар Самет Оценка влияния режимов работы мощного высоковольтного нелинейного потребителя на тиристорных преобразователях на показатели качества электроэнергии в системе электроснабжения промышленного предприятия // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 6. – С. 159–180. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_6_0_159.

Сериков Владимир Александрович¹ — канд. техн. наук, ассистент кафедры, e-mail: Serikov.va@bk.ru, ORCID ID: 0000-0002-2863-000X,
Сычев Юрий Анатольевич¹ — д-р техн. наук, доцент, e-mail: ya_sychev@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-0119-505X,
Попов Марк Викторович¹ — аспирант, e-mail: popov.mark.viktorovich@yandex.ru, 
Бондаренко Александр Михайлович — главный энергетик, АО «Невский завод», e-mail: a.bondarenko@reph.ru,
Самет Хайдар — д-р техн. наук, профессор, Ширазский университет, Шираз, Иран, e-mail: hsamet@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-1367-3872,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Сериков В.А., e-mail: Serikov.va@bk.ru.

1. Плащанский Л. А., Решетняк С. Н., Решетняк М. Ю. Повышение качества электрической энергии в подземных электрических сетях высокопроизводительных угольных шахт // Горные науки и технологии. — 2022. — № 7(1). — С. 66—77. DOI: 10.17073/2500-0632-2022-1-66-77.

2. Плащанский Л. А., Решетняк М. Ю. Анализ гармонического состава в электрических сетях понизительных подстанций угольных шахт // Горный журнал. — 2020. — № 5. — C. 63—67. DOI: 10.17580/gzh.2020.05.11.

3. Zhilin E. V., Prasol D. A., Savvin N. Y. Optimization of the structure of filter-compensating devices in networks with powerful non-linear power consumers based on fuzzy logic // International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE). 2022, vol. 12, no. 6, pp. 5730—5737. DOI: 10.11591/ijece.v12i6.pp5730-5737.

4. Averbukh M. A., Zhilin E. V. Optimization of coefficients specified with non-sinusoidal and non-symmetry feeding voltage in electrical supply systems in individual residential sector // Journal of Physics: Conference Series. 2018, vol. 1066, no. 1, article 012019. DOI: 10.1088/1742-6596/1066/1/012019.

5. Babaei Z., Samet H., Serikov V. A. New power balance equations for modelling electric arc furnace iet // Generation Transmission and Distribution. 2025, vol. 19, no. 1, article e70116. DOI: 10.1049/gtd2.70116.

6. Клюев Р. В. Разработки методики расчета качаний в электрической системе // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 3. — С. 1205—1213. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-3-1205-1213.

7. Клюев Р. В. Разработка методики планирования эксперимента для исследования параметров мельниц горно-обогатительного комбината // Горная промышленность. — 2024. — № 5S. — С. 105—109. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-5S-105-109.

8. Ustinov A. D., Abou Rashid A. Using artificial neural network methods to increase the sensitivity of distance protection // International Journal of Engineering. 2024, vol. 37, no. 11, pp. 2192—2199. DOI: 10.5829/ije.2024.37.11b.06.

9. Petrochenkov A. B., Mishurinskikh S. V. Development of a method for optimizing power consumption of an electric driven centrifugal pump / Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). 2021, vol. 2021, pp. 1520—1524. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396730.

10. 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.

11. Кубрин С. С., Закоршменный И. М., Решетняк С. Н., Максименко Ю. М. Повышение эффективности функционирования горных машин угольных шахт // Уголь. — 2024. — № 4. — С. 83—87. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-4-83-87.

12. Lyakhomskii A., Petrochenkov A., Romodin A., Perfil’eva E., Mishurinskikh S., Kokorev A., Kokorev A., Zuev S. Assessment of the harmonics influence on the power consumption of an electric submersible pump installation // Energies. 2022, vol. 15, no. 7, article 2409. DOI: 10.3390/en15072409.

13. Yanchenko S., Kulikov A., Tsyruk S. Modeling harmonic amplification effects of modern household devices // Electric Power Systems Research. 2018, vol. 163, pp. 28—37.

14. Anisimov K. A., Sokol D. G., Zubov V. P. Geomechanical issues in the development of the Udachnaya diamondiferous pipe // Advances in Raw Material Industries for Sustainable Development Goals. CRC Press. 2020, pp. 111—117. DOI: 10.1201/9781003164395-16.

15. Sychev Y. A., Aladin M. E., Abramovich B. N. The method of power factor calculation under non-sinusoidal conditions / Proceedings of the 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Eiconrus. 2020, pp. 904—908. DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039427. 

16. Zhukovskiy Y., Suslikov P., Rasputin D. NILM-based feedback for demand response: A reproducible binary state-detection algorithm using active power // Electricity. 2026, vol. 7, article 23. DOI: 10.3390/electricity7010023.

17. Абрамович Б. Н., Богданов И. А. Повышение эффективности автономных электротехнических комплексов нефтегазовых предприятий // Записки Горного института. — 2021. — Т. 249. — С. 408—416. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.10.

18. Morenov M., Buslaev G. V., Leusheva L., Lavrik A., Alikhanov A., Rafat P. Assessing Possibility of carbon dioxide injection into formations of oil and gas fields for geothermal energy production: A case study // International Journal of Engineering. Transactions B Applications. 2025, vol. 38, no. 11, pp. 2486—2492. DOI: 10.5829/ije.2025.38.11b.01.

19. Корогодин А. С., Иванов С. Л. Оценка технического состояния опорных подшипников скольжения барабанной мельницы при эксплуатации в составе арктического комплекса горного оборудования // Горная промышленность. — 2024. — № 6. — С. 144—151. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-6-144-151.

20. Nazarychev A., Iliev I., Manukian D., Beloev H., Suslov K., Beloev I. Review of operating conditions, diagnostic methods, and technical condition assessment to improve reliability and develop a maintenance strategy for electrical equipment // Energies. 2025, vol. 18, no. 21, article 5832. DOI: 10.3390/en18215832.

21. Nazarychev A., Iliev I., Manukian D., Beloev H., Suslov K., Beloev I. Methodology for developing a maintenance action program for power units of captive power plants based on an integrated priority indicator // Energies. 2026, vol. 19, no. 6, article 1584. DOI: 10.3390/en19061584.

22. Avdeev B. A., Vyngra A. V., Chernyi S. G., Zhilenkov A. A., Degtyarev A., Mamunts D., Kustov A. Parametric correction in the control system of the electric propulsion of autonomous underwater vehicles affected by random inputs // Discover Applied Sciences. 2024, vol. 6, no. 10, article 510.

23. Avdeev B., Vyngra A., Chernyi S. Improving the electricity quality by means of a single-phase solid-state transformer // Designs. 2020, vol. 4, no. 3, article 35. DOI: 10.3390/designs4030035.

24. Muratbakeev E., Kozhubaev Y., Novak D., Kuzmenko E., Yiming Y. Research of control systems and predictive diagnostics of electric motors // Symmetry. 2025, vol. 17, no. 5, article 751. DOI: 10.3390/sym17050751.

25. Muratbakeev E., Kozhubaev Y., Novak D., Ershov R., Wei Z. Monitoring and diagnostics of mining electromechanical equipment based on machine learning // Symmetry. 2025, vol. 17, no. 9, article 1548. DOI: 10.3390/sym17091548.

26. Gendler S. G., Fazylov I. R. Methods of regulation air temperature in the Russian oil mains // Topical Issues of Rational Use of Natural Resources–2019. 2020, vol. 1, pp. 16—21. DOI: 10.1201/9781003014577-3.

27. Dzhemilev E., Shammazov I., Khvesko A., Mazur M. Development of a method for assessing bending stresses in the walls of above-ground main pipelines based on airborne laser scanning data // Applied Sciences. 2026, no. 16, article 1330. DOI: 10.3390/app16031330.

28. Устинов Д. А., Айсар А. Р. Анализ влияния объектов распределенной генерации на системы защиты и режим напряжения: обзор // Безопасность труда в промышленности. — 2023. — № 2. — С. 15—20. DOI: 10.24000/0409-2961-2023-2-15-20.

29. Yanchenko S. A., Costa F. B., Strunz K. Simulation tool for accurate and fast assessment of harmonic propagation in modern residential grids // IEEE Transactions on Power Delivery. 2021, vol. 36, no. 4, pp. 2118—2128. DOI: 10.1109/TPWRD.2020.3020754. 

30. Baburin S. V., Turysheva A. V., Kovalchuk M. S. Algorithm for the choice of power supply system rational structure of gas pumping stations // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1753, no. 1, article 012009. DOI: 10.1088/1742-6596/1753/1/012009.

31. Kopteva A. V., Starshaya V. V., Malarev V. I., Koptev V. Y. Improving the efficiency of petroleum transport systems by operative monitoring of oil flows and detection of illegal incuts // Topical Issues of Rational Use of Natural Resources–2019. 2020, vol. 1, pp. 406—415. DOI: 10.1201/9781003014577-51.

32. Melnikova O., Nazarychev A., Iliev I., Beloev I., Suslov K. Diagnostic statistical characteristics of dielectric strength of power transformer oil insulation // Energy. 2025, vol. 340, article 139169. DOI: 10.1016/j.energy.2025.139169.

33. Kostin V. N., Minakova T. Protective and control relays as coal-mine power-supply ACS subsystem // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017, vol. 87, no. 3, article 032017. DOI: 10.1088/1755-1315/87/3/032017.

34. Ляхомский А. В., Перфильева Е. Н., Кутепов А. Г. Анализ деятельности организаций угольной отрасли по обеспечению повышения энергоэффективности // Уголь. — 2021. — № 4 (1141). — С. 32—36.

35. Коржев А. А., Маларев В. И., Минакова Т. Е. Исследование схем измерительных автогенераторов для контроля влажности жидких нефтепродуктов диэлькометрическим методом // Горный журнал. — 2025. — № 9. — С. 58—62. DOI: 10.17580/gzh.2025.09.07.

36. Выболдин Ю. К. Использование технологии PLC для повышения эффективности системы передачи данных в подземных сооружениях // Горный журнал. — 2025. — № 9. — C. 62—68. DOI: 10.17580/gzh.2025.09.08.

37. Vyboldin Y. K., Malinin S. I. Generalizing the analytical calculation of the energy spectrum of a pseudorandom pulse sequence // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). IEEE Xplore. 2022, article 21844773. DOI: 10.1109/WECONF55058.2022.9803507.

38. Anisimov K. A., Rajabzadeh M. A., Kholmsky A. V. Prospects for chromite ore mining in russia based on a comparative analysis of mining-geological conditions of deposit development in Russia and Iran // International Journal of Engineering. 2026, vol. 39, no. 1, pp. 192—201. DOI: 10.5829/ije.2026.39.01a.15.

39. Veprikov A. A., Glukhov A. A. Problems of operating industrial DC power sources in parallel connection / Proceedings of the 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Eiconrus. 2020, pp. 1339—1343. DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9038928.