Определение реактивной мощности в сети тяговых подстанций шахтных электровозов

приведены основные пути развития теории реактивной мощности и мощности искажений в сетях питания энергетического оборудования горных предприятий, шахтных (рудничных) контактных электровозов, которые получают энергию от преобразовательной подстанции через контактную сеть напряжения постоянного тока. Отмечено, что ошибки и противоречия в определении неактивных мощностей вызваны формальным переносом некоторых положений символического метода на электрические цепи с несинусоидальными напряжениями и токами, что негативно влияет на оценку реактивной мощности в сетях питания шахтных электровозов. На примерах волновых и векторных диаграмм исследуются условия возникновения составляющих неактивной мощности, которые известны как реактивная мощность и мощность искажений. Показано, что составляющие активной, реактивной мощности и мощности искажений взаимоортогональны и образуют баланс мощностей, который может быть нарушен, главным образом, из-за методических ошибок при вычислении этих составляющих в условиях нестационарности параметров режимов. Установлено, что мощность искажения характеризует не степень искажения форм кривой тока нагрузки относительно напряжения, а степень деформации катетов известного прямоугольного треугольника мощностей относительно их средних значений. Полученные результаты позволят не только корректно определять долю и характер составляющих неактивных мощностей, что представляет ценность для решения задач оптимизации режимов в сетях переменного тока, но и создавать в дальнейшем эффективные технические средства компенсации выявленных неактивных мощностей, которые позволят корректнее определять и компенсировать реактивную мощность в сети тяговых подстанций шахтных электровозов.

Щуров Н. И., Мятеж С. В., Малоземов Б. В., Штанг А. А. Определение реактивной мощности в сети тяговых подстанций шахтных электровозов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12–2. — С. 284—300. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_284.

Щуров Николай Иванович¹ — профессор, докт. техн. наук, заведующий кафедрой, e-mail: shhurov@corp.nstu.ru;
Мятеж Сергей Владимирович¹ — доцент, канд. техн. наук, e-mail: serg_y_7578@mail.ru;
Малоземов Борис Витальевич¹— доцент, канд. техн. наук, e-mail: mbv5@mail.ru;
Штанг Александр Александрович¹ —доцент, канд. техн. наук, e-mail: shtang@corp.nstu.ru, ORCID ID: 0000-0001-9772-1784;
¹ Новосибирский государственный технический университет.

Малоземов Борис Витальевич, e-mail: mbv5@mail.ru. Конфликт интересов авторов отсутствует.

1. Lin S., He S., Zhang H., Liu M., Tang Z., Jiang H., Song Y. Robust. Optimal Allocation of Decentralized Reactive Power Compensation in Three-Phase Four-Wire Low-Voltage Distribution Networks Considering the Uncertainty of Photovoltaic Generation // Energies. 2019, vol. 12,2479. DOI: 10.3390/en12132479.

2. Чижма С. Н. Совершенствование методов и средств контроля качества электроэнергии и составляющих мощности в электроэнергетических системах с тяговой нагрузкой: автореферат дис… докт. техн. наук: 05.14.02 / [Место защиты: Ом. гос. техн. ун-т]. — Омск,2014. — 32 с.

3. Sharon D. Power factor definitions and power transfer quality in nonsinusoidal situations // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1996, vol. 45, pp.728– 733. DOI: 10.1109/19.494589.

4. Callegari J. M. S., Silva M. P., de Barros R. C., Brito E. M. S., Cupertino A. F., Pereira H. A. Lifetime evaluation of three-phase multifunctional PV inverters with reactive power compensation // Electr. Power Syst. Res. 2019, vol. 175,105873. DOI: 10.1016/j. epsr.2019.105873.

5. Машкин А. Г. Мощность искажения в системах тягового электроснабжения // Электрика. — 2006. — № 6. — С. 29–33.

6. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий: 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат,2010. — 375 с.

7. Афанасьев Д. Е. Символический метод: двойственности в формуле определения комплексной мощности и знаке ее мнимой составляющей нет // Вестник ЯГУ. — 2008. — Т. 5. — № 4. — С.20–26.

8. Tenti P., Mattavelli P., and Tedeschi E. Compensation techniques based on reactive power conservation // Elect. Power Quality Untilisation J. 2007, vol. XIII, no. 1, pp. 17–24.

9. Hamrouni N., Younsi S., Jraidi M. A Flexible Active and Reactive Power Control Strategy of a LV Grid Connected PV System // Energy Procedia. 2019, vol. 162, pp. 325–338. DOI: 10.1016/j.egypro.2019.04.034.

10. Arnold D. B., Sankur M. D., Negrete-Pincetic M., Callaway D. S. Model-Free Optimal Coordination of Distributed Energy Resources for Provisioning TransmissionLevel Services // IEEE Trans. Power Syst. 2018, vol. 33, pp. 817–828. DOI: 10.1109/ TPWRS.2017.2707405.

11. Willems J. L. Budeanu’s reactive power and related concepts revisited // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2011, vol.60(4), pp. 1182–1186.

12. Dogga R.; Pathak M. K. Recent trends in solar PV inverter topologies // Sol. Energy. 2019, vol. 183, pp. 57–73. DOI: 10.1016/j.solener.2019.02.065.

13. Chai Y., Guo L., Wang C., Liu Y., Zhao Z. Hierarchical Distributed Voltage Optimization Method for HV and MV Distribution Networks // IEEE Trans. Smart Grid. 2019, Volume: 11, Issue: 2, рр. 968 980. DOI: 10.1109/TSG.2019.2928701.

14. Barrero-González F., Pires V. F., Sousa J. L., Martins J. F., Milanés-Montero M. I., González-Romera E., Romero-Cadaval E. Photovoltaic Power Converter Management in Unbalanced Low Voltage Networks with Ancillary Services Support // Energies. 2019, vol. 12, p. 972. DOI: 10.3390/en12060972.

15. Степаненко В. П., Белозеров В. И., Сорин Л. Н. Перспективы применения комбинированных накопителей энергии на карьерном железнодорожном транспорте // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 5. — С. 317–322.

16. Xiao Y., Wang Y., Sun Y. Reactive Power Optimal Control of a Wind Farm for Minimizing Collector System Losses // Energies. 2018, vol. 11, p. 3177. DOI: 10.3390/ en11113177

17. Журавлев А. Г. Вопросы оптимизации параметров транспортных систем карьеров // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3−1. — С. 583–601. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31−0-583−601.

18. Данилевич О. И. Реактивная мощность при несинусоидальных напряжениях и токе // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск, Силова електроніка та енергоефективність: наук.-прикл. журн. Нац. акад. наук України, Від-няфіз.-техн. проблем енергетики. 2009, part 5, pp. 75–79.

19. Sarkar M. N. I., Meegahapola L. G., Datta M. Reactive Power Management in Renewable Rich Power Grids // A Review of Grid-Codes, Renewable Generators, Support Devices, Control Strategies and Optimization Algorithms. IEEE Access. 2018, vol. 6, pp. 41458–41489. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2838563.

20. Тимофеев И. П., Большунов А. В., Столярова М. С., Авдеев А. М. Особенности работы тягового устройства на криволинейных участках рельсового пути // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 1. — С. 171–178. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-01−0-171−178.

21. Сулайманов А. О., Гольдштейн Е. И. Определение неактивной мощности и ее составляющих по массивам мгновенных значений токов и напряжений // Известия Томского политехнического университета. — 2005. –Т. 308. № 7. — С. 44–47.

22. Abramov E. Y., Dedov S. I. Laboratory facility development for studying the heavy charge and discharge modes effect on the degradation of lithium-ion batteries // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 2032, no. 1, pp. 012092. DOI: 10.1088/1742−6596/ 2032/1/012092.

23. Галанина Т. В., Баумгартэн М. И., Королева Т. Г. Эколого-экономическое моделирование техногенного воздействия горнодобывающего региона на окружающую среду и человека // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 4. — С. 88–97. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-04−0-88−97.

24. Petrov A. A., Shchurov N. I. Reactive power compensation and high-frequency distortions correction in Metro // Advances in Engineering Research. Actual Issues of Mechanical Engineering, AIME 2017: proc., Tomsk Polytechnic University, Tomsk. 2017, pp. 604–608, https://doi.org/10.2991/aime-17.2017.98.

25. Gandhi O., Rodríguez-Gallegos C. D., Gorla N. B. Y., Bieri M., Reindl T., Srinivasan D. Reactive Power Cost from PV Inverters Considering Inverter Lifetime Assessment // IEEE Trans. Sustain. Energy. 2019, vol. 10, pp. 738–747. — DOI: 10.1109/TSTE.2018.2846544.

26. Benysek G., Pasko M. Power Theories for Improved Power Quality. Springer-Verlag, London. 2012,214 p.

27. Shchurov N. I., Dedov S. I., Malozyomov B. V., Shtang A. A., Martyushev N. V., Klyuev R. V., Andriashin S. N. Degradation of Lithium-Ion Batteries in an Electric Transport Complex // Energies. 2021, vol. 14,8072. https://doi.org/10.3390/ en14238072.

28. Сиротин Ю. А. Ортогональные составляющие трехфазного тока при ассиметричной активно-реактивной нагрузке в четырехпроводной цепи // Електротехніка і Електромеханіка, Electricalengineering & Electromechanics. 2016, no. 3, pp.62–66.

29. Жемеров Г. Г., Тугай Д. В. Зависимость дополнительных потерь в трехфазных системах электроснабжения от реактивной мощности и пульсаций мгновенной активной мощности // Технічна електродинаміка. 2015, no. 4, pp. 66–70.

30. Shchurov N. I., Myatezh S. V., Malozyomov B. V., Shtang A. A., Martyushev N. V., Klyuev R. V., Dedov S. I. Determination of Inactive Powers in a Single-Phase AC Network // Energies. 2021, vol. 14,4814, doi:10.3390/en14164814.

31. Сычев Ю. А., Аладьин М. Е., Зимин Р. Ю. Многофункциональные фильтрокомпенсирующие устройства в комбинированных системах электроснабжения предприятий минерально-сырьевого комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 7. — С. 164–179. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_7_0_164.

32. Абрамов Б. И., Иванов А. Г., Шиленков В. А., Кузьмин И. К., Шевырев Ю. В. Электропривод современных шахтных подъемных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5—2. — С. 145—162. DOI: 10.25018/0236_1 493_2022_52_0_145.