omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2025-193-50-57MNEKEOomna-134Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGПовышение эффективности электротехнической системы буровой установки с системой накопления электроэнергииAdvancing efficiency of a drilling rig electrical system with a battery energy storage systemСушковВ. В.SushkovV. V.

СУШКОВ Валерий Валентинович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Электроэнергетика»

AuthorID (РИНЦ): 446636

AuthorID (SCOPUS): 55971218900

г. Тюмень

SUSHKOV Valeriy Valentinovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Electrical Power Engineering and Electrical Engineering Department

AuthorID (RSCI): 446636

AuthorID (SCOPUS): 55971218900

Tyumen

sushkovvv@gray-nv.ruГорюновВ. Н.GoryunovV. N.

ГОРЮНОВ Владимир Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий  кафедрой «Электроснабжение промышленных  предприятий»

AuthorID (РИНЦ): 302109

AuthorID (SCOPUS): 7003455231

г. Омск

GORYUNOV Vladimir Nikolayevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Power Supply for Industrial Enterprises Department

AuthorID (RSCI): 302109

AuthorID (SCOPUS): 7003455231

Omsk

vladimirgoryunov2016@yandex.ruРевякинЕ. Е.RevyakinE. E.

РЕВЯКИН Егор Евгеньевич, ассистент кафедры «Электроэнергетика»

AuthorID (РИНЦ): 1097835

г. Тюмень

REVYAKIN Egor Evgenyevich, Assistant of the Electrical  Power Engineering and Electrical Engineering Department

AuthorID (RSCI): 1097835

Tyumen

revyakin.egor.ev@gmail.comТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian FederationОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202530032025015057Copyright © Сушков В.В., Горюнов В.Н., Ревякин Е.Е., 20252025Сушков В.В., Горюнов В.Н., Ревякин Е.Е.Sushkov V.V., Goryunov V.N., Revyakin E.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/134

В работе представлен структурный синтез системы автоматического регулирования сетевого инвертора системы накопления электроэнергии, в основу которого положена известная методика синтеза системы подчинённого регулирования. Целью работы является повышение эффективности электротехнической системы буровой установки с системой накопления электроэнергии при резкопеременном характере нагрузки. Для этого решается задача корректного определения коэффициентов регуляторов системы автоматического регулирования сетевого инвертора, что достигается применением существующей методики синтеза системы подчинённого регулирования. Данная методика позволяет выбрать коэффициенты регуляторов на основе аналитических выводов, что устраняет неопределённость при практической реализации системы автоматического регулирования сетевого инвертора.

The article considers an inner current control loop design for a grid inverter of the battery energy storage system. For this purpose, a well-known methodology of subordinate control system design is used. According to this methodology the controller coefficients can be determined based on analytical findings. This approach will help prevent indefiniteness during the practical implementation of the automatic control system of grid inverter. The aim of the work is to advancing efficiency of the electrical system of a drilling rig with a battery energy storage system under peak load conditions. The problem of analytical determination of the coefficients of regulators in the automatic control system of a grid inverter has been solved. The structure of the automatic regulation system has been proposed. The efficiency of the automatic control system for the grid inverter is verified by the numerical indicators of the transient process quality obtained in this article.

буровая установкасетевой инверторсистема накопления электроэнергиисистема автоматического регулированиясистема подчинённого регулированиярезкопеременная нагрузкаdrilling riggrid inverterenergy storage systemautomatic control systemsubordinate regulation systempeak loadReferencesГазизова О. В., Морщакин А. Э., Варганов Д. Е. [и др.]. Разработка мероприятий по обеспечению устойчивости промышленной электростанции с резкопеременной нагрузкой // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 1(62). С. 26–32. DOI: 10.18503/2311-8318-2024-1(62)-26-32. EDN: MTLZLU.Gazizova O. V., Morshchakin A. E., Varganov D. E. [et al.]. Razrabotka meropriyatiy po obespecheniyu ustoychivosti promyshlennoy elektrostantsii s rezkoperemennoy nagruzkoy [Development of Measures to Ensure Sustainability of Industrial Power Plant with Variable Load]. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy. Electro Technical Systems and Complexes. 2024. No. 1 (62). P. 26–32. DOI: 10.18503/2311-8318-2024-1(62)-26-32. EDN: MTLZLU. (In Russ.).Разживин И. А., Суворов А. А., Андреев М. В. [и др.]. Обзор математических моделей систем накопления энергии для моделирования электроэнергетических систем. Часть I // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2023. № 2. С. 58–80. DOI: 10.31857/S000233102302005X. EDN: JZIZSY.Razzhivin I. A., Suvorov A. A., Andreev M. V. [et al.]. Obzor matematicheskikh modeley sistem nakopleniya energii dlya modelirovaniya elektroenergeticheskikh sistem. Chast’ I [A review of mathematical models of energy storage systems for electric power systems simulation. Part I]. Izvestiya RAN. Energetika. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Power Engineering. 2023. No. 2. P. 58–80. DOI: 10.31857/S000233102302005X. EDN: JZIZSY. (In Russ.).Косарев Б. А., Кощук Г. А., Лазарев Д. В. [и др.]. Способы поддержания значений напряжения и частоты в допустимых пределах в условиях распределенной генерации при резкопеременном характере нагрузки потребителя // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2023. Т. 19, № 3. С. 64–73. DOI: 10.17122/1999-5458-2023-19-3-64-73. EDN: NZWJYZ.Kosarev B. A., Koshchuk G. A., Lazarev D. V. [et al.]. Sposoby podderzhaniya znacheniy napryazheniya i chastoty v dopustimykh predelakh v usloviyakh raspredelennoy generatsii pri rezkoperemennom kharaktere nagruzki potrebitelya [Methods for maintaining voltage and frequency values within acceptable limits in conditions of distributed generation with a sharply variable nature of the load of the consumer]. Elektrotekhnicheskiye i informatsionnyye kompleksy i sistemy. Electrical and Data Processing Facilities and Systems. 2023. Vol. 19, no. 3. P. 64–73. DOI: 10.17122/1999-5458-2023-19-3-64-73. EDN: NZWJYZ. (In Russ.)Бачурин П. А., Гладков Д. С., Зырянов В. М. [и др.]. Испытания промышленного образца системы накопления энергии СНЭ-10-1200-400 при совместной работе с ГПУ в составе экспериментальной энергосистемы // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 2 (59). С. 18–25. EDN: WFLZYQ.Bachurin P. A., Gladkov D. S., Zyryanov V. M. [et al.]. Ispytaniya promyshlennogo obraztsa sistemy nakopleniya energii SNE-10-1200-400 pri sovmestnoy rabote s GPU v sostave eksperimental’noy energosistemy [Testing of industrial design energy storage system (ess-101200-400) and gas piston units in experimental power system]. Elektroenergiya. Peredacha i raspredeleniye. Electric power. Transmission and Distribution. 2020. No. 2 (59). P. 18–25. EDN: WFLZYQ. (In Russ.).Engels J., Claessens B., Deconinck G. Optimal combination of frequency control and peak shaving with battery storage systems // IEEE Transactions on Smart Grid. 2020. Vol. 11, № 4. P. 3270–3279. DOI: 10.1109/TSG.2019.2963098.Engels J., Claessens B., Deconinck G. Optimal combination of frequency control and peak shaving with battery storage systems. IEEE Transactions on Smart Grid. 2020. Vol. 11, no. 4. P. 3270–3279. DOI: 10.1109/TSG.2019.2963098. (In Engl.).Илюшин П. В., Куликов А. Л., Березовский П. К. Эффективное использование накопителей электрической энергии для предотвращения отключений объектов распределенной генерации при кратковременных отклонениях частоты // Релейная защита и автоматизация. 2019. № 4(37). С. 26–33. EDN: JSSGMJ.Ilyushin P. V., Kulikov A. L., Berezovskiy P. K. Effektivnoye ispol’zovaniye nakopiteley elektricheskoy energii dlya predotvrashcheniya otklyucheniy ob”yektov raspredelennoy generatsii pri kratkovremennykh otkloneniyakh chastoty [Effective application of electric energy storage for prevention of distributed generation units tripping due to short-time frequency deviations]. Releynaya zashchita i avtomatizatsiya. Relay Protection and Automation. 2019. No. 4. P. 32–39. EDN: JSSGMJ. (In Russ.).Червонченко С. С., Фролов В. Я. Повышение энергоэффективности автономной системы электроснабжения буровой установки при провалах напряжения // Записки Горного института. 2023. Т. 261. С. 470–478. EDN: MGAPVA.Chervonchenko S. S., Frolov V. Ya. Povysheniye energoeffektivnosti avtonomnoy sistemy elektrosnabzheniya burovoy ustanovki pri provalakh napryazheniya [Increasing the energy efficiency of an autonomous power supply system of a drillingrig in case of voltage dips]. Zapiski Gornogo instituta. Journal of Mining Institute. 2023. Vol. 261. P. 470–478. EDN: MGAPVA. (In Russ.).Федотов А. И., Федотов Е. А., Абдуллазянов А. Ф. Использование электрохимических накопителей энергии в системах автономного электроснабжения для снижения расхода топлива энергоустановок // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23, № 1. С. 3–17. DOI: 10.30724/1998-9903-2021-23-1-3-17. EDN: BITFGX.Fedotov A. I., Fedotov E. A., Abdullazyanov A. F. Ispol’zovaniye elektrokhimicheskikh nakopiteley energii v sistemakh avtonomnogo elektrosnabzheniya dlya snizheniya raskhoda topliva energoustanovok [Use of electrochemical energy storage systems in autonomous power supply systems to reduce fuel consumption of power installations]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki. Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2021. Vol. 23, no. 1. P. 3–17. DOI: 10.30724/1998-9903-2021-23-1-3-17. EDN: BITFGX. (In Russ.).Ashtiani N. A., Ali Khajehoddin S., Karimi-Ghartemani M. Optimal design of nested current and voltage loops in gridconnected inverters // 2020 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). New Orleans, 2020. P. 2397–2402. DOI: 10.1109/APEC39645.2020.9124405.Ashtiani N. A., Ali Khajehoddin S., Karimi-Ghartemani M. Optimal design of nested current and voltage loops in gridconnected inverters // 2020 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). New Orleans, 2020. P. 2397–2402. DOI: 10.1109/APEC39645.2020.9124405. (In Engl.).Zhao Z., Han Z., Liu X. [et al.]. Optimal Tuning of the Current Loop for Dual-Loop Controlled Grid-Forming Converters Based on Active Damping Optimization // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 35801–35813. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3061098.Zhao Z., Han Z., Liu X. [et al.]. Optimal Tuning of the Current Loop for Dual-Loop Controlled Grid-Forming Converters Based on Active Damping Optimization. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 35801–35813. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3061098. (In Engl.).Yan W., Shah S., Gevorgian V., Gao D. W. Sequence Impedance Modeling of Grid-Forming Inverters // 2021 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM). Washington, 2021. P. 1–5.Yan W., Shah S., Gevorgian V., Gao D. W. Sequence Impedance Modeling of Grid-Forming Inverters // 2021 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM). Washington, 2021. P. 1–5. (In Engl.).Плотников Ю. В., Поляков В. Н., Савосина А. А., Щербаков Д. А. Сглаживание пиковых нагрузок в частотно-регулируемом электроприводе трамвая с системой хранения энергии на базе суперконденсаторов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2024. Т. 67, № 1. С. 21–35. DOI: 10.17213/0136-3360-2024-1-21-35. EDN: MYQWKT.Plotnikov Yu. V., Polyakov V. N., Savosina A. A., Shcherbakov D. A. Sglazhivaniye pikovykh nagruzok v chastotnoreguliruyemom elektroprivode tramvaya s sistemoy khraneniya energii na baze superkondensatorov [Smoothing the peak loads in a frequency-controlled tram electric drive with a supercapacitor based energy storage device] // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Elektromekhanika. Russian Electromechanics. 2024. Vol. 67, no. 1. P. 21–35. DOI: 10.17213/0136-3360-2024-1-21-35. EDN: MYQWKT. (In Russ.).Шрейнер Р. Т. Системы подчинённого регулирования электроприводов. Часть 1. Электроприводы постоянного тока с подчинённым регулированием координат. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 1997. 279 с.Shreyner R. T. Sistemy podchinennogo regulirovaniya elektroprivodov [Systems of subordinate regulation of electric drives]. Yekaterinburg, 1997. 279 p. (In Russ.).Разживин И. А., Суворов А. А., Андреев М. В. [и др.]. Обзор математических моделей систем накопления энергии для моделирования электроэнергетических систем. Часть II // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2023. № 3. С. 34–56. DOI: 10.31857/S000233102303007X. EDN: TBBYWMRazzhivin I. A., Suvorov A. A., Andreev M. V. [et al.]. Obzor matematicheskikh modeley sistem nakopleniya energii dlya modelirovaniya elektroenergeticheskikh sistem. Chast’ I [A review of mathematical models of energy storage systems for electric power systems simulation. Part I]. Izvestiya RAN. Energetika. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Power Engineering. 2023. No. 3. P. 34–56. DOI: 10.31857/S000233102303007X. EDN: TBBYWM. (In Russ.).

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