Анализ влияния вольт-амперной характеристикой выпрямителей на статические характеристики нагрузки водородного электролизера

Традиционно определение статических нагрузочных характеристик является одним из основных этапов подготовки расчетной модели электроэнергетической системы. Особенно важно правильно учитывать энергоемкие производства, которые вносят огромный вклад в формирование этих характеристик. В частности, наблюдаемый в мире повышенный интерес к водородным технологиям, как одного из наиболее перспективных высокотехнологичных направлений развития энергетики, и увеличение доли установленной мощности объектов генерации на базе возобновляемых источников энергии определяет перспективу развития производства водорода методом электролиза воды. Соответственно, значительное увеличение масштабов применения водородных технологий, в частности в соответствии с «Водородной стратегии для климатически нейтральной Европы» Европейская комиссия производства «зеленого» водорода, определяет задачу формирования корректных математических моделей данных устройств с точки зрения планирования режимов, анализа их влияния на параметры электроэнергетических систем. Определение статических нагрузочных характеристик на основании физического эксперимента не позволит получить характеристику при значительных повышении или снижении напряжения в узле электроэнергетической системы, которые возникают только в аварийных режимах работы энергосистемы. Поэтому представляется актуальным проведение анализа и определения электрических характеристик потребителей путем математического моделирования силовой схемы. В данной статье представлены результаты корректировки статической нагрузочной характеристики электролизера большой мощности, применимого в производстве водорода. Анализ этих результатов, полученных с помощью программного обеспечения MATLAB, проводится с использованием регрессии методом наименьших квадратов для получения полиномиальных функций статических характеристик нагрузки. Согласно этому анализу, статические характеристики рассмотренного электролизера, будучи близкими к линейным внутри регулировочного диапазона, за пределами регулировочного диапазона приобретают параболические зависимости активной и реактивной мощности от напряжения. Статические нагрузочные характеристики установки определяется параметрами схемы питания и вольт-амперной характеристикой выпрямителей, смещающих вершины парабол из начала координат, что следует учитывать для повышения достоверности расчетной схемы.

1. Shiva Kumar S., Hydrogen production by PEM water electrolysis – A review / S. Shiva Kumar, V. Himabindu, // Materials Science for Energy Technologies. – 2019. – Vol. 2. – No. 3. – Pp. 442-454.

2. Schmidt O., Future cost and performance of water electrolysis: An expert elicitation study / O. Schmidt, A. Gambhir, I. Staffell, A. Hawkes, J. Nelson, S. Few // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42. – No. 52. – Pp. 30470-30492.

3. Milanovic, J.V. International Industry Practice on Power System Load Modeling / J.V. Milanovic, K.Yamashita, S.M. Villanueva, S.Z. Djokic, and L.M. Korunovic // IEEE Transactions on Power Systems. – 2012. – Vol. 28. – No. 3. – Pp. 3038-3046.

4. Han, D. A Real Application of MeasurementBased Load Modeling in Large-Scale Power Grids and its Validation / D. Han, J. Ma, R. He, and Z. Dong // IEEE Transactions on Power Systems. – 2009. – Vol. 24. – No. 4. – Pp. 1756-1764.

5. Orji, U. Load Modeling For Power System Requirement and Capability Assessment / B. Sievenpiper, K. Gerhard, S.B. Leeb, N. Doerry, J.L. Kirtley, and T. McCoy // IEEE Transactions on Power Systems. – 2014. – Vol. 30. – No. 3. – Pp. 1415-1423.

6. Li, Y. Representative static load models for transient stability analysis: development and examination / Y. Li, H.D. Chiang, B.K. Choi, Y.T. Chen, D.H. Huang, and M.G. Lauby // IET Generation, Transmission & Distribution. – 2007. – Vol. 1. – No. 3. – Pp. 422-431.

7. Suvorov, A. The novel approach for electric power system simulation tools validation / A. Suvorov, A. Gusev, M. Andreev, and A. Askarov // Electrical Engineering. – 2019. – Vol. 101. – Pp. 457-466.

8. Korunovic, L.M. Identification of static load characteristics based on measurements in medium-voltage distribution network / L.M. Korunovic, D.P. Stojanovic, and J.V. Milanovic // IET Generation, Transmission & Distribution. – 2008. – Vol. 2. – No. 2. – Pp. 227-234.

9. Kan, Y. Static characteristic of load effects on voltage stability of electric system // In international Conference on System Science and Engineering (ICSSE), Dalian, Liaoning, 2012. – Pp. 596-599.

10. Drimitriev, S.A. Complex load bus static load characteristics determination using passive experiment method / S.A. Drimitriev, S.I. Semenenko, and A.A. Suvorov // In 17th International Ural Conference on AC Electric Drives (ACED), Ekaterinburg. – 2018. – Pp. 1-6.

11. Pankratov, A. Using static polynomial load models in “Rastrwin” software package for power system studies / A. Pankratov, M. Kondrashov, and S. Paul // MATEC Web of Conf. – 2015.– Vol. 37. – Pp. 1-4.

12. Pazderin, A. Static Load Characteristic of Complex Load Node with Allowance for Automation / A. Pazderin, A. Tavlintsev // MATEC Web of Conf. – 2015.– Vol. 37. – Pp. 1-4.

13. Suvorov, A. A validation approach for short‐ circuit currents calculation in large‐scale power systems / A. Suvorov, A. Gusev, M. Andreev, and A. Askarov // International Transactions on Electrical Energy Systems. – 2020. – Vol. 30. – No. 430. – Pp. 1-20.

14. Xu L. A comparative analysis of the interaction between different FACTS and HVDC / L. Xu, P. Dong, and M. Liu // In IEEE Power and Energy Society General Meeting, San Diego, CA. – 2012. – Pp. 1-5.

15. Araujo, F.B. Distributed generation: Voltage stability analysis / F.B. Araujo, and R.B. Prada // In IEEE Grenoble Conference, Grenoble. – 2013. – Pp. 1-4.

16. Rahim, S. A convex optimization based decentralized real-time energy management model with the optimal integration of microgrid in smart grid / S. Rahim, N. Javaid, R. Khan, N. Nawaz, and M. Iqbal // Journal of Cleaner Production. – 2019. – Vol. 236. – Pp. 1-23.

17. Lee, Yo. Technical Measures to Mitigate Load Fluctuation for Large-Scale Customers to Improve Power System Energy Efficiency / Yo. Lee, H. Lee, J. Gim, I. Seo, and G. Lee // Energies. – 2020. – Vol. 13. – Pp. 127.

18. Veprikov, A. Increase of energy efficiency of systems of power supply of industrial consumers of DC on the basis of active converters / A. Veprikov, and V. Polishchuk // International Research Journal. – 2017. – Vol. 7. – Iss. 61. – Pp. 17-21.

19. Pollock, P. Power quality and corrective action in an aluminum smelter / P. Pollock, and C. Duffey // IEEE Industry Applications Society Petroleum and Chemi-cal Industry Conf, Indianapolis, USA. – 1998. – Pp. 181189.

20. Weistner, M. Power quality assurance in the production of aluminum / M. Weistner, an M. Habibulin // Mir Metalla. – 2014. – Vol. 10. – Pp. 10-14.

21. Huglen, R. In Introduction to aluminium electrolysis / R. Huglen, B. Lillebuen, and T. Mellerud // Aluminium Verlag. Dusseldorf. – 1993. – P. 139-162.

22. Nikulin A.D. Thyristor converter technology in non-ferrous metallurgy. Moscow: Metallurgy. – 1983. – 128 p.

23. Kavitha, S. A comparative analysis on linear regres-sion and support vector regression / S. Kavitha, S. Varuna, and R. Ramya // In Proc. of Online International Conference on Green Engineering and Technologies (ICGET), Coimbatore, India. – 2016. – Pp. 1-5.