Частотный пуск синхронной машины по арктангенциальному закону

Цель – формирование закона и представление методики расчета параметров арктангенциального частотного пуска синхронной машины с маховичным накопителем энергии. Объектом исследования является электротехнический комплекс с маховичным накопителем энергии в составе трансформаторной подстанции непромышленных потребителей. Данный комплекс состоит из маховичного накопителя, синхронной машины, преобразователя частоты и системы управления. Анализ протекающих при пуске процессов выполнен в относительных единицах в dq-координатах. Для описания начального этапа пуска изменение частоты и напряжения представлены линейной, изменение электромагнитного момента синусоидальной, а изменение угла нагрузки квадратичной зависимостью от времени. Для проверки результатов проведено имитационное моделирование в среде SimInTech на основании системы дифференциальных уравнений Парка–Горева для синхронной машины. Представлено краткое описание и предложена методика расчета параметров закона частотного пуска c изменением частоты по арктангенциальной зависимости для синхронной машины с маховичным накопителем энергии. Эту зависимость можно характеризировать параметром σ, определяющим максимум ускорения, и продолжительностью пуска Tп. Показано, что ускорение ротора и потребляемый ток достигают наибольших значений к середине продолжительности пускового режима. Сравнение результатов расчета параметров частотного пуска для синхронной машины с маховичным накопителем и имитационного моделирования показало наибольшее отклонение параметров до 13%. Предложенный закон управления частотного пуска и методика расчета его параметров для синхронной машины с маховичным накопителем энергии позволяют обеспечить регулируемый пуск с заданным пиковым значением пускового тока и расчетной продолжительностью пуска. Результаты работы могут способствовать стандартизации и распространению маховичных накопителей энергии на действующих и вновь вводимых объектах.

1. Добрего К.B. К вопросу создания гибридных систем накопления электроэнергии // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2023. Т. 66. № 3. С. 215–232. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-3-215-232. EDN: AVOTEY.

2. Токарев И.С., Толмачев В.Н., Кирюхин С.Н., Иваницкий С.С., Пудкова Т.В. Расчет показателей надежности системы электроснабжения с интегрированной системой накопления энергии // Электронный сетевой политематический журнал // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2024. № 3. С. 116–130. https://doi.org/10.26297/2312-9409.2024.3.12. EDN: VMBGOM.

3. Косарев Б.А., Кощук Г.А., Лазарев Д.В., Охотников А.А., Хамитов Р.Н. 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. https://doi.org/10.17122/1999-5458-2023-19-3-64-73. EDN: NZWJYZ.

4. Khaleel M., Yusupov Z., Kilic H., Moftah A., Hesri A., Ahmed A.A., et al. Battery technologies in electrical power systems:pioneeringsecureenergytransitions//JournalofPowerSources.2025.Vol.653.Р.237709.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.237709. EDN: MFQXJO.

5. Lee Dasheng, Chiang Yachi, Chen Yen-Tang, Tsai Hsin-Han. Impacts of battery energy storage system on power grid smartness: case study of Taiwan power company // Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 86. Part A. Р. 111188. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.111188. EDN: FODGAF.

6. Song Zhuoran, Zhang Mingli, Chi Yuanying, Li Jialin, Zheng Yi. Research on the coordinated optimization of energy storage and renewable energy in off-grid microgrids under new electric power systems // Global Energy Interconnection. 2025. Vol. 8. Iss. 2. P. 213–224. https://doi.org/10.1016/j.gloei.2024.12.004. EDN: SVCHQA.

7. Ajami O.M.T., Tan R.H.G., Nadarajah M., Jamaludin F.A., Pradana A.B. Tribrid energy storage system for frequency support with stage-specific control in a complex interconnected power system with HVDC link // e-Prime - Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy. 2025. Vol. 13. Р. 101100. https://doi.org/10.1016/j.prime.2025.101100. EDN: HPHGSE.

8. Jaradat T., Khatib T. A review of battery energy storage system for renewable energy penetration in electrical power system: environmental impact, sizing methods, market features, and policy frameworks // Future Batteries. 2025. Vol. 7. Р. 100106. https://doi.org/10.1016/j.fub.2025.100106. EDN: ZQMIFL.

9. Гарифуллина Н.А. Современные технологии хранения электроэнергии для энергосистем будущего // Экономика и управление: проблемы, решения. 2024. Т. 9. № 9. С. 95–101. https://doi.org/10.36871/ek.up.p.r.2024.09.09.013. EDN: GXZUIR.

10. Владимиров Л.В. Накопители электрической энергии в системах децентрализованного электроснабжения // Вестник Югорского государственного университета. 2024. Т. 20. № 4. С. 31–35. https://doi.org/10.18822/byusu20240431-35. EDN: AIESCV.

11. Жилин Е.В., Долгаль С.В., Малышева А.Д. Перспективы применения накопителей электроэнергии в энергетических системах // Энергетические системы. 2023. № 3. С. 32–41. https://doi.org/10.34031/es.2023.3.004. EDN: RKAXAO.

12. Song Gengling, Wu Zhenkui, Yan Qianlong, Zhang Jihong, Yang Peihong, Zhang Zilei. Sensorless fault-tolerant control strategy of flywheel energy storage system based on improved model reference adaptive system // Journal of Energy Storage. 2025. Vol. 132. Part B. Р. 117842. https://doi.org/10.1016/j.est.2025.117842. EDN: KAJIQH.

13. Li Yueming, Ding Zemin, Yu Youhong, Liu Yongbao. Mitigation effect of flywheel energy storage on the performance of marine gas turbine DC microgrid under high-power load mutation // Energy Reports. 2023. Vol. 9. Р. 1380–1396. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.12.052. EDN: ERRGOG.

14. Meng Keqilao, Wu Huijuan, Fan Daoerji, Zhou Zhigang, Zhang Zhanqiang, Liu Qing. Research on the strategy for average consensus control of flywheel energy storage array system based on lifecycle // Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 99. Part B. Р. 113409. https://doi.org/10.1016/j.est.2024.113409. EDN: XNNDLS.

15. Cruz-De-Jesús E., Martínez-Ramos J.L., Marano-Marcolini A., Gómez-Expósito A. Economic assessment of battery energy storage systems for frequency regulation reserve provision: a case study of the Dominican Republic // Energy for Sustainable Development. 2025. Vol. 88. Р. 101749. https://doi.org/10.1016/j.esd.2025.101749. EDN: IOGPJS.

16. Talebpour N., Ilbeigi M. Modeling and forecasting uncertainties in power exchange between distributed energy systems and urban grid networks // Energy Reports. 2025. Vol. 14. Р. 3277–3285. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2025.10.008. EDN: WLZEZW.

17. Блинников М.Е., Пантелеев В.И. Компенсация несимметричной нагрузки в четырёхпроводных сетях с помощью активного выпрямителя с источником энергии // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2024. Т. 17. № 5. С. 655–666. EDN: IWUUZD.

18. Третьяков Е.А., Мещеряков А.В. Повышение качества электроэнергии в системах электроснабжения с резервированием от дизель-генераторных установок // Вестник Югорского государственного университета. 2023. Т. 19. № 2. С. 133–143. https://doi.org/10.18822/byusu202302133-143. EDN: SVZTKU.

19. Ойдинская С.В. Применение маховичных аккумуляторов в ветровой отрасли электроэнергетики // Политехнический молодежный журнал. 2025. № 1. С. 1–10. https://doi.org/10.18698/2541-8009. EDN: AFDXIS.

20. Мотова М.В. Анализ накопителей электрической энергии для применения в интеллектуальных энергосистемах // Вестник НИЦ Военной академии Ракетных войск стратегического назначения. 2024. № 7. С. 28–34. EDN: BUTWLZ.

21. Casarin S., Cavazzini G., Pérez-Díaz J.I. Battery and flywheel hybridization of a reversible pumped-storage hydro power plant for wear and tear reduction // Journal of Energy Storage. 2023. Vol. 71. Р. 108059. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108059. EDN: MCHLZQ.

22. Duan Jiandong, Ni He, Tao Jiaxin, Li Zhifan, Zhang Yu, Wang Jianhua. Adaptive primary frequency regulation method based on energy perspective for integrated unit-level wind storage systems // International Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2025. Vol. 169. Р. 110822. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2025.110822. EDN: GNJDQZ.

23. Pelosi D., Baldinelli A., Cinti G., Ciupageanu D.-A., Ottaviano A., Santori F., et al. Battery-hydrogen vs. flywheelbattery hybrid storage systems for renewable energy integration in mini-grid: a techno-economic comparison // Journal of Energy Storage. 2023. Vol. 63. Р. 106968. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.106968. EDN: BQRYGM.

24. Блинников М.Е., Пантелеев В.И. Обратимый преобразователь энергии с маховичным накопителем в системах электроснабжения // Энергетические системы. 2023. Т. 8. № 2. С. 44–50. https://doi.org/10.34031/es.2023.2.005. EDN: WQAHDA.

25. Гильманов Э.А. Способы и современные устройства плавного пуска высоковольтных двигателей // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2023. Т. 19. № 1. С. 93–105. https://doi.org/10.17122/1999-5458-2023-19-1-93-105. EDN: VTICOB.

26. Касымов К.Ж., Жакишев Б.А., Килибаев Е.О. К вопросу плавного пуска высоковольтных электродвигателей // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2024. № 9-2. С. 110–114. https://doi.org/10.24412/2500-1000-2024-9-2-110-114. EDN: MGGBGP.