Новое устройство для безопасного управления электросетью с участием возобновляемых источников энергии было создано учеными ТПУ. По их информации, данная разработка сможет почти вдвое увеличить надежность электросети, отметили в пресс-службе вуза. 
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), такие как солнечная, ветровая и геотермальная, генерируют энергию из природных ресурсов. Она хранится в системах накопления электрической энергии, что позволяет решить проблему непостоянства выработки и обеспечить стабильность энергоснабжения. В то же время возобновляемые источники энергии и системы накопления электрической энергии вырабатывают постоянный ток, тогда как в электрической сети, к которой они присоединяются, течет переменный ток.
Для связи генерирующего оборудования с электрической сетью используются инверторные преобразователи. Большинство из них имеет упрощенную систему автоматического управления. Это не позволяет возобновляемым источникам участвовать в регулировании режимных параметров, что увеличивает вероятность аварийных ситуаций.
Ученые лаборатории моделирования электроэнергетических систем Томского политехнического университета разработали новую модель трехфазного инверторного преобразователя — устройства, которое будет обеспечивать возможность возобновляемым источникам энергии участвовать в регулировании параметров сети, используя современную систему управления. Это устройство позволяет контролировать уровень напряжения в широком диапазоне благодаря имитации работы традиционной синхронной машины.
«Самый простой инверторный преобразователь может регулировать амплитуду и частоту напряжения, а значит, мощность и угол электропередачи, от которого зависит амплитуда и длительность колебаний параметров режимов после различных аварийных случаев. Если есть возможность влиять на угол электропередачи, то и контроль качества электроснабжения становится лучше», — отметил ассистент кафедры электроэнергетики и электротехники ТПУ Павел Радько.
Однако, по его словам, корректной и адекватной реакции на внешние возмущения можно достичь только связав все эти параметры общими зависимостями. В противном случае изменения этих параметров могут привести к увеличению ущерба.
«Разработанная нами усложненная система управления как раз и позволяет связать параметры и управлять ими, чтобы получить положительное, прогнозируемое влияние на переходные процессы в энергосистеме», — добавил ученый.
На данный момент силовые инверторы производятся в нескольких технических вариантах, а настройка их системы управления зачастую проводится индивидуально под конкретную конфигурацию электрической сети, в которую должен быть установлен инвертор. Предложенная разработка отличается большей адаптивностью — как с точки зрения технического исполнения, так и с точки зрения системы управления, т.е. она в меньшей степени нуждается в оптимизации под определенные условия.
Новый инверторный преобразователь, по данным разработчиков, значительно упрощает подключение генерирующего оборудования на базе возобновляемых источников и их эксплуатацию, а также обеспечивает возможность подключения гибридных аккумуляторных сборок к сети. По предварительным оценкам, устройство почти вдвое снизит величину отклонений режимных параметров при возмущениях.
«Частота в электрической сети России — 50 Гц. Если из-за аварии она опустится до 49 Гц, то некоторое генерирующее оборудование может отключиться. Это еще сильнее уменьшит значение частоты, что приведет к отключению еще большего количества генераторов, в результате чего произойдет каскадная авария. Чтобы избежать этого, можно вовлечь в процесс регулирования возобновляемые источники энергии, которые мгновенно реагируют на аварийную ситуацию и сокращают отклонение параметров до 50%», — уточнил Радько.
По его словам, внешним возмущением может быть и значительное увеличение нагрузки: если весь город одновременно включит чайники, это повлияет на все параметры сети. Поэтому регулирование важно не только в случае аварий, которые случаются относительно редко, но и в нормальных условиях работы энергосистемы.
Таким образом, надежность электросети увеличится в два раза по сравнению с ситуацией, когда возобновляемые источники энергии не оказывают влияния на электрическую сеть, что характерно почти для всех солнечных и ветровых электростанций России, добавил ученый.
«Уже создан экспериментальный образец устройства, разрабатывается конструкторская документация для создания опытного образца. Заинтересованность в проекте уже проявили предприятия реального сектора экономики, и дальнейшее сотрудничество с ними может существенно улучшить топливно-энергетический комплекс России, снизить затраты на производство электроэнергии. Полученные нами результаты и весь проект в целом направлены на достижение целей и преодоление вызовов, обозначенных в Энергетической стратегии Российской Федерации до 2050 года», — отметил доцент кафедры электроэнергетики и электротехники ТПУ Руслан Уфа.
Авторы предполагают, что их разработка поможет обеспечить надежную бесшовную интеграцию разнородных объектов генерации и потребления электроэнергии на постоянном и переменном токе, а также послужит основой для создания уникальных устройств — HVDC-систем (гибкой системы передачи переменного тока) и FACTS (системы постоянного тока высокого напряжения) — высоковольтных линий электропередачи нового поколения.
Их применение будет особенно эффективно в изолированных энергосистемах, например, на Дальнем Востоке или Крайнем Севере, где объемы генерации и потребления значительно меньше, а системы накопления электроэнергии с относительно небольшой емкостью вместе с разрабатываемым преобразователем окажут заметное влияние на качество электроснабжения, считают в ТПУ.
Исследование выполнено в рамках федеральной программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети».
Фото: hi-tech.mail.ru