Новое устройство для безопасного управления электросетью с участием возобновляемых источников энергии разработали специалисты ТПУ. По их информации, данная разработка позволит почти в два раза увеличить надежность электросети, сообщили в пресс-службе вуза.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), такие как солнечная, ветровая и геотермальная, получают энергию из природных ресурсов. Ее хранят системы накопления электрической энергии, что решает проблему непостоянства выработки и обеспечивает стабильное энергоснабжение. При этом возобновляемые источники энергии и системы накопления электрической энергии генерируют постоянный ток, в то время как в электрической сети, к которой они подключены, протекает переменный ток.
Для соединения генерирующего оборудования с электрической сетью используют инверторные преобразователи. Большинство из них имеет упрощённую автоматическую систему управления, которая не позволяет возобновляемым источникам участвовать в регулировании режимных параметров, что увеличивает вероятность аварийных ситуаций.
Специалисты лаборатории моделирования электроэнергетических систем Томского политехнического университета разработали новую модель трехфазного инверторного преобразователя — устройства, позволяющего возобновляемым источникам энергии участвовать в регулировании параметров сети с современным управлением. Он обеспечивает возможность регулировки уровня напряжения в широком диапазоне за счет имитации работы традиционной синхронной машины.
«Самый простой инверторный преобразователь может регулировать амплитуду и частоту напряжения, а значит, мощность и угол электропередачи, от которых зависят амплитуда и продолжительность колебаний режимных параметров после различных аварийных событий. Если есть возможность влиять на угол электропередачи, то и контроль качества электроснабжения становится лучше», — рассказал ассистент отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Павел Радько.
Однако, по его словам, корректная и адекватная реакция на внешние возмущения возможна только при связывании всех этих параметров общими зависимостями. В противном случае изменение этих параметров может привести к увеличению ущерба.
«Разработанная нами усложненная система управления как раз и позволяет связывать параметры и управлять ими для достижения положительного, предсказуемого влияния на переходные процессы в энергосистеме», — добавил ученый.
В настоящее время силовые инверторы производятся в нескольких технических вариантах, а настройка их системы управления зачастую осуществляется индивидуально под конкретную конфигурацию электрической сети, в которую должен быть установлен инвертор. Предложенная разработка более адаптивна — как с точки зрения технического исполнения, так и с точки зрения системы управления, то есть она в меньшей степени нуждается в оптимизации под определенные условия.
Новый инверторный преобразователь, по данным разработчиков, значительно упрощает подключение генерирующего оборудования на основе возобновляемых источников и их эксплуатацию, а также предоставляет возможность подключения гибридных аккумуляторных сборок к сети. По предварительным оценкам, устройство почти вдвое сократит величину отклонений режимных параметров при возмущениях.
«Частота в электрической сети России составляет 50 Гц. Если из-за аварии она упадет до 49 Гц, некоторые генерирующие установки могут отключиться. Это еще больше снизит частоту, что приведет к отключению еще большего числа генераторов и может вызвать каскадную аварию. Чтобы предотвратить это, можно подключить к регулированию возобновляемые источники энергии, которые мгновенно реагируют на аварийную ситуацию и сокращают отклонения параметров вплоть до 50%», — уточнил Радько.
По его мнению, внешним возмущением можно считать и значительное увеличение нагрузки: когда весь город одновременно включает чайники, нагрузка возрастает, влияя на все параметры сети. Поэтому регулирование важно не только в случае аварий, которые происходят относительно редко, но и в нормальном режиме работы энергосистемы.
Таким образом, надежность электросети увеличится в два раза по сравнению с ситуацией, когда возобновляемые источники энергии не влияют на электрическую сеть, что характерно для большинства солнечных и ветровых электростанций в стране, добавил ученый.
«Экспериментальный образец устройства уже готов, разрабатывается конструкторская документация для создания опытного образца. Интерес к проекту уже проявили предприятия реального сектора экономики, дальнейшее сотрудничество с ними может значительно улучшить топливно-энергетический комплекс страны и снизить затраты на производство электроэнергии. Полученные результаты и весь проект в целом направлены на достижение целей и преодоление вызовов, обозначенных в Энергетической стратегии Российской Федерации до 2050 года», — отметил доцент отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Руслан Уфа.
Авторы уверены, что их разработка поможет обеспечить надежную бесшовную интеграцию различных 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 ощутимое 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