Новости - Отрасли ТЭК

Сибирские ученые «научат» энергороутеры обмениваться электричеством для развития частной генерации

13.03.20 14:00

«У интернета энергии принцип работы как у глобальной сети Интернет. Потоки энергии поступают через энергороутер, и он распределяет ее между пользователями», – комментирует кандидат технических наук Роман Горбунов.

Разработка ученых факультета радиотехники и электроники НГТУ НЭТИ будет применятся в автономных децентрализованных электроэнергетических системах малой и средней мощности в удаленных и труднодоступных регионах, где не могут подключиться к единой энергетической системе.

«Проводить линии электропередач в удаленные места или территории со сложным рельефом зачастую является нецелесообразным. Линии повреждаются во время сезонных катаклизмов или отключаются из-за погодных условий, поэтому выработка энергии по месту ее потребления сейчас становится все более популярной. Чаще всего используют дизельные/газовые установки или генераторы на основе возобновляемых источников: энергии солнца, ветра», – рассказывает руководитель проекта – старший преподаватель кафедры электроники и электротехники НГТУ НЭТИ кандидат технических наук Роман Горбунов.

Локальная энергосистема также может использоваться совместно с централизованной. В таком случае локальное генерирование будет давать экономические преимущества, если продавать излишки энергии в общую сеть или покупать из сети только в условиях максимального энергопотребления.

«Сейчас многие устанавливают для своих частных домов или дачных участков автономную систему электропитания. В общей сети могут произойти какие-то сбои или вам планово отключат энергию. Для людей, которые живут в частных домах постоянно, это серьезная проблема. Они отходят от такой модели и устанавливают свою энергосистему: солнечные панели на крышу или ветряки. Это бытовой пример причин роста популярности децентрализованных энергосистем», – говорит Роман Горбунов.

В децентрализованной системе, где есть много независимых генерирующих устройств и потребителей, может меняться их функциональное назначение. Например, когда электромобиль подключается к системе, он потребляет энергию для зарядки, но, когда он зарядился, может использовать энергию как накопитель. Когда этой энергии становится слишком много, ее можно даже продавать в сеть. Тип децентрализованной электроэнергетической системы, в которой реализовано интеллектуальное распределенное управление, осуществляемое за счет энергетических трансакций между ее пользователями, называется интернетом энергии.

Концептуально пользователями интернета энергии могут быть владельцы любого электроэнергетического оборудования, производящего, накапливающего или потребляющего электроэнергию, а также субъекты, оказывающие владельцам электроэнергетического оборудования различные услуги. Система открыта для подключения генерирующих устройств и иного оборудования, поэтому конфигурация системы недетерминирована, что существенно усложняет управление.

«Сейчас в подобных системах применяются алгоритмы двух типов: первые (конфигурация Master-Slave) назначают в системе главный и ведомые преобразователи энергии, связанные друг с другом по информационному каналу, а вторые (конфигурация Peer-to-Peer) такой связи не имеют и выравнивают потоки за счет управления выходным импедансом. Преимущества вторых в концепции интернета энергии очевидны, но возникают сложности с качеством напряжения. Более того, при открытой архитектуре есть риск, что система в принципе потеряет устойчивость. Разрабатываемые нами алгоритмы управления как раз направлены на решение этих проблем», – говорит Роман Горбунов.

Задача ученых НГТУ НЭТИ – обеспечить, в первую очередь, устойчивую согласованную работу всего энергопреобразующего оборудования локальной энергосистемы, а также поддерживать необходимое качество электроэнергии. Достигается это за счет специальных алгоритмов управления.

«Проблему устойчивости распределенной энергосистемы можно показать на следующем примере. Допустим есть два независимых источника энергии, есть какое-то суммарное энергопотребление, меньшее, чем полная мощность этих генераторов, но превышающее мощность каждого из них. Если не принимать специальных мер, то потоки энергии распределятся между генераторами неравномерно. Возможно, что весь ток перейдет на один генератор, а он, конечно, не рассчитан на такую мощность. В лучшем случае он просто отключится по защитам. А это значит, что вся нагрузка перейдет на второй генератор, который также не рассчитан на такую мощность, соответственно, и тот отключится. И потребитель потеряет энергию. Это пример неустойчивой энергосистемы. Организовав управление генераторами по определенным алгоритмам, энергопотребление можно выровнять. Мы хотим сделать так, чтобы выравнивание осуществлялось каждым генератором самостоятельно, без канала связи с другими подсистемами. Это активно развивающееся и очень востребованное направление энергетики», – рассказывает Роман Горбунов.

Результаты также будут востребованы в космической отрасли. Система электропитания космического аппарата представляет собой полноценную автономную энергетическую систему, получающую первичную энергию от возобновляемых источников с накоплением в аккумуляторных батареях для обеспечения непрерывного электропитания спутника при его нахождении на всех участках орбиты.

Такая энергопреобразующая аппаратура содержит от 8 до 50 и более параллельно работающих силовых модулей со сложной многоуровневой системой автоматики, обеспечивающей включение, выключение, переключение и резервирование модулей с поддержанием требуемого качества выходного напряжения. Ожидается, что развитие разрабатываемых адаптивных алгоритмов управления энергосистемой применительно к системам электропитания космических аппаратов позволит значительно повысить надежность и уменьшить массу системы.