Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности в интеллектуальной распределительной электрической сети

Докладчик: Панфилов Дмитрий Иванович

Должность: Первый заместитель Генерального директора, Научный руководитель ОАО "ЭНИН", профессор, д.т.н.

Цель проекта:
1. Концепция интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью требует внедрения в структуру электрической сети широкого класса преобразовательных устройств, основными среди которых являются устройства регулирования транспортных потоков мощности, разработка и исследование которых выполняются в рамках настоящего ПНИ. 2. Целью проекта является разработка научно-технических решений по созданию автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности (АУРТПМ) с микропроцессорной системой управления на основе современных технологий проектирования устройств силовой электроники и цифровых систем управления, предназначенного для интеллектуализации процесса передачи и распределения электрической энергии в активно-адаптивных электрических сетях и обеспечения высокого уровня надежности и экономичности систем электроснабжения потребителей.

Основные планируемые результаты проекта:
1. К основным планируемым результатам ПНИ относятся:
- методические рекомендации по проектированию автоматизированных узлов регулирования транспортных потоков мощности (АУРТПМ);
- экспериментальный образец АУРТПМ, включающий следующее оборудование: силовые трансформаторы, полупроводниковый преобразователь с цифровой системой управления, блок автоматического управления режимами АУРТПМ;
- имитационные модели оборудования АУРТПМ: силовых трансформаторов, полупроводникового преобразователя и его цифровой системы управления, блока автоматического управления режимами. Имитационная модель АУРТПМ;
- алгоритмы управления полупроводниковым преобразователем в составе АУРТПМ;
- алгоритмы функционирования блока автоматического управления режимами АУРТПМ;
- программа и методики проведения экспериментальных исследований экспериментального образца АУРТПМ;
- проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Создание опытно-промышленного образца автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности в интеллектуальных распределительных и магистральных электрических сетях выбранных классов напряжений».
2. Основные характеристики планируемых результатов:
- разрабатываемые в ходе ПНИ научно-технические решения ориентированы на технологии создания быстродействующих устройств регулирования параметров электрической сети, обеспечивающих повышение уровня надежности и экономичности систем электроснабжения потребителей не менее чем на 10%;
- алгоритмы управления полупроводниковым преобразователем АУРТПМ предназначены для обеспечения надёжной работы узла регулирования транспортных потоков в составе активно-адаптивной электрической сети в режиме реального времени (в темпе процесса);
- методические рекомендации по проектированию автоматизированных узлов регулирования транспортных потоков мощности разрабатываются в соответсвии с основными положениями концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью;
- экспериментальный образец АУРТПМ должен быть предназначен для исследования и апробации полученных научно-технических решений по интеллектуализации процесса передачи и распределения электрической энергии в интеллектуальных электрических сетях;
- экспериментальный образец АУРТПМ должен обеспечивать регулирование активных и реактивных потоков мощности электрической энергии величиной не менее 25 кВА.
3. В качестве основы построения автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности принято фазоповоротное устройство (ФПУ) с полупроводниковым коммутатором. Предлагаемое ФПУ отличается оригинальной топологией построения и алгоритмами управления его полупроводниковым преобразователем, обеспечивающими повышенную надёжность функционирования АУРТПМ в целом.
4. На сегодняшний день в России и мире не эксплуатируются фазоповоротные устройства с полупроводниковыми коммутаторами. Ближайшими и широко распространёнными за рубежом прототипами данных устройств являются фазоповоротные трансформаторы с механическими устройствами регулирования под нагрузкой, быстродействие которых в сотни раз уступает предлагаемому в данном ПНИ техническому решению.
5. Достижение заявленных результатов обеспечивается решением следующих научно-технических задач:
- проведение анализа научно-технической литературы и патентного поиска по тематике исследования;
- анализ современной элементной базы силовой и цифровой электроники, потенциально пригодной для применения в составе быстродействующих высоконадёжных устройств управления потоками мощности;
- исследование электромагнитных процессов и характеристик устройств управления потоками мощности различных топологий с целью выбора наиболее эффективного решения;
- разработка и создание имитационной модели АУРТПМ выбранной топологии и его системы управления, совместно с моделью электроэнергетической системы;
- изготовление экспериментального образца АУРТПМ;
- проведение экспериментальных исследований на изготовленном экспериментальном образце АУРТПМ с целью подтверждения обоснованности принятых технических решений и исследования разработанных алгоритмов управления.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Автоматизированный узел управления транспортных потоков мощности (АУРТПМ) предназначен для управления потоками энергии в электрических сетях класса 6 кВ и выше. Потенциальными потребителями результатов выполняемого ПНИ являются ОАО «Российские сети», ОАО «ФСК ЕЭС», и их сетевые подразделения, сетевые компании зарубежных стран, а также компании, генерирующие электрическую энергию.
2. На сегодняшний день в структуре Единой Национальной Электрической Сети (ЕНЭС) России, эксплуатируемой ОАО «ФСК ЕЭС», по данным ОАО «Институт «Энергосетьпроект» насчитывается более 10 объектов, на которых применение АУРТПМ является востребованным. В структуре распределительных электрических сетей проблемы, вызванные отсутствием возможности управления потоками мощности, стоят ещё более остро, наиболее эффективным средством их решения также является внедрение АУРТПМ. За счёт непрерывного роста энергопотребления и вызванного этим усложнения структуры электрических сетей востребованность применения данных устройств будет только возрастать. Указанная позиция полностью подтверждается основными положениями концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью, разработанной ОАО «ФСК ЕЭС» в 2012г.
3. Успешное решение поставленных в рамках проекта задач позволит создать технологию мирового уровня по разработке и внедрению быстродействующих устройств регулирования транспортных потоков мощности на базе полупроводниковых преобразователей электрической энергии с цифровыми системами управления. Решение поставленных в рамках ПНИ задач является необходимым и важным условием создания технологического базиса для реализации концепции активно-адаптивной электрической сети с последующим её практическим воплощением, что в конечном итоге позволит существенно повысить надёжность и эффективность функционирования электроэнергетической отрасли страны.

Текущие результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты) - не менее 15 научно-информационных источников за период 2009 – 2014 гг.
2. Проведены патентные исследования.
3. Проведено исследование характеристик и особенностей функционирования распределительных электрических сетей.
4. Разработана обобщенная имитационная модель распределительной сети для исследования характеристик АУРТПМ.
5. Исследованы возможные варианты построения АУРТПМ, проведена их сравнительная оценка по функциональным и технико-экономическим показателям.
6. Выбрана топология построения АУРТПМ.
7. Разработаны имитационные модели оборудования АУРТПМ: силовых трансформаторов и полупроводникового преобразователя.
8. Проведены настройка и верификация имитационных моделей оборудования АУРТПМ: силовых трансформаторов и полупроводникового преобразователя.