Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Докладчик: Соснина Елена Николаевна

Должность: Профессор, доцент, доктор технических наук

Цель проекта:
1. В Программах модернизации электроэнергетики на период до 2030 года и модернизации Единой национальной электрической сети (ЕНЭС) России на период до 2020 года с перспективой до 2030 года в качестве ключевого направления развития выделено создание интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной электрической сетью. К важнейшим свойствам интеллектуальной энергосистемы относят возможность автоматического управления потоками активной и реактивной составляющих электрической мощности. Технические устройства, способные эффективно решать задачу оперативного автоматического управления потоками мощности, в настоящее время отсутствуют, как в России, так и за рубежом. 2. Цель реализуемого проекта - разработка научно-технических решений по созданию автоматизированных узлов регулирования транспортных потоков мощности в распределительных электрических сетях низкого (0,4 кВ) и среднего (6-20 кВ) напряжений на базе полупроводниковых преобразователей с микропроцессорной системой управления, позволяющих реализовать концепцию интеллектуальной энергетической системы России в направлении создания технических средств, обеспечивающих управляемость и оптимизацию регулирования параметров сети. Конечный продукт реализуемого проекта - экспериментальный образец устройства регулирования потоков мощности в сети низкого напряжения. Положительный эффект от внедрения устройств регулирования потоков мощности будет заключаться в снижении дефицита электроэнергии, повышении пропускной способности ЛЭП, увеличении надежности электроснабжения, повышении эффективности использования электрической энергии и ресурсов для её генерации.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основными планируемыми результатами проекта являются:
1) алгоритмы управления преобразователем напряжений в составе устройства регулирования потоков мощности в сети низкого напряжения и алгоритмы управления полупроводниковыми преобразователями в составе устройства регулирования потоков мощности в сети среднего напряжения, предназначенные для создания работающей в реальном времени системы управления;
2) физические модели устройств регулирования потоков мощности в сети низкого и среднего напряжения, предназначенные для исследования характеристик разрабатываемых устройств;
3) экспериментальный образец устройства регулирования потоков мощности в сети низкого напряжения, предназначенный для исследования и апробации полученных научно-технических решений по созданию автоматизированных узлов регулирования транспортных потоков мощности в распределительных электрических сетях 0,4 кВ;
2. Конечный продукт проекта - экспериментальный образец устройства регулирования потоков мощности в сети низкого напряжения - должен обеспечивать встречное регулирование активных и реактивных потоков мощности электрической энергии путем изменения величины и фазового угла напряжения в узле нагрузки. Величина регулирования потока мощности должна составлять не менее +(-) 25 кВА, диапазон регулирования фазового угла выходного напряжения для дискретного регулирования - от 2 до 30 градусов с точностью +(-) 5 градусов, для плавного регулирования - от 0 до 15 градусов с точностью +(-) 1 градус. В целом разрабатываемые научно-технические решения по созданию устройств регулирования потоков мощности на базе полупроводниковых преобразователей с микропроцессорными системами управления должны обеспечивать следующие показатели качества электрической энергии: отклонение частоты в синхронизированных системах электроснабжения не должно превышать +(-) 0,2 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю; положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10 % номинального или согласованного значения напряжения; кратковременная доза фликера не должна превышать значения 1,38, а длительная доза фликера не должна превышать значения 1,0; значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности и несимметрии напряжений по нулевой последовательностив точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 минут, не должны превышать 2 %.
3. В настоящее время быстродействующие устройства управления потоками мощности в мировой энергетике только разрабатываются, формализованные подходы к их проектированию отсутствуют, как следствие, требуют пересмотра и совершенствования существующие методы и технологии. Для определения наиболее эффективных подходов к созданию автоматизированных узлов регулирования транспортных
потоков мощности в проекте предусмотрен комплексный анализ существующих распределительных электрических сетей напряжением 6-20(0,4) кВ (топологии, режимов работы, состава электрооборудования), современной элементной базы силовой электроники, цифровых систем управления, контроля и защиты. Новизна и отличительная особенность экспериментального образца автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности в сети 0,4кВ, предлагаемого к разработке, заключается в используемом в его составе устройстве автоматического регулирования потоков активной и реактивной мощностей, выполненном на основе универсального конвертора напряжения с адаптивной системой управления и вольтодобавочным трансформатором.
4. Успешное решение поставленных в рамках проекта задач позволит создать технологию мирового уровня по разработке и внедрению быстродействующих устройств управления потоками мощности с цифровыми системами управления для активно-адаптивных сетей.
5. Требуемые электрические и функциональные параметры оборудования автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности будут определены на основе анализа оптимальных топологий построения устройств регулирования потоков мощности. С целью анализа протекающих в разрабатываемом устройстве электромагнитных процессов, исследования характеристик устройства предполагается разработка в среде Matlab имитационных моделей элементов автоматизированного узла совместно с моделью электроэнергетической системы. При проведении исследований моделей динамическое изменение нагрузки ограничится величиной 50 кВА. Для разработки адаптивных алгоритмов управления универсальным конвертором напряжений в составе автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности в соответствии с особенностями функционирования электрической сети будет проведён синтез алгоритмов управления. Для проверки выполняемых функций и корректировки разработанных алгоритмов предполагается проведение имитационного моделирования системы управления полупроводниковыми преобразователями в составе устройства регулирования потоков мощности.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Устройства управления транспортными потоками мощности предназначены для работы в распределительных электрических сетях. Внедрение устройств позволит управлять потоками мощности электрической энергии в интеллектуальной электрической сети нового поколения, а так же обеспечивать регулирование параметров напряжений в узле нагрузки. Потенциальными потребителями планируемых результатов проекта являются ОАО «Российские сети», ОАО «ФСК ЕЭС», и их сетевые подразделения, сетевые компании зарубежных стран, а также компании, генерирующие электрическую энергию.
2. В настоящее время только в структуре Единой Национальной Электрической Сети (ЕНЭС) России, эксплуатируемой ОАО «ФСК ЕЭС», по данным ОАО «Институт «Энергосетьпроект» насчитывается более 10 объектов, на которых применение устройств регулирования потоков мощности является востребованным. В структуре распределительных электрических сетей проблемы, вызванные отсутствием возможности управления потоками мощности, стоят ещё более остро. 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. Технико-экономический эффект от внедрения планируемых результатов проекта будет проявляться в повышении быстродействия, надежности, управляемости и энергоэффективности управления процессами передачи электроэнергии в энергосистеме. Выполнение проекта позволит получить новые знания в области изучения свойств и возможностей интеллектуальных электрических сетей, о законах взаимодействия и электромагнитной совместимости объектов автоматизированной разветвленной сети электроснабжения, а так же разработать научно-технологический задел по созданию автоматизированных узлов регулирования транспортных потоков мощности в распределительных электрических сетях среднего и низкого напряжений, что будет способствовать повышению эффективности использования электрической энергии и ресурсов для её генерации.


Текущие результаты проекта:
Выполняется первый этап проекта.
Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы, который показал, что проблемы регулирования потоков мощности решаются, в основном, в магистральных электрических сетях высокого напряжения (110 кВ и выше). Вопросам регулирования потоков мощности в распределительных электрических сетях среднего и низкого напряжения уделено мало внимания.
В рамках патентного поиска подобраны патенты на изобретения и полезные модели.
Проводится выбор оптимального варианта решения проблемы регулировании потоков мощности в интеллектуальной распределительной электрической сети.
Исследуются функциональные схемы устройств регулирования потоков мощности в составе автоматизированных узлов среднего и низкого напряжения.
Ведутся работы по разработке и дальнейшему изготовлению лабораторного стенда для проведения экспериментальных исследований физических моделей и экспериментального образца устройства регулирования потоков мощности.