Регистрация / Вход
Прислать материал

Повышение эффективности и устойчивости локальной системы электроснабжения на основе оптимизации работы гибридного источника энергии с ветрогенератором

Докладчик: Соснина Елена Николаевна

Должность: Профессор, доцент, доктор технических наук

Цель проекта:
1. Для России одной из приоритетных задач является повышение региональной энергетической безопасности. С решением этой задачи связано расширение малой распределенной генерации – создание локальных систем электроснабжения с генерирующими установками, расположенными в непосредственной близости от потребителей. При этом, важное значение приобретают технологии совместного использования ветровых и дизельных генераторов. Предлагаемые рынком ветро-дизельные электростанции (ВДЭС), имеют ряд недостатков, это: неполное использование по мощности ресурсов ветроколеса при низких скоростях ветрового потока; завышенный расход топлива (низкий КПД) и небольшой срок службы дизельной электростанции; отсутствие возможности параллельной работы каналов преобразования тепловой и ветровой энергии и ряд других. Кроме того обязательным условием существования и нормального функционирования любой электроэнергетической системы, в том числе и локальной, является решение вопросов, связанных с устойчивостью. Вопросы обеспечения устойчивости локальных систем электроснабжения с ВДЭС практически не изучены. Реализуемый проект направлен на решение актуальных задач по оптимизации работы ВДЭС, повышению уровня ее эффективности и исследованию методов оценки устойчивости в локальных системах электроснабжения с ВДЭС. 2. Цель реализуемого проекта - разработка алгоритма и создание экспериментального образца интеллектуальной системы управления ветро-дизельной электростанцией, обеспечивающих при меняющихся внешних и внутренних условиях работы ВДЭС эффективное электроснабжение автономных потребителей, а также поиск научно-технических решений по повышению устойчивости локальных систем электроснабжения с ВДЭС. Конечным продуктом является экспериментальный образец интеллектуальной системы управления ветро-дизельной электростанции в составе с задатчиком экономичного режима работы (ЗЭР), а также методические рекомендации по повышению устойчивости в системах электроснабжения с ветро-дизельными электростанциями. Экспериментальный образец интеллектуальной системы управления ВДЭС в составе с ЗЭР должен обеспечивать выбор оптимальной частоты вращения дизельной электростанции, соответствующей оптимальному расходу топлива. Методические рекомендации по повышению устойчивости должны обеспечивать методологическое сопровождение проектирования локальных систем электроснабжения потребителей с ветро-дизельными электростанциями. Таким образом, будет разработан научно-технологический задел по созданию интеллектуальных систем управления ветро-дизельными электростанциями, обеспечивающих высокий уровень эффективности, экономичности и устойчивости электроснабжения автономных потребителей.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основными планируемыми результатами проекта являются:
1) алгоритм работы интеллектуальной системы управления ВДЭС на основе нейронных сетей, обеспечивающей высокую эффективность отбора мощности с ветроколеса и экономичность расхода дизельного топлива;
2) экспериментальный образец интеллектуальной системы управления ВДЭС в составе с задатчиком экономичного режима работы, обеспечивающий выбор оптимальной частоты вращения дизельной электростанции, которая соответствует оптимальному расходу топлива;
3) проект Методических рекомендаций по повышению устойчивости в системах электроснабжения с ветро-дизельными электростанциями.
2. Конечным планируемым продуктом проекта является экспериментальный образец интеллектуальной системы управления ветро-дизельной электростанции в составе с ЗЭР. Разрабатываемый экспериментальный образец должен позволять управлять ВДЭС мощностью не менее 1 кВт и обеспечивать: стабилизацию действующего значения и частоты выходного напряжения при изменении параметров системы – выходной мощности и напряжения, скорости ветра, мощности нагрузки; автоматическое изменение скорости вращения дизельного генератора, входящего в состав ВДЭС, при изменении мощности нагрузки с целью оптимизации расхода топлива; параллельную работу каналов преобразования тепловой и ветровой энергии ВДЭС.
3. Наиболее экономичный режим работы ВДЭС может быть достигнут при использовании в их составе дизельных генераторов с переменной частотой вращения вала. Средства, позволяющие осуществлять выбор оптимальной частоты вращения дизельного генератора для текущего значения нагрузки при условии изменяющихся внешних и внутренних условий, отсутствуют. Отличительная особенность алгоритма управления каналом преобразования энергии ветра заключается в его построении на основе нейронных сетей, что позволит увеличить диапазон скоростей ветрового потока, в котором осуществляется отбор мощности с вала ветроколеса.
В России отсутствуют как методические указания по расчету устойчивости в системах с ВИЭ, так и единые технические требования по подключению ВИЭ к сети. В этом заключается новизна разрабатываемых методических рекомендаций по повышению устойчивости в системах электроснабжения с ВДЭС, которые должны обеспечить методологическое сопровождение проектирования локальных систем электроснабжения потребителей с ВДЭС.
4. Планируемый конечный результат проекта - экспериментальный образец интеллектуальной системы управления ВДЭС в составе с ЗЭР - будет соответствовать мировым аналогам в области интеллектуализации работы ВДЭС и иметь конкурентные преимущества.
5. Отработка интеллектуальной системы управления будет осуществлена на разработанной имитационной модели ветро-дизельной электростанции.
Должен быть разработан и создан специальный испытательный стенд для проведения испытаний экспериментального образца интеллектуальной системы управления ВДЭС с ЗЭР. При этом номинальная мощность ветроустановки и номинальная мощность дизельного двигателя будут ограничены величиной 1 кВт.
Для исследования показателей устойчивости предполагается разработка имитационной модели локальной системы электроснабжения с ВДЭС. Имитационная модель должна моделировать режимы при изменении мощности, потребляемой электрической нагрузкой, от 0 до 100 кВт и при изменении скорости ветрового потока от 0 до 10 м/с.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Основной областью применения планируемых результатов проекта являются системы электроснабжения автономных потребителей малой мощности, не имеющих возможности присоединения к объединенным энергосистемам. Примерами таких потребителей являются: объекты добывающей промышленности, объекты сельского хозяйства, небольшие населенные пункты, передвижные и мобильные объекты, отдельные потребители, требующие гарантированного электроснабжения (больницы, воинские части).
2. Большинство автономных потребителей сосредоточены в удаленных районах России - Дальний Восток, Восточная Сибирь. К 2025 году намечается значительное развитие Восточных регионов, включающее создание современной социальной среды, строительство новых отраслей и центров промышленности, что невозможно без широкомасштабной электрификации. Существующие генерирующие мощности неравномерно распределены по территории, что обуславливает необходимость строительства протяженных линий электропередачи, а низкая плотность населения и тяжелые климатические условия приводят к высокому уровню потерь электроэнергии и частым авариям. Поэтому крайне перспективным является развитие технологий малой распределенной энергетики среди которых для Дальнего Востока и Восточной Сибири наиболее актуальным является совместное использование ветроустановок и дизельных электростанций.
3. Внедрение в локальные системы электроснабжения ветро-дизельных электростанций с интеллектуальной системой управление позволит добиться значительного сокращения потребление топлива и соответственно затрат на его доставку. Разрабатываемые методические рекомендации по повышению устойчивости должны стать начальной точкой в создании методического обеспечения по расчету устойчивости в системах с возобновляемыми источниками энергии.

Текущие результаты проекта:
Выполняется первый этап проекта.
Проведен аналитический обзор современной научно-технической литературы, который позволил установить, что вопросы в области оптимизации работы ВДЭС полностью не решены и нуждаются в новых исследованиях, в частности, отсутствуют средства, позволяющие осуществлять выбор оптимальной частоты вращения дизельного генератора. Подтверждена актуальность и необходимость исследования вопросов, касающихся повышения устойчивости локальных систем с ВДЭС.
Проведены патентные исследования. На их основании выбран прототип для составления заявки.
Обоснован выбор оптимального варианта решения проблемы оптимизации работы ВДЭС - он связан с разработкой алгоритма управления, который целесообразно реализовать на основе нейросетевой структуры. Установлено, что поиск научно-технических решений по повышению устойчивости целесообразно проводить на основе имитационного моделирования.
В рамках работы над алгоритмом работы интеллектуальной системы управления ВДЭС разрабатывается функциональная схема экспериментальной установки, которая включает как имитаторы так и реальные ветро- и дизель-генераторные установки.
Разрабатываются принципиальные и печатные схемы экспериментального образца ВДЭС в составе с задатчиком экономичного режима и готовится перечень его покупных элементов. Также готовятся обоснования для выбора и приобретения реальных ветро- и дизель- генераторных установок, транзисторных модулей, датчиков тока, напряжения, расхода топлива, сервопривода дроссельной заслонки, щитовых приборов.
В рамках работы над имитационной моделью решен вопрос о суммировании энергий при организации параллельной работы генераторных установок.