Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0045

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0045
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского"
Название доклада
Разработка автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности в интеллектуальной распределительной электрической сети
Докладчик
Панфилов Дмитрий Иванович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью исследования 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.
Для достижения указанной цели решены следующие задачи: проанализирована научно-техническая литература и проведен патентный поиск по тематике исследования; проанализирована современная элементная база силовой и цифровой электроники, потенциально пригодной для применения в составе быстродействующих высоконадёжных устройств управления потоками мощности; исследованы характеристики устройств управления потоками мощности различных топологий, выбраны схемотехнические решения; созданы имитационные модели электроэнергетической системы, АУРТПМ и его системы управления для исследования электромагнитных процессов; разработаны алгоритмы управления АУРТПМ; изготовлен экспериментальный образц АУРТПМ; проведены исследования принятых технических решений на экспериментальном образце АУРТПМ.
Актуальность и новизна исследования
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.
Описание исследования

Разрабатываемые в ходе исследования 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 разрабатывались в соответсвии с основными положениями концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью;

Экспериментальный образец АУРТПМ  предназначен для исследования и апробации полученных научно-технических решений по интеллектуализации процесса передачи и распределения электрической энергии в интеллектуальных электрических сетях;

Экспериментальный образец АУРТПМ обеспечивает регулирование активных и реактивных потоков мощности электрической энергии величиной не менее 25 кВА.

В качестве основы построения автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности принято фазоповоротное устройство (ФПУ) с полупроводниковым коммутатором. Быстродействующие высоконадёжные ФПУ с полупроводниковыми коммутаторами являются одними из наиболее востребованных, технически и экономически эффективных инструментов активно-адаптивных электрических сетей.

Предлагаемое ФПУ отличается оригинальной топологией построения и алгоритмами управления его полупроводниковым преобразователем, обеспечивающими повышенную надёжность функционирования АУРТПМ в целом. Выбранное схемотехническое решение по построению ФПУ, в отличие от альтернативных, позволяет обеспечить равенство модулей напряжения на входе и выходе устройства, что в значительной степени расширяет возможный диапазон вводимых углов фазового сдвига при выполнении нормативов по показателям качества электроэнергии в электрических сетях. 

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 проекте техническому решению.

Достижение заявленных результатов обеспечивалось решением следующих научно-технических задач:

- проведен анализ научно-технической литературы и патентного поиска по тематике исследования;

- проанализирована современная элементная базы силовой и цифровой электроники, потенциально пригодной для применения в составе быстродействующих высоконадёжных устройств управления потоками мощности;

- исследованы электромагнитные процессы и характеристики устройств управления потоками мощности различных топологий с целью выбора наиболее эффективного решения;

- разработаны и созданы имитационные модели АУРТПМ выбранной топологии и его системы управления, совместно с моделью электроэнергетической системы;

- изготовлен экспериментальный образц АУРТПМ;

- проведены экспериментальные исследования на изготовленном экспериментальном образце АУРТПМ с целью подтверждения обоснованности принятых технических решений и исследования разработанных алгоритмов управления.

Результаты исследования

1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках проекта.

2. Проведены патентные исследования.

3. Проведено исследование характеристик и особенностей функционирования распределительных электрических сетей.

4. Исследованы возможные варианты построения АУРТПМ, проведена их сравнительная оценка по функциональным и технико-экономическим показателям.

5. Выбрана топология построения АУРТПМ.

6. Разработаны имитационные модели оборудования АУРТПМ: силовых трансформаторов и полупроводникового преобразователя.

7. Проведены настройка и верификация имитационных моделей оборудования АУРТПМ: силовых трансформаторов и полупроводникового преобразователя.

8. Проведена настройка и верификация имитационной модели АУРТПМ.

9. Сформулированы требования к оборудованию АУРТПМ.

10.  Результаты исследования освещены на конференциях и научных семинарах.

11.Разработаны и исследованы на имитационной модели АУРТПМ алгоритмы управления полупроводниковым преобразователем АУРТПМ.

12. Сформулированы требования к экспериментальному образцу АУРТПМ.

13. Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец АУРТПМ

14. Изготовлен и налажен экспериментальный образец АУРТПМ.

15. Разработана программа и методика проведения экспериментальных исследований экспериментального образца АУРТПМ.

16. Исследованы внешних, регулировочных и перегрузочных характеристик экспериментального образца АУРТПМ в нормальных и аварийных режимах работы.

17. Исследованы и апробированы разработанные алгоритмы управления полупроводниковым преобразователем и алгоритмы функционирования блока автоматического управления режимами АУРТПМ.

18. Проанализированы и сопоставлены данные имитационного моделирования и экспериментальных исследований.

19. Разработано программное обеспечение системы управления полупроводниковым преобразователем в составе АУРТПМ.

20. Разработана программная документация на программное обеспечение АУРТПМ

21. Разработаны программы и методики испытаний программного обеспечения АУРТПМ.

22. Разработаны методические рекомендации по проектированию автоматизированных узлов регулирования транспортных потоков мощности.

23. Разработаны технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.

24. Разработан 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».

25. Осуществлена оценка полноты решения задачи и достижения поставленных целей исследования.

26. Проведена технико-экономическая оценка эффективности полученных результатов исследования в сравнении с современным научно-техническим уровнем.

27. Проведена оценка результатов интеллектуальной деятельности, полученных при разработке АУРТПМ с целью их вовлечения в хозяйственный оборот.

28. Проведены маркетинговые исследования с целью изучения перспектив коммерциализации интеллектуальной деятельности, полученных при выполнении исследования.

Практическая значимость исследования
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.
Успешное решение поставленных в рамках проекта задач позволило 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 данного исследования 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. Одним из основных принципов реализации проекта является использование при проектировании АУРТПМ отечественной компонентной базы силовой электротехники и электроники, что, в свою очередь, способствует обеспечению технологической независимости страны в области электроэнергетики.
В рамках реализуемого проекта был создан мощный высоковольтный экспериментальный образец АУРТПМ совместно с физической моделью 3-фазной ЛЭП 10 кВ с изменяемым фазовым сдвигом по концам линии. Указанное экспериментальное оборудование в совокупности является уникальным и может быть использовано для проведения научных экспериментов по различным тематическим направлениям, включающим исследование сетевых полупроводниковых преобразователей и их систем управления, исследование автоматических регуляторов FACTS и систем управления верхнего уровня для электроэнергетики, исследование электромагнитных процессов в активно-адаптивных электрических сетях и пр.
Презентация

Presentation_14 579 21 0045.ppt