Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0098

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0098
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева"
Название доклада
Разработка автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности в интеллектуальной распределительной электрической сети
Докладчик
Соснина Елена Николаевна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Проект направлен на определение наиболее эффективных технических решений по интеллектуализации процесса передачи и распределения электрической энергии, одним из которых является разработка новых типов быстродействующих силовых полупроводниковых устройств регулирования потоков мощности в активно-адаптивных электрических сетях.
Цель исследования - разработка научно-технических решений по созданию автоматизированных узлов регулирования транспортных потоков мощности (АУРПМ) 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.
Основными задачами исследования являются:
1) разработка, изготовление и исследование экспериментального образца устройства регулирования потоков мощности (УРПМ) в сети низкого напряжения;
2) разработка, изготовление и исследование физической модели УРПМ в сети среднего напряжения;
3) разработка методических рекомендаций по проектированию автоматизированных узлов регулирования транспортных потоков мощности;
4) разработка проекта технического задания на проведение опытно-конструкторской работы.
Актуальность и новизна исследования
Реализация концепции интеллектуальной энергосистемы, а также повышение эффективности малой распределенной генерации являются ключевыми задачами современной отечественной электроэнергетики.
В отличие от распределительных электрических сетей (РЭС) высокого напряжения, РЭС среднего (6-20 кВ) и низкого (0,4 кВ) напряжений характеризуются, как правило, «древовидной» структурой и однонаправленным потоком электроэнергии от трансформаторных подстанций ТП 110/6-20кВ к ТП 6-20/0,4кВ и к многочисленным потребителям далее. Концепция smart grid предъявляет новые требования к построению РЭС, наиболее важным из которых является реализация двунаправленного потока электроэнергии. Оперативное перераспределение потоков мощности от различных источников энергии к нагрузке позволит своевременно устранять дефицит мощности в системе, снижать нагрузку на сети, не допускать аварийных ситуаций, интегрировать в энергосистему источники малой распределенной генерации, обеспечивая при этом надежное и качественное электроснабжение потребителей.
Технологии управления потоками мощности в сети среднего напряжения к настоящему времени не достигли достаточного уровня развития. На низком напряжении технологии построения систем обмена электроэнергией находятся в экспериментальной стадии.
Поэтому актуальным является разработка новых технических устройств, способных эффективно перераспределять потоки мощности от различных источников к нагрузке и изменять топологию РЭС среднего и низкого напряжений.
Описание исследования

Для решения поставленных задач на первом этапе проведены теоретические исследования, включающие аналитический обзор современной научно-технической литературы в проблемной области, патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96, обоснование возможных вариантов решения задач.

С учетом полученных результатов разработаны структурные схемы и определены электрические и функциональные параметры электрооборудования АУРПМ для сети среднего и низкого напряжений. Для сети среднего напряжения предложено использовать полупроводниковое фазоповоротное устройство в составе сериесного и шунтового трансформаторов и однофазных полупроводниковых мостовых преобразователей с двунаправленными ключами. Для сети низкого напряжения в основе построения АУРПМ предложено использовать устройство управления потоков мощности на основе полупроводникового низковольтного преобразователя напряжения.

Для оценки возможности технической реализации принятых решений проведены исследования регулировочных характеристик и аварийных режимов работы разрабатываемых устройств. Поставленная задача решена с использованием Simulink-моделирования. В программной среде Matlab 8.1.0.604 (Simulink) разработаны имитационные компьютерные модели элементов АУРПМ для сети среднего и низкого напряжения, позволившие определить оптимальные параметры элементов и режимов работы АУРПМ.

Важным компонентом АУРПМ является двухуровневая система управления: на первом уровне реализуется система управления регулятором потока мощности (СУРПМ), на втором уровне – распределенная система управления (РСУ) для управления активными элементами АУРПМ и обмена информацией с другими АУРПМ сети. Для устройств управления потоками мощности в сети среднего и низкого напряжений разработаны специальные алгоритмы СУРПМ и описаны принципы построения и функционирования РСУ. Отработка алгоритмов проведена с помощью разработанной имитационной модели системы управления устройства.

Для проверки адекватности имитационных моделей разработаны физические модели УРПМ для сети среднего и низкого напряжения. На физических моделях проведена проверка принятых решений. Исследования физических моделей проведены с помощью специально разработанного и изготовленного лабораторного стенда. Результаты испытаний физических моделей устройств показали практически полное соответствие данным, полученным при компьютерном моделировании.

Для сети низкого напряжения разработан и изготовлен экспериментальный образец УРПМ. С целью проведения экспериментальных исследований выполнена установка экспериментального образца в  составе автоматизированного узла регулирования транспортных потоков мощности на участке централизованной электрической сети 0,4 кВ. С использованием лабораторного стенда проведены исследования силовой части и системы управления экспериментального образца УРПМ.

Результаты проведенных исследований будут положены в основу Методических рекомендаций по проектированию автоматизированных узлов регулирования транспортных потоков мощности и использованы для разработки Проекта технического задания на проведение опытно-конструкторской работы.

Результаты исследования

Основными результатами исследования являются экспериментальный образец УРПМ в сети низкого (0,4 кВ) напряжения и физическая модель УРПМ в сети среднего (6-20 кВ) напряжения.

Физическая модель УРПМ в сети среднего напряжения состоит из вольтодобавочного трансформатора, модулей продольного и поперечного регулирования с возможностью управления мощностью 1 кВА, а также  системы управления на базе промышленного компьютера. Функциональные возможности устройства позволяют регулировать потоки активной и реактивной мощностей; изменять конфигурацию электрической сети и оптимизировать напряжения в узлах нагрузки.

В сравнении с применяемыми фазоповоротными устройствами преимущества разработки заключаются в расширении возможностей модуля продольного регулирования и уменьшении расчетной мощности трансформаторов в составе устройства.

Экспериментальный образец УРПМ в сети низкого напряжения представляет собой управляемый трехфазный полупроводниковый преобразователь напряжения (ППН) с вольтодобавочными трансформаторами (ВДТ) в каждой фазе и адаптивной системой управления. Главной функцией ППН является формирование переменных напряжений с целью изменения потоков мощности в первичной сети. Исследовательские испытания экспериментального образца показали возможность дискретного (2-30° с точностью ±5°) и плавного (0-15° с точностью ±1°) регулирования фазового угла выходного напряжения и управления потоком мощности ±27 кВА. Применение УРПМ в составе узла нагрузки позволит организовать двунаправленный поток энергии между источниками и потребителями, управлять реактивной мощностью и формировать напряжения синусоидальной формы.

Практическая значимость исследования
Результаты исследований могут быть использованы при разработке и создании устройств управления транспортными потоками мощности в распределительных электрических сетях.
Положительный эффект от внедрения результатов разработок для среднего напряжения будет заключаться в: увеличении надежности электроснабжения, стабилизации уровня напряжения на шинах потребителей, повышении пропускной способности линий электропередач, выравнивании загрузок питающих трансформаторов.
Положительный эффект от внедрения результатов разработок для низкого напряжения будет заключаться:
- для распределительных электрических сетей – в снижении дефицита электроэнергии и пиковых нагрузок;
- для потребителей – в увеличении надежности электроснабжения;
- для потребителей с собственной генерацией – в возможности продажи излишков электроэнергии.
Экспериментальный образец УРПМ в сети низкого напряжения может быть использован для исследований процессов, происходящих в micro-grid при управлении потоками мощности. Проведение таких исследований поможет в решении вопросов наиболее эффективного применения технологий управления электроэнергией, в том числе SST, в micro-grid.
Постер

Poster_АУРПМ.ppt