Разработка технических решений для обеспечения сопряжения потребителей и различных типов источников электрической энергии

Ключевой проблемой, стоящей перед энергетической промышленностью, является проблема дефицита электроэнергии. Эффективная работа возобновляемых и нетрадиционных источников энергии возможна только при параллельной работе с сетью. Многообразие разработок фотоэлементов, ветротурбин, поршневых машин и турбодвигателей, работающих на различных топливах, сдерживается отсутствием устройств сопряжения с электрической сетью или системой.
Целью выполнения НИР является разработка теоретических и технических решений, математических моделей и алгоритмов управления устройств, позволяющих производить преобразование параметров электрической энергии от источников различной природы и мощности, сопрягать любые источники электрической энергии с ее накопителями в единый энергетический модуль с целью эффективного использования, в том числе вторичных и возобновляемых источников энергии. Объектом исследования являются преобразовательные устройства мощностью до 100 кВА, позволяющие сопрягать разнородные источники электрической энергии с ее потребителями и накопителями.
Данная НИР направлена на разработку экспериментального образца устройства модульного типа мощностью 10 кВ•А с возможностью подключения первичных источников электроэнергии с различными параметрами (химические источники тока, топливные элементы, солнечные батареи, автономные генераторы, ветроэлектростанции, общепромышленная питающая сеть) к единой выходной цепи трехфазного переменного напряжения 380 В, частотой 50 Гц; разработку способов преобразования и аккумулирования электрической энергии, позволяющих снизить потребление электроэнергии из единой энергетической системы, повысить качество параметров электропитания потребителей.
В результате выполнения 1 этапа НИР получены следующие научные результаты.
1. Проведен анализ научно-технической литературы и нормативно-технической документации, позволивший разработать оригинальную структуру устройства, посредством которого возможно сопряжение разнородных источников электроэнергии, работающих на общего потребителя.
2. Исследованы способы преобразования, аккумулирования и распределения электрической энергии, на основе чего предложены компоненты разрабатываемого экспериментального образца устройства сопряжения.
4. Изучены механизмы взаимодействия разнородных источников электроэнергии, обеспечивающих питание как бытовых, так и промышленных потребителей. Рассмотрена защита устройства сопряжения от внешних коротких замыканий и ненормальных режимов работы.
5. Разработаны алгоритмы и математические модели процессов преобразования параметров электрической энергии, а также и модели отдельных компонентов устройства сопряжения, реализованные в пакете MATLAB Simulink.
6. Разработана методология исследования влияния параметров входных питающих цепей на структуру и свойства устройства сопряжения.
Материалы исследований данного этапа необходимы для разработки экспериментального образца устройства сопряжения потребителей и различных типов источников электрической энергии мощностью 10кВ•А.
Результаты исследований экспериментального образца устройства сопряжения мощностью 10кВ•А могут быть использованы при создании технологии и производства серии промышленных образцов установок мощностью до 100 кВ•А, позволяющих осуществить бесперебойное питание электроприемников первой и особой категории промышленности, транспорта, быта и сферы услуг, сельского хозяйства.

В результате выполнения 2 этапа НИР получены следующие научные результаты.
1. Разработана математическая модель устройства сопряжения различных энергосистем.
2. Разработаны схемы входных цепей постоянного и переменного токов с широким допустимым диапазоном изменения входных напряжений.
3. Разработаны схемы цепей аккумулирования и преобразования параметров электрической энергии. Разработан программный продукт по конструированию устройств с заданными характеристиками.
4. Проведены экспериментальные исследования комбинированных методов повышения энерго-, ресурсоэффективности, на основе которых определена эффективность использования устройства сопряжения модульного типа.
5. Разработаны комбинированные методы повышения энерго-, ресурсо-эффективности использования разнородных источников электроэнергии.
Материалы исследований данного этапа необходимы для разработки экспериментального образца устройства сопряжения потребителей и различных типов источников электрической энергии мощностью 10кВ•А.
Результаты исследований экспериментального образца устройства сопряжения мощностью 10кВ•А могут быть использованы при создании технологии и производства серии промышленных образцов установок мощностью до 100 кВ•А, позволяющих осуществить бесперебойное питание электроприемников первой и особой категории промышленности, транспорта, быта и сферы услуг, сельского хозяйства.

Были выполнены следующие работы:
Разработана техническая документация по проектированию устройств сопряжения параметров различных энергосистем. Разработана техническая документация на экспериментальный образец устройства сопряжения мощностью 10 кВА; изготовлен экспериментальный образец устройства сопряжения. Проведены экспериментальные исследования эффективности использования устройства сопряжения. Подготовлены предложения по разработке и созданию новых видов оборудования для обеспечения гарантированного энергоснабжения при разнородных источниках энергии. Разработано техническое задание на проведение опытно-конструкторских работ по созданию опытного образца устройства сопряжения.