Разработка архитектуры и принципов управления автономной микросетью постоянного тока для энергоснабжения удаленных территорий

Территория Российской Федерации обладает большой протяжённостью, на территории имеется много удаленных поселений, часть их расположена в районе Крайнего Севера и приравненных к нему территориях: районы Республик Саха (Якутия) и Карелия, Мурманской, Архангельской, Магаданской, Амурской и Сахалинской областей, Камчатского края, Чукотского АО, Ханты-Мансийского АО — Югры и Ямало-Ненецкого АО. Эти территории характеризуются относительно небольшой плотностью населения и часто неблагоприятными климатическими условиями. Для энергоснабжения инфраструктуры территорий, удаленных от центральных электрических сетей обычно применяются дизельные генераторы. Этот способ электроснабжения имеет ряд недостатков. Такие электроустановки, как правило, имеют низкий коэффициент полезного действия (20-25 %), выбрасывают в атмосферу значительное количество CO2, электроэнергия, вырабатываемая с их помощью, имеет высокую себестоимость. В Российской Федерации себестоимость электроэнергии, полученной от дизельных электростанций, составляет 25 – 70 руб. за 1 кВт/ч. Требуется обеспечение непрерывной доставки топлива. Для исключения этих недостатков, а также для обеспечения надежного электроснабжения потребителей рассматривают возможность их присоединения к единой электрической сети. Строительство новых линий электропередач для энергоснабжения малонаселённых удаленных территорий требует значительных материальных затрат, часто экономически не выгодно, влечет за собой экономически обоснованное повышение тарифов для энергоснабжающих организаций. Например, в отдельных поселениях экономически обоснованные тарифы (ЭОТ) на электроэнергию могут доходить до 70 руб./кВт∙ч (по данным Минэнерго России). Еще одной проблемой является низкий уровень развития энергетической инфраструктуры удаленных поселений, ее низкая надежность. Период отключения электроэнергии на таких территориях может достигать 12-15 часов в сутки. Около 30 % всех электрических сетей на удаленных территориях требуют ремонта или замены, для чего необходимы значительные затраты. Одним из способов решения проблемы повышения надежности энергоснабжения удаленных территорий является использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в сочетании с использованием традиционных генераторов различных типов. Для присоединения генераторов на основе ВИЭ, которые характеризуются нестабильным уровнем генерации, зависящим от условий окружающей среды к нагрузке используются преобразовательные устройства (статические преобразователи, преобразующие электроэнергию переменного тока в электроэнергию постоянного тока и наоборот) и линии постоянного тока. Одним из перспективных способов энергоснабжения удаленных поселений может быть автономная микросеть постоянного тока (СПТ) низкого напряжения (до 1 кВ), объединяющая несколько источников генерации электроэнергии, которые невозможно объединить на переменном токе, а именно ВИЭ (ветроэлектрические станции ВЭС), солнечные электростанции (СЭС), дизель-генераторы, генераторы, работающие на сопутствующем газе и др., а также накопители электроэнергии и нагрузки различного типа. Это достигается при помощи статических преобразователей напряжения на основе управляемых полупроводниковых приборов. Такая сеть при правильном выборе ее архитектуры и элементной базы обеспечивает надежное энергоснабжение потребителей с учетом принципа n-1. С учетом применения оборудования низкого класса напряжения, маломощных преобразовательных, накопительных и генерирующих устройств, кабелей (линий) электропередач небольшой протяжённости, строительство такой сети требует гораздо меньших капитальных затрат по сравнению со строительством линии электропередачи высокого класса напряжения большой протяженности для обеспечения энергоснабжения удаленной нагрузки. Дополнительным обоснованием является то, что потери электроэнергии в системе постоянного тока пренебрежимо малы по сравнению с потерями в длинной ЛЭП переменного тока, поэтому экономический эффект при использовании микро СПТ также может быть получен за счет уменьшения потерь электроэнергии. Кроме того, ремонт линии в труднодоступных районах представляет собой проблему. Одно из условий надежного функционирования микросети постоянного тока - наличие адекватной и работоспособной системы управления перетоками мощности в сети при изменении нагрузки, системы регулирования статических преобразователей с целью поддержания напряжения сети постоянного тока, системы защиты сети постоянного тока. Основной задачей проекта является разработка алгоритмов этих систем управления и реализация их для компьютерной модели микро СПТ. Особенного внимания требуют аварийные режимы, в том числе короткие замыкания в сетях постоянного тока. Необходимо определить максимальные воздействия на оборудование в аварийных режимах, алгоритмы работы устройств защит и противоаварийной автоматики с целью уменьшения ущерба от аварий, количества отключаемого оборудования и времени простоя, с учетом особенностей работы автономных микросетей постоянного тока. Результаты работы будут использованы при реализации проектов миро СПТ.

Тематика Энергопрорыв-2018: «Microgrid vs. линии электропередач (Улучшающие технологии)»

Рейтинг проекта +2

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

В чем нуждается проект

​В дополнительном финансировании для масштабировании результатов на демонстрационных моделях и реальных объектах​

Комментарии

Комментариев пока нет.

Добавление комментария