Изолированная система электроснабжения с энергетическими роутерами и возобновляемыми источниками энергии

Юрий Николаевич Булатов; Андрей Васильевич Крюков; Константин Витальевич Суслов

doi:10.22213/2413-1172-2021-2-124-134

Авторы

Ю. Н. Булатов Братский государственный университет
А. В. Крюков Иркутский государственный университет путей сообщения
К. В. Суслов Иркутский национальный исследовательский технический университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-2-124-134

Ключевые слова:

установки распределенной генерации, возобновляемые источники энергии, изолированная система электроснабжения, энергетический роутер, прогностические регуляторы, моделирование

Аннотация

Системы электроснабжения, построенные с использованием технологий Smart Grid, могут быть реализованы на основе энергетических роутеров, выполненных с помощью высокочастотных твердотельных трансформаторов. Энергетические роутеры могут использоваться для подключения установок распределенной генерации, работающих на возобновляемых источниках, а также накопителей электроэнергии для электроснабжения потребителей в изолированной системе. Кроме того, использование энергетических роутеров позволяет улучшить качество электроэнергии в части несимметрии и несинусоидальности напряжения. Приведены результаты моделирования режимов работы изолированной системы электроснабжения, включающей следующие элементы: энергетические роутеры, ветрогенерирующая установка с нечетким регулятором угла поворота лопастей ветротурбины, малая гидроэлектростанция и турбогенераторная установка с прогностическими регуляторами напряжения и скорости вращения ротора. Моделирование выполнялось в системе MATLAB с применением пакетов Simulink и SimPowerSystems. Цель исследований состояла в определении эффективности использования энергетических роутеров в изолированной системе электроснабжения для подключения накопителей электроэнергии и установок распределенной генерации, работающих на возобновляемых источниках энергии. Результаты компьютерного моделирования различных режимов работы позволили сформулировать следующие выводы. Применение энергетических роутеров для подключения к ИСЭС генерирующих установок на возобновляемых источниках энергии позволяет эффективно регулировать напряжение и частоту. В отличие от использования обычных силовых трансформаторов энергетические роутеры позволили получить следующие положительные эффекты: снизить провал частоты в сети 10 кВ при подключении дополнительной нагрузки; уменьшить время переходного процесса для частоты при кратковременном трехфазном коротком замыкании; значительно ограничить провалы напряжения и перенапряжения. Применение прогностических регуляторов скорости вращения ротора у генераторов ТГУ и малой ГЭС позволило убрать колебательность, снизить время переходного процесса и значительно уменьшить перерегулирование для частоты в режимах подключения дополнительной нагрузки и кратковременного короткого замыкания в сети ИСЭС даже при использовании обычных силовых трансформаторов. При резком уменьшении скорости ветра прогностические АРС дополнительно уменьшают колебательность, время переходного процесса и величину перерегулирования. Использование энергетических роутеров позволяет значительно уменьшить влияние на ИСЭС изменений генерируемой мощности установок РГ, работающих на возобновляемых источниках энергии.

Биографии авторов

Ю. Н. Булатов, Братский государственный университет

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой электроэнергетики и электротехники

А. В. Крюков, Иркутский государственный университет путей сообщения

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры электроэнергетики транспорта

К. В. Суслов, Иркутский национальный исследовательский технический университет

доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой электроснабжения и электротехники

Библиографические ссылки

Wang J., Huang A.Q., Sung W., Liu Y., Baliga B.J. Smart Grid Technologies. IEEE Industrial Electronics Magazine, 2009, vol. 3, no. 2, pp. 16-23.

Buchholz B.M., Styczynski Z.A. Smart Grids - Fundamentals and Technologies in Electricity Networks. Springer Heidelberg New York Dordrecht London, 2014, 396 p.

Wang R., Wang P., Xiao G. Intelligent Microgrid Management and EV Control Under Uncertainties in Smart Grid. Springer, 2018, 218 p.

Barker Ph.P., De Mello R.W. Determining the Impact of Distributed Generation on Power Systems: Part 1 - Radial Distribution Systems: 2000 IEEE PES Summer Meeting, Seattle, WA, USA, July 11-15, pp. 222-233.

Voropai N.I., Stychinsky Z.A. Renewable energy sources: theoretical foundations, technologies, technical characteristics, economics. Magdeburg: Otto-von-Guericke-Universität, 2010, 223 p.

Ellabban O., Abu-Rub H., Blaabjerg F. Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, vol. 39, pp. 748-764.

Martínez Ceseña E.A., Capuder T., Mancarella P. Flexible distributed multienergy generation system expansion planning under uncertainty. IEEE Transaction on Smart Grid, 2016, vol. 7, pp. 348-357.

Shen X., Zhu S., Zheng J., Han Y., Li Q., Nong J., Mohammad Sh. Active distribution network expansion planning integrated with centralized and distributed Energy Storage System: Power & Energy Society General Meeting, Denver, CO, 2015, pp. 1-5.

Rugthaicharoencheep N., Auchariyamet S. Technical and Economic Impacts of Distributed Generation on Distribution System. International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering, 2012, vol. 6, no. 4, pp. 385-389.

Olivares D. Trends in Microgrid Control. Smart Grid, IEEE Transactions on, 2014, vol. 5, no. 4, pp. 1905-1919.

Juneja A., Bhattacharya S. Energy router: Architectures and functionalities toward Energy Internet: IEEE International Conference on Smart Grid Communications (SmartGridComm), 2011, pp. 31-36.

Wang K., Liu X., Zhao L., Zhou Y., Xu D. Research on Structure and Energy Management Strategy of Household Energy Router Based on Hybrid Energy Storage: IEEE Power & Energy Society Innovative Smart Grid Technologies Conference (ISGT), 2019. DOI: 10.1109/ISGT.2019.8791644.

Ma Y., Wang X., Zhou X., Gao Zh. An overview of energy routers: 29th Chinese Control and Decision Conference (CCDC), 2017. Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/CCDC.2017.7979219.

Liu B., Wu W., Zhou Ch., Mao Ch., Wang D., Duan Q., Sha G. An AC-DC Hybrid Multi-Port Energy Router With Coordinated Control and Energy Management Strategies. IEEE Access, 2019, vol. 7. Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2933469.

Wu R., Wang B., Zou Y., Fan B., Li L., Zhu Zh. Energy router interface model based on bidirectional flow control for intelligent park: 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2017. Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/IECON.2017.8217362.

Han X., Yang F., Bai C., Xie G., Ren G., Hua H., Cao J. An Open Energy Routing Network for Low-Voltage Distribution Power Grid: IEEE International Conference on Energy Internet (ICEI), 2017. Publisher: IEEE. DOI: 10.1109/ICEI.2017.63.

Shilpakala G.B., Prassad M.J. Solid state transformers: new approach and new opportunity: Proceedings of 11th IRF International Conference, 15th June-2014, Pune, India, pp. 15-21.

Zhao T., Yang L., Wang J., Huang A.Q. 270 kVA Solid State Transformer Based on 10 kV SiC Power Devices: Electric Ship Technologies Symposium, 2007. ESTS '07. IEEE, pp. 145-149.

Mao X., Falcones S., Ayyanar R. Energy-Based Control Design for a Solid State Transformer: Proc. FREEDM Annual Conference, North Carolina State University, Raleigh, NC, 2009, pp. 217-220.

Rathod D.K. Solid State Transformer (SST) Review of Recent Developments. Advance in Electronic and Electric Engineering, 2014, vol. 4, no. 1, pp. 45-50.

Anderson P.M., Fouad A.A. Power System Control and Stability, Second Edition. IEEE Press, 2003, 688 p.

Heier S. Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems, John Wiley & Sons Ltd, 1998.