Специалисты из Томского политехнического университета в сотрудничестве с китайскими учеными создали проект модели автономной энергетической системы, использующей возобновляемые источники энергии. Ключевым элементом данной системы являются водородные накопители, предназначенные для обеспечения стабильности ее работы. Проведенные расчеты демонстрируют, что при использовании комплексного подхода к управлению сетью происходит оперативное восстановление параметров электроснабжения до нормальных значений после сбоев и внезапных изменений в нагрузке, занимая менее 0,7 секунды для перераспределения мощности.

Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy (Q1, IF: 9,2).

Автономные энергетические системы находят свое применение преимущественно в удаленных населенных пунктах и на промышленных предприятиях, которые не имеют доступа к централизованной энергосети. В качестве источников энергии часто используются солнечные панели и ветрогенераторы, подключенные к сети посредством силовых преобразователей. Тем не менее, при значительном увеличении нагрузки или внезапном отключении одного из источников в подобных системах могут возникать ощутимые колебания напряжения или частоты.

Исследователи Томского политеха совместно с китайскими коллегами осуществили анализ работы автономной энергосистемы, оснащенной комбинированной системой управления. Данная система осуществляет мониторинг не только отклонений в частоте, но и скорости их изменения: при быстром росте или снижении частоты инвертор незамедлительно генерирует управляющие сигналы для поддержания стабильности.

«Нами была разработана математическая модель и проанализированы три различных стратегии управления автономной энергосистемой: классическое управление по просадке, обратное управление по просадке и комбинированное управление. В классической схеме распределение активной и реактивной мощности между инверторами происходит автоматически. Это надежная система, однако ее эффективность сильно зависит от точности настроек. Обратное управление в автономных системах может приводить к нежелательным колебаниям. Комбинированный подход обеспечивает стабильность сети благодаря синтетической инерции: один инвертор выполняет роль ведущего, формируя параметры сети, а остальные адаптируют свою мощность под текущую нагрузку», — пояснила один из авторов исследования, аспирантка Инженерной школы энергетики ТПУ. Елена Бернякович.

Проведенные испытания разработанной политехнической модели охватили различные сценарии аварийных ситуаций, включая отклонения нагрузки в сети в диапазоне от 10 до 20 процентов, внезапное отключение инвертора, подключение нового преобразователя и изменения параметров электросети.

Анализ полученных данных свидетельствует о превосходстве комбинированной схемы с использованием синтетической инерции по динамическим показателям. Время перераспределения активной мощности после подключения нового инвертора составило менее 0,7 секунды; для сравнения, в традиционной системе управления стабилизация реактивной мощности требовала до 37,9 секунд, а при обратном управлении распределение реактивной мощности занимало до 7,17 секунды.

В дальнейших планах исследователей – разработка адаптивного алгоритма управления, который будет учитывать фактический уровень заполнения водородного хранилища, параметры электрической сети и состояние оборудования, с последующим тестированием на лабораторных стендах.

В научной работе приняли участие специалисты лаборатории моделирования электроэнергетических систем отделения электроэнергетики и электротехники Томского политехнического университета, а также сотрудники Шаньдунского университета из Китая.