КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-29-10186
НазваниеИсследование условий и режимов локальной системы энергоснабжения с гибридной генерацией, интегрированной в электрическую сеть централизованной электроэнергетической системы
Руководитель Марченко Андрей Иванович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный технический университет" , Новосибирская обл
Конкурс №76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-305 - Физические аспекты получения, преобразования и передачи электроэнергии
Ключевые слова Электроэнергетические системы, гибридная генерация, синхронная генерация, устойчивость, управление, моделирование, интернет энергии, преобразователь, инвертор
Код ГРНТИ44.29.01, 44.29.29, 44.29.33
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В ходе развития, технологического перехода и трансформации в целом мировой энергетики, стремлением к её децентрализации, диджитализации и декарбонизации, одним из передовых направлений в электроэнергетики является всё более активное и масштабное использование распределенной малой генерации, как на основе топливных углеродных ресурсов с синхронной связью между источниками при их подключении к электрическим сетям, так и возобновляемых источников энергии (ВИЭ), работающих в электрической сети и питающие нагрузку на переменном или постоянном токе через частотно-преобразовательные устройства. Последнее приводит к неизбежному массовому применению инверторов в существующих электрических сетях переменного тока.
Положительный экологический эффект от использования возобновляемых источников энергии сопровождается множеством потенциально негативных технических последствий для электроэнергетических систем, обусловленных принципиальными особенностями работы применяемых инверторов в преобразовании постоянного тока в переменный, а также отсутствием обоснованных технических требований к гибридной малой генерации, работающей в энергосистемах со стороны электрических сетей.
Последствия для электрических сетей от недостаточно проработанного включения в сети большого количества мощных инверторов (гибридной генерации) заключается в значительном снижении качества электроэнергии, надежности электроснабжения, связанном, как с отключениями инверторов, так и потребителей, нарушениями в работе средств релейной защиты и автоматики существующих сетей. При этом основным побуждающим фактором включения инверторов в сети является только повышение эффективности использования генерации на ВИЭ.
В связи с развитием электроэнергетических систем и массовым появлением в их структуре новых технических элементов необходимо проведение комплексного исследования влияния гибридной генерации (совместной работы традиционной топливной генерации и электронной генерации) на устойчивость режимов электроэнергетических систем разного уровня (от Micro- до MacroGrid) для обеспечения основы надежности электроснабжения потребителей в широком плане, начиная от моделирования этого влияния и анализа используемых критериев устойчивости, заканчивая рекомендациями по снижению негативного влияния гибридной генерации на качество электроэнергии и надежность электроснабжения потребителей.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Фишов А., Осинцев А., Гуломзода А., Марченко А., Кокин С., Сафаралиев М., Дмитриев С., Зицмане И.
Decentralized Emergency Control of AC Power Grid Modes with Distributed Generation
Journal Energies, Energies. – 2023. – Vol. 16, iss. 15. – Art. 5607 (год публикации - 2023)
10.3390/en16155607
2.
Марченко А.И., Фишов А.Г., Мурашкина И.С.
Emergency automation for creating and controlling modes of local smart power systems based on small-scale generation with the perspective usage of methane-hydrogen fuel
International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 80. - P. 832-846. (год публикации - 2024)
10.1016/j.ijhydene.2024.04.259
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Выполнено математическое моделирование существующей распределительной сети, объектов электроэнергетической системы Новосибирской области в составе Единой энергетической системы России с присоединением на параллельную работу объектов гибридной генерации в составе ЛСЭ. Получены характеристики расчетных переходных процессов в ЛСЭ при ее параллельной работе с внешней сетью ЭЭС. В качестве базового объекта исследования выступала ЛСЭ с гибридной генерацией, в т.ч. в составе тепловой электрической станции когенерации мощностью 10 МВт жилого массива «Березовое» в г. Новосибирске.
Для исследования способов и средств управления, свойств ЛСЭ на базе МГ, в т.ч. гибридной, определения требований к автоматике, проверки работоспособности подсистем автоматики использован метод физического моделирования. Экспериментальные исследования и испытания эффективности способов управления выполнены на физическом комплексе - электродинамической модели электроэнергетических систем НГТУ. Проводилось исследование характерных режимов работы ЛСЭ, а также участие МГ в регулировании параметров режима электрической сети при параллельной работе в составе ЭЭС большой мощности. Экспериментальные исследования и проверка работоспособности способов и алгоритмов децентрализованного противоаварийного управления сетью с распределенной генерацией, проведенных на физической модели ЭЭС, позволили проверить и оценить основные параметры процессов управления.
Математически на программно-вычислительных комплексах и физическим моделированием были выявлены системные эффекты при совместной работе ЛСЭ с внешней электрической сетью ЭЭС. На основе исследования системных эффектов от присоединения ЛСЭ к внешней электрической сети и осуществления управления ее режимами разработаны состав и обоснована возможность предоставления электроэнергетических услуг МГ по регулированию режимов ЭЭС. Экспериментально на физической модели ЭЭС доказан положительный системный эффект влияния распределенной МГ в электрической сети на качество электрической энергии, а именно симметрирование и улучшение синусоидальности.
Рассмотрены алгоритмы управления инверторами ЭГ для нормальных и аварийных режимов электрической сети. В ходе работы анализировалась работа электронной генерации (ЭГ) в электрической сети при нарушениях нормального режима ЛСЭ. Анализ работы электронной генерации в электрической сети ЭЭС при нарушениях нормального режима (поведение ЭГ при провалах и повышении напряжения) показал необходимость согласования ЭГ с противоаварийной автоматикой электрической сети, а также с релейной защитой электрической сети. Сформулированы основные требования и правила для реализации в алгоритмах управления гибридной генерацией.
Публикации
1.
Марченко А. И., Фишов А. Г., Мурашкина И. С.
Противоаварийная автоматика для создания и управления режимами локальных интеллектуальных энергосистем на базе малой генерации
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология», № 1 (418). – С. 225–234. (год публикации - 2024)
10.15518/isjaee.2024.01.225-234
2. Марченко А., Армеев Д., Мурашкина И. Features of the Hybrid Generation Mode Control during Its Integration into the Electric Network of the Centralized Electric Power System IEEE Problems of Informatics, Electronics and Radio Engineering (год публикации - 2024)
Возможность практического использования результатов
Разработка может быть интересна электроэнергетической отрасли, а именно, застройщикам, решающим задачи энергообеспечения новых площадок, крупным потребителям энергии, заинтересованным в снижении затрат на энергообеспечение, газовикам, нефтедобытчикам, имеющим локальные системы энергоснабжения на промысловых площадках, в системах трубопроводного транспорта энергии, сетевым компаниям, имеющим в своем составе распределенные объекты малой генерацией. Полученные результаты используется при эксплуатации энергетических объектов ООО «Генерация Сибири», ООО «Энергосети Сибири». Эффект для социально-экономического развития РФ состоит в повышении надежности, живучести и доступности энергоснабжения потребителей, повышении экономической эффективности локальных систем энергоснабжения, в т.ч. значительного снижения сроков окупаемости объектов локальной энергетической инфраструктуры. Инвестирование в локальные системы энергоснабжения на базе малой генерации с предлагаемым интеллектуальным управлением обеспечит быстрый возврат инвестиций (от 3 до 5-7 лет) за счет гарантированного спроса на энергетическую продукцию, рациональности расходования ресурса генерирующего оборудования и экономически выгодных режимов его работы.