Ученые ТПУ предложили использовать водородные накопители для повышения устойчивости автономных энергосистем
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из Китая разработали модель автономной энергосистемы с возобновляемыми источниками энергии, в которой водородные накопители выступают инструментом для повышения устойчивости системы. Расчеты показали, что такая сеть при комбинированном управлении быстро возвращает параметры электроснабжения к норме после аварий и резких изменений нагрузки. Для распределения мощности ей требуется всего менее 0,7 секунды.
Автономные энергосистемы в основном применяются в удаленных поселках и на промышленных объектах, не подключенных к единой энергосети. В них часто используют солнечные и ветровые установки, подключенные к сети через силовые преобразователи. Однако при резком увеличении нагрузки или отключении одного из источников в таких системах могут возникать заметные колебания частоты или напряжения.
Авторы разработали модель автономной энергосистемы с комбинированной системой управления, которая отслеживает не только отклонение частоты, но и скорость ее изменения: если частота начинает быстро расти или падать, инвертор сразу формирует управляющее воздействие для регулирования.
«Мы подготовили математическую модель и сравнили три разных стратегии управления для автономной энергосистемы: классическое управление по просадке, обратное управление по просадке и комбинированное управление. В классической схеме активная и реактивная мощности распределяются автоматически между работающими инверторами. Это надежная система, но она сильно зависит от коэффициентов настройки. Обратное управление в автономных системах может вызвать незатухающие колебания. В комбинированном управлении стабильность сети помогает удержать синтетическая инерция. Один инвертор работает как ведущий, формируя параметры сети, а остальные подстраивают свою мощность под текущую нагрузку», — рассказала один из авторов исследования, аспирантка Инженерной школы энергетики ТПУ Елена Бернякович.
Ученые испытали модель при разных аварийных условиях: при отклонении нагрузки в сети на 10-20 %, внезапном отключении одного из инверторов, подключении нового преобразователя и изменениях характеристик электросети. Лучшие динамические характеристики показала комбинированная схема с синтетической инерцией. После подключения нового инвертора перераспределение активной мощности заняло менее 0,7 секунды. Для сравнения, в классическом управлении стабилизация реактивной мощности занимала до 37,9 секунды, а в обратном управлении распределение реактивной мощности заняло до 7,17 секунды.
В будущем исследователи планируют сосредоточиться на создании адаптивного управления, которое будет учитывать реальный уровень заполнения водородного хранилища, параметры сети и состояние оборудования, а также его тестировании на лабораторных макетах.