Ученые предложили способ безопасной блокировки «лишнего» тока в электросети
Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с учеными Института энергетических исследований РАН разработали новые архитектуру и алгоритм управления инвертором, которые позволяют управлять напряжением в сети, а также надежно и быстро блокировать «лишний» ток при перегрузках, что позволит повысить безопасность энергосистем, в том числе альтернативных.
Инвертор — это преобразователь напряжения, который позволяет подключать к источнику постоянного тока различные устройства, рассчитанные на переменный ток. В энергосистемах, которые используют возобновляемые источники электроэнергии (ветро- и солнечной генерации), а также на слабых участках сети, инверторы дают возможность энергосистеме устойчиво функционировать. Однако в случаях, когда ток в инверторах возрастает и выходит за допустимые пределы, используются алгоритмы, заглушающие ключевые функции инвертора. Чаще всего при традиционных алгоритмах фиксированным значением задают фазу тока. Такой способ позволяет контролировать скачки, однако ухудшает надежность работы инвертора и всей энергосистемы в целом.
Авторы предложили концепцию «виртуального синхронного генератора» с ограничителем тока, где источник тока формируется через управляемую «виртуальную индуктивность». Такая архитектура дает возможность ограничивать амплитуду тока, обеспечивая надежную работа инвертора и энергосистем в режиме широкого диапазона входного тока (вплоть до предельного значения), возможность синхронизации, регулировки напряжения и частоты.
«Предложенный нами алгоритм сохраняет свойства формирования сети без дополнительной подстройки, амплитуда тока в нем ограничивается напрямую во внутреннем контуре. Это позволяет избежать насыщения регуляторов напряжения и обеспечивает надежный выход из режима ограниченного тока, что в реальных условиях приводит к менее критичным переходам и меньшим перепадам напряжения», — отмечает один из авторов исследования, доцент отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Алексей Суворов.
Блокировка «лишнего» тока в алгоритме осуществляется за счет комбинации двух параллельных систем управления: одна формирует активную и реактивную мощность, а вторая – повторяет динамику виртуального синхронного генератора и дополняет ее виртуальными мощностями. Такой подход помогает предупредить «зацикливание» системы в режиме ограниченного тока и обеспечивает плавный возврат к нормальной работе после устранения перегрузки.
Разработанный алгоритм ученые испытали на экспериментальном образце трехуровневого инвертора, который был создан в рамках проекта «Кибер-физическая среда на базе цифровых двойников энергетических, информационных и коммуникационных систем», реализуемого в Передовой инженерной школе ТПУ. Результаты показали, что во время перегрузки сети алгоритм удерживал напряжение и частоту, выдерживая различные типы нагрузок, и позволил электросети работать без потери стабильности в сетевом и автономном режимах.
Теперь перед учеными стоит задача доказать эффективность разработки в условиях крупных объектов энергетики, что откроет путь для ее промышленного внедрения.