CC BY
7УДК 620.9
ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ РЕЗЕРВНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЖИЛОГО ДОМА ОТ СИСТЕМЫ С НАКОПИТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Крынов Владимир Михайлович, студент, направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: VOVAKRYNOV@rambler.ru
Сермягина Екатерина Константиновна, студент, направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: sermyagina-ek@mail.ru
Научный руководитель: Шлейников Вячеслав Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры электро- и теплоэнергетики, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: shleinikov@yandex.ru
Аннотация. Попытки применения систем электроснабжения с использованием накопителей электроэнергии в индивидуальных домах имеют критические недостатки - дороговизна и неэффективность аккумуляторных батарей. Этому вопросу посвящено большое количество работ, подтверждающих актуальность данной темы. Цель данной статьи обосновать эффективность применения системы резервного питания с последовательным отключением нагрузки. В статье был исследован метод, позволяющий оптимизировать расход заряда аккумуляторной батареи, произведено его сравнение со стандартным использованием накопителя электроэнергии. В результате была создана имитационная модель, позволяющая продлить время работы ответственной нагрузки. Научная новизна рассмотренной темы заключается в использование малоизученного метода. Практическая значимость данной работы состоит в удешевлении системы резервного электроснабжения.
Ключевые слова: аккумуляторная батарея, резервное питание, имитационная модель, электроснабжение, нагрузка, централизованная сеть.
Для цитирования: Крынов В. М., Сермягина Е. К. Оптимизация работы резервного электроснабжения индивидуального жилого дома от системы с накопителями электроэнергии // Шаг в науку. - 2020. - № 2. -С. 47-51.
OPTIMIZATION OF THE BACKUP POWER SUPPLY OF AN INDIVIDUAL RESIDENTIAL BUILDING FROM A SYSTEM WITH ELECTRIC POWER STORAGE
Krynov Vladimir Mikhailovich, student, training program 13.03.02 Electric power engineering and electrical engineering, Orenburg State University, Orenburg e-mail: VOVAKRYNOV@rambler.ru
Sermyagina Ekaterina Konstantinovna, student, training program 13.03.02 Electric power engineering and electrical engineering, Orenburg State University, Orenburg e-mail: sermyagina-ek@mail.ru
Research advisor: Shleinikov Vyacheslav Borisovich, PhD in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Electric and Heat Power Engineering, Orenburg State University, Orenburg e-mail: shleinikov@yandex.ru
Abstract. Attempts to use power supply systems using electric power storage in individual homes have critical drawbacks - the high cost and inefficiency of rechargeable batteries. A large number of works have been devoted to this issue, confirming the relevance of this topic. The purpose of this article is to substantiate the effectiveness of using a backup power system with sequential load shedding. In the article, a method was investigated that allows to optimize the battery consumption, it is compared with the standard use of an energy storage device. As a result, a simulation model was created that allows to extend the working time of a critical load. The scientific novelty of the topic is the use of a little-studied method. The practical significance of this work is to reduce the cost of the backup power supply system.
Key words: rechargeable battery, backup power supply, simulation model, power supply, load, centralized network.
Cite as: Krynov, V M., Sermyagina, E. K. (2020) [Optimization of the backup power supply of an individual residential building from a system with electric power storage]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 2, pp. 47-51.
Отсутствие электроснабжения в индивидуальном жилом доме может достигать 24 часов, что негативно сказывается на работе некоторых электроприборов и качестве жизни человека [1, 2]. Одним из часто применяемых решений является использование в качестве резервного питания аккумуляторные батареи (АБ) [3, 4]. Данный способ заключается в том, что в нормальном режиме работы электроснабжение осуществляется от сети. При отсутствии централизованного электроснабжения питание обеспечивается от АБ до восстановления нормального режима либо до глубокого разряда АБ1,2.
Однако этот способ имеет ограничение по времени использования. Данный недостаток устраняется установкой дополнительных или более мощных АБ, что приводит к увеличению стоимости системы3.
Продлить время работы без значительного удорожания системы можно при помощи ранжирования электроприемников по характерным группам
[5, 6] и последовательного отключения групп в зависимости от остатка заряда АБ.
Моделирование системы резервного питания с последовательным отключением нагрузки и без такового было выполнено в Simulink - системе имитационного блочного моделирования динамических систем, являющейся подпрограммой МАТЬАБ [7].
На рисунке 1 представлена имитационная модель резервного питания от АБ. В данной модели питания нагрузок происходит от сети, при её отключении нагрузка питается от АБ до восстановления нормального режима либо до глубокого разряда.
На рисунке 2 представлена имитационная модель резервного питания с последовательным отключением нагрузки от АБ. Принцип действия аналогичен модели на рисунке 1. Отличие заключается в наличие блока управления, который подаёт сигнал на отключение нагрузки в зависимости от заряда АБ.
Рисунок 1. Модель без последовательного отключения нагрузки
Рисунок 2. Модель с последовательным отключением нагрузки
1 Резервное питание для загородного дома [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://home-matic.ru/2017/04/rezervnoe-pitaniya-dlya-dachi/ (дата обращения: 20.04.2020).
2 Источники бесперебойного питания [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://realsolar.ru/ibp/ (дата обращения: 20.04.2020).
3 UPS для энергоснабжения загородных домов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.zs-z.ru/zagorodnoe-stroitelstvo/elektrosnabzhenie/istochniki-bespereboynogo-pitaniya.html (дата обращения: 21.04.2020).
Таблица 1. Функции блоков
Название блока Назначение
Сеть 230 В Моделирование сети с переменным напряжением 230В
АБ Аккумуляторная батарея с выводом информации о заряде
Блок управление Подача сигнала отключения нагрузки в зависимости от заряда АБ
Блок измерения На выходе показывает напряжение сети и заряд АБ
Н1-Н4 Нагрузка
В1-В3 Выключатель
Результаты имитационного моделирования системы без последовательного отключения нагрузки представлены на рисунках 3 и 4.
Напряжение ®
200
150
100
50
О 500 1000 1500 2000 2500
Рисунок 3. Напряжение в модели без последовательного отключения нагрузки
Заряд АБ
О 500 1000 1500 2000 250
Рисунок 4. Заряд АБ в модели без последовательного отключения нагрузки
Исходя из рисунков 3 и 4, нагрузка питается от представлены на рисунках 5 и 6.
централизованной сети первые 100 секунд, после от АБ, поскольку произошло отключение электроэнергии.
Результаты имитационного моделирования системы с последовательным отключением нагрузки
Исходя из рисунков 5 и 6, нагрузка питается от централизованной сети первые 100 секунд, после от АБ. Нагрузки 4,3,2 отключаются при 75, 50, 25 % остатка заряда АБ.
Рисунок 5. Напряжение в модели с последовательным отключением нагрузки
---д
1
-
Рисунок 6. Заряд АБ в модели с последовательным отключением нагрузки Время питания нагрузки от АБ представлено в таблице 2. Таблица 2. Время питания нагрузки
№ нагрузки Время питания без последовательного отключения приборов, с Время питания с последовательным отключением приборов, с
1 1120 2285
2 1120 1157
3 1120 625
4 1120 266
В результате проделанной работы были созданы две модели, сравнение которых показало, что последовательно отключение нагрузки при питании от АБ позволяет продлить время работы ответст-
венного прибора за счёт отключения менее ответственных. Этот метод не требует значительного удорожания и усложнения системы, что является преимуществом перед другими методами.
Литература
1. Федотов А. И. Повышение качества электроснабжения путем использования накопителей электроэнергии при провалах напряжения // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: сб. тр. науч.-техн. конф. (Чебоксары, 4-6 июня, 2015 г.). - С. 308-311.
2. Хошнау З. П. Автономные системы электроснабжения на основе энергоэффективных ветро-дизель-ных электростанций: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.14.02. - Томск, 2012. - 21 с.
3. Чупин Д. П. Параметрический метод контроля эксплуатационных характеристик аккумуляторных батарей: дис. ... канд. тех. наук: 05.11.13. - М., 2014. - 198 с.
4. Хрусталев Д. А. Аккумуляторы. - М.: Изумруд, 2003. - 224 с.
5. Добрего К. В. Модель электрической нагрузки жилищно-коммунального объекта для исследования систем «генератор - накопитель - потребитель» методом Монте-Карло // Наука и техника. - 2017. - № 2. -С. 160-170.
6. Кузнецова Н. Д. Анализ эффективности применения различных типов аккумуляторных батарей в автономных системах электроснабжения // Вестник ПРИПУ - 2018. - С. 48-56.
7. Черных И. Моделирование электротехнических устройств в МАТЪАВ. SimPowerSystems и Simulink. - М.: ДМК Пресс, 2007. - 288 с.
Статья поступила в редакцию: 27.04.2020; принята в печать: 13.08.2020.
