CC BY
4
РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ MICROGRID ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА
Г.И. Давыдов, науч. сотр. А.М. Хоютанов, науч. сотр. П.Ф. Васильев, ст. науч. сотр.
Институт физико-технических проблем Севера СО РАН (Россия, г. Якутск)
DOI:10.24412/2500-1000-2022-12-2-115-118
Аннотация. В данной статье рассмотрены проблемы распределительных сетей электроснабжения труднодоступных изолированных территорий. Ожидается, что потребители будут обеспечиваться электроэнергией от локальных энергоисточников малой мощности, в основном, дизельных электростанций с использованием распределенной генерации, в том числе ВИЭ и систем накопителей электроэнергии. Включение в сеть распределенной генерации ухудшить характеристики электрического напряжения в распределительной сети из-за колебаний параметров этих источников. Поэтому необходимо создание и внедрение новых элементов microgrid для оптимизации режимов энергопотребления.
Ключевые слова: распределительные сети, распределенная генерация, ВИЭ, интеллектуальная подстанция.
Электроэнергетика Республики Саха (Якутия) включает в себя зону централизованного и децентрализованного энергоснабжения. Централизованным электроснабжением охвачено 36% территории республики, где проживает 85% населения. Зона децентрализованного электроснабжения включает в себя обширную территорию республики с большим количеством автономных электростанций, которые снабжают отдельные поселки и горнодобывающие предприятия. Зона действия автономной энергетики охватывает площадь 2,2 млн. км2 (64%) с 15% проживающего в республике населения.
В перспективе зона автономного электроснабжения сохранится в силу больших расстояний между населенными пунктами и слабой транспортной инфраструктуры, что не позволяют существенно расширять централизацию электроснабжения. Потребители будут обеспечиваться электроэнергией от локальных энергоисточников малой мощности, в основном, дизельных электростанций. Отсутствие крупных потребителей на этой территории обуславливает нецелесообразность строительства энергоисточников большой установленной мощности. Исключение составляют круп-
ные потребители при разработке перспективных месторождений.
В рамках исполнения Указа Президента Российской Федерации от 07.05.2018 г. №204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» принят «План модернизации неэффективной дизельной (мазутной, угольной) генерации в изолированных и труднодоступных территориях», утвержденный заместителем Председателя Правительства Российской Федерации Д.Н. Козаком 15.08.2019 г. В июне 2020 г. подписано Соглашение между Правительством Республики Саха (Якутия) и ПАО «РусГидро» «О сотрудничестве при реализации проектов по модернизации дизельной генерации», которым предусматривается сохранение в тарифах на электроэнергию экономии топлива в целях возврата инвестиций по энергосервисным договорам. На основании этого Соглашения будут реализованы проекты модернизации дизельной генерации с использованием ВИЭ-генерации и систем накопления энергии.
Электроснабжение потребителей в локальных энергетических системах с ВИЭ-генерацией в целом обеспечивает надеж-
ное энергоснабжение и приводит к уменьшению потребления дизельного топлива. Локальные энергосистемы с ВИЭ-генерацией будут строиться с использованием принципа управляемых энергосистем с автоматическим управлением как производством, так и транспортом и потреблением электроэнергии.
Напряжение распределительных сетей 6-10 кВ и 0,4 кВ в сильной степени подвержено воздействию искажающей нагрузки, обусловленной широким применением преобразовательных устройств и электрических двигателей (крупный потребитель - коммунально-бытовой сектор), несимметричным распределением нагрузки потребителей. В результате в электрической сети создаются условия, при которых отклонения напряжения питания на зажимах электроприемников превышают допустимые значения, установленные для них ГОСТ Р 54149-2010. Напряжение подвержено колебаниям и фликеру, искажениям синусоидальности, появлению несимметрии. Отклонения напряжения в сети превышают 10%, в некоторых местах снижения напряжения в сети достигают 40%, в основном из-за протяженности распределительных сетей; несимметрия нагрузки по фазам достигает двукратной; превышение гармоник, кратных 3 (3, 15, 21), достигает 6,5%; общий коэффициент искажения синусоидальности превышает 8%.
Включение в сеть распределенной генерации, в том числе ВИЭ, может еще в большей степени ухудшить характеристики электрического напряжения в распределительной сети из-за колебаний параметров этих источников.
Комплексное и оптимальное решение подобных проблем осуществимо при применении технологии управляемых систем передачи переменного тока (FACTS), а также новые технологии активно-адаптивных сетей (Smartgrid). Основная идея управляемых электропередач переменного тока состоит в том, чтобы создать распределительные сети, обеспечивающие в процессе работы режимные характеристики, отвечающие всем нормативным требованиям, заданным показателям качества, экономичности и надёжности передачи и распределения электрической энергии.
Вопросами развития и совершенствования методов регулирования и стабилизации напряжения занимаются многие разработчики и научные сообщества [1-7].
Недостатки традиционно используемых средств обеспечения качества электроэнергии инициируют освоение одного из наиболее эффективных специализированных устройств управления параметром напряжения на основе элементов сильноточной преобразовательной техники.
Для комплексного решения задачи компенсации реактивной мощности (стабилизации напряжения), симметрирования и динамичной фильтрации напряжения в распределительных сетях предлагается новое техническое решение на основе тири-сторного стабилизатора параметров [8], разработанного в Институте физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН. Структурная схема интеллектуальной подстанции представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема интеллектуальной подстанции
Интеллектуальная подстанция на основе тиристорного стабилизатора параметров предназначена для выполнения следующих функций:
- стабилизации напряжения за счет компенсации реактивной мощности;
- подавления обратной составляющей напряжения (симметрирование напряжения);
- фильтрации высших гармоник напряжения в статических и динамических режимах;
- демпфирования переходных процессов.
Для обеспечения статической и динамической устойчивости систем целесообразно чтобы подстанция работала совместно с накопителями электрической
является перспективным направлением развития распределительной электрической сети, значительно повышающим надежность работы этой сети.
Исходя из рассмотренной проблематики, комплексным решением в области развития интеллектуализации подстанций является создание нового типа подстанций для распределительных сетей как единого комплекса, использующего наряду с традиционным оборудованием ПС (трансформаторы, коммутационное и измерительное оборудование, системы управления, защиты и автоматики) новые технологии, позволяющие существенно повысить надежность и качество электроснабжения в условиях появления распределенной генерации, в том числе ВИЭ.
энергии. Применение накопителей энергии
Библиографический список
1. The unified power-flow controller - a new approach to power transmission control / L. Gyugyi, C.D. Schauder, S.L. Williamset al. // IEEE Transactions on Power Delivery. 1995, Vol. 10, №2, pp. 1085-1097. DOI: 10.1109/61.400878.
2. Reactive power compensation technologies: State-of-the-art review / J. Dixon, L. Moran, J. Rodriguez, R. Domke // Proceedings of the IEEE. 2005, Vol. 93, №12, pp. 2144-2164. DOI: 10.1109/JPROC.2005.859937.
3. Power flow control by unified power flow controller / Khan Muhammad Yousaf Ali, Khalil Umairet al. // Engineering Technology & Applied Science Research. 2019, Vol. 9, Iss. 2, Pp. 3900-3904.
4. Kamarposhti Mehrdad Ahmadi, Lesani Hamid. Effects of STATCOM, TCSC, SSSC and UPFC on static voltage stability // Electrical Engineering. 2011, Vol. 93, Iss.1, Pp. 33-42. DOI: 10.1007/s00202-010-0187-x.
5. Sode-Yome A., Mithulananthan N. Comparison of shunt capacitor, SVC and STATCOM in static voltage stability margin enhancement // International Journal of Electrical Education. 2004, Vol. 41, Iss. 2, Pp. 158-171. DOI: 10.7227/IJEEE.41.2.7.
6. A distributed static series compensator system for realizing active power flow control on existing power lines / D.M. Divan, W.E. Brumsickle, R.S. Schneideret al. // IEEE Transactions on Power Delivery. 2007, Vol. 22, Iss. 1, Pp. 642-649. DOI: 10.1109/TPWRD.2006.887103.
7. Abido M.A. Pole placement technique for PSS and TCSC-based stabilizer design using annealing // International Transactions on Electrical Energy Systems. 2000, Vol. 22, Iss. 8, Pp. 543-554. DOI: 10.1016/S0142-0615(00)00027-2.
8. Давыдов Г.И., Кобылин В.П., Кобылин А.В., Ли-Фир-Су Р.П., Седалищев В.А., Нестеров А.С. Альтернативные источники электроэнергии для снабжения предприятий промышленных центров арктической зоны Якутии // Электротехника. - 2017. - №9. -С. 84-88.
DEVELOPMENT OF MICROGRID ELEMENTS FOR OPTIMIZATION OF ENERGY CONSUMPTION MODES IN THE CONDITIONS OF THE NORTH
G.I. Davydov, Researcher A.M. Khoiutanov, Researcher P.F. Vasilyev, Lead Researcher
Institute of Physical-Technical Problems of the North (Russia, Yakutsk)
Abstract. This article discusses the problems of distribution networks for power supply of hard-to-reach isolated areas. It is expected that consumers will be provided with electricity from local low-capacity energy sources, mainly diesel power plants using distributed generation, including renewable energy sources and energy storage systems. Inclusion in the network of distributed generation will worsen the characteristics of the electrical voltage in the distribution network due to fluctuations in the parameters of these sources. Therefore, it is necessary to create and implement new microgrid elements to optimize power consumption modes. Keywords: distribution networks, distributed generation, RES, intelligent substation.
