Научная статья на тему 'РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ПОГРУЖНЫМИ ВЕНТИЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ'

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ПОГРУЖНЫМИ ВЕНТИЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
105
25
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА / ПОГРУЖНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ / ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ / ПРОВАЛ НАПРЯЖЕНИЯ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Попов Евгений Игоревич, Лосев Федор Алексеевич, Копырин Владимир Анатольевич, Кудряшов Руслан Аполлонович

В статье рассматривается влияние кратковременных нарушений электроснабжения на устойчивость электротехнических систем с погружными вентильными электродвигателями. Предложена методика построения границы динамической устойчивости электротехнических систем с погружными вентильными электродвигателями. Для апробации методики была произведена оценка устойчивости типовой электротехнической системы установок электроцентробежных насосов с погружными вентильными электродвигателями.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Попов Евгений Игоревич, Лосев Федор Алексеевич, Копырин Владимир Анатольевич, Кудряшов Руслан Аполлонович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

TECHNIQUE DEVELOPMENT FOR DETERMINING DYNAMIC STABILITY CURVE OF ELECTRICAL SYSTEM WITH SUBMERSIBLE BRUSHLESS ELECTRIC MOTOR

Impact of short-term power-failures on electrical systems with submersible brushless electric motor stability is considered in the paper. Technique for determining dynamic stability curve of electrical systems with submersible brushless electric motors is proposed. Stability estimation for typical electric centrifugal pump units with submersible brushless electric motors was made for the testing of technique.

Текст научной работы на тему «РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ПОГРУЖНЫМИ ВЕНТИЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ»

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

УДК 621.3

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-469-476

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ПОГРУЖНЫМИ ВЕНТИЛЬНЫМИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

Е.И. Попов, Ф.А. Лосев, В.А. Копырин, Р.А. Кудряшов

В статье рассматривается влияние кратковременных нарушений электроснабжения на устойчивость электротехнических систем с погружными вентильными электродвигателями. Предложена методика построения границы динамической устойчивости электротехнических систем с погружными вентильными электродвигателями. Для апробации методики была произведена оценка устойчивости типовой электротехнической системы установок электроцентробежных насосов с погружными вентильными электродвигателями.

Ключевые слова: электротехническая система, погружной вентильный электродвигатель, динамическая устойчивость, провал напряжения.

Распределительная сеть нефтяных месторождений характеризуется большим количеством разрозненных единичных автономных источников электроэнергии и различных типов потребителей. Возникающие в сетях аварийные ситуации приводят к нарушению электроснабжения потребителей, длительность аварий при этом варьируется от долей секунды до десятка часов. К кратковременным нарушениям электроснабжения (КНЭ) относятся любые понижения напряжения с последующим восстановлением исходного режима за короткий срок [1]. За год количество кратковременных перерывов в электроснабжении нефтяного предприятия может достигать ста единиц с потерями по добыче нефти порядка тысячи тонн [2].

КНЭ, вызванные провалами напряжения, могут привести к нарушению устойчивости узлов нагрузки, так как снижение питающего напряжение приводит к выбегу электродвигателей и увеличению их скольжения вплоть до полной остановки. КНЭ в промышленных электротехнических системах (ЭТС) приводят к нарушению технологического процесса, останову производства и недовыпуску продукции. Потеря устойчивости установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) приводит к снижению добычи нефти, что влечет за собой значительные финансовые убытки для нефтедобывающих предприятий. Кроме того, аварийный останов двигателей негативно сказывается на их ресурсе.

Развитие теории конструирования и управления вентильными электродвигателями (ВД) с возбуждением от высококоэрцитивных магнитов в последние два десятилетия привело к их широкому применению в нефтедобывающей промышленности [3], в частности, в УЭЦН [4], установках штанговых глубинных насосов и т. д. Вентильные погружные электродвигатели (ВПЭД), применяемые в УЭЦН, обладают малым моментом инерции [5], что обуславливает их высокую чувствительность к внешним возмущениям, в частности, к провалам напряжения [6].

Таким образом, оценка динамической устойчивости ЭТС с ВПЭД является актуальной

задачей.

Существует большое количество методик расчета динамической устойчивости электротехнических систем [7, 8]. Как правило, они сводятся к нахождению напряжения (границы) статической устойчивости, в пределах которого устойчивость системы не нарушается при любой длительности возмущения, и построению границы динамической устойчивости (ГДУ) относительно входного напряжения и длительности этого возмущения.

На сегодняшний день существует довольно много исследований, касательно устойчивости ЭТС с асинхронными, в частности погружными, электродвигателями (ПЭД) [9]. Снижение их устойчивости при провалах напряжения физически обусловлено уменьшением момента перегрузки, находящегося в квадратичной зависимости от напряжения питания [7]. Вследствие этого, самозапуск асинхронных двигателей становится сложной задачей, и граница динамической устойчивости будет определяться способностью узла нагрузки восстановить исходный режим после окончания провала.

Однако механическая характеристика ВД существенно отличается от характеристики АД [10]. Снижение питающего напряжения приводит к линейному уменьшению как момента перегрузки, так и частоты вращения идеального холостого хода (ИХХ). Вследствие этого, изменение напряжения на зажимах двигателя чаще всего рассматривается как способ регулирования скорости, нежели как возмущающее воздействие [11]. Следовательно, методика оценки устойчивости ЭТС с ВПЭД должна учитывать эти особенности.

Наибольшее значение остаточного напряжения, при котором ЭТС теряет устойчивость считаем границей статической устойчивости (ГСУ). При этом, в отличие от ЭТС с классическими асинхронными ПЭД, нет необходимости рассматривать возможность самозапуска как условие сохранения устойчивости, поскольку, как правило, проблем с пуском ВД не возникает [11, 0], если обеспечено некоторое минимальное напряжение трогания Цтр. Очевидно, что при снижении питающего напряжения ниже этого порога всегда ведет к выбегу электродвигателя.

Тем не менее, снижение напряжения на шинах нагрузки при внешних симметричных коротких замыканиях приводит к быстрому увеличению скольжения ВД. Двигатель остается устойчивым в окрестности некоторой частоты вращения при заданном напряжении питания, что обусловлено переходом на новую искусственную механическую характеристику. Однако значительные провалы напряжения могут привести к полной остановке двигателя.

Поскольку монотонность механической характеристики ВД позволяет ему без потери устойчивости переходить на любое значение частоты вращения при изменении питающего напряжения, под динамической устойчивостью в статье будем понимать способность ЭТС сохранять рабочий режим при заданном значении остаточного напряжения, если скорость ВПЭД не достигает нулевого значения. Значения длительности провала т и остаточного напряжения £/ост, при которых скорость ВД ю = 0, принимаем за точку границы динамической устойчивости. Внешние возмущения моделировались одноступенчатыми симметричными провалами напряжения, которые обусловлены симметричным коротким замыканием в системе внешнего электроснабжения.

Для расчета границы динамической устойчивости ЭТС с ВПЭД предлагается следующая методика, блок-схема алгоритма которой представлена на рис. 1:

1) задается остаточное напряжение питания равное нулю;

2) рассчитывается процесс выбега ВПЭД в течение времени срабатывания АВР;

3) при достижении на некотором цикле алгоритма полной остановки ВПЭД фиксируются остаточное напряжение сети иост и длительность выбега т, после чего остаточное напряжение увеличивается на один шаг, и цикл повторяется;

4) за окончание алгоритма принято значение остаточного напряжения равного напряжению статической устойчивости, при котором скорость ВПЭД в конце цикла больше нуля.

После выполнения алгоритма имеем двухмерный массив данных значений времени выбега т и соответствующего ему остаточного напряжения Ц^т.

Для апробации методики выполним оценку устойчивости типовой электротехнической системы УЭЦН с ВПЭД, выполненной по двухтрансформаторной схеме электроснабжения. Питание электродвигателей осуществляется от двух трансформаторов типа ТМГ-400/10, категория надежности электроснабжения - первая. За вход ЭТС принимается высокая сторона трансформатора КТП 10/0,4 кВ. Время автоматического ввода резерва принимаем равным 0,5 с. Вентильные погружные электродвигатели типа «Борец» серии ВЭДБТ50-103/3 рассчитаны на рабочее напряжение ираб = 1250 В и получают питание от индивидуальных трансформаторов ТМПНГ-100/1,25 с помощью нефтепогружных кабелей КППБТ-120 длиной 250 м.

Упрощенная однолинейная схема электроснабжения УЭЦН рассматриваемого узла нагрузки представлена на рис. 2.

Для расчета устойчивости составим схему замещения ЭТС во вращающейся синхронно с ротором системе координат dq0, см. рис. 3. Трансформаторы и кабельные линии представлены активно-индуктивной ветвью. Поскольку узел нагрузки подключен к шинам бесконечной мощности, внешняя энергосистема представлена источником ЭДС за реактивным

сопротивлением. Вентильные электродвигатели представлены сопротивлением статора и источником ЭДС, возникающей из-за вращения ротора с постоянными магнитами. Рассматриваемая ЭТС имеет изолированную нейтраль, поэтому токи нулевой последовательности не учитываются в математических моделях.

Рис. 1. Блок-схема алгоритма расчета границы динамической устойчивости

ЭТС УЭЦН с ВПЭД

ТМ1-400 10/0,4

<3>

ТМПНГ-100/3 ОЛЩрав

5x11ВЭДБТ50-10М В5

—<нЭ

4--X-У КГТПБПТ-|20 3к2! -

-00--

<$>—-в <$>—-в —-в

Рис. 2. Упрощенная однолинейная схема электроснабжения УЭЦН

Рис.3. Схема замещения узла нагрузки УЭЦН 471

Математическая модель ВПЭД в осях dq [13]: -U cos(<9) = Ud = rc • Id

dI

Lc -± - LcvIq

c dt c q

(1)

и^^ = ид = г ■ 1д + + Ьс®1й + ц/п®,

йа 3

=м - м = 2 - м где и а, Uq - питающие напряжения ВПЭД по осям dq, В; 1а, Ц - токи статора ВПЭД по осям dq, А; Я, Ь - активное сопротивление и индуктивность обмоток статора ВД, Ом, Гн; ю - частота вращения ротора электродвигателя, рад/с; у™ - магнитный поток постоянного магнита, Вб; 0 -угол управления, рад; ' - момент инерции привода, кг-м2; М - электромагнитный момент двигателя, Н-м; Мс - вентиляторный момент нагрузки, Н-м.

Математическая модель трансформатора и кабельной линии как активно-индуктивной ветви примет вид [14]:

U - - и- = L

U0q - ^ = L-

dt dI± dt

r ■ i- - ^^

r ■ Iq + Lrnl,

(2)

где Uo, Ui - напряжения в начале и в конце ветви, В; r, L - активное сопротивление и индуктивность ветви, Ом, Гн.

Для связи математической модели трансформатора 10/0,4 с электродвигателями использовались уравнения по первому закону Кирхгофа для осей dq:

[' q sum / 1 Iqi

i (3)

['d _ sum ^ \ [dj ^ i

где Iqi, Idi - токи по осям d и q, А; i - номер отходящей ветви.

Электроэнергетическая система (ЭЭС) описывалась следующими уравнениями:

U = F - Т

^ cd ^ЭЭС ^ЭЭС

dI„

dt

LЭС®[q _ sum

(4)

U = F - L

^ cq ЭЭС ЭЭС

dI

q _ sum

dt

' LЭС®[d sum

где Еээс - эквивалентная ЭДС внешней энергосистемы, В; Ьээс - эквивалентная индуктивность внешней энергосистемы, Гн.

Таким образом, получили математическую модель ЭТС с ВПЭД, которая позволяет рассчитать устойчивость при различных длительности и глубине провалов напряжения в системе внешнего электроснабжения. Для количественной оценки устойчивости использовали коэффициент запаса, определяемый по формуле [15]:

с

V _ Уст

А,,, --

(5)

S.

общ

где Sycm - площадь области, ограниченной ГДУ и прямой Uocm = 1 о.е., Sобщ - площадь, ограниченная прямыми Uocm = 1 о.е. и временем ввода резерва Ар.

Математическая модель (1) - (4) и алгоритм расчета (рис. 4) реализованы в среде Wolfram Mathematica Online. Для решения дифференциальных уравнений использовался метод Рунге-Кутты четвертого порядка. По результатам расчета была построена серия границ динамической устойчивости ЭТС с ВПЭД при изменении коэффициента загрузки двигателей и входного напряжения.

На рис. 4 представлены границы динамической устойчивости рассматриваемой ЭТС с ВПЭД при входных параметрах Uex = 1300 В и 0 = 1,385 при изменении коэффициента загрузки с 25% до 100% от номинального значения. Количественные результаты моделирования и зависимость коэффициента запаса устойчивости от загрузки ВПЭД сведены в табл. 1. Согласно

расчетам с увеличением нагрузки на валу на 25% снижается коэффициент запаса устойчивости в среднем на 3% и увеличивается напряжение статической устойчивости на 4,4%. При этом не изменяется допустимое время полной потери питания и составляет 1п.п. = 0,15 с.

— Кз = 1 — Кз = 0,75 — Кэ = 0,5 — Кз = 0,25

Рис. 4. ГДУ при изменении загрузки ВПЭД

Таблица 1

Зависимость коэффициента запаса устойчивости от величины! загрузки ВПЭД

Коэффициент загрузки ВПЭД Кз, о.е. Значение остаточного напряжения ГСУ №ст, о.е. Относительное изменение ^ст, % Коэффициент запаса устойчивости КЗУ., о.е. Отклонение от номинального Кз.у., %

0,25 0,265 0 0,755 0

0,5 0,276 -4,15 0,744 1,46

0,75 0,288 -8,7 0,733 2,91

1,0 0,3 -13,2 0,721 4,5

Для вентильного электропривода входное напряжение в общем случае является управляющим, а не возмущающим параметром, регулирование частоты вращения электродвигателя достигается подбором соответствующего напряжения питания и заданием по углу коммутации (управления) [13]. Поскольку напряжение питания двигателя может сильно снижаться в результате значительного падения на нефтепогружном кабеле при большой глубине подвеса, следовательно, имеет смысл рассмотреть влияние снижения входного напряжения ВПЭД при соответствующем изменении угла управления. Таким образом, выбирались различные значения питающего напряжения и углов управления, соответствующие номинальному рабочему режиму электродвигателей.

Рассматривалась устойчивость ЭТС при уменьшении питающего напряжения электродвигателей, для этого изменялось выходное напряжение с индивидуального трансформатора ТМПНГ-100/1,25 с 1500 В до 1200 В. При этом угол управления в каждом случае подбирался по условию номинальной частоты вращения ротора в рабочем режиме. По результатам моделирования построены границы динамической устойчивости (рис. 5), значения коэффициентов запаса устойчивости приведены в табл. 2.

Оценка устойчивости показала, что при изменении рабочего питающего напряжения и угла управления область динамической устойчивости ЭТС меняется в небольших пределах: не более 1,5%. Относительное снижение напряжения статической устойчивости ЭТС с ВПЭД на каждые 100 В и 0,03 рад составляет в среднем 2,33%. Увеличение устойчивости с ростом угла управления связано с его регулирующим действием на динамику изменения скорости вращения двигателя в течение всего времени переходного процесса при провале напряжения.

Таким образом, предложены методика и алгоритм нахождения границы динамической устойчивости электротехнических систем установок электроцентробежных насосов с вентильными электродвигателями при симметричных провалах напряжения. По разработанной методике произведена оценка влияния коэффициента загрузки и угла управления при изменении величины питающего напряжения вентильных погружных электродвигателей на их динамическую устойчивость. Показано, что с увеличением загрузки двигателей на 25% коэффициент запаса устойчивости снижается в среднем на 3% и увеличивается напряжение статической устойчивости на 4,4%.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

t. с

0.S

04

02

01

ПО -.-

U = 1200 В. 0 = 1.466 U = 1300 8. 0 = 1.435 U = 1400 В, 0 = 1.407 Ü = 1500 8. 0 = 1.385

Рис. 5. ГДУ при изменении рабочего питающего напряжения и угла управления

Таблица 2

Зависимость коэффициента запаса устойчивости при изменении входного напряжения ___и угла управления __

Выходное напряжение с ТМПНГ ипит, В Угол управления 0, рад Значение остаточного напряжения ГСУ иост, о.е. Относительное изменение иост, % Коэффициент запаса устойчивости КЗУ. Относительное изменение КЗУ., %

1500 1,385 0,271 0 0,744 0

1400 1,407 0,268 1,11 0,748 -0,54

1300 1,435 0,264 2,58 0,753 -1,21

1200 1,466 0,262 3,32 0,755 -1,48

Уменьшение значения угла управления при увеличении напряжения питания ведет к снижению запаса устойчивости. Однако изменение коэффициента запаса незначительно и составляет не более 1,5%. Из этого следует, что изменение задания по углу управления мало влияет на динамическую устойчивость электротехнической системы с вентильными погружными электродвигателями, а значит выбор режима работы двигателей в первую очередь должен производиться из энергетических и иных соображений.

Разработанные методика и алгоритм оценки влияния симметричных провалов напряжения на динамическую устойчивость электротехнических систем с вентильными электродвигателями может найти применение при оценке запаса устойчивости узлов нагрузки с вентильными погружными электродвигателями как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации.

Список литературы

1. ГОСТ Р 51317.4.11-2007. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к провалам, кратковременным прерываниям и изменениям напряжения электропитания. Требования и методы испытаний : Национальный стандарт Российской Федерации : утв. и вв. в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. № 538-ст : дата введения 2008-07-01. Москва : Стандартинформ, 2008. 22 с.

2. Мартьянов, А. С. Кратковременные нарушения электроснабжения в электрических сетях нефтяных месторождений / А. С. Мартьянов, В. В. Сушков, И. С. Небилович // Культура, наука, образование: проблемы и перспективы: материалы V Международной научно-практической конференции (г. Нижневартовск, 09-10 февраля 2016 года) / Отв. ред. А. В. Ко-ричко. Нижневартовск, 2016. Ч. II. С. 123-126

3. Стыскин, А. В. Принципы применения вентильных электродвигателей в установках погружных электроцентробежных насосов для нефтедобывающих скважин / А. В. Стыскин, Н. Г. Уразбахтина // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2013. № 3. С. 19-23.

4. Вентильные электродвигатели / Новомет: Передовые технологии нефтесервиса [Электронный ресурс] URL: https://www.novometgroup.com/rus/products-and-services/artificial-lift/motors/permanent-magnet-motors (дата обращения: 14.01.2022).

5. Электродвигатели погружные вентильные серии ВЭДБ: ТУ 3381-010-552807072007. Производственная компания «Борец», 2012. 24 с.

6. Абрамович Б.Н., Устинов Д.А., Поляков В.Е. Динамическая устойчивость работы электроцентробежных насосов // Нефтяное хозяйство. 2010. № 9. С. 104-106.

7. Ершов М.С. Устойчивость промышленных электротехнических систем. М.: Недра, 2010. 319 с.

8. Лосев Ф.А., Сушков В.В. Разработка методики и алгоритмов оценки влияния несимметричных провалов напряжения на устойчивость узла асинхронной электродвигательной нагрузки // Омский научный вестник. 2018. № 4. С. 94-98.

9. Мартьянов А.С., Фрайштетер В.П., Сушков В.В. Создание отказоустойчивой системы питания установок электроцентробежных насосов с частотно-регулируемым приводом на основе современных накопителей энергии // Нефтяное хозяйство. 2017. № 4. С. 109-112.

10. Фирагов Б.И., Павлячик Л.Б. Регулируемые электроприводы переменного тока. Минск: ЗАО «Техноперспектива», 2006. 363 с.

11. Овчинников И.Е. Вентильные электрически двигатели и привод на их основе (малая и средняя мощность): курс лекций. Санкт-Петербург: КОРОНА-Век, 2006. 336 с.

12. Улюмджиев А.С. Моделирование режимов и процессов нефтегазовых электротехнических комплексов с вентильным приводом: 05.09.03: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А.С. Улюмджиев: РГУ нефти и газа (НИУ) им. Губкина. Москва, 2012. 23 с.

13. Курносов Д.А. Развитие теории и принципов векторного управления вентильным электроприводом на базе синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов : 05.09.03 : дис. ... докт. тех. наук: ЮУрГУ. Челябинск, 2018. 220 с.

14. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: учеб. для электроэнергет. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1985. 536 с.

15. Егоров А.В., Новоселова Ю.В. Устойчивость асинхронных многомашинных комплексов при внешних многопараметрических возмущениях // Промышленная энергетика. 2000. № 11. С. 24-27.

Попов Евгений Игоревич, магжтрант, [email protected], Ро^ия, Тюмень, Тюмен-cкий индуcmриальный универттет,

Лocев Федор Але^еевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Ро^ия, Тюмень, Тюменcкий индуcmриальный универттет,

Копырин Владимир Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Рoccия, Тюмень, Тюменcкий индуcmриальный универттет,

Кудряшов Ру^ан Аполлонович, канд. техн. наук, доцент, kudrjashovra@tyuiu. ru, Рoccия, Тюмень, Тюменcкий индуcmриальный универттет

TECHNIQUE DFVFLOPMFNTFOR DETERMINING DYNAMIC STABILITY CURVE OF ELECTRICAL SYSTEM WITH SUBMERSIBLE BRUSHLESS ELECTRIC MOTOR

E.I. Popov, F.A. Losev, V.A. Kopyrin, R.A. Kudryashov

Impact of short-term power-failures on electrical systems with submersible brushless electric motor stability is considered in the paper. Technique for determining dynamic stability curve of electrical systems with submersible brushless electric motors is proposed. Stability estimation for typical electric centrifugal pump units with submersible brushless electric motors was made for the testing of technique.

Key words: electrical system, submersible brushless electric motor, dynamic stability, voltage sags.

Popov Evgeniy Igorevich, undergraduate, [email protected], Russia, Tyumen, Industrial University of Tyumen,

Losev Fedor Alexeevich, candidate of technical science, associate professor, [email protected], Russia, Tyumen, Industrial University of Tyumen,

Kopyrin Vladimir Anatolevich, candidate of technical science, associate professor, kopy-rinva@,tyuiu.ru, Russia, Tyumen, Industrial University of Tyumen,

Kudryashov Ruslan Apollonovich, candidate of technical science, associate professor, kudr-jashovra@,tyuiu.ru, Russia, Tyumen, Industrial University of Tyumen

УДК 621.314

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-476-481

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В ЭНЕРГЕТИКУ РОССИИ

Б.А. Авдеев, А.В. Вынгра

Рассмотрен вопрос интеграции возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ) в региональные системы электроснабжения с применением полупроводниковых преобразователей. Спроектирована имитационная модель преобразователя постоянного тока с инвертором и двухконтурной системой управления. В результате моделривания исследована работа преобразователя при изменении нагрузки и при изменении входного напряжения с аккумуляторов ВИЭ. Результаты моделирования показали высокую эффективность преобразования постоянного напряжения аккумуляторных батарей ВИЭ в переменное напряжение сети.

Ключевые слова: неизолированный преобразователь постоянного тока, инвертор, региональные сети электроснабжения, возобновляемые источники электроэнергии.

Электроэнергетика России, хотя и является наиболее из старейших отраслей промышленности, переживает существенные изменения, связанные с использованием не только новых технологий, но и идеологий построения и развития, объединяя традиционную (теплоэлектростанции, газотурбинные электростанции, и др.) и нетрадиционную энергетику (возобновляемые источники электроэнергии, атомные электростанции, атомные станции малой мощности и др.) в составе централизованных и локальных энергосетей, переходя от автоматизации в виде автоматизированных систем управления трансформаторными подстанциями (АСУТП) к циф-ровизации, а затем к нейронным сетям, от стационарных к модульным (контейнерным) подстанциям в виде цифровых подстанций и электростанций [1-2].

В настоящее время происходит масштабное развитие внедрения альтернативной энергетики в региональные сети электроснабжения. Особое внимание использованию ветроэнергетики и солнечной энергетики обусловлено исполнением Указа Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г. № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» [1]. 15 пункт Указа предусматривает разработку и утверждение комплексного плана модернизации и расширения магистральной инфраструктуры, предусматривающий обеспечение к 2024 году доступной электроэнергией, а также развития распределенной генерации, в том числе на основе возобновляемых источников энергии, в первую очередь в удаленных и изолированных энергорайонах.

Проблемы интеграции солнечных и ветряных электростанций в сети электроснабжения. Одним из важнейших аспектов внедрения альтернативной энергетики является вопрос эффективной интеграции мощности постоянного тока альтернативных источников в централизованные региональные сети переменного тока [2-3]. Интеграция происходит путем применения полупроводниковых сетевых инверторов. Типовые схемы инвертирования подразделяются на два типа - струнные схемы, в которых реализовано параллельное подключение элементов питания на общую линию инвертором и схемы с микроинверторами, в которых преобразование в переменный ток происходит непосредственно на каждом элементе питания [4]. Преимуществами струнных схем является простота обслуживания, так как в схеме присутствует только один инвертор на линии, однако это снижает надежность схемы. Большое количество

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.