CC BY
4
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.331
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-361-362
РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ИСПЫТАНИЙ ТЯГОВОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ
К.М. Сидоров, А.Г. Грищенко, В.Н. Козловский, С.А. Васин
Рассмотрены электрические и тепловые характеристики модульной литий-ионной аккумуляторной батареи в условиях имитационного моделирования разрядных режимов, свойственных движению легкового электромобиля в различных ездовых циклах. В ходе экспериментальных исследований дана качественная и количественная оценка тепловыделения литий-ионных аккумуляторов в составе тяговой батареи электромобиля, показана эффективность пассивного воздушного охлаждения аккумуляторов в предложенной авторами конструкции модулей батареи.
Ключевые слова: электромобиль, тяговая аккумуляторная батарея, литий-ионный аккумулятор, тепловыделение, эксперимент, нагрузочные испытания.
За последнее время сохраняется тенденция роста числа регистрируемых электромобилей, как в мире [1], так и России [2]. Отсутствие выбросов токсичных веществ с отработавшими газами в месте эксплуатации электрического автономного транспорта является одним из факторов, способствующих его развитию. Однако процесс производства электрической энергии для электромобилей также, в большинстве своём, связан с использованием углеводородного топлива и выделением вредных веществ в атмосферный воздух. Тем не менее указанные недостатки не опровергают положительную роль эксплуатации электромобильного транспорта. Связано это со следующими фактами:
- технология производства электроэнергии постоянно совершенствуется в отношении эффективности преобразования первичного топлива, топливно-экономических и экологических показателей;
- электростанция является сосредоточенным источником выбросов вредных веществ в атмосферу, применительно к которому наиболее эффективно можно реализовать комплекс природоохранных мер;
- электростанция располагается и эксплуатируется, как правило, вне зон многочисленного сосредоточения людей в их повседневной жизнедеятельности, в отличие от автомобильного транспорта на дорогах городов;
- силовая установка электромобиля (ЭМ), в отличие от обычного автомобиля, не является источником выбросов токсичных веществ в месте непосредственной эксплуатации транспортного средства (ТС);
- эффективность преобразования электроэнергии на электромобиле существенно выше, чем эффективность использования топлива на автомобиле с ДВС;
- зарядная инфраструктура электромобильного транспорта может выступать в качестве средства коррекции неравномерного графика нагрузки на существующую энергетическую систему [3], а, значит, и способствовать повышению надежности и эффективности эксплуатации последней;
- использование экологически чистых возобновляемых энергоресурсов при производстве электроэнергии выводит эксплуатацию электромобилей на новый качественный уровень в части энергетической и экологической эффективности [4].
Таким образом, масштабную эксплуатацию электромобилей в крупных городах и мегаполисах можно рассматривать как путь к улучшению экологической обстановки и повышения качества жизни.
Вместе с этим современный электромобиль всё еще сложно поставить в один ряд с обычным автомобилем с позиции эксплуатационных показателей и стоимости для конечного потребителя. Причина кроется в характеристиках наиболее дорогостоящего компонента современного электромобиля - тяговой литий-ионной аккумуляторной батареи, на долю которой приходится около 40% стоимости всего электромобиля. Задача улучшения таких эксплуатационных показателей электромобилей, как запас хода, тягово-динамические характеристики, срок службы, температура надежной эксплуатации и многих других, неразрывно связана с организацией оптимизированного температурного режима работы аккумуляторов в составе тяговой аккумуляторной батареи (ТАБ). Реализация эффективного отвода тепла в разрядных и зарядных режимах или поддержание оптимальной рабочей температуры аккумуляторов в холодное время года - важная проблема, определяющая характеристики электрического транспортного средства в эксплуатации и срок службы батареи.
Особенности и режимы работы системы тягового электрооборудования электромобилей. Для работы аккумуляторов в составе ТАБ электромобиля характерны различные режимы, в том числе разряд кратковременными максимальными токами и длительные токовые нагрузки, сопровождаемые выделением тепловой энергии. Увеличение рабочей температуры литий-ионного аккумулятора (ЛИА) сверх допустимых значений снижает его ресурс и, в конечном итоге, приводит к тепловому разгону и выходу из строя. Менее негативным, в сравнении с недопустимым нагревом аккумуляторов, является эксплуатация ЛИА в условиях отрицательных значений температур, способных привести к снижению ёмкости и мощности тяговой батареи, а также ограничению зарядных токов.
Из числа существующих методов поддержания оптимального температурного режима тяговой батареи себя зарекомендовал метод, состоящий в отводе тепла от аккумуляторов к устройству, осуществляющему теплообмен с окружающей средой. В качестве основных качественно отличающихся решений по охлаждению ТАБ электромобилей можно рассмотреть следующие:
- Пассивное охлаждение тяговой аккумуляторной батареи. Основным преимуществом данной схемы является простота и низкая стоимость. К основным недостаткам можно отнести неравномерный отвод тепла от аккумуляторов, отсутствие нагревательных элементов и теплоизоляционных материалов, что отрицательно сказывается на ёмкости аккумуляторной батареи при эксплуатации в условиях низких температур.
- Принудительное воздушное охлаждение ТАБ. К преимуществам воздушных систем охлаждения можно отнести равномерное охлаждение аккумуляторных модулей, относительно небольшую стоимость и сравнительно малый вес конструкции. Основной недостаток - более низкие значения удельной энергии по объему (Втч/л).
- Охлаждение с помощью жидкостного теплоносителя. Охлаждение аккумуляторов в составе ТАБ посредством охлаждающей жидкости является наиболее эффективным способом термостатирования. К недостаткам подобных систем можно отнести высокую сложность и стоимость.
В настоящей статье описано предложенное авторами решение по исполнению ТАБ электромобиля, совмещающее две системы термостатирования аккумуляторов - естественную конвекцию и воздушную принудительную вентиляцию.
Описание конструкции тяговой батареи электромобиля. Техническое исполнение ТАБ базируется на принципе модульности конструкции и унификации с целью формирования на основе одного функционально законченного и автономного модуля системы накопления и хранения электроэнергии с заданными характеристиками. Основой унифицированного модуля батареи (УМБ), изображенного на рис. 1, служит сборная конструкция из композитных рамок специальной конфигурации (1).
__N5
Рис. 1. Трехмерная модель УМБ с разнесенными частями и фоню изготовленного модуля
Две сопряженные друг с другом рамки образуют секцию, вмещающую два призматических литий-ионных аккумулятора (2) с электродами заданной формы. В данном решении используются аккумуляторы на литий-никель-марганец-кобальт-оксидной основе (NMC+LMO). Секция с аккумуляторами ограничена с двух сторон алюминиевыми пластинами (3), выполняющими роль теплоотвода. Функционирование этого теплоотвода обеспечивается образованным между соседними секциями воздушным зазором (4). Несколько секций объединяются в один блок - аккумуляторный модуль, скрепленный алюминиевыми торцевыми стенками (5) и стяжными шпильками (6). Электрическое соединение аккумуляторов в модуле обеспечивается специальными токопроводящими пластинами (7, 8), обеспечивающими электрический контакт между электродами. В данном примере модуль содержит 24 аккумулятора, включенных по схеме ^2р (двенадцать последовательно соединенных секций из двух параллельно включенных аккумуляторов. Электроды первой и последней секции аккумуляторов в модуле связаны с силовым изолированным выводом (9), образующим положительный и отрицательный полюс УМБ для последующего подключения силовых кабелей (10). Соединительный кабель при этом фиксируется в модуле с помощью герметичного кабельного ввода (11). В состав модуля батареи входит плата (12), являющаяся частью системы контроля состояния и балансировки напряжений аккумуляторов в модуле (СКБ). Теплоотвод указанной платы СКБ закреплен на алюминиевой крышке (13) корпуса УМБ. Помимо измерения температуры модуля датчиками температуры (14) в составе СКБ, каждая секция аккумуляторов дополнительно содержит термовыключатель (15), обеспечивающий непосредственную индикацию превышения допустимого предела рабочей температуры аккумуляторов. Цепи питания и информационного обмена УМБ для внешних соединений подключены к разъемам (16). Отсек с платой СКБ модуля разделен на две части крышкой-изолятором (17), также выполняющим функцию экранирования.
На базе унифицированного модуля батареи может быть сформирован тяговый источник тока с заданной конфигурацией и характеристиками. Наряду с транспортным назначением представленное техническое решение может быть использовано в энергетике, в том числе в автономных энергетических установках для формирования систем накопления и хранения электроэнергии.
Определение режимов работы ТАБ в составе энергетической системы электромобиля. В рамках проводимого исследования в настоящей статье осуществляется оценка электрических и связанных с ними тепловых характеристик применительно к представленному выше техническому решению по исполнению тяговой аккумуляторной батареи электромобиля. Конечная цель настоящего исследования - экспериментальная оценка тепловыделения аккумуляторных модулей и эффективности реализованного конвекционного охлаждения. Решение поставленной задачи можно условно разделить на следующие этапы:
1. Расчет мощности разряда и заряда ТАБ электромобиля в различных условиях движения транспортного
средства.
2. Расчет токовой нагрузки ТАБ в цикле движения ЭМ.
3. Расчет эквивалентного тока разряда батареи.
4. Экспериментальное воспроизведение расчетных токов нагрузки в процессе стендовых испытаний.
5. Измерение тепловыделения при экспериментальной реализации нагрузочных режимов ТАБ.
Режимы работы ТАБ электромобиля зависят от многих факторов, определяющими из которых являются
параметры транспортного средства (масса ТС, площадь фронтальной проекции, аэродинамическое сопротивление, радиус колес и пр.), а также условия его движения (зависимость скорости движения от времени, тип и профиль дороги и др.). Указанные параметры определяют необходимые тягово-энергетические характеристики силовой установки электромобиля и связанные с ними режимы работы ТАБ. Характеристики ТС являются константами, тогда как условия движения представляют собой функции многих переменных. Так, например, характер движения ТС в городе и загородом различается по величине средней скорости движения, количеству участков разгона и торможения, долей остановок в общем времени поездки. С учетом такого различия в характере движения и в большей степени хаотичности самого трафика для объективного анализа режимов работы ТАБ следует выделить стандартизированный цикл движения ТС, который максимально был бы приближен к наиболее нагруженным условиям движения ЭМ. В этой связи в рамках настоящего исследования осуществлен расчет требуемых токовых нагрузок ТАБ, реализуемых при движении легкового электромобиля в типовых циклах движения, в том числе: ECE15, EUDC, NYCC, HFEDS, NEDC, FTP72, US06. Объект исследования - экспериментальный образец легкового электромобиля полной массой 1748 кг. ТАБ данного электромобиля состоит из восьми УМБ с номинальным напряжением 45 В и емкостью 80 Ач. Номинальное напряжение ТАБ при последовательном включении УМБ составляет 360 В при максимальном запасе энергии 32 кВтч.
Для указанных циклов движения, характеризующихся продолжительностью T, зависимостью скорости движения V и ускорения (замедления) a от времени t для легкового электромобиля осуществлен расчет требуемых показателей работы тягового электродвигателя (ТЭД): требуемого момента на валу Мт и частоты вращения ротора Пт в функции времени t. Основные расчетные зависимости:
'(/ 'S ' cosa + g • sina + a • 5) + 0,5 • p • cx • S • V2
Mm =
, Нм;
i •П
30 • V • i, мин-1
(1)
(2)
%• гк
где m - масса электромобиля, кг; g - ускорение свободного падения, м/с2; а - угол подъема или уклона, градус; a -ускорение (замедление) электромобиля, м/с2; 5 - коэффициент учета вращающихся масс, о.е.; р - плотность воздуха, кг/м3; cx - коэффициент аэродинамического сопротивления, о.е.; S - площадь фронтальной проекции электромобиля, м2; V - скорость движения электромобиля в цикле, м/с; Гк - динамический радиус колеса, м; i - передаточное число трансмиссии, о.е.; п - КПД трансмиссии, о.е.
Значения Мш и Пш позволяют определить мощность разряда/заряда и ток нагрузки:
h =-
Mm • nm
, А;
(3)
9550иб 'Пш 'Л
где Пш - КПД тягового электродвигателя, о.е.; п - КПД тягового инвертора, о.е.; ив - номинальное напряжение ТАБ, В. В расчете принято допущение, что напряжение ТАБ в процессе разряда и заряда не изменяется и соответствует номинальному значению.
Ток ТАБ в режиме движения электромобиля изменяется в широком диапазоне и принимает различные значения. Поэтому для сравнительной оценки рассматриваемых ездовых циклов с точки зрения энергетической нагруженности можно воспользоваться понятием эквивалентного тока, определяемого согласно выражению
1 экв
- ^t $Tl6dt
А.
(4)
Значение 1эт отражает токовую нагрузку на ТАБ в разрядном и зарядном режимах, эквивалентную постоянному току разряда. Практический смысл эквивалентного тока состоит в упрощении экспериментальных исследований температурных режимов, которые в этом случае могут быть реализованы при постоянном режиме нагрузки ТАБ.
Характеристики рассматриваемых ездовых циклов, а также результаты расчета показателей работы ТАБ легкового электромобиля для данных условий движения представлены в табл. 1.
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что наиболее энергетически нагруженным ездовым циклом среди рассмотренных является цикл Ш06, описывающий движение по городской магистрали. Цикл характеризуется высокими значениями средней и максимальной скорости, интенсивными ускорениями и замедлениями. Работа ТАБ рассматриваемого электромобиля в этом случае сопровождается значительной токовой нагрузкой: максимальное значение тока разряда достигает 298 А, а эквивалентный ток нагрузки с учетом собственного потребления бортовыми системами - 78 А.
Параметры ездовых циклов и токовая нагрузка ТАБ легкового электромобиля
Таблица 1
Параметр Цикл движения
NYCC ECE US06 HFEDS EUDC FTP72 NEDC
Тип цикла Городской Загородный Смешанный
Продолжительность цикла, с 598 195 600 765 400 1368 1181
Преодолеваемое расстояние, м 1898 1013 12800 16512 6955 12100 11007
Максимальная скорость, км/ч 44,6 50 129,2 96,4 120 91,2 120
Средняя скорость, км/ч 11,4 19 77,3 77,7 62,6 31,5 33,4
Максимальный ток ТАБ 1в, А 105,7 50,2 298,3 96,7 130,7 117,6 130,7
Эквивалентный ток ТАБ 1экв, А 17,3 14,4 78,2 40,6 44,5 25,2 28,2
пт =
т
Представленные результаты позволили сформировать условия работы ТАБ для экспериментальных исследований тепловых режимов аккумуляторов.
Экспериментальное воспроизведение расчетных токов нагрузки и тепловых режимов ТАБ электромобиля. С целью экспериментального исследования электрических и тепловых режимов предложенного технического решения по исполнению модулей тяговой аккумуляторной батареи электромобиля в рамках настоящей работы сформирован стенд комплексных испытаний (СКИ) системы тягового и энергетического электрооборудования. Данный стенд включает следующее оборудование: автономный инвертор напряжения, электродвигатель-генератор, нагрузочное устройство (НУ), блок силовой коммутации, пульт дистанционного управления, измерительный преобразователь напряжения (ИПН), персональный компьютер, датчик тока (ДТ), датчик напряжения (ДН), систему контроля состояния аккумуляторов в батарее (СКБ). К СКИ подключена тяговая аккумуляторная батарея, состоящая из восьми последовательно соединенных УМБ. Принцип работы стенда комплексных испытаний основан на задании требуемого тока разряда ТАБ с помощью электрического привода переменного тока, работающего на нагрузочное устройство. Необходимый режим работы НУ и электропривода задается с пульта дистанционного управления. ДТ и ДН осуществляют измерение тока нагрузки и напряжения ТАБ с последующим преобразованием измеренных величин с помощью ИПН и регистрацией на персональном компьютере. В процессе исследования ТАБ также осуществляется контроль состояния аккумуляторов в батарее посредством входящей в ее состав СКБ.
В рамках настоящего исследования осуществлена экспериментальная оценка электрических характеристик описанной выше ТАБ. Эксперимент [5] включал последовательное выполнение следующих стадий:
Стадия 1. Разряд ТАБ максимальным током, реализуемым в цикле Ш06.
Стадия 2. Разряд ТАБ постоянным током, эквивалентным токовой нагрузке в режиме движения Ш06. Стадия 3. Повтор режима эквивалентного тока согласно предыдущему этапу после непродолжительной паузы.
Реализация максимальных токов осуществлялась в повторно-кратковременном режиме с чередованием фаз разряда батареи и релаксации. Цель первой и второй стадии испытаний - экспериментальная оценка производительности батареи в режимах, приближенных к максимально допустимым, а также оценка эффективности реализации внутренних электрических соединений в батарейном модуле. Результаты измерения тока и напряжения ТАБ, а также расчета мощности нагрузки, при разряде максимальным током представлены на рис. 2.
25 30 35 Время, с
Рис. 2. Показатели режима работы батареи при поддержании максимального тока разряда
Приведенные графики отражают характер изменения показателей работы ТАБ при линейном увеличении тока разряда с последующим поддержанием его на максимальном уровне в течение 16 с.
Представленные выше режимы ТАБ электромобиля имеют место, главным образом, при интенсивных разгонах до высоких скоростей, также могут наблюдаться при движении на подъем. В типовых условиях движения подобные нагрузки непродолжительны, составляют малую часть общего времени цикла и, как правило, чередуются с режимами более низких нагрузок. Несмотря на высокие значения тока разряда указанные режимы (применительно к типовым циклам) менее выраженно изменяют общий установившийся тепловой режим работы ТАБ.
С целью определения общей картины теплового состояния модулей ТАБ на второй и третьей стадии испытаний осуществлялся длительный режим разряда ТАБ постоянным током 1экё=18,2 А. Указанное значение тока соответствует режиму работы ТАБ, эквивалентному движению электромобиля в смешанном цикле Ш06, включающем участки городского движения с низкой скоростью и участок движения по автомагистрали.
Реализация режимов нагрузки ТАБ с помощью стенда комплексных испытаний сопровождалась регистрацией температуры каждого модуля батареи при завершении очередной стадии испытаний. Изображения УМБ в составе ТАБ в инфракрасном спектре (термограммы) с указанием температуры на поверхностях представлены на рис. 3. Степень нагрева внутренних электрических соединителей УМБ после завершения испытаний иллюстрирует рис. 4. Результаты измерений температуры сведены в табл. 2.
Полученные данные показывают, что предложенное техническое решение по исполнению модулей ТАБ обеспечивает допустимый тепловой режим работы аккумуляторов в энергетически тяжелом режиме, эквивалентном движению легкового электромобиля в ездовом цикле Ш06. В процессе испытаний максимальная температура, зафиксированная в воздушном зазоре между секциями УМБ, составила 24,3 0С, а на поверхности теплоотвода аккуму-
лятора достигла 28,9 0С. С учетом максимальной допустимой рабочей температуры +55 0С для используемых аккумуляторов можно сделать вывод об эффективности конвекционного (пассивного) охлаждения УМБ без использования активного воздушного охлаждения. Следует отметить, что принудительная воздушная вентиляция аккумуляторных секций, не используемая, но доступная в показанном техническом решении, повышает потенциал устойчивого поддержания нормального температурного режима каждого аккумулятора в УМБ и расширяет диапазон рабочих температур окружающей среды.
s 11 mm I
111111 I
М I I I I И 1
I И I I I и
Рис. 3. Термограммы модулей ТАБ после третьей стадии испытаний
г -
V,
Рис. 4. Термограмма и общий вид внутренних электрических соединителей УМБ после испытаний
Таблица 2
Результаты оценки тепловых режимов ТАБ электромобиля при максимальном токе и двух последовательных
циклах и806
Параметр Стадии испытаний
1 2 3
Максимальная температура теплоотводов УМБ, 0С 22,1 25,0 28,9
Максимальная температура корпуса УМБ, 0С 20,7 22,7 24,3
Средняя температура корпуса УМБ, 0С 18,9 20,9 21,6
Максимальная температура соединителей УМБ, 0С 20,7 23,0 24,9
Поскольку УМБ содержит достаточно большое количество соединенных между собой аккумуляторов, актуальным является вопрос качества внутренних электрических соединений. В связи с этим в ходе экспериментальных исследований осуществлялся контроль температуры в местах соединения электродов. Максимальная температура наиболее нагруженного электрического соединителя в ходе испытаний не превысила значения 24,9 0C, при этом разброс температур всех соединителей в модуле составил около 0,5 0C, что подтверждает надежность реализованного разъемного винтового соединения.
Заключение. Экологически чистые и энергетически эффективные транспортные средства - основа автотранспортного комплекса будущего, который тесно взаимодействует с электроэнергетикой, основанной на тех же принципах. Накопители электрической энергии, как наиболее дорогостоящее и прихотливое звено в перспективных видах транспорта, требуют особых условий эксплуатации, нацеленных на увеличение срока службы и эффективное использование доступных энергетических показателей. В связи с этим вопрос обеспечения оптимальных условий работы аккумуляторов в составе тяговых батарей является актуальным, в том числе для новых технологий в химических источниках тока.
На решение указанных задач нацелен предложенный в настоящей статье вариант исполнения модульной аккумуляторной батареи электрического транспортного средства. Анализ полученных результатов позволяет заключить об эффективности реализованных технических решений по охлаждению аккумуляторов в составе унифицированного модуля батареи электромобиля.
Представленный в данной статье подход к определению эквивалентной токовой нагрузки позволяет оценить режимы работы аккумуляторов в составе тяговых батарей. При этом эквивалентная токовая нагрузка обуславливает такое тепловыделение в ТАБ, которое оказывается сопоставимым с тепловыделением как при разряде в тяговом режиме, так и заряде в режиме рекуперативного торможения электромобиля. Данный подход позволяет существенно упростить воспроизведение тепловых режимов ТАБ в ходе экспериментальных исследований для оценки эффективности различных технических решений по термостатированию аккумуляторов, которое так необходимо электромобильному транспорту.
Список литературы
1. Global EV Outlook 2023. Paris: IEA, 2023. 142 p.
2. Тимерханов А. В России насчитывается около 26 тысяч электромобилей // Автостат [Электронный ресурс] URL: https://www.autostat.ru/news/55451 (дата обращения: 20.11.2023).
3. Hecht C., Figgener J., Li X., Zhang L., Sauer D.U. Standard Load Profiles for Electric Vehicle Charging Stations in Germany Based on Representative, Empirical Data // Energies. 2023. 16 (6), 2619. P. 1 - 21.
4. Prussi M., Yugo M., De Prada L., Padella M., Edwards R. JEC Well-To-Wheels report v5. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2020. 135 p.
5. Sidorov K.M., Grishchenko A.G. An Experimental Investigation of Electrical and Thermal Performance of Battery Pack for Zero Emission Vehicle // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. 272 (022172). P. 1 - 9.
Сидоров Кирилл Михайлович, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Москва, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ),
Грищенко Александр Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Москва, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ),
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Васин Сергей Александрович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESULTS OF DEVELOPMENT AND RESEARCH TESTS OF AN ELECTRIC VEHICLE TRACTION BATTERY K.M. Sidorov, A.G. Grishchenko, V.N. Kozlovsky, S.A. Vasin
The electrical and thermal characteristics of a modular lithium-ion battery are considered under the conditions of discharge modes simulation characteristic of the passenger electric vehicle movement in various driving cycles. In the course of experimental studies a quantitative assessment of the electric vehicle lithium-ion cells heat release was given, and the effectiveness ofpassive air cooling of batteries in the design of battery modules proposed by the authors was shown.
Key words: electric vehicle; traction battery; lithium-ion cell; heat release; experiment; load tests.
Sidorov Kirill Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, head of department, [email protected], Russia, Moscow, Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI),
Grishchenko Aleksandr Gennadievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Moscow, Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI),
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Vasin Sergey Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.313
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-366-367
РАЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА
В.М. Степанов, С.В. Ершов
Рассмотрена одна из возможных структур «цифрового двойника» для управления режимами работы систем электроснабжения районных электрических сетей напряжением 35 кВ, которая позволяет выполнить оптимизацию режимных параметров участка электрических сетей указанного класса напряжения с целью повышения их энергетической эффективности, надежности и снижения потерь электрической энергии и улучшения показателей ее качества.
Ключевые слова: электрические сети, режимные параметры, электроснабжение, цифровой двойник, оптимизация, качество электроэнергии.
В настоящее время вопрос контроля и управления параметрами электрических сетей 35 кВ на основе применения цифровых технологий стоит очень остро. Решение задач, касающихся управления параметрами систем электроснабжения районных потребителей, может быть найдено на базе применения цифровых двойников.
Основным назначением рассматриваемой структуры системы управления режимными параметрами районных электрических сетей на основе цифрового двойника является оптимизация режимных параметров электрической сети и, входящих в ее структуру, питающих подстанций, повышение быстродействия и качества системы автоматического управления, повышение надежности и снижение аварийности систем электроснабжения.
Эффект управления режимными параметрами системы электроснабжения энергетического района достигается за счет оптимизации технологических режимов и повышения надежности электрической сети благодаря переходу на контроль, управление и прогнозирование параметров по фактическим данным о величинах показателей системы электроснабжения.
