Инженеры НГТУ НЭТИ «научат» умные энергороутеры обмениваться электричеством

Разработка ученых факультета радиотехники и электроники НГТУ НЭТИ будет применятся в автономных децентрализованных электроэнергетических системах малой и средней мощности, активно развивающихся в России и зарубежных странах. В нашей стране результаты в первую очередь найдут широкое применение в автономных энергосистемах удаленных и труднодоступных регионов, которые не могут подключиться к единой энергетической системе.

— Проводить линии электропередач в удаленные места или территории со сложным рельефом зачастую является нецелесообразным. Линии повреждаются во время сезонных катаклизмов или отключаются из-за погодных условий, поэтому выработка энергии по месту ее потребления сейчас становится все более популярной. Чаще всего используют дизельные/газовые установки или генераторы на основе возобновляемых источников: энергии солнца, ветра, – цитирует руководителя проекта – старшего преподавателя кафедры электроники и электротехники НГТУ НЭТИ кандидата технических наук Романа Горбунова пресс-служба университета.

Отмечается, что локальная энергосистема также может использоваться совместно с централизованной. В таком случае локальное генерирование будет давать экономические преимущества, если продавать излишки энергии в общую сеть или покупать из сети только в условиях максимального энергопотребления.

— Сейчас многие устанавливают для своих частных домов или дачных участков автономную систему электропитания. В общей сети могут произойти какие-то сбои или вам планово отключат энергию. Для людей, которые живут в частных домах постоянно, это серьезная проблема. Они отходят от такой модели и устанавливают свою энергосистему: солнечные панели на крышу или ветряки. Это бытовой пример причин роста популярности децентрализованных энергосистем, — говорит Роман Горбунов.

В децентрализованной системе, где есть много независимых генерирующих устройств и потребителей, может меняться их функциональное назначение. Например, когда электромобиль подключается к системе, он потребляет энергию для зарядки, но, когда он зарядился, может использовать энергию как накопитель. Когда этой энергии становится слишком много, ее можно даже продавать в сеть. Тип децентрализованной электроэнергетической системы, в которой реализовано интеллектуальное распределенное управление, осуществляемое за счет энергетических трансакций между ее пользователями, называется интернетом энергии.

— У интернета энергии принцип работы как у глобальной сети Интернет. Один Wi-Fi-роутер подключен к сети, к нему приходят данные, и роутер распространяет их по компьютерам. Здесь точно такая же система. Потоки энергии поступают через энергороутер, он распределяет ее между пользователями, — комментирует Горбунов.

По его словам, концептуально пользователями интернета энергии могут быть владельцы любого электроэнергетического оборудования, производящего, накапливающего или потребляющего электроэнергию, а также субъекты, оказывающие владельцам электроэнергетического оборудования различные услуги. Система открыта для подключения генерирующих устройств и иного оборудования, поэтому конфигурация системы недетерминирована, что существенно усложняет управление.

Задача ученых НГТУ НЭТИ – обеспечить, в первую очередь, устойчивую согласованную работу всего энергопреобразующего оборудования локальной энергосистемы, а также поддерживать необходимое качество электроэнергии. Достигается это за счет специальных алгоритмов управления.

— Проблему устойчивости распределенной энергосистемы можно показать на следующем примере. Допустим есть два независимых источника энергии, есть какое-то суммарное энергопотребление, меньшее, чем полная мощность этих генераторов, но превышающее мощность каждого из них. Если не принимать специальных мер, то потоки энергии распределятся между генераторами неравномерно. Возможно, что весь ток перейдет на один генератор, а он, конечно, не рассчитан на такую мощность. В лучшем случае он просто отключится по защитам. А это значит, что вся нагрузка перейдет на второй генератор, который также не рассчитан на такую мощность, соответственно, и тот отключится. И потребитель потеряет энергию. Это пример неустойчивой энергосистемы. Организовав управление генераторами по определенным алгоритмам, энергопотребление можно выровнять. Мы хотим сделать так, чтобы выравнивание осуществлялось каждым генератором самостоятельно, без канала связи с другими подсистемами. Это активно развивающееся и очень востребованное направление энергетики, — рассказывает Роман Горбунов.

Ученый уверен, что результаты также будут востребованы в космической отрасли. Система электропитания космического аппарата представляет собой полноценную автономную энергетическую систему, получающую первичную энергию от возобновляемых источников с накоплением в аккумуляторных батареях для обеспечения непрерывного электропитания спутника при его нахождении на всех участках орбиты.

Такая энергопреобразующая аппаратура содержит от 8 до 50 и более параллельно работающих силовых модулей со сложной многоуровневой системой автоматики, обеспечивающей включение, выключение, переключение и резервирование модулей с поддержанием требуемого качества выходного напряжения. Ожидается, что развитие разрабатываемых адаптивных алгоритмов управления энергосистемой применительно к системам электропитания космических аппаратов позволит значительно повысить надежность и уменьшить массу системы.

Первые экспериментальные результаты запланированы на июнь 2020 года.

Фото предоставлено пресс-службой НГТУ НЭТИ