Разработка и исследование принципов регулирования частоты в изолированных энергетических системах на основе гибридных электростанций и накопителей энергии

Разработаны принципы управления для перспективной системы автоматического управления (САУ) автономной гибридной энергоустановкой (АГЭУ). АГЭУ предназначена для использования на территориях, электроснабжение которых осуществляется изолированными энергосистемами. АГЭУ включает в свой состав традиционную генераторную установку, возобновляемый источник энергии (ВИЭ) и систему накопления электрической энергии (СНЭЭ). Разработанные принципы управления для САУ АГЭУ предназначены для того, чтобы, во-первых, сделать работу АГЭУ в таком составе технически возможной, а во-вторых, обеспечить её высокую эффективность в условиях резкопеременной нагрузки. САУ АГЭУ, построенная на разработанных принципах управления, позволит ограничить в допустимых (согласованных с потребителем) пределах отклонения частоты в изолированной энергосистеме, используя регулировочные способности традиционной генерации, ВИЭ и СНЭЭ. В соответствии с предназначением АГЭУ сформулированы требования к САУ АГЭУ в части ограничения отклонений частоты с точки зрения обеспечения эффективной работы электроприемников в соответствии с действующими стандартами и обеспечения допустимых режимов работы традиционных генераторов, ВИЭ и СНЭЭ. Определены требования к алгоритму поддержания уровня заряда СНЭЭ и требования к САУ АГЭУ с точки зрения реализуемости в микропроцессорном контроллере АГЭУ. На основе сформулированных требований определены критерии эффективности АГЭУ для поддержания требуемого уровня частоты (долгосрочного, краткосрочного) и с точки зрения использования ресурсов и регулировочных способностей источников энергии в составе АГЭУ. В разработанной САУ АГЭУ использованы методы оптимизации параметров регуляторов частоты ДГУ, СНЭЭ, СЭС. Предложен подход распределения участия в регулировании частоты между СНЭЭ и СЭС. Этот подход базируется на нечеткой логике. Также учитываются технические и функциональные особенности каждого источника энергии, входящего в состав АГЭУ. Разработаны: структурная схема и алгоритмы управления САУ АГЭУ; способ поддержания уровня заряда СНЭЭ за счет введения управляемой преднамеренной неточности; определены перечень входных и выходных сигналов, блок-схема, способ интеграции алгоритма в САУ АГЭУ; разработан принцип распределения управляющих воздействий между источниками энергии в составе АГЭУ, который осуществляет динамическое перераспределение доли участия источников в зависимости от текущей схемно-режимной ситуации; разработана методика выбора общих уставок алгоритма управления АГЭУ для поддержания требуемого уровня частоты; определен принцип фильтрации данных режимных параметров энергосистемы, метод выбора параметров фильтрации. Разработана математическая модель изолированной энергосистемы с АГЭУ, включающей в свой состав традиционный генератор, ВИЭ, СНЭЭ и созданную САУ АГЭУ. На модели исследована эффективность САУ АГЭУ, проверены поставленные в работе гипотезы, доработаны алгоритмы управления. Эффективность САУ АГЭУ подтверждена расчетами на модели с резкопеременной нагрузкой с реального энергообъекта.