Исследование и разработка устройств для систем интеллектуальной электроники и цифровой энергетики

Тема НИР 2023г.: «Исследование и разработка устройств для систем интеллектуальной электроники и цифровой энергетики». Цель данной работы: разработка и обоснование перспективных технических решений для реализации технологий ЭНЕРНЕТ, разработка новых функциональных узлов, обоснование их применения, создание вклада в решение задач импортозамещения. Предмет исследования: разработка функциональных узлов для управления энергетическими потоками в сетях ЭНЕРНЕТ; методов и способов передачи энергии между узлами сетевой архитектуры сетей, устройств и систем контроля физических параметров узлов нагрузки и передачи данных; способов обработки и хранения больших баз данных, а также их использование для управления сетями; разработка макетов функциональных узлов технологий ЭНЕРНЕТ, в частности, твердотельного трансформатора (ТТ) и управляемого электромеханического накопителя энергии с бесконтактным сверхпроводящим подвесом ротора-маховика СПЭНЭ-1, выполняющего функцию «памяти» и энергетического маршрутизатора в сетях ЭНЕРНЕТ; прецизионных источников питания для систем управления и контроля. В первом разделе отчета «Исследование и разработка устройств для систем интеллектуальной электроники и цифровой энергетики» описаны разработанные автором проекта такие сетевые технологии в энергетике, как: – архитектура и топология многоуровневой интеллектуальной энергетической сети ЭНЕРНЕТ, в которой реализовано двустороннее движение потоков энергии между узлами сети, источниками энергии и потребителями; – прототип протоколов сетевого обмена энергией между узлами сети аналогичный модели ЭМВОС, содержащий следующие уровни: информационный, прикладной, сетевой, физический. Сетевая архитектура позволяет реализовать способы передачи энергии: коммутация линий, коммутация пакетов; – система управления распределенной генерацией (СУРГ), позволяющая реализовать обмен энергией между узлами сети; – стенд интеллектуального энергетического управления, позволяющий моделировать процесс управления энергией в распределенной интеллектуальной сети. Предложена и описана функциональная структура накопительного комплекса, изготовлен и испытан макет накопителя энергии. Накопительный комплекс состоит из накопительного элемента (НЭ), в качестве которого используется сверхпроводящий электромеханический накопитель энергии (СПЭНЭ-1) на основе синхронного двигателя с бесконтактным подвесом ротора-маховика, привода накопительного элемента, системы управления накопительным элементом. Разработана схема контроля параметров накопительного комплекса, блок-схема привода НЭ. Разработаны признаки унификации накопителя энергии, определен ряд унифицированных номинальных характеристик и диапазона их изменений. Проведена экспериментальная проверка основных технических решений, заложенных в конструкцию накопителя энергии и подтверждена работоспособность электромеханического накопителя энергии со сверхпроводящим подвесом ротора-маховика, проверены и подтверждены силовые характеристики сверхпроводящего подвеса ротора-маховика. Во втором разделе «Методы анализа и обработки больших баз данных сетей ЭНЕРНЕТ» сделан анализ направлений обработки больших данных сетей ЭНЕРНЕТ. Наиболее перспективным и приоритетным является внедрение и использование технологий искусственного интеллекта (ИИ). В третьем разделе «Разработка аналитической модели управления сети ЭНЕРНЕТ» проанализированы методы управления сетями ЭНЕРНЕТ. Состояние сети ЭНЕРНЕТ характеризуется большим числом данных. Поэтому в качестве метода управления сетями ЭНЕРНЕТ применим метод управления сложными системами, машинное обучение, как метод ИИ. Наиболее эффективным представляется метод машинного обучения – нейронные сети. Построена тестовая модель и проведено ее обучение с помощью нейронной сети. В четвертом разделе «Устройства для получения и передачи данных сетей ЭНЕРНЕТ» предложено и описано разработанное автором проекта устройство передачи больших данных с узлов и элементов сетей ЭНЕРНЕТ - концентратор1WIRE на микроконтроллере 16F676. Микроконтроллер предусмотрен для широкого применения. В пятом разделе отчета «Разработка и исследование макета твердотельного трансформатора» проведен анализ состояния разработок твердотельных трансформаторов. Проведен обзор коммутационных ключей на мощных биполярных транзисторах (МБТ), запираемых тиристорах, биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT (БТИЗ), мощных полевых транзисторах (MOSFET), полевых тиристорах (МСТ), полевых транзисторах со статической индукцией (СИТ), определены общие требования к ключевым элементам. Изготовлен макет твердотельного трансформатора, проведено его испытание. В шестом разделе отчета «Регулирование тока и выходного напряжения в источниках питания с «мягкой» коммутацией силовых транзисторов» описаны проведенные исследования по разработке прецизионных источников питания для систем контроля и управления. Предложен метод «мягкой» коммутации ZVS (Zero Voltage Switch) транзисторов силовой цепи, используемых в источниках питания и оборудованных системой управления. Разработаны и испытаны макетные образцы прецизионных источников питания. В разделе ЗАКЛЮЧЕНИЕ подведены итоги НИР и сделаны выводы о практической и теоретической значимости работы.