Устройства повышения качества электроэнергии интеллектуальных сетей электроснабжения на основе технологий твердотельного трансформатора

Отчет содержит 56 страниц, 15 рисунков, 5 таблиц, 50 использованных источников, 3 публикации по теме исследования. Этап 1. Устройства повышения качества электроэнергии интеллектуальных сетей электроснабжения на основе технологий твердотельного трансформатора. (Промежуточный) Активное развитие интеллектуальных сетей электроснабжения, обусловленное как стремительным увеличением количества потребителей электроэнергии, таких как электротранспорт, промышленные и бытовые электронные устройства, так и необходимостью эффективного учета и распределения электроэнергии, актуализирует значимость разработки и внедрения современных технологий, обеспечивающих надежность электроснабжения и соответствующее качество электроэнергии. При этом развитие систем электроснабжения невозможно без применения новейших электронных систем релейной защиты и автоматики, систем сбора, преобразования в цифровой вид, обработки и передачи информации о состоянии и режимах работы оборудования сети. Наличие таких устройств в интеллектуальных сетях электроснабжения требует повышенного внимания к качеству электроэнергии в части синусоидальности напряжения и наличия реактивной мощности, а также внимания к вопросам электромагнитной совместимости интеллектуальных сетей и электронного оборудования. Также, обеспечение высоких показателей качества электроэнергии позволит повысить эффективность передачи электроэнергии и энергопотребления (снижение потерь в ЛЭП, компенсация реактивной мощности Цель исследования – повышение качества электроэнергии в интеллектуальных сетях электроснабжения, повышение их энергоэффективности и создание дополнительных систем контроля показателей качества электроэнергии за счет создания устройства на базе технологии твердотельного трансформатора. Задачи исследования: 1. Анализ отечественных и зарубежных систем повышения качества электроэнергии, алгоритмов определения показателей качества электроэнергии, алгоритмов управления активной фильтрацией. 2. Разработка имитационной модели устройства повышения качества электроэнергии на базе твердотельного трансформатора как компонента структуры интеллектуальной сети электроснабжения. 3. Создание лабораторно стенда, имитирующего искажения показателей синусоидальности напряжения в интеллектуальных сетях электроснабжения. Объект исследования – интеллектуальные сети электроснабжения содержащие возобновляемые источники электроэнергии и распределительные устройства на основе технологий твердотельного трансформатора. Предмет исследования – показатели качества электроэнергии, изменяющиеся при работе различный нелинейных нагрузок в интеллектуальных сетях электроснабжения. Методы исследования: построение математических моделей; обработка статистической информации и оценка погрешностей; репрезентативность опытных данных и их сходимость с математическими моделями и методиками расчёта в допустимых для практики пределах; синтез достижений адаптивных технологий управления, силовой полупроводниковой техники, электроэнергетики и цифровой микросхемотехники. Новизна научного исследования: Научной новизной является технология систем повышения качества электроэнергии, включающая применение твердотельного трансформатора и устройства активной фильтрации тока. Основными преимуществами разрабатываемого устройства по сравнению с аналогами являются: возможность снижения или полного устранения интергармонических и низкочастотных искажений в сети; дополнительные гальванические развязки линий интеллектуальных сетей (в связи с применением в конфигурации устройства твердотельного трансформатора). Ожидаемые результаты научного исследования: Проведенный многоаспектный анализ вопроса повышения качества электроэнергии в интеллектуальных сетях позволит получить рекомендации по проектированию и работе с полупроводниковыми устройствами повышения качества электроэнергии, а также позволит применить методику расчета твердотельного трансформатора, как основного компонента устройства повышения качества электроэнергии. Разработанные модели интеллектуальной сети и полупроводникового устройства повышения качества электроэнергии позволят наработать теоретические данные, описывающие проблематику возникновения искажений напряжения, возможности исследуемого метода повышения качества электроэнергии, масштабируемость предлагаемого устройства и возможности интеграции в интеллектуальные сети. Исследования на разработанном лабораторном стенде позволят получить опытные данные возможностей измерения и контроля параметров качества электроэнергии и возможностей внедрения устройства повышения качества электроэнергии в интеллектуальные сети для дальнейшего повышения их энергоэффективности. Основные направления дальнейшего использования предполагаемых результатов: Разработка позволит повысить качество электроэнергии на проблемных участках питания интеллектуальных сетей электроснабжения благодаря применению систем активной фильтрации в составе распределительных устройств. Обеспечение высоких показателей качества электроэнергии в интеллектуальных сетях электроснабжения позволит в дальнейшем системно решать следующие задачи: создавать новое оборудование силовой электроники, построенное на основе полупроводников с использованием принципов интеллектуальных сетей электроснабжения; устанавливать в сетях активные технические средства для обеспечения высоких показателей качества электроэнергии и создавать на их основе адаптивные системы управления; применять новые информационные технологии и быстродействующие вычислительные комплексы для контроля показателей качества электроэнергии и эффективного энергопотребления; повышать эффективность использования энергоресурсов и обеспечивать энергосбережение. Результаты исследования могут быть использованы масштабированы и использованы не только в гражданской сфере для электроснабжения гражданского сектора экономики, но и для локальных интеллектуальных сетей военного назначения, которые отличаются повышенной надежностью и гибкостью в распределении при аварийных и чрезвычайных ситуациях. На основании созданной концепции расчётов и создания активной фильтрации на основе технологии твердотельных трансформаторов, можно конструировать и электроэнергетические системы автономного транспорта, будь то подводные, воздушные дроны или тяговый электротранспорт. На базе результатов исследования могут быть начаты научно-исследовательские работы по развитию разномасштабных комплексных систем и сервисов интеллектуальной энергетики, а также создания на целевом рынке решений, оборудования, сервисов в области надёжных и гибких распределительных сетей. Направление Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации: переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии;