Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект направлен на разработку технологий, повышающих эффективность использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), интегрируемых в распределительную электрическую сеть (РЭС), и обеспечивающих энергетическую безопасность экономики и населения страны На первом этапе проекта выполнены следующие работы: 1. Разработана архитектура тиристорного регулятора напряжения (ТРН), выполняющего функции энергороутера в электрической сети с ВИЭ, построенной по принципу интернета энергии. Разработанная архитектура ТРН представлена блоком тиристорного коммутатора (модулей продольного и поперечного регулирования), 3-фазным понижающим (шунтовым) трансформатором, тремя 1-фазными сериесными трансформаторами, 2-х уровневой системой управления (СУ), блоками датчиков тока и напряжений, выключателями. Продольное регулирование отвечает за изменение амплитуды, поперечное – за изменение угла фазового сдвига вектора выходного напряжения ТРН относительно входного. Поперечное регулирование позволяет управлять потоками мощности на участках РЭС. Совместная работа модулей позволяет регулировать фазу и амплитуду выходного напряжения ТРН. Архитектура СУ ТРН предусматривает два уровня: на 1-м уровне (технологическая СУ) формируются команды управления тиристорами блока ТК ТРН; 2-й уровень (активно-адаптивная СУ) отвечает за мониторинг и дистанционное управление ТРН. 2. Разработана архитектура взаимодействия ТРН и ВИЭ в электрической сети, функционирующей по принципу интернета энергии (ИЭ). Концепция ИЭ предполагает реализацию многосторонних «горизонтальных» связей между субъектами энергетического рынка и потребителями ЭЭ. Ключевыми элементами являются ТРН и ВИЭ. Оптимизация режимов работы РЭС достигается мультиагентным управлением. Взаимодействие ТРН-ВИЭ направлено на: поддержание требуемого уровня напряжения (качество ЭЭ); сглаживание пиков и спадов нагрузки (надежность); сокращение объема топлива и повышение дохода от ЭЭ (экономичность); получение максимальных объемов ЭЭ от ВИЭ (экологичность). Для РЭС с ТРН и ВИЭ для защиты от атак DDoS предусмотрен принцип динамической смены IP-адресов для снижения нагрузки на сервис в процессе атаки и исключения блокировки запросов от легитимного клиента. 3. Разработана математическая модель электрической сети с ТРН и ВИЭ, позволяющая определить взаимосвязи между основными параметрами, влияющими на регулировочные характеристики ТРН и функционирование ВИЭ. Законы управления и пределы регулирования ТРН формируются на основе регулировочных характеристик. Проведено исследование режимов работы ТРН, учитывающих особенности ВИЭ при подключении к РЭС (многостороннее питание потребителей и стохастический характер ВИЭ), на работу сети, а также влияние ТРН на качество электроэнергии (высшие гармоники напряжения). При моделировании регулировочных характеристик (в отн.ед.) использован метод припасовывания при идеализации вольт-амперных и динамических характеристик тиристоров. 4. Разработана имитационная модель электрической сети с ТРН и ВИЭ, функционирующей по принципу интернета энергии. По заданию участок РЭС имитировался электрической сетью 0,4 кВ. Элементы моделируемой схемы: традиционный источник питания; ЛЭП 0,4 кВ; трёхфазный автотрансформатор; трехфазная нагрузка (модули активной и индуктивной нагрузки); ТРН и ВИЭ. Разработка велась в программном комплексе PSCAD. Использован принцип структурного моделирования, основанный на создании моделей отдельных блоков и последующего синтеза всей системы. 5. Разработаны алгоритмы оптимального управления потоками мощности ТРН в электрической сети с многосторонним питанием: балансовый алгоритм формирования «эталонных» параметров ТРН (при работе одного ТРН) и итерационный алгоритм последовательного вычисления коэффициентов передачи ТРН с фиксацией значений потенциалов в узлах нагрузки (при работе нескольких ТРН). Балансовый алгоритм основан на соблюдении баланса мощностей и требует проведения измерений параметров электрической энергии в ветвях электрической сети, требующих оптимизации потокораспределения и снижения потерь. С учётом параметров всех узлов нагрузки сети определяются «эталонные» параметры выходных цепей ТРН. Алгоритм определения уставок «желаемых» параметров для формирования активной и реактивной мощности через ТРН рассмотрен на примере участка сети с ВИЭ и ТРН. Разработаны блок-схемы определения уставок «желаемых» параметров для формирования активной и реактивной мощности через ТРН. Итерационный алгоритм представляет собой последовательное вычисление коэффициентов передачи ТРН с учетом распределения тока в ЛЭП электрической сети, при фиксации значений потенциалов в узлах-потребителях электрической сети с ВИЭ. В отчетном году получены научные результаты: 1. Архитектура ТРН, выполняющего функции энергороутера в электрической сети с ВИЭ, построенной по принципу интернета энергии. 2. Архитектура взаимодействия ТРН и ВИЭ в электрической сети, функционирующей по принципу интернета энергии. ВИЭ повышает надежность электроснабжения и доступность ЭЭ для потребителей. Стохастический характер ВИЭ требует в узлах генерации применения накопителей ЭЭ. Предусмотрена защита от DDoS атак. 3. Математическая модель электрической сети с ТРН и ВИЭ, позволяющая определить взаимосвязи между основными параметрами, влияющими на регулировочные характеристики ТРН и функционирование ВИЭ. Математическая модель представляет собой систему аналитических выражений, описывающих регулировочные характеристики ТРН в отн. ед. (получены с использованием метода припасовывания при идеализации вольтамперных и динамических характеристик тиристоров). В зависимости от регулируемой величины (отклонение напряжения, перетоки мощности) выбирается необходимый режим (продольного, поперечного регулирования) ТРН. Выведены законы управления и установлены пределы эффективного регулирования. Разработана математическая модель, описывающая расчет коэффициента передачи ТРН, определяющего величину ступени регулирования. 4. Имитационная модель электрической сети с ТРН и ВИЭ, функционирующей по принципу интернета энергии, разработанная в программном комплексе PSCAD. Использован принцип структурного моделирования, основанный на создании моделей отдельных блоков и последующего синтеза всей системы. 5. Алгоритмы оптимального управления потоками мощности ТРН в электрической сети с многосторонним питанием. Разработаны два алгоритма оптимального управления потоками мощности: балансовый алгоритм формирования «эталонных» параметров ТРН и итерационный алгоритм последовательного вычисления коэффициентов передачи ТРН, с фиксацией значений потенциалов в узлах-потребителях электрической сети. В случае работы одного ТРН в электрической сети с многосторонним питанием используется балансовый алгоритм, при работе нескольких ТРН в электрической сети – итерационный алгоритм.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проект направлен на разработку технологий, повышающих эффективность использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), интегрируемых в распределительную электрическую сеть (РЭС), и обеспечивающих энергетическую безопасность экономики и населения страны На втором этапе проекта выполнены следующие работы: 1. Разработано программное обеспечение (ПО) системы управления (СУ) тиристорного регулятора напряжения (ТРН), удовлетворяющее требованиям к функциональности, кибербезопасности, быстродействия, возможности реализации алгоритмов управления ТРН. СУ ТРН – двухуровневая: 1 уровень – Технологическая СУ; 2 уровень – Активно-адаптивная СУ (СУ 2). Управление тиристорами модулей продольного и поперечного регулирования напряжения реализуется импульсно-фазовым способом с двухзонным поочередным регулированием. Это способ плавного регулирования напряжения, обеспечивающий переключение тиристоров в интервалах положительного и отрицательного направления мощности при допустимом суммарном коэффициенте гармонических составляющих THD (ГОСТ 32144-13), не требует применения датчика тока нагрузки, что позволяет избежать некорректной работы СУ в режимах, близких к холостому ходу. Вторичная обмотка шунтового трансформатора выполнена в виде регулировочных секций, к отводам которых подсоединены тиристорные коммутаторы (ТК). Элементы управления на лицевой панели СУ позволяют управлять аппаратными средствами и настройками ТРН. 2. Разработана эскизная конструкторская документация (ЭКД) на физическую модель участка электрической сети с ТРН и возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ), функционирующей по принципу интернета энергии (ИЭ). Физическая модель должна позволять управлять потоками мощности, исследовать алгоритмы оптимального управления потоками мощности с помощью ТРН в электрической сети с ВИЭ, проводить исследование режимов работы сети с ВИЭ, анализ влияния ТРН на изменение напряжения и перераспределение потоков мощности. 3. Проведена модернизация физической модели электрической сети с ТРН и ВИЭ, функционирующей по принципу ИЭ. Модернизация выполнена в соответствии с ЭКД. Добавлены компоненты: физические модели ВИЭ (фотоэлектрическая установка (ФЭУ) и ветроэлектрическая установка (ВЭУ)), модули линий электропередачи (ЛЭП) с регулируемыми параметрами, модули регулируемой электрической нагрузки, система измерения параметров электрической энергии (ЭЭ). Особенности: модульность конструкции, гибкость, масштабируемость, безопасность работы, возможность исследования как силовой части, так и СУ. 4. Разработаны методические рекомендации по использованию ТРН при регулировании потоков мощности в сети, функционирующей по принципу ИЭ ТРН рассматривается как интеллектуальное устройство для адаптивного регулирования электрических параметров (мощность, напряжение) в условиях вариативности режимов работы. Алгоритмы применения ТРН рассмотрены на примере схемы замкнутой эл. сети с двумя источниками (традиционным – централизованная эл. сеть (ЦЭС) и ВЭУ). Приведены методологические подходы к выбору и настройке параметров ТРН. Предложенная методика обеспечивает оптимальные режимы функционирования ТРН при меняющихся условиях внешнего воздействия. 5. Разработаны методические рекомендации по оптимизации схемотехнических решений ТРН. Оптимизация схемотехнический решений модуля поперечного регулирования учитывает гармонический анализ выходного напряжения ТРН. Допустимая дискретность регулирования фазового угла определяется на основе максимально-допустимого значения напряжения регулировочной ступени. Необходимое количество регулировочных секций модуля поперечного регулирования определяется соотношением диапазона регулирования и допустимой дискретности фазового угла выходного напряжения. Разработаны рекомендации по оптимизации схемотехнических решений ТРН (выбор шунтового и сериесных трансформаторов, блока ТК модулей продольного и поперечного регулирования, блока импульсных усилителей). В отчетном году получены научные результаты: 1. ПО СУ ТРН, удовлетворяющая требованиям к функциональности, кибербезопасности, быстродействию, возможности реализации алгоритмов управления ТРН. 2. ЭКД на физическую модель участка электрической сети с тиристорными регуляторами напряжения и возобновляемыми источниками энергии, функционирующей по принципу ИЭ. ЭКД модернизируемой физической модели включает: габаритный чертеж, сборочный чертеж, чертежи деталей, электрические схемы, схемы подключения, перечень элементов, пояснительную записку. 3. Физическая модель электрической сети с тиристорными регуляторами напряжения и возобновляемыми источниками энергии, функционирующей по принципу ИЭ. В соответствии с ЭКД выполнена модернизация стенда физической модели. Были внедрены следующие компоненты: физические модели ВИЭ (ФЭУ и ВЭУ), модули ЛЭП с регулируемыми параметрами, модули регулируемой электрической нагрузки, система измерения параметров электроэнергии. 4. Методические рекомендации по использованию тиристорных регуляторов напряжения при регулировании потоков мощности в сети, функционирующей по принципу ИЭ. Алгоритмы использования ТРН рассмотрены на примере схемы замкнутой распределительной электрической сети (РЭС) с ТРН и двумя источниками (традиционным – централизованная электростанция ЦЭС и ВИЭ – ВЭУ). Предложенная методика обеспечивает достижение оптимальных режимов функционирования ТРН при меняющихся условиях внешнего воздействия. 5. Методические рекомендации по оптимизации схемотехнических решений ТРН. Оптимизация схемотехнический решений модулей продольного и поперечного регулирования учитывает гармонический анализ выходного напряжения ТРН. Необходимое количество регулировочных секций модуля продольного регулирования определяется соотношением максимального значения продольной составляющей напряжения и максимально-допустимого значения напряжения регулировочной ступени модуля продольного регулирования. Необходимое количество регулировочных секций модуля поперечного регулирования определяется соотношением диапазона регулирования фазового угла выходного напряжения и допустимой дискретности регулирования фазового угла выходного напряжения. Методические рекомендации по оптимизации схемотехнических решений включают в себя выбор силовых элементов ТРН: шунтового и сериесных трансформаторов, блока тиристорных коммутаторов модулей продольного и поперечного регулирования, блока импульсных усилителей. Расчет параметров силовой части ТРН состоит из расчета номинальных параметров шунтового и сериесных трансформаторов, определения номинальных нагрузок тиристоров, выбора и теплового расчета тиристоров, расчета RC-цепей тиристорных коммутаторов и элементов блока импульсных усилителей.