Согласованное управление накопителями электроэнергии и установкой распределенной генерации с прогностическими регуляторами в системе электроснабжения с пониженным качеством электроэнергии

ЦЕЛЬ. Исследование влияния согласованного управления накопителями электроэнергии и установками распределенной генерации на режимы работы сетевого кластера, представляющего собой распределительную электрическую сеть, подключенную к системе электроснабжения железной дороги переменного тока через вставку постоянного тока (ВПТ).

МЕТОДЫ. Исследования проводились на имитационной модели, реализованной в системе MATLAB.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Рассматривались следующие возмущающие воздействия: отключение на время 0,5 секунд основного питания сетевого кластера со стороны ВПТ; трехфазное КЗ с длительностью в 0,5 с в конце кабельной линии 6 кВ протяженностью в два километра. Результаты моделирования показали эффективность согласованного управления накопителями электроэнергии и турбогенератором с самонастраивающимися прогностическими регуляторами. На этой основе снижаются величины перерегулирования частоты вращения ротора, и уменьшается время переходного процесса для всех параметров в различных режимах. Например, время переходного процесса для скорости ротора генератора в режиме подключения дополнительной нагрузки снижается в три раза, а для напряжения – в два раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основе компьютерного моделирования показано, что согласованное управление накопителями электроэнергии и турбогенератором с прогностическими регуляторами снижает практически до нуля величину перерегулирования скорости ротора и почти на 90 % уменьшает время переходного процесса. Целесообразно проведение дальнейших исследований по применению метода согласованного управления активными элементами, используемыми в системе электроснабжения для регулирования параметров режима.

1. Ефремов Д.Г., Глускин И.З. Повышение динамической устойчивости электростанции с помощью накопителей энергии. Электричество. 2016. № 12. С. 20-27.

2. P. Lombardi, Z. A. Styczynski, T. Sokolnikova and K. Suslov, “Use of energy storage in isolated micro grids”, Power Systems Computation Conference (PSCC), 2014, pp. 1-6.

3. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Суслов К.В. Исследование режимов работы изолированной системы электроснабжения с управляемыми установками распределенной генерации, накопителями электроэнергии и двигательной нагрузкой. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021; 23(5): 184-194.

4. Илюшин П.В. О свойствах энергоустановок с газопоршневыми двигателями // Электрические станции. 2009. № 11. С. 42-46.

5. Pilavachi P.A. Mini- and micro-gas turbines for combined heat and power // Appl. Therm. Eng. 2002. Vol. 22. No. 18. pp. 2003–2014.

6. Albert H. Schrotenboer, Arjen A.T. Veenstra, Michiel A.J. uit het Broek, Evrim Ursavas, A Green Hydrogen Energy System: Optimal control strategies for integrated hydrogen storage and power generation with wind energy, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 168, 2022, 112744, https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112744

7. Voropai N.I., Stychinsky Z.A. Renewable energy sources: theoretical foundations, technologies, technical characteristics, economics. Magdeburg: Otto-von-Guericke-Universität, 2010. – 223 p.

8. Samoylenko V.O., Ilyushin P.V., Pazderin A.V. Estimating distributed generation reliability level, Renewable Energy and Power Quality Journal. 2020. Vol. 18. pp. 70–75. https://doi.org/10.24084/repqj18.225

9. Sikorski T., Rezmer J. Distributed Generation and Its Impact on Power Quality in Low-Voltage Distribution Networks // Power Quality Issues in Distributed Generation, Dr. Jaroslaw Luszcz (Ed.), InTech. 2015. https://doi.org/10.5772/61172

10. Bulatov Y.N., Kryukov A.V., Suslov K.V. Solving the flicker noise origin problem by optimally controlled units of distributed generation // Proceed. of 18th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP). 2018. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/ICHQP.2018.8378834

11. Lopes, J.A. Defining control strategies for microgrids islanded operation / J. A. P. Lopes, C. L. Moreira, A. G. Madureira // IEEE Trans. Power Syst. 2006. Vol. 21. No. 2. pp. 916-924.

12. Илюшин П.В., Гуревич Ю.Е. О специальном воздействии на систему возбуждения автономно работающих генераторов при больших набросах нагрузки // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2016. № 2. С. 2-7.

13. Илюшин П.В. Анализ обоснованности уставок устройств РЗА генерирующих установок с двигателями внутреннего сгорания на объектах распределенной генерации // Релейная защита и автоматизация. 2015. № 3 (20). С. 24-29.

14. Илюшин П.В., Куликов А.Л., Березовский П.К. Эффективное использование накопителей электрической энергии для предотвращения отключений объектов распределенной генерации при кратковременных отклонениях частоты // Релейная защита и автоматизация. 2019. № 4 (37). С. 26-33.

15. Савенко А.Е., Савенко П.С. Использование и совершенствование автоматических систем для управления рассредоточенными источниками электроэнергии в локальных электрических системах. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022; 24(4):105-115. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-4-105-115

16. Ran Wang, Ping Wang, Gaoxi Xiao. Intelligent Microgrid Management and EV Control Under Uncertainties in Smart Grid. Springer. 2018. – 218 p.

17. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Нгуен Ван Х. Координация настроек автоматических регуляторов паротурбинной установки распределенной генерации. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 1 (150). С. 112-122.

18. Ilyushin P., Kulikov A., Loskutov A. Application of the Wald Sequential Procedure in Automatic Network Control with Distributed Generation. In: Silhavy, R., Silhavy, P., Prokopova, Z. (eds) Software Engineering Perspectives in Intelligent Systems. CoMeSySo 2020. Advances in Intelligent Systems and Computing. Vol. 1295. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-63319-6_11

19. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Чан З.Х. Нечеткие регуляторы для ветрогенерирующих установок. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2014; № 7-8. С. 60-69.

20. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Нгуен В.Х. Моделирование газотурбинной установки с прогностическими регуляторами напряжения и скорости. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020; 22(3): 60-67.

21. Куликов Ю.А. Накопители электроэнергии - эффективный инструмент управления режимами электроэнергетических систем / Электроэнергетика глазами молодежи – 2018: материалы 9 междунар. молодеж. науч.-техн. конф., Казань, 1–5 окт. 2018 г. В 3 т. – Казань: Казан. гос. энергет. унт, 2018. – Т. 1. – С. 38–43.

22. Илюшин П.В., Березовский П.К. Анализ международного опыта формирования условий для эффективного применения систем накопления электроэнергии в управлении режимами // Энергетик. 2019. № 11. С. 3-8.

23. Masuta T., Gari da Silva J., Fonseca, Ootake H., Murata A. IEEE International Conference on Power System Technology (POWERCON) // Application of battery energy storage system to power system operation for reduction in pv curtailment based on few-hours-ahead PV forecast. Wollongong. 2016. pp. 1-6.

24. Lee S.J. Coordinated Control Algorithm for Distributed Battery Energy Storage Systems for Mitigating Voltage and Frequency Deviations // IEEE Transactions on Smart Grid, May 2016. pp. 1713-1722.

25. Reihani E., Sepasi S., Roose L.R., Matsuura M. Energy management at the distribution grid using a Battery Energy Storage System (BESS) // Electrical Power and Energy Systems, No. 77, 2016. pp. 337-344.

26. Ефремов Д.Г., Глускин И.З. Повышение динамической устойчивости генератора с помощью управления группой накопителей энергии различного вида. // Вестник ИГЭУ, No 6, 2017. С. 5-14.

27. Зырянов В.М., Кучак С.В., Бачурин П.А., Харитонов С.А. Экспериментальные исследования и испытания совместной работы системы накопления энергии и ДГУ в составе автономной энергосистемы // Промышленная энергетика. 2018. № 10. С. 2-10.

28. Бачурин П.А., Гладков Д.С., Зырянов В.М., Пранкевич Г.А., Кучак С.В., Нестеренко Г.Б., Лебедев Д.Е., Решетников А.Н. и др. Испытания промышленного образца системы накопления энергии СНЭ-10- 1200-400 при совместной работе с ГПУ в составе экспериментальной энергосистемы + Testing of industrial design energy storage system (ESS-101200-400) and gas piston units in experimental power system / // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 2 (59). С. 18-24.

29. M. S. S. Danish, H. Matayoshi, H. R. Howlader, S. Chakraborty, P. Mandal and T. Senjyu, "Microgrid Planning and Design: Resilience to Sustainability," 2019 IEEE PES GTD Grand International Conference and Exposition Asia (GTD Asia), Bangkok, Thailand, 2019, pp. 253-258, https://doi.org/10.1109/GTDAsia.2019.8716010

30. S. M. Ferdous, F. Shahnia and G. M. Shafiullah, "Stability and robustness of a coupled microgrid cluster formed by various coupling structures," in Chinese Journal of Electrical Engineering, vol. 7, no. 4, pp. 60-77, Dec. 2021, https://doi.org/10.23919/CJEE.2021.000038

31. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Суслов К.В. Прогностическое управление турбогенераторной установкой на основе самонастраивающихся регуляторов. Энергетик. 2023. № 7. С. 9-13.