[go: up one dir, main page]

RU2818206C1 - Autonomous combined power supply system with renewable power sources and frequency-phase control of flexibility - Google Patents

Autonomous combined power supply system with renewable power sources and frequency-phase control of flexibility Download PDF

Info

Publication number
RU2818206C1
RU2818206C1 RU2023101652A RU2023101652A RU2818206C1 RU 2818206 C1 RU2818206 C1 RU 2818206C1 RU 2023101652 A RU2023101652 A RU 2023101652A RU 2023101652 A RU2023101652 A RU 2023101652A RU 2818206 C1 RU2818206 C1 RU 2818206C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
sources
systems
frequency
renewable
Prior art date
Application number
RU2023101652A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Леонидович Озерных
Алексей Михайлович Твердохлебов
Александр Геннадьевич Волков
Дмитрий Андреевич Корев
Владимир Владимирович Котов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2818206C1 publication Critical patent/RU2818206C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electric power industry.
SUBSTANCE: technical result is achieved due to the fact that autonomous combined power supply system (ACPSS) with renewable energy sources (RES) and frequency-phase control of flexibility contains AC busbar (2), sectioned for each RES, to which renewable sources of electric power (1) and support terminals with flexible communication (6) are connected. Terminals 6 contain booster phase regulators (5) for connecting sections to each other and controlling power flows between them, bidirectional power electronic converters (3) operating according to the concept of a virtual synchronous generator with connected electric energy accumulators (4) to maintain voltage and frequency on each section, and active rectifiers (8) for connection of other sources of electric energy (7) and electric receiving installations (load) (9).
EFFECT: improving reliability, controllability of the system and efficiency of extraction of maximum power from renewable sources of electric energy.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к системам питания потребителей автономных (изолированных) электроэнергетических сетей с возобновляемыми источниками энергии и электрохимическими накопителями энергии разных типов и назначений. Изобретение имеет блочно-транспортабельное (контейнерное) исполнение и может быть использовано в качестве комплекса полевого мобильного или стационарного электроснабжения объектов Министерства обороны Российской Федерации, а также вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ).The invention relates to the field of electrical power engineering, namely to power supply systems for consumers of autonomous (isolated) electrical power networks with renewable energy sources and electrochemical energy storage devices of various types and purposes. The invention has a block-transportable (container) design and can be used as a complex for field mobile or stationary power supply to facilities of the Ministry of Defense of the Russian Federation, as well as weapons, military and special equipment (VVST).

Уровень техникиState of the art

Эффективное использование возобновляемых энергетических ресурсов в изолированных энергосистемах требует специальных подходов к их устройству и управлению.Effective use of renewable energy resources in isolated power systems requires special approaches to their design and management.

Известен способ организации параллельной работы возобновляемых источников энергии [CN110429649A, IPC H02J 3/38, опубликован 2019-11-08]. Изобретение раскрывает способ разделения возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на кластеры с высокой проницаемостью с учетом гибкости. Метод включает создание гибкой модели спроса и предложения, основанный на характеристиках баланса гибкости, баланса спроса и предложения, гибкости кластера и характеристики структуры кластера, учитывающие динамические характеристики баланса гибкости кластера. Несмотря на очевидные преимущества рассматриваемого метода, оптимальное разделение источников ВИЭ на кластеры, регулирование ресурсов гибкости исходной сетевой нагрузки и, как следствие, снижение потребности в гибкости кластеров, повышения скорости и точности работы и регулирования системы распределения электроэнергии на фоне увеличения доступа к сложной высокопроницаемой возобновляемой энергии, данный подход предполагает проведение обширных исследований для планирования и эксплуатации кластеров ВИЭ, нагрузки и требует управления системой посредством верхнего уровня. Данный подход не возможен для применения в автономных изолированных системах из-за ограниченности ресурсов нагрузки для проявления гибкости, они не сопоставимы с сетью и низкой прогнозируемостью ветроэнергетического потенциала.There is a known method for organizing parallel operation of renewable energy sources [CN110429649A, IPC H02J 3/38, published 2019-11-08]. The invention discloses a method for separating renewable energy sources (RES) into highly permeable clusters while taking into account flexibility. The method involves creating a flexible supply and demand model based on the characteristics of flexibility balance, supply and demand balance, cluster flexibility and cluster structure characteristics, taking into account the dynamic characteristics of the cluster flexibility balance. Despite the obvious advantages of the method under consideration, the optimal division of RES sources into clusters, regulation of the flexibility resources of the initial network load and, as a result, reducing the need for flexibility of clusters, increasing the speed and accuracy of operation and regulating the electricity distribution system against the backdrop of increasing access to complex highly permeable renewable energy ,This approach involves extensive research for the ,planning and operation of RES clusters, loads and requires ,control of the system through an upper level. This approach is not possible for use in autonomous isolated systems due to limited load resources for flexibility, they are not comparable to the grid and low predictability of wind energy potential.

Известны три основных вида схем соединения инверторных генераторов ВИЭ в автономных комбинированных системах электроснабжения (АКСЭ):There are three main types of connection diagrams for RES inverter generators in autonomous combined power supply systems (ACPS):

1. Параллельная работа инверторных генераторов ВИЭ как источников тока на сборную шину.1. Parallel operation of RES inverter generators as current sources for the busbar.

2. Параллельная работа инверторных генераторов ВИЭ как источников напряжения со статизмом.2. Parallel operation of RES inverter generators as voltage sources with static.

3. Параллельная работа инверторных генераторов ВИЭ как источников напряжения на сборную шину.3. Parallel operation of RES inverter generators as voltage sources for the busbar.

Так, например, в части параллельной работы ВИЭ в качестве источника тока на сборную шину известна система автономного электроснабжения с комбинированным накопителем энергии [RU 2726735 С1, МПК H02J 7/34, H02J 3/38 (2006.01), опубликовано: 15.07.2020, Бюл. №20], содержащая две ветровые электроустановки, два датчика тока, два контроллера отбора максимальной мощности, дизельную генераторную установку, три управляемых выпрямителя, две аккумуляторные батареи, автономный инвертор, электрическую нагрузку переменного тока, балластную нагрузку, регулятор балластной нагрузки, шину постоянного тока, причем выход первой ветровой электроустановки соединен с входом первого выпрямителя, выход которого соединен с шиной постоянного тока, первый датчик тока установлен на линии между первой ветровой электроустановкой и первым выпрямителем, выход первого датчика тока соединен с входом первого контроллера отбора максимальной мощности, выход которого соединен с цепью управления первого выпрямителя, выход второй ветровой электроустановки соединен с входом второго выпрямителя, соединенного с шиной постоянного тока, второй датчик тока установлен на линии между выходом второй ветровой электроустановки и вторым выпрямителем, выход второго датчика тока подключен к входу второго контроллера отбора максимальной мощности, выход которого соединен с цепью управления второго выпрямителя, дизельная генераторная установка подключена к входу третьего выпрямителя, соединенного с шиной постоянного тока, электрическая нагрузка переменного тока подключена от автономного инвертора, соединенного с шиной постоянного тока, балластная нагрузка соединена с регулятором балластной нагрузки, который соединен с шиной постоянного тока, отличающаяся тем, что содержит накопитель энергии в виде батареи суперконденсаторов, подключенной непосредственно к шине постоянного тока, а также содержит два согласующих зарядно-разрядных устройства на основе двунаправленных импульсных повышающих-понижающих преобразователей постоянного тока, входы которых соединены с шиной постоянного тока, а выходы соединены с соответствующей аккумуляторной батареей.For example, in terms of parallel operation of renewable energy sources as a current source to the busbar, an autonomous power supply system with a combined energy storage device is known [RU 2726735 C1, IPC H02J 7/34, H02J 3/38 (2006.01), published: 07/15/2020, Bulletin . No. 20], containing two wind power plants, two current sensors, two maximum power take-off controllers, a diesel generator set, three controlled rectifiers, two batteries, an autonomous inverter, an AC electrical load, a ballast load, a ballast load regulator, a DC bus, wherein the output of the first wind power plant is connected to the input of the first rectifier, the output of which is connected to the DC bus, the first current sensor is installed on a line between the first wind power plant and the first rectifier, the output of the first current sensor is connected to the input of the first maximum power take-off controller, the output of which is connected to control circuit of the first rectifier, the output of the second wind power plant is connected to the input of the second rectifier connected to the DC bus, the second current sensor is installed on the line between the output of the second wind power plant and the second rectifier, the output of the second current sensor is connected to the input of the second maximum power take-off controller, the output which is connected to the control circuit of the second rectifier, the diesel generator set is connected to the input of the third rectifier connected to the DC bus, the AC electrical load is connected from a stand-alone inverter connected to the DC bus, the ballast load is connected to the ballast load regulator, which is connected to the bus DC, characterized in that it contains an energy storage device in the form of a battery of supercapacitors connected directly to the DC bus, and also contains two matching charge-discharge devices based on bidirectional pulse step-up and step-down DC converters, the inputs of which are connected to the DC bus, and the outputs are connected to a corresponding battery.

В части параллельной работы ВИЭ как источников напряжения со статизмом известен способ эксплуатации ветряного парка [RU 2727939 С1, МПК H02J 3/38(2006.01), конвенционный приоритет: 07.06.2017 DE 102017112491.8, опубликовано: 15.07.2020, Бюл. №20] Описываемый способ эксплуатации ветроэнергетической установки (100) или ветряного парка (112) с несколькими ветроэнергетическими установками (100) для обмена электрической мощности между ветряным парком и сетью электроснабжения, при этом каждая ветроэнергетическая установка (100) имеет одно или несколько устройств подачи питания (808, 810), и ветроэнергетическая установка (100) или соответственно ветряной парк (112) соединены через точку сетевого подключения (118) с сетью электроснабжения (120), и мощность обменивается через точку сетевого подключения (118), при этом одно или несколько устройств подачи питания (808, 810) работают как формирующие напряжение блоки (808) и одно или несколько устройств подачи питания (808, 810) работают как формирующие ток блоки (810), при этом, в частности, предусмотрено, чтобы формирующие напряжение блоки (808) и формирующие ток блоки (810) работали, формируя напряжение или соответственно формируя ток, также в безаварийном режиме работы сети.In terms of the parallel operation of renewable energy sources as voltage sources with static, a method of operating a wind farm is known [RU 2727939 C1, IPC H02J 3/38(2006.01), convention priority: 06/07/2017 DE 102017112491.8, published: 07/15/2020, Bull. No. 20] A described method of operating a wind power plant (100) or a wind park (112) with multiple wind power plants (100) for exchanging electrical power between the wind farm and the power grid, each wind power plant (100) having one or more power supply devices (808, 810), and the wind power plant (100) or wind farm (112) is connected via a network connection point (118) to the power supply network (120), and power is exchanged through the network connection point (118), wherein one or more power supply devices (808, 810) operate as voltage generating units (808) and one or more power supply devices (808, 810) operate as current generating units (810), wherein, in particular, it is provided that the voltage generating units ( 808) and current-forming blocks (810) worked, generating voltage or generating current, respectively, also in trouble-free network operation mode.

Первый вид схемотехнических решений относиться к наиболее простой организации систем, имеющий наименьшую надежность с единой точкой отказа.The first type of circuit solutions refers to the simplest organization of systems, which has the lowest reliability with a single point of failure.

Второй вид имеет существенные ограничения по динамической устойчивости системы.The second type has significant limitations on the dynamic stability of the system.

Кроме того, рассмотренные выше решения с групповым первичным регулятором гибкости не обеспечивают достижения локальных максимумов в коэффициенте использования установленной мощности (КИУМ) отдельных ветроэнергетических установок (ВЭУ) вследствие несбалансированности их реальной динамики и, следовательно, ограничены в достижении высокой эффективности схемы в целом. При увеличении числа ВЭУ, подключенных к общей шине, этот недостаток устройства усиливается, что ограничивает возможности масштабирования таких систем. Кроме этого наличие одного узла отказа в первичном регулировании гибкости существенно снижает надежность работы подобной системы.In addition, the solutions discussed above with a group primary flexibility regulator do not ensure the achievement of local maxima in the installed capacity utilization factor (IUR) of individual wind power plants (WPPs) due to the imbalance of their real dynamics and, therefore, are limited in achieving high efficiency of the scheme as a whole. With an increase in the number of wind turbines connected to a common bus, this disadvantage of the device increases, which limits the scalability of such systems. In addition, the presence of one failure point in the primary flexibility control significantly reduces the reliability of such a system.

Третий вид схемы соединения лишен недостатков первых двух, но ограничен по масштабированию, из-за сложности в организации параллельной работы опорных генераторов.The third type of connection scheme does not have the disadvantages of the first two, but is limited in scaling due to the difficulty in organizing parallel operation of reference generators.

Известен способ управления распределенным преобразователем мощности в микросети для обеспечения параллельной работы более чем одного источника питания [CN106877387A, IPC H02J 3/38, опубликован 2017-06-20]. По сравнению с традиционной стратегией управления преобразователем, подключенным к сети, стратегия управления преобразователем с распределенной мощностью в микросети явно усложняется. Традиционный преобразователь, подключенный к сети, имеет выходную характеристику источника тока и отвечает только за обеспечение питания сети, а преобразователь в микросети в автономном режиме должен обеспечить стабильное напряжение и поддержание частоты, поэтому преобразователь мощности должен иметь выходные характеристики источника напряжения. В микросети с распределенными источниками питания часто необходимо использовать несколько источников питания параллельно, чтобы разделить нагрузку, общую стабильность напряжения и частоты в микросети.There is a known method for controlling a distributed power converter in a microgrid to ensure parallel operation of more than one power source [CN106877387A, IPC H02J 3/38, published 2017-06-20]. Compared with the traditional control strategy of a grid-connected inverter, the control strategy of a distributed power inverter in a microgrid is obviously more complex. The traditional grid-connected inverter has the output characteristic of a current source and is only responsible for providing power to the grid, but the off-grid microgrid inverter must provide stable voltage and maintain frequency, so the power converter must have the output characteristics of a voltage source. In a microgrid with distributed power supplies, it is often necessary to use multiple power supplies in parallel to share the load, overall voltage and frequency stability in the microgrid.

Способ управления преобразователем распределенной мощности для микросети включает в себя три части: управление активной мощностью - характеристикой спада частоты, управление реактивной мощностью - характеристикой спада амплитуды и управление бесшовным переключением цепи. Контролируя характеристики спада частоты активной мощности косвенно управляется угол мощности, регулируя фазовый угол напряжения, тем самым реализуя управление выходной мощностью преобразователя.The microgrid distributed power converter control method includes three parts: active power control - frequency droop characteristic, reactive power control - amplitude droop characteristic, and seamless circuit switching control. By controlling the frequency decay characteristics of active power, the power angle is indirectly controlled by adjusting the phase angle of the voltage, thereby realizing the control of the output power of the converter.

Контролируя характеристики спада амплитуды реактивной мощности, осуществляется управление выходной реактивной мощностью преобразователя, путем регулирования величины фазы напряжения.By controlling the characteristics of the decay of the reactive power amplitude, the output reactive power of the converter is controlled by regulating the magnitude of the voltage phase.

Система управления микросети осуществляет скоординированное управление и передачу энергии на множество параллельно работающих преобразователей в микросети.The microgrid control system coordinates the control and transfer of power to multiple parallel operating converters in the microgrid.

Недостатком данного способа управления распределенным преобразователем мощности в микросети для обеспечения параллельной работы нескольких источников питания по частоте является не высокая скорость управления системой и лимит для компенсации реактивной мощности, что приводит к существенному ограничению быстродействия системы в целом и неэффективному оперативному управлению на коротких быстрых интервалах времени.The disadvantage of this method of controlling a distributed power converter in a microgrid to ensure parallel operation of several frequency power sources is the low speed of system control and the limit for reactive power compensation, which leads to a significant limitation in the speed of the system as a whole and ineffective operational control at short, fast time intervals.

Известен способ подключения одной сети питания переменного тока ко второй сети питания переменного тока, или управление микросетями [WO2016023574A1, МПК H02J 3/06, H02J 3/08, H02J 3/40, H02J 3/42 (2006.01), опубликован 2016-02-18]. Способ заключается в следующем: когда первая микроэнергосеть отключена от второй микроэнергосети, управление частотой переменного тока (f1) первой микроэнергосети выполняется на основе частоты переменного тока (f2) второй микроэнергосети для обеспечения того, что, когда первая и вторая микроэнергосети сети соединены, энергия будет течь из первой микроэнергосети и второй микроэнергосети, имеющих более высокую частоту, в сеть питания первой и второй микроэнергосети, имеющих более низкую частоту. Способ также включает, после управления, подключение (3) первой микроэнергосети ко второй микроэнергосети, при этом мощность в момент подключения перетекает из первой микроэнергосети и второй микроэнергосети, имеющих более высокую частоту, в первую микроэнергосеть и вторую микроэнергосеть, имеющую более низкую частоту.There is a known method for connecting one AC power network to a second AC power network, or microgrid control [WO2016023574A1, IPC H02J 3/06, H02J 3/08, H02J 3/40, H02J 3/42 (2006.01), published 2016-02- 18]. The method is as follows: when the first micro-grid is disconnected from the second micro-grid, control of the AC frequency (f1) of the first micro-grid is performed based on the AC frequency (f2) of the second micro-grid to ensure that when the first and second micro-grids of the network are connected, energy will flow from the first micro-grid and the second micro-grid, having a higher frequency, to the power network of the first and second micro-grid, having a lower frequency. The method also includes, after control, connecting (3) the first micro-grid to the second micro-grid, wherein power at the time of connection flows from the first micro-grid and the second micro-grid having a higher frequency to the first micro-grid and the second micro-grid having a lower frequency.

Недостатком данного устройства и способа управления по частоте, известного как droop control, соединенными микроэнергетическими сетями является невозможность поддержания динамической устойчивости системы в целом из-за ограниченного диапазона компенсации реактивной мощности и низкого быстродействия. Несмотря на способность восстанавливать исходный или близкий к исходному режим работы микроэнергосистемы после малого возмущения или медленных изменений параметров режима, то есть на длительных, часовых интервалах работы, такой способ не позволяет учитывать большие возмущения и быстрые изменения в работе микроэнергосистем с ВИЭ, и, как следствие, не способно максимальным образом принять мощность от ВИЭ в систему.The disadvantage of this device and the frequency control method, known as droop control, of interconnected microenergy networks is the inability to maintain the dynamic stability of the system as a whole due to the limited range of reactive power compensation and low performance. Despite the ability to restore the original or close to the original mode of operation of a microenergy system after a small disturbance or slow changes in the mode parameters, that is, over long, hourly intervals of operation, this method does not allow taking into account large disturbances and rapid changes in the operation of microenergy systems with renewable energy sources, and, as a consequence, , is not capable of maximally accepting power from renewable energy sources into the system.

Наиболее близкие технические решения по организации и устройству автономных комбинированных систем электроснабжения с возобновляемыми источниками электроэнергии (прототипы) представлены в проекте стандарта Министерства обороны США «Tactical microgrid communications and control) (Управление и связи в тактических микросетях), опубликованном 19 апреля 2021 года, номер проекта «TBD», индекс MIL-STD-XXX DRAFT [https://docs.bidfortune.com/documents/bidfortune/bids/1946/2021/07/09/13926947775391631275/Draft%20Tactical%20Microgrid%20Standard%20-%20Tactical%20Ground%20Power%20TMS-TGP%20MIL-STD-XXX19%20April%202021_Approved%20fbr%20Public%20Release.pdf], где определена архитектура управления и связи тактической сетью. По своему определению тактическая микросеть - это управляемая энергосистема, состоящая из мобильной группы взаимосвязанных источников выработки энергии, распределения, накопления энергии и электроприемных устройств.The closest technical solutions for organizing and constructing autonomous combined power supply systems with renewable energy sources (prototypes) are presented in the draft standard of the US Department of Defense “Tactical microgrid communications and control” (Control and communications in tactical microgrids), published on April 19, 2021, project number “TBD”, index MIL-STD-XXX DRAFT [https://docs.bidfortune.com/documents/bidfortune/bids/1946/2021/07/09/13926947775391631275/Draft%20Tactical%20Microgrid%20Standard%20-%20Tactical %20Ground%20Power%20TMS-TGP%20MIL-STD-XXX19%20April%202021_Approved%20fbr%20Public%20Release.pdf], which defines the architecture for control and communication of the tactical network. By definition, a tactical microgrid is a controlled power system consisting of a mobile group of interconnected sources of energy generation, distribution, energy storage and electrical receivers.

В приведенном проекте стандарта выделены следующие типы оборудования:The following draft standard identifies the following types of equipment:

1) Источники электроэнергии1) Electricity sources

Предназначены для производства электроэнергии способные работать как отдельные источники питания или синхронизированные в группу и управляться для включения и выключения в зависимости от нагрузки. Оборудование данного типа включает типовые генераторные установки с дизельным двигателем, альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия, ветер, топливные элементы и гибриды.Designed for the production of electricity, capable of operating as individual power supplies or synchronized in a group and controlled to turn on and off depending on the load. This type of equipment includes typical diesel generator sets, alternative energy sources such as solar, wind, fuel cells and hybrids.

2) Системы накопления и хранения энергии2) Energy accumulation and storage systems

Предназначены обеспечивать устойчивость во время переходов и сглаживания пиков. Системы накопления энергии должны обеспечивать электроэнергию в период, когда дополнительная мощность необходима, но источник энергии не добавлен в сеть. Кроме того, системы накопления энергии должны функционировать как источник бесперебойного питания или как гибрид при соединении с источником питания для отдельных нагрузок.Designed to provide stability during transitions and smooth out peaks. Energy storage systems must provide electricity during periods when additional power is needed but no energy source has been added to the grid. In addition, energy storage systems must function as an uninterruptible power supply or as a hybrid when coupled to a power supply for individual loads.

3) Системы подключения3) Connection systems

Системы подключения, это распределительное оборудование, которое обеспечивает интерфейс или точки подключения к системе для других типов оборудования микросети. Системы подключения определяют саму микросеть. Их можно складывать или вычитать, чтобы определить электрическую шину, необходимую для подачи питания на нагрузки напрямую или через распределительные системы. Они также могут обеспечивать преобразование энергии источников питания в микросети или нагрузки из микросети. Фидерные системы должны включать возможность управления цепями посредством независимого управления или с помощью оборудования системы управления.Connection systems are distribution equipment that provides the interface or connection points to the system for other types of microgrid equipment. Connectivity systems define the microgrid itself. These can be added or subtracted to determine the electrical bus needed to supply power to loads directly or through distribution systems. They can also provide energy conversion from power supplies to the microgrid or loads from the microgrid. Feeder systems must include the ability to control the circuits through independent control or control system equipment.

4) Системы распределения4) Distribution systems

Распределительные системы обеспечивают питание от микросети через системы подключения к нагрузкам, которым требуются отдельные цепи для стандартного освещения и стандартные дуплексные розетки. Системы распределения должны включать возможность управления цепями посредством независимого управления или с помощью системы управления. Системы распределения должны иметь встроенные системы измерения и мониторинга, для ручного и автоматического управления системой.Distribution systems provide power from the microgrid through connection systems to loads that require separate circuits for standard lighting and standard duplex receptacles. Distribution systems must include the ability to control circuits either through independent control or through a control system. Distribution systems must have built-in measurement and monitoring systems for manual and automatic system control.

5) Системы управления5) Control systems

Системы управления обеспечивают управление питанием микросети. Системы управления контролируют различные параметры микросети, такие как ток, и добавляют или вычитают источники выработки энергии и/или добавляют или вычитают нагрузку, чтобы гарантировать доступность энергии. Системы управления должны контролировать и защищать систему в случае перегрузки или неисправностей. Системы управления должны располагаться как отдельный элемент или быть встроенными в различные типы оборудования микросети.Control systems provide power management to the microgrid. Control systems monitor various microgrid parameters, such as current, and add or subtract power generation sources and/or add or subtract loads to ensure energy availability. Control systems must monitor and protect the system in the event of overload or faults. Control systems must be located as a separate element or integrated into various types of microgrid equipment.

6) Электроприемные установки6) Electrical receiving installations

Электроприемные установки потребляют мощность, обеспечиваемую микросетью. Стандартные нагрузки потребляют мощность, но не взаимодействуют с микросетью. Интеллектуальные нагрузки также потребляют энергию, но могут связываться с системой управления для защиты микросети. Интеллектуальные нагрузки позволяют контроллеру микросети контролировать свои нагрузки, чтобы предотвратить перегрузку сети. Кроме того, интеллектуальные нагрузки могут уведомить контроллер микросети об ожидаемой активации. Это уведомление позволит контроллеру микросети обеспечить достаточное питание для дополнительной нагрузки.Electrical receiving installations consume the power provided by the microgrid. Standard loads consume power but do not interact with the microgrid. Smart loads also consume power but can communicate with the control system to protect the microgrid. Smart loads allow the microgrid controller to monitor its loads to prevent grid overload. In addition, smart loads can notify the microgrid controller of the expected activation. This notification will allow the microgrid controller to provide sufficient power for the additional load.

7) Системы преобразования энергии7) Energy conversion systems

Системы преобразования энергии позволяют источникам питания и системам накопления энергии, подключаться к системе подключения. Эти системы преобразуют мощность источника / накопителя в напряжение переменного тока общей шины микросети. Эти системы могут быть отдельными элементами или могут быть интегрированы в системы источника / хранения, которые они поддерживают.Energy conversion systems allow power supplies and energy storage systems to connect to the connectivity system. These systems convert source/storage power into microgrid common bus AC voltage. These systems may be separate elements or may be integrated into the source/storage systems they support.

Недостатками указанного прототипа является архитектура системы и отсутствие установок, не позволяющих обеспечивать максимальный отбор мощности с ВИЭ, в частности:The disadvantages of this prototype are the system architecture and the lack of installations that do not allow for maximum power take-off from renewable energy sources, in particular:

при проектировании системы подбор оборудования выполняется с учетом статической характеристики, когда мощность энергетической установки напрямую зависит от скорости ветрового потока или солнечной инсоляции.When designing a system, the selection of equipment is carried out taking into account the static characteristics, when the power of the power plant directly depends on the speed of the wind flow or solar insolation.

Не менее важным параметром, обеспечивающим максимальное использование ветроэнергетического потенциала или солнечной инсоляции, является скорость изменения этого потока. Учитывая динамику изменения скорости ветрового потока, способную проявляться на коротких интервалах времени, возможно максимально использовать существующие распределенные ресурсы, особенно в районах с неустойчивым энергоклиматическим фактором. В противном случае эта энергия будет теряться. Этот момент определяет использование технических решений для получений полного спектра мощности ветра в этом диапазоне.An equally important parameter that ensures maximum use of wind energy potential or solar insolation is the rate of change of this flow. Taking into account the dynamics of changes in wind flow speed, which can manifest themselves over short time intervals, it is possible to make maximum use of existing distributed resources, especially in areas with an unstable energy-climatic factor. Otherwise this energy will be lost. This point determines the use of technical solutions to obtain the full spectrum of wind power in this range.

Значительная часть энергии колебаний ВИЭ находится в высокочастотной области, в диапазоне секунд, десятков секунд. Рассматриваемый прототип не имеет в своем составе энергетических установок, способных использовать данные спектры.A significant part of the oscillation energy of renewable energy sources is in the high-frequency region, in the range of seconds, tens of seconds. The prototype under consideration does not include power plants capable of using these spectra.

Архитектура системы не имеет решения для использования высокочастотных спектров ветра и не обеспечивает полноту отбора мощности с ВИЭ. Это приводит к необходимости увеличения мощности генератора ВИЭ для съема этих динамических характеристик.The system architecture does not have a solution for using high-frequency wind spectra and does not ensure complete power take-off from renewable energy sources. This leads to the need to increase the power of the RES generator to capture these dynamic characteristics.

Также схемотехническое решение тактической микросистемы предполагает сборку системы на сборную шину с выделением одного опорного источника электрической энергии для поддержания напряжения частоты, при этом другие источники подключаются каждый со своим статизмом. Параллельная работа источников в системе с одним опорным узлом, особенно независимых ВИЭ, подключенных со своим статизмом, приводит к обеспечению статической устойчивости системы, но не учитывает динамические характеристики и, как следствие, не обеспечивает работу источников в оптимальных режимах.Also, the circuit design of a tactical microsystem involves assembling the system onto a busbar with the allocation of one reference source of electrical energy to maintain the frequency voltage, while other sources are connected, each with its own static. Parallel operation of sources in a system with one reference node, especially independent renewable energy sources connected with their own statism, leads to ensuring static stability of the system, but does not take into account the dynamic characteristics and, as a result, does not ensure the operation of sources in optimal modes.

На решение данной проблемы направлено предлагаемое техническое решение.The proposed technical solution is aimed at solving this problem.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности, управляемости системы и эффективности отбора максимальной мощности от возобновляемых источников электроэнергии.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability, controllability of the system and the efficiency of maximum power extraction from renewable energy sources.

Для достижения технического результата предлагается в дополнение к перечисленным семи типам оборудования ввести еще один тип: «Опорные терминалы с гибкой связью», обеспечивающие динамическую устойчивость режимов АКСЭ в части отбора максимальной мощности ВИЭ в широком диапазоне спектра колебаний энергии первичного возобновляемого ресурса (частотное регулирование) и гибкий обмен мощностью между опорными узлами с целью обеспечения устойчивости сети опорных узлов (фазовое регулирование).To achieve a technical result, it is proposed to introduce another type in addition to the listed seven types of equipment: “Support terminals with flexible communication”, ensuring the dynamic stability of the ACPS modes in terms of the selection of maximum power from renewable energy sources in a wide range of fluctuations in the energy of the primary renewable resource (frequency regulation) and flexible power exchange between reference nodes in order to ensure stability of the network of reference nodes (phase regulation).

Устройство системы организовано таким образом, что сборка АКСЭ с ВИЭ выполняется на шине переменного тока. К данной шине через преобразователь электрической энергии, работающий как виртуальная синхронная машина, подключается накопитель электрической энергии, реализующие в связке функционал сборной шины системы с поддержанием напряжения и частоты. В зависимости от типов и количества источников электрической энергии в системе или узлов устройство системы может отличаться, но устойчивость системы обеспечивается посредством быстрого динамичного источника электрической энергии, будь то накопитель или многорежимная дизельная электростанция, подключенные к сборной шине через преобразователь электрической энергии.The system design is organized in such a way that the assembly of ACS with RES is carried out on an AC bus. An electrical energy storage device is connected to this bus through an electrical energy converter operating as a virtual synchronous machine, which together implements the functionality of the system busbar while maintaining voltage and frequency. Depending on the types and number of electrical energy sources in the system or components, the design of the system may differ, but the stability of the system is ensured through a fast dynamic source of electrical energy, be it a storage device or a multi-mode diesel power plant, connected to the busbar through an electrical energy converter.

По требованиям, предъявляемым при проектировании данного типа энергетических систем, рассматриваемые преобразователь и накопитель электрической энергии должны иметь круговую диаграмму активной и реактивной мощности, которые способны обеспечивать все возможные состояния энергосистемы. Данный подход позволяет обеспечить статический баланс системы.According to the requirements for the design of this type of energy systems, the converter and electrical energy storage device in question must have a pie chart of active and reactive power that is capable of providing all possible states of the energy system. This approach allows us to ensure a static balance of the system.

Таким образом, частота тока и напряжение сборной шины формируется системой электрохимического накопления энергией, работающей в «сете-формирующем» режиме известном в источниках, как «grid forming». Силовые полупроводниковые инверторы ВЭУ работают, как виртуальные синхронные генераторы с полной выдачей мощности от ВЭУ в систему через сборную шину (см. фиг. 1).Thus, the frequency of the current and the voltage of the busbar are formed by an electrochemical energy storage system operating in a “grid-forming” mode, known in the sources as “grid forming”. Power semiconductor inverters of wind turbines operate as virtual synchronous generators with full power delivery from the wind turbine to the system through the busbar (see Fig. 1).

АКСЭ с ВИЭ на фиг. 1 представляет собой параллельную работу возобновляемых источников энергии (1), как источников напряжения на сборную шину переменного тока (2), где поддержание напряжения частоты на сборной шине обеспечивается накопителем электрической энергии (4), подключенным через двунаправленный силовой электронный преобразователь (3), где:ACS with RES in Fig. 1 represents the parallel operation of renewable energy sources (1) as voltage sources to the AC busbar (2), where maintaining the frequency voltage on the busbar is provided by an electrical energy storage device (4) connected through a bidirectional power electronic converter (3), where :

PW1, PW2, PW3 - потоки мощности от ВЭУ;P W1 , P W2 , P W3 - power flows from wind turbines;

PF - поток мощности в опорном узле системы;P F - power flow in the reference node of the system;

PL - поток мощности нагрузки.P L - load power flow.

Нестационарный характер мощности ВЭУ требует от АКСЭ проявления гибкости в части обеспечения баланса мощности в системе и возможности работы всех ВЭУ в точках максимальной генерации (МРРТ, maximum power point tracking (ОТММ, отслеживание точки максимальной мощности)).The non-stationary nature of wind turbine power requires ACSE to demonstrate flexibility in terms of ensuring power balance in the system and the ability to operate all wind turbines at points of maximum generation (MPPT, maximum power point tracking (OTMM, maximum power point tracking)).

Гибкость - способность АКСЭ обеспечить динамическую устойчивость режимов максимального отбора мощности ВИЭ в широком диапазоне спектра колебаний энергии первичного возобновляемого ресурса.Flexibility is the ability of ACSE to ensure the dynamic stability of maximum power take-off modes of renewable energy sources in a wide range of energy fluctuations of the primary renewable resource.

Система демонстрирует устойчивость, если изменение баланса мощности имеет равноценный отклик в опорном узле системы, соответствующий изменению активной и реактивной мощности.The system demonstrates stability if a change in the power balance has an equivalent response in the reference node of the system, corresponding to the change in active and reactive power.

По сути, если рассматриваемая энергетическая система имеет способность адаптивного отклика на изменение баланса мощности, такая система имеет устойчивость и обладает требуемым свойством гибкостью, отражающим динамику баланса мощности в системе.Essentially, if the energy system under consideration has the ability to adaptively respond to changes in the power balance, such a system is stable and has the required flexibility property, reflecting the dynamics of the power balance in the system.

Связь между потоком активной мощности (P) и потоком реактивной мощности (Q) и возникающими изменениями по P и Q зависит от того, в какой точке находится рассматриваемая система.The relationship between active power flow (P) and reactive power flow (Q) and the resulting changes in P and Q depends on where the system in question is located.

Таким образом, уравнение динамики, описывающее поведение системы, может быть представлено в пространстве состояний потоков активной и реактивной мощности в опорном накопителе электрической энергии:Thus, the dynamics equation describing the behavior of the system can be represented in the state space of active and reactive power flows in the reference electrical energy storage device:

где:Where:

P - параметр состояния, поток активной мощности;P - state parameter, active power flow;

- параметр состояния, поток реактивной мощности; - state parameter, reactive power flow;

a11 - коэффициент уравнения параметров состояния системы;a 11 - coefficient of the equation of system state parameters;

а12 - коэффициент уравнения параметров состояния системы;a 12 is the coefficient of the equation of system state parameters;

RP - рэмп активной мощности;R P - active power ramp;

а21 - коэффициент уравнения параметров состояния системы; a 21 is the coefficient of the equation of system state parameters;

а22 - коэффициент уравнения параметров состояния системы; a 22 is the coefficient of the equation of system state parameters;

RQ - рэмп реактивной мощности.R Q - reactive power ramp.

Матрица уравнения параметров состояния системы представлена ниже:The equation matrix for system state parameters is presented below:

Таким образом, устройство системы позволяет получить статическую и динамическую устойчивость системы как по P так и по Q, при этом участники системы собираются в общую группу и нет необходимости отслеживать их локальные параметры.Thus, the design of the system makes it possible to obtain static and dynamic stability of the system both in P and Q, while the system participants gather in a common group and there is no need to monitor their local parameters.

Однако, известные решения с параллельной работой инверторных генераторов ВИЭ, как источников напряжения на сборную шину, соответствующие фиг. 1 с групповым первичным регулятором гибкости, не обеспечивают достижения локальных максимумов в коэффициенте использования установленной мощности (КИУМ) отдельных ВЭУ вследствие несбалансированности их реальной динамики и, следовательно, ограничены в достижении высокой эффективности схемы в целом. При увеличении числа ВЭУ, подключенных к общей шине, этот недостаток устройства усиливается, что ограничивает возможности масштабирования таких систем. Кроме этого, наличие одного узла отказа в первичном регулировании гибкости существенно снижает надежность работы подобной системы.However, known solutions with parallel operation of RES inverter generators as voltage sources for the busbar, corresponding to Fig. 1 with a group primary flexibility regulator do not ensure the achievement of local maxima in the installed power utilization factor (IUR) of individual wind turbines due to the imbalance of their real dynamics and, therefore, are limited in achieving high efficiency of the circuit as a whole. With an increase in the number of wind turbines connected to a common bus, this disadvantage of the device increases, which limits the scalability of such systems. In addition, the presence of one failure point in the primary flexibility control significantly reduces the reliability of such a system.

Групповое регулирование потоков мощности от ВЭУ одним опорным узлом имеет существенные ограничения, так как сумма всех изменений потоков мощности, приходящих на сборную шину, не равна потоку мощности в опорном узле системы, что приводит к потерям и выходу из МРРТ отдельно взятых ВЭУ или системы в целом.Group regulation of power flows from wind turbines by one reference node has significant limitations, since the sum of all changes in power flows arriving at the busbar is not equal to the power flow in the system reference node, which leads to losses and output from the MPRT of individual wind turbines or the system as a whole .

Предлагаемое техническое решение и управление АКСЭ с ВИЭ лишено этих недостатков, но требует обеспечения устойчивой параллельной работы двух независимых первичных регуляторов. Решение этой задачи достигается посредством соединения секций сборных шин через вольтодобавочный фазовый регулятор.The proposed technical solution and control of ACS with RES is free of these disadvantages, but requires stable parallel operation of two independent primary regulators. The solution to this problem is achieved by connecting busbar sections through a booster phase regulator.

Для повышения эффективности и надежности системы предлагается секционирование системы на несколько подсистем, где у каждого источника ВИЭ будет свой опорный терминал с гибкой связью.To increase the efficiency and reliability of the system, it is proposed to partition the system into several subsystems, where each renewable energy source will have its own reference terminal with flexible communication.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется на фиг. 2, на которой представлено АКСЭ с ВИЭ со сборной шиной переменного тока, где сборная шина переменного тока (2) с параллельно работающими ВИЭ (1), как источниками напряжения, секционируется на несколько подсистем и соединяется друг с другом посредством вольтодобавочного фазового регулятора (5), представляющего вместе с двунаправленным силовым электронным преобразователем (3) и накопителем электрической энергии (4) опорный терминал с гибкой связью (6). Поддержание напряжения частоты на сборной шине переменного тока (2) обеспечивается накопителем электрической энергии (4), подключенным через двунаправленный силовой электронный преобразователь (3).The essence of the proposed technical solution is illustrated in Fig. 2, which shows an ACPS with RES with an AC busbar, where the AC busbar (2) with parallel operating RES (1), as voltage sources, is sectioned into several subsystems and connected to each other through a booster phase regulator (5) , representing, together with a bidirectional power electronic converter (3) and an electrical energy storage device (4), a reference terminal with flexible communication (6). Maintaining the frequency voltage on the AC busbar (2) is ensured by an electrical energy storage device (4) connected through a bidirectional power electronic converter (3).

Таким образом, АКСЭ с ВИЭ формирует статическую устойчивость системы, что обеспечивается круговой PQ диаграммой, посредством сете-формирующей СНЭ, позволяющей сбалансировать все возможные состояния активной и реактивной мощности МРРТ ВЭУ и электроприемных установок (нагрузки).Thus, the ACPS with RES forms the static stability of the system, which is ensured by a circular PQ diagram, through a network-forming SNE, which allows balancing all possible states of the active and reactive power of the MRRT wind turbines and electrical receiving installations (loads).

Также АКСЭ с ВИЭ реализует динамическую устойчивость системы, что обеспечивается сбалансированностью динамических характеристик всех электрогенерирующих и электроприемных установок с сете-формирующим накопителем электрической энергии, как первичным регулятором гибкости.Also, ACS with RES implements the dynamic stability of the system, which is ensured by balancing the dynamic characteristics of all power generating and power receiving installations with a network-forming electrical energy storage device as the primary regulator of flexibility.

Также АКСЭ с ВИЭ обеспечивает масштабирование системы с включением новых ВИЭ путем секционирования сборной шины, выделения для каждого ВИЭ опорного терминала с гибкой связью и регулирования потоков мощности между выделенными секциями посредством вольтодобавочного фазового регулятора.Also, ACS with RES ensures scaling of the system with the inclusion of new RES by partitioning the busbar, allocating a reference terminal with flexible communication for each RES and regulating power flows between the allocated sections using a booster phase regulator.

Краткое описание рисунковBrief description of the drawings

Сущность изобретения поясняется с помощью рисунков, на которых представлены схемы подключения АКСЭ с ВИЭ.The essence of the invention is illustrated with the help of drawings, which show diagrams for connecting ACS with RES.

На фиг. 1 изображено устройство АКСЭ в сете-формирующем режиме.In fig. Figure 1 shows an ACSE device in network-forming mode.

На фиг. 2 представлено устройство АКСЭ с секционированием системы на несколько подсистем.In fig. Figure 2 shows an ACSE device with partitioning of the system into several subsystems.

На фиг. 3 представлена схема АКСЭ с опорными терминалами с гибкой связью.In fig. Figure 3 shows a diagram of an ACSE with support terminals with flexible communication.

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:In the figures the following positions are indicated by numbers:

1 - возобновляемый источник энергии (ВИЭ);1 - renewable energy source (RES);

2 - сборная шина переменного тока;2 - AC busbar;

3 - двунаправленный силовой электронный преобразователь;3 - bidirectional power electronic converter;

4 - накопитель электрической энергии;4 - electrical energy storage;

5 - вольтодобавочный фазовый регулятор;5 - booster phase regulator;

6 - опорный терминал с гибкой связью;6 - support terminal with flexible connection;

7 - источник электрической энергии;7 - source of electrical energy;

8 - активный выпрямитель;8 - active rectifier;

9 - электроприемные установки (нагрузка).9 - electrical receiving installations (load).

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Автономная комбинированная система электроснабжения с возобновляемыми источниками электроэнергии и частотно-фазовым регулированием гибкости осуществляется в виде блочно-траспортабельного (контейнерного) комплекса мобильного или стационарного типа. Все типы (модули) оборудования размещены в контейнерах и соединяются комплектной кабельной сетью при развертывании АКСЭ на объекте. Силовая и слаботочная коммуникация между блок-контейнерами осуществляется через опорные терминалы с гибкими связями. Система управления одноранговая по протоколу издатель-подписчик. Схематично АКСЭ с ВИЭ представлена на фиг. 3.An autonomous combined power supply system with renewable energy sources and frequency-phase control of flexibility is carried out in the form of a block-transportable (container) complex of a mobile or stationary type. All types (modules) of equipment are placed in containers and connected by a complete cable network when deploying the ACSE at the facility. Power and low-current communication between block containers is carried out through support terminals with flexible connections. The control system is peer-to-peer using the publisher-subscriber protocol. Schematically the ACS with RES is shown in Fig. 3.

Автономная комбинированная система электроснабжения с возобновляемыми источниками электроэнергии и частотно-фазовым регулированием гибкости, включающая источники электрической энергии, системы накопления и хранения электрической энергии, системы подключения, системы распределения, системы управления, электроприемные установки, системы преобразования электрической энергии и опорные терминалы с гибкой связью, содержит, по меньшей мере, два возобновляемых источника энергии (1), представляющих собой ветроэнергетические или фотоэнергетические установки, подключенные на сборную шину переменного тока (2), которая секционирована под каждый возобновляемый источник электрической энергии, с подключенными опорными терминалами с гибкой связью (6) в составе вольтодобавочного фазового регулятора (5) для соединения секций между собой и управления потоками мощности между ними, двунаправленных силовых электронных преобразователей (3), работающих по концепции виртуальных синхронных генераторов с подключенными накопителями электрической энергии (4) для поддержания напряжения и частоты на каждой секции сборной шины, активным выпрямителем (8) для подключения других известных источников электрической энергии (7) и электроприемные установки (нагрузка) (9).Autonomous combined power supply system with renewable electricity sources and frequency-phase control of flexibility, including electrical energy sources, electrical energy accumulation and storage systems, connection systems, distribution systems, control systems, power receiving installations, electrical energy conversion systems and support terminals with flexible communication, contains at least two renewable energy sources (1), which are wind power or photovoltaic installations, connected to an AC busbar (2), which is sectioned for each renewable electrical energy source, with connected support terminals with flexible communication (6) as part of a booster phase regulator (5) for connecting sections to each other and controlling power flows between them, bidirectional power electronic converters (3) operating on the concept of virtual synchronous generators with connected electrical energy storage devices (4) to maintain voltage and frequency in each section busbar, active rectifier (8) for connecting other known sources of electrical energy (7) and electrical receiving installations (load) (9).

Автономная комбинированная система электроснабжения с возобновляемыми источниками электроэнергии и частотно-фазовым регулированием гибкости работает следующим образом.An autonomous combined power supply system with renewable energy sources and frequency-phase flexibility control works as follows.

Возобновляемые источники энергии (1) находясь в своих оптимальных рабочих точках в зависимости от ветрового потока выдают максимально возможную электрическую мощность на сборную шину переменного тока (2), секционированную под каждый возобновляемый источник электрической энергии. Соединение секций сборной шины (2) между собой с поддержанием статической и динамической устойчивости на каждой секции обеспечивается опорным терминалом с гибкой связью (6), включающим в себя: вольтодобавочный фазовый регулятор (5), накопитель электрической энергии (4), двунаправленный силовой электронный преобразователь (3) и активный выпрямитель (8). Другие известные источники электрической энергии (7), подключенные через активный выпрямитель (8) опорного терминала с гибкой связью (6) к секциям сборной шины переменного тока (2) выдают электрическую мощность для отбора электроприемными установками (нагрузкой) (9). Статическую и динамическую устойчивость на каждой секции сборной шины (2) обеспечивают накопители электрической энергии (4), формирующие на них напряжение и частоту через двунаправленные силовые электронные преобразователи (3). При этом состояние заряда/разряда накопителей электрической энергии (4) характеризует избыток мощности в системе или дефицит. С учетом широкого спектра колебания скорости ветра и в целом не стационарного характера работы возобновляемых источников энергии (1), накопители электрической энергии (4) в связке с двунаправленными силовыми электронными преобразователями (3) обеспечивают первичное быстрое регулирование динамического баланса мощности, каждый для своей секции сборной шины (2), тем самым проявляя технологическую адаптивность гибкость, подстраиваясь под работу возобновляемых источников энергии (1). В случае увеличения заряда накопителя электрической энергии (4) на секции сборной шины (2) возникает профицит мощности, поступающей от возобновляемого источника энергии (1), и в противоположной ситуации при разряде накопителя электрической энергии (4) соответственно возникает дефицит мощности, поступающей от возобновляемого источника энергии (1). Для дальнейшего поддержания статической и динамической устойчивости на каждой из секций сборной шины (2) через вольтодобавочный фазовый регулятор (5) осуществляется регулируемый двунаправленный переток мощности. Таким образом секция сборной шины (2), где наблюдается дефицит мощности, получает необходимую мощность с другой секции сборной шины (2) через вольтодобавочный фазовый регулятор (5) и выдает мощность в обратном направлении при возникновении профицита.Renewable energy sources (1), being at their optimal operating points, depending on the wind flow, provide the maximum possible electrical power to the AC busbar (2), sectioned for each renewable source of electrical energy. The connection of the sections of the busbar (2) with each other while maintaining static and dynamic stability in each section is provided by a support terminal with flexible connection (6), which includes: a booster phase regulator (5), an electrical energy storage device (4), a bidirectional power electronic converter (3) and active rectifier (8). Other known sources of electrical energy (7), connected through the active rectifier (8) of the reference terminal with a flexible connection (6) to the sections of the AC busbar (2) provide electrical power for selection by power receiving units (load) (9). Static and dynamic stability on each section of the busbar (2) is provided by electrical energy storage devices (4), which generate voltage and frequency on them through bidirectional power electronic converters (3). In this case, the state of charge/discharge of electrical energy storage devices (4) characterizes an excess of power in the system or a deficit. Taking into account the wide range of fluctuations in wind speed and the generally non-stationary nature of the operation of renewable energy sources (1), electrical energy storage devices (4) in conjunction with bidirectional power electronic converters (3) provide primary rapid regulation of the dynamic power balance, each for its own section of the collection tires (2), thereby showing technological adaptability and flexibility, adapting to the operation of renewable energy sources (1). In the case of an increase in the charge of the electrical energy storage device (4) on the busbar section (2), a surplus of power appears from the renewable energy source (1), and in the opposite situation, when the electrical energy storage device (4) is discharged, there is a corresponding shortage of power supplied from the renewable energy source. energy source (1). To further maintain static and dynamic stability, an adjustable bidirectional power flow is carried out on each section of the busbar (2) through a booster phase regulator (5). Thus, the section of the busbar (2), where there is a power deficit, receives the necessary power from another section of the busbar (2) through the booster phase regulator (5) and outputs power in the opposite direction when a surplus occurs.

Таким образом, архитектура автономной комбинированной системы электроснабжения с возобновляемыми источниками электроэнергии и частотно-фазовым регулированием гибкости отличается тем, что:Thus, the architecture of an autonomous combined power supply system with renewable electricity sources and frequency-phase control of flexibility is distinguished by the fact that:

сборка системы выполнена на сборной шине переменного тока, секционированной под каждый источник ВИЭ;the system is assembled on an AC busbar, sectioned for each RES source;

соединение секций сборной шины между собой с поддержанием статической и динамической устойчивости на каждой секции обеспечивается опорным терминалом с гибкой связью посредством вольтодобавочного фазового регулирования и первичного регулирования, рассмотренного выше;the connection of the busbar sections to each other with the maintenance of static and dynamic stability on each section is provided by a support terminal with flexible coupling through voltage booster phase regulation and primary regulation discussed above;

напряжение и частота каждой секции сборной шины переменного тока формируется посредством накопителя электрической энергии и двунаправленного силового электронного преобразователя;the voltage and frequency of each section of the AC busbar is generated by an electrical energy storage device and a bidirectional power electronic converter;

первичное регулирование статического и динамического баланса мощности на каждой секции сборной шины переменного тока осуществляется накопителем электрической энергии и корректируется через отслеживание его состояния;primary regulation of the static and dynamic power balance on each section of the AC busbar is carried out by an electrical energy storage device and is adjusted by monitoring its state;

распределенное децентрализованное управление между опорными терминалами с гибкой связью и локальными регуляторами энергетических установок не требует верхнего уровня.distributed decentralized control between reference terminals with flexible communication and local power plant controllers does not require an upper level.

Данное схемотехническое решение по устройству автономных комбинированных систем электроснабжения с возобновляемыми источниками электроэнергии и частотно-фазовым регулированием гибкости обеспечивает максимальный отбор мощности с параллельно работающих возобновляемых источников энергии без их выхода из оптимальных режимов работы, а также позволяет разворачивать и свободно масштабировать подобные системы, с поддержанием оптимальных режимов работы всех энергетических установок, статической и динамической устойчивости системы, повышает надежность и управляемость систем в системе.This circuit design solution for the construction of autonomous combined power supply systems with renewable electricity sources and frequency-phase regulation of flexibility ensures maximum power take-off from parallel operating renewable energy sources without their leaving optimal operating modes, and also allows you to deploy and freely scale such systems, while maintaining optimal operating modes of all power plants, static and dynamic stability of the system, increases the reliability and controllability of systems in the system.

Claims (1)

Автономная комбинированная система электроснабжения (АКСЭ) с возобновляемыми источниками электроэнергии (ВИЭ) и частотно-фазовым регулированием гибкости, включающая источники электроэнергии, системы накопления и хранения энергии, системы подключения, системы распределения, системы управления, электроприемные установки, системы преобразования электрической энергии, отличающаяся тем, что с целью повышения эффективности и надежности отбора максимальной мощности ВИЭ в АКСЭ введены опорные терминалы с гибкой связью, обеспечивающие за счет встроенных систем накопления электрической энергии и двунаправленных силовых электронных преобразователей поддержание стабильной частоты и напряжения на сборной шине, секционированной под каждый возобновляемый источник электрической энергии, а за счет вольтодобавочных фазорегулирующих устройств и активных выпрямителей - устойчивость параллельной работы и распределенное децентрализованное управление между опорными терминалами с гибкой связью на секциях сборной шины, не требующее верхнего уровня управления, а также возможность масштабирования АКСЭ.Autonomous combined power supply system (ACPS) with renewable electricity sources (RES) and frequency-phase control of flexibility, including electricity sources, energy accumulation and storage systems, connection systems, distribution systems, control systems, electrical receiving installations, electrical energy conversion systems, characterized by , that in order to increase the efficiency and reliability of the selection of maximum power from renewable energy sources, support terminals with flexible communication have been introduced into the ACSE, ensuring, through built-in electrical energy storage systems and bidirectional power electronic converters, maintaining a stable frequency and voltage on the busbar, sectioned for each renewable source of electrical energy , and due to voltage booster phase control devices and active rectifiers - stability of parallel operation and distributed decentralized control between support terminals with flexible communication on bus sections, which does not require an upper level of control, as well as the ability to scale the ACSE.
RU2023101652A 2022-03-21 Autonomous combined power supply system with renewable power sources and frequency-phase control of flexibility RU2818206C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2818206C1 true RU2818206C1 (en) 2024-04-25

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150357940A1 (en) * 2011-12-16 2015-12-10 Empower Micro Inc. Bi-directional energy converter with multiple dc sources
US20170003701A1 (en) * 2010-04-15 2017-01-05 Science Applications International Corporation Systems and Method For Routing Power Across Multiple Microgrids Having DC and AC Buses
US20170237256A1 (en) * 2014-08-11 2017-08-17 Abb Schweiz Ag Control Of A Microgrid
CN108199415B (en) * 2018-01-31 2018-12-21 广东技术师范学院 A kind of modular microfluidic power grid and its method of accumulator cell charging and discharging coordinated control
RU2741334C2 (en) * 2016-06-15 2021-01-25 Повер-Блокс Аг Electric power supply installation and plant control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170003701A1 (en) * 2010-04-15 2017-01-05 Science Applications International Corporation Systems and Method For Routing Power Across Multiple Microgrids Having DC and AC Buses
US20150357940A1 (en) * 2011-12-16 2015-12-10 Empower Micro Inc. Bi-directional energy converter with multiple dc sources
US20170237256A1 (en) * 2014-08-11 2017-08-17 Abb Schweiz Ag Control Of A Microgrid
RU2741334C2 (en) * 2016-06-15 2021-01-25 Повер-Блокс Аг Electric power supply installation and plant control
CN108199415B (en) * 2018-01-31 2018-12-21 广东技术师范学院 A kind of modular microfluidic power grid and its method of accumulator cell charging and discharging coordinated control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. A review on overall control of DC microgrids
Gu et al. Mode-adaptive decentralized control for renewable DC microgrid with enhanced reliability and flexibility
Morstyn et al. Cooperative multi-agent control of heterogeneous storage devices distributed in a DC microgrid
CA2841052C (en) Method and apparatus for controlling a hybrid power system
US9293917B2 (en) Energy storage system
Azizi et al. Autonomous and decentralized load sharing and energy management approach for DC microgrids
Natesan et al. Power management strategies in microgrid: a survey
Hu et al. Model predictive control of smart microgrids
Naik et al. A review of nanogrid technologies for forming reliable residential grid
Radu et al. An islanded renewable energy microgrid emulator for geothermal, biogas, photovoltaic and lead acid battery storage
Jianfang et al. Multi-level control of grid-tied DC microgrids
Serban et al. A look at the role and main topologies of battery energy storage systems for integration in autonomous microgrids
Qachchachi et al. Optimal power flow for a hybrid AC/DC microgrid
Sayed et al. Supervisory control of a resilient DC microgrid for commercial buildings
RU2818206C1 (en) Autonomous combined power supply system with renewable power sources and frequency-phase control of flexibility
Rat et al. Microgrid supply management
Pozo et al. Battery energy storage system for a hybrid generation system grid connected using fuzzy controllers
Rajasekar et al. Energy management technique for home micro grid system
Raihani et al. Towards a real time energy management strategy for hybrid wind-PV power system based on hierarchical distribution of loads
Obukhov et al. The effective energy storage for hybrid power systems with renewable energy sources
Narayanan et al. Energy management system for LVDC island networks
Lee et al. Operation analysis of a communication-based DC micro-grid using a hardware simulator
Zaery et al. Generation cost minimization based distributed coordination control in DC microgrids
Abe et al. An optimal scheduling of battery output and load control for loss minimizing islanding operation of distribution networks in emergency
Bipongo et al. AN APPROACH OF BATTERY ENERGY MANAGEMENT SYSTEMS FOR DC MICRO-GRIDS CONSIDERING STATEFLOW CONTROLLER.