Президент дал молодым ученым НГТУ НЭТИ деньги на революцию в энергетике и силовой электронике
Исследование направлено на решение проблемы обеспечения устойчивого функционирования энергосистем, построенных по принципу открытой сетевой архитектуры с децентрализованным генерированием энергии и с агрегацией распределенных энергетических ресурсов.
Результаты исследования имеют большие перспективы применения в гибридных автономных электроэнергетических системах малой и средней мощности, активно развивающихся в России и зарубежных странах. В России результаты в первую очередь найдут широкое применение в автономных сетях удаленных регионов, не имеющих возможности интегрироваться в централизованную энергосистему.
Результаты исследования также могут использоваться в современных мощных интеллектуальных преобразовательных комплексах, имеющих в составе управляемые вставки несинхронной связи, электронные трансформаторы, статические компенсаторы реактивной мощности и активные силовые фильтры. Это активно развивающееся и очень востребованное направление большой энергетики.
Результаты также будут востребованы в космической отрасли. Система электропитания космического аппарата представляет собой полноценную автономную энергетическую систему, получающую первичную энергию от возобновляемых источников с накоплением в аккумуляторных батареях для обеспечения непрерывного электропитания спутника при его нахождении на всех участках орбиты.
Такая энергопреобразующая аппаратура содержит 8...50 и более параллельно работающих силовых модулей со сложной многоуровневой системой автоматики, обеспечивающей включение/выключение, переключение и резервирование модулей с поддержанием требуемого качества выходного напряжения. Ожидается, что развитие разрабатываемых адаптивных алгоритмов управления энергосистемой применительно к системам электропитания космических аппаратов позволит значительно улучшить показатели качества питающего напряжения, повысить надежность и уменьшить массу системы.
Первые экспериментальные результаты запланированы на июнь 2020 года.
Проект Максима Дыбко, заместителя заведующего кафедрой электроники и электротехники: «Исследование и разработка универсальной системы накопления электрической энергии для улучшения электромагнитной совместимости технических средств и снижения уровня потерь в сетях переменного тока».
Необходимость исследования и разработки систем повышения качества электрической энергии стала очевидной уже более двадцати лет назад, когда использование нерегулируемого электропривода и обилие нелинейных нагрузок привели к существенным проблемам, связанным с качеством электрической энергии. Последние десятилетия специалисты электроэнергетики и силовой электроники уделяют внимание системам, предназначенным для повышения эффективности распределения и потребления электроэнергии.
«Исследование касается разработки систем направления, которые обладают улучшенной электромагнитной совместимостью. Качество энергетической энергии — это основная проблема. Зачем использовать какие-то отдельные решения, если можно внедрить унифицированные накопители энергии, которые обладают расширенным функционалом», — комментирует свой проект Максим Дыбко.
Основная проблема исследования — низкий уровень качества электрической энергии, обусловленный обилием нелинейных и реактивных нагрузок, а также большие экономические потери генерирующих компаний.
Цели научного исследования: снизить уровень технических потерь электроэнергии в сетях переменного тока, уменьшить экономические потери генерирующих компаний и замедлить рост тарифов на электроэнергию, повысить электромагнитную совместимость технических средств в сетях переменного тока, продлить срок эксплуатации электротехнического и генерирующего оборудования, продлить срок службы электрооборудования.
«Если говорить об актуальности исследования, то, согласно данным международного энергетического агентства на 2016 год, 44 % всей потребляемой в РФ электроэнергии приходится на промышленные предприятия. Около 90 % потребителей электрической энергии на промышленном предприятии — различное технологическое оборудование, которое чаще всего представляет собой управляемый вентильный электропривод: прокатные станы, станки, краны, поршневые машины, вращающиеся печи, сталеплавильные печи, сварочные аппараты установки электролиза и другие. Вторичными источниками электропитания всего перечисленного оборудования являются тиристорные преобразователи с установленной мощностью от единиц до нескольких десятков МВт. Перечисленные виды нагрузок являются источниками высших гармоник тока в сети, что приводит к искажению формы питающего напряжения», — комментирует Максим Дыбко.
Для решения сформулированных проблем предлагается проведение исследований и разработка универсальных систем накопления электрической энергии, которые будут сочетать в едином техническом решении нескольких функций: накопление и отдачу электрической энергии, искусственное подавление колебаний нагрузки, компенсацию реактивной мощности, компенсацию мощности искажения и компенсацию несимметрии.
Первые экспериментальные результаты запланированы на конец 2020 года.
Проект Алексея Удовиченко, кандидата технических наук, доцента кафедры электроники и электротехники: «Исследование и разработка компенсаторов реактивной мощности для электротехнических систем».
Проект направлен на разработку и исследование новых концепций построения энергоэффективных компенсаторов реактивной мощности. В таких регуляторах нуждаются «умные» электросети, а также промышленные предприятия.
«На стратегических объектах города, относящихся к коммунальной инфраструктуре города, немаловажную роль играет оборудование, которое требуется для собственных нужд учреждений, обеспечивающих город теплом, электричеством и водой. В качестве нагрузки здесь зачастую используется реактивная нагрузка, вызывающая появление реактивной мощности, которую необходимо скомпенсировать», — комментирует автор проекта.
В настоящее время около 60 % потребляемой электроэнергии в России приходится на электроприводы переменного тока, чаще всего нерегулируемые. При этом на асинхронных двигателях, подключенных непосредственно к сети переменного напряжения, прямо сказываются все проблемы, связанные с несинусоидальностью пускового тока и напряжения, прикладываемого к двигателю.
Быстродействующие регулируемые электроприводы переменного тока потребляют из питающей сети быстроменяющуюся реактивную мощность. Это приводит к ухудшению качества напряжения сети, что неблагоприятно сказывается на самих потребителях.
Увеличение напряжения сети вызывает повышенное потребление тока и реактивной мощности, перегрев двигателя и сокращение его срока службы. В то же время стабилизация напряжения и возможность его регулирования при плавном пуске увеличат ресурс работы двигателя.
Будут разработаны новые компенсаторы реактивной мощности, которые также позволят регулировать напряжение, плавно запускать двигатели и стабилизировать выходное напряжение при просадках, достигающих четырехкратного значения.
Первые экспериментальные результаты запланированы на конец 2020 года.
Гранты выделяются на 2 года для проведение фундаментальных и прикладных научных исследований, решение конкретных задач в рамках направлений, определенных в Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации (утверждена Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 года № 642). В результате планируется получить научные и научно-технические результаты и создать технологии, являющиеся основой инновационного развития внутреннего рынка продуктов и услуг, основой устойчивого положения России на внешнем рынке.