Новый алгоритм поможет контролировать качество электроэнергии в системах распределенной генерации

На этапе нового энергетического перехода главная тенденция развития энергетического рынка сегодня — это распределенная энергетика, которая характеризуется децентрализацией сети, внедрением «умных» систем энергоснабжения, активным вовлечением потребителей и увеличением доли источников возобновляемой энергии. Одной из технологий распределенной энергетики является распределенная генерация — такое производство электроэнергии, когда вместо большой электростанции ее источником является много малых объектов. Например, владелец дома с солнечными панелями может продавать произведенную электроэнергию. В электросетях распределенной генерации важное место занимают инверторы — устройства, которые преобразуют мощность выработанной электроэнергии до частоты переменного тока. В странах Европы и СНГ такой показатель равен 50 Гц. Ученые из Сколтеха разработали алгоритм для таких инверторов, который поможет контролировать качество энергии, передаваемой в общую электросеть.

«Инверторы программируются математическими функциями, уравнениями с определенными коэффициентами, — рассказывает первый автор работы, инженер Лаборатории интеллектуальных сетей в Центре энергетических технологий Сколтеха Илья Веретенников. — Если параметры сети не меняются, то коэффициенты достаточно посчитать один раз. Так как в системе распределенной энергии параметры сети меняются постоянно, — например, из-за того, что кто-то перестал продавать электроэнергию, — коэффициенты нужно пересчитывать. Оценить правильность их настройки с точки зрения стабильности сложно, однако от этого зависит качество электроэнергии, попадающей в сеть. Она должна соответствовать стандарту. Если качество хуже, то передавать в сеть ее нельзя».

Коллектив ученых разработал алгоритм контроллера, который автоматически пересчитывает коэффициенты, тем самым контролируя качество поступаемой в сеть энергии. На основании данных измеренных напряжений, в контроллере генерируется управляющий сигнал, который на выходе обеспечивает показатель переменного тока в 50 Гц без искажений.

«Во время исследования мы создали модель сети и более детальную модель инвертора. Благодаря им, можно проверять разные алгоритмы контроллера, их стабильность, эффективность. Далее наши результаты мы валидировали экспериментальными данными: подключали к сети реальный инвертор, моделируя ситуацию, когда есть локальная нагрузка и часть энергии идет в сеть. В лаборатории мы в основном работаем с маломощными инверторами, пригодными для домашнего использования. У нас есть прекрасное оборудование для детальной симуляции в реальном времени. С его помощью можно симулировать какую угодно сеть с любым количеством инверторов и любыми параметрами», — добавляет Илья Веретенников.

Потенциал разработки и распределенной энергии в целом ученые видят в тех регионах России, где, несмотря на большое количество солнечных дней, до сих пор используют неэкологичные способы производства электроэнергии. В планах исследователей — сделать алгоритм полностью автоматическим по технологии plug-and-play («подключи и пользуйся»).

«Любая настройка — это лишнее препятствие для конечного потребителя. Сейчас у нас не все параметры подстраиваются автоматически, но мы планируем продолжать работать над алгоритмом, чтобы сделать его полностью автоматическим — как, например, любые современные устройства, которыми можно пользоваться сразу после подключения к компьютеру, а настройка происходит автоматически», — подытоживает Илья Веретенников.