Озерных Игорь Леонидович, к.т.н., главный конструктор ООО «Институт электропитания» (Обнинск) «Гибридные системы автономного электроснабжения с опорно-балансирующим накопителем»

1. Гибридные системы автономного
электроснабжения с опорно-
балансирующим накопителем
Озерных Игорь Леонидович
Главный конструктор
ООО «Интелион»

2. Принципиальная позиция
Автономное электроснабжение – что это?
Автоматизированная установка
электропитания?
Интеллектуальная энергетическая система?

3. Микрогрид – локальная энергетическая система
гетерогенного (гибридного) типа с инверторной
генерацией, источниками возобновляемой энергии и
интеллектуальным управлением.
Микрогриды – сценарий будущего
для энергетики на ВИЭ?
3

4. Гибридные системы – тренд 21 века
4
Remote microgrid
+ обеспечивает более высокий уровень эффективности, живучести и безопасности по
сравнению с традиционной организацией
- высокие потери, низкий коэффициент интеграции энергии

5. .
Микрогрид. Структурная и
функциональная организация.
5

6. .
Структура ГСАЭ с шиной DC
6

7. .
Структура ГСАЭ с шиной AC
7

8. Основные направления разработок
1. Синхронный электрический генератор со
статором беспазовой конструкции,
позволяющий снизить момент трогания
примерно в 10 раз
2. Электронный энергетический
преобразователь (ЭЭП), позволяющий
регулировать момент на валу и повысить КПД
ЭМГ в расширенном диапазоне скоростей
вращения
3. Ветроколесо, адаптированное к
расширенному диапазону скоростей вращения
Продукт проекта
ВЭУ с электронно-машинным генератором
мощностью 15-30 кВт.
Расчетная скорость ветра не более 8 м/с
Суть инновации
Создание инновационных технических решений
для ВЭУ, позволяющих обеспечить эффективный
отбор мощности и преобразование энергии
ветрового потока в электрическую энергию в
расширенном диапазоне скоростей вращения
Нормированная расчетная мощность ВЭУ с ЭМГ в
сравнении с аналогами
2
1
3
8
ВЭУ с электронно-машинным генератором

9. 9
Дизель-вентильная установка
СОСТАВ:
• Многорежимный дизельный
двигатель
• Вентильный генератор
• Блок управления и
• коммутации
• Рама-бак
ХАРАКТЕРИСТИКИ:
• Пониженный на 20% удельный
расход топлива
• Увеличенный до 1000 ч
межсервисный интервал
• Уменьшенные масса и габариты

10. Проблема нестабильности систем
10
Динамические процессы (возмущения) в микрогридах:
нестационарность энергетического потенциала ВИЭ, неравномерность нагрузки
График изменения скорости ветра, мин
Уроки от тех, кто ушел вперед.
«Если доля ВИЭ превышает 20%, начинаются значительные колебания объема выработки
электроэнергии и разбалансировка. Возрастает риск снижения качества электроэнергии и
отключения энергоснабжения». Fuji Electric, Отчет по стабилизации напряжения в сетях Усть-
Камчатска, 2016
«One of the main challenges was grid stability. Maintaining stability with renewable integration
proved challenging. Maintaining a reliable electricity system is essential, so system operators must
incorporate renewables, especially those that are variable, in a way that preserves the operation of
the overall system. Using a phased integration approach, operators were able to see how to initially
bring a small amount of renewables, work with these while balancing the system, and then continue
to step up renewable penetration by integrating more resources alongside energy storage and
advanced controls». ROCKY MOUNTAIN INSTITUTE, 2015

11. 11
3
2
Баланс мощности
Мощность
генерации
Мощность
нагрузки
Мощность
потерь
Мощность
свободного
балансирования
Разработки Интелиона

12. 12
В гибридных энергетических системах с ВИЭ флуктуации от поступающей энергии достигают 20%.
Без эффективной динамической балансировки эти 20% либо не используются, либо могут привести
к отказу всей системы.
Пути решения вопроса: используется вращающая машина с маховиком.
Задачи:
1.Выделять мощность свободного балансирования без
потери рабочих точек генератора.
2. Создать систему с достаточной емкостью и возможностью
поглощать/выделять мощность свободного балансирования
во всем диапазоне частот динамики ВИЭ.
Управление зоной свободного балансирования.
Традиционный подход
Какую долю мощности свободного балансирования и в каком диапазоне частот способен
переработать маховик?

13. 13
Альтернатива маховику - статический синхронный
компенсатор с виртуальной кинетикой
Преобразователь
(выполнен по концепции обратимой
виртуальной синхронной машины с
астатической характеристикой)
Суперконденсаторы/
Аккумуляторная
батарея
В разряде
Преобразователь
(выполнен по концепции обратимой
виртуальной синхронной машины с
астатической характеристикой)
Суперконденсаторы/
Аккумуляторная
батарея
В заряде
Система
управления
• Создает объем свободного балансировани
• Управляет этим объемом (обеспечивает необходимый уровень интенсивности/чувствительности)
• Контролирует состояние баланса прямым методом (не через скорость вращения маховика)
• Держит стабильными частоту и напряжение
• Децентрализация регулирования (автономность работы узлов)

14. 14
Блок-схема виртуальной синхронной машины

15. 15
Опорно-балансирующий накопитель
Состав и характеристики:
Мощность двунаправленных инверторов: 2х50 ква
Емкость конденсаторного каскада: 2 кВт*ч
Емкость аккумуляторного каскада: 30 кВт*ч
Охлаждение: принудительное
Вес: 450 кг
Габариты: 1500х800х600

16. 16
Пилотный проект: ОБН в составе мобильной
гибридной электростанции
Предназначен для реализации основных функций динамического
балансирования
Состав:
- накопители на литий-ионных АКБ,
- суперконденсаторы,
- преобразовательные установки.
Обеспечивает значительные
кратности разрядных и зарядных
токов в течении 3-5 тысяч циклов.
Преобразовательные установки выполнены по концепции обратимой
виртуальной синхронной машины с астатической характеристикой. При
необходимости может дооснащаться буферным накопителем.

17. 17
Малые формы статкомов – на стороне
электроприемных установок
Микростат
(до 2кВт)
Министат
(до 6 кВт)
Мультистат
(до 15 кВт)
•Источники реактивной мощности
•Регуляторы напряжения
•Источники бесперебойного питания

18. 18
Малые формы статкомов – на стороне
электроприемных установок
Микростат :
• совмещает функции
компенсации и коррекции
• может работать как на
конкретную нагрузку , так и на
ближний энергетический
контур, распространяя эффект
стабилизации на несколько
электроприёмников
• реализует идеологию
параллельного регулирования,
пропускает через себя только
реактивную мощность​,
необходимую для компенсации
отклонения напряжения

19. 19
Москва, ул. Большая Почтовая 55/59
Тел. +7 499 703-31-6
office@intelion.org
www.Intelion.org
www.iep-obninsk.ru