Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами создали новую архитектуру и алгоритм управления инвертором. Об этом сообщает пресс-служба вуза. Разработка дает возможность управлять напряжением в сети, а также быстро и надежно блокировать опасный ток при возникновении перегрузок. Предложенный подход в перспективе позволит повысить безопасность энергосистем, использующих ветровую и солнечную генерацию, а также комплексы накопления энергии. Исследование опубликовано в авторитетном международном журнале.
Современные энергосистемы все чаще оснащают инверторами, которые самостоятельно формируют напряжение и частоту. Эти устройства обеспечивают устойчивую работу сети при активном использовании возобновляемых источников — таких как ветрогенераторы и солнечные панели — и при наличии слабых участков в самой сети. Однако в работе инверторов случается резкий рост тока, который может превысить допустимые значения. Для его сдерживания применяют специальные алгоритмы, которые отключают ключевые функции инвертора, ответственные за подобные скачки. Но этот метод снижает общую надежность как самого устройства, так и всей энергосистемы.
Ученые политеха вместе с коллегами предложили иную схему — архитектуру и алгоритм «виртуального синхронного генератора», оснащенного ограничителем тока. В этой системе источник тока формируется с помощью управляемой «виртуальной индуктивности». Разработка обеспечивает широкий диапазон выходного тока вплоть до предельного значения в режиме ограничения, при этом сохраняя способность к синхронизации, регулировке напряжения и частоты. Это позволяет сдерживать амплитуду тока без ущерба для стабильной работы инвертора и энергосистемы в целом.
«У традиционных алгоритмов ограничения тока фазу тока чаще всего задают фиксированным значением. Это снижает диапазон допустимого тока и может привести к нестабильности или потере основных свойств таких алгоритмов. Предложенный нами алгоритм сохраняет свойства формирования сети без дополнительной подстройки, амплитуда тока в нем ограничивается напрямую во внутреннем контуре. Это позволяет избежать насыщения регуляторов напряжения и обеспечивает надежный выход из режима ограниченного тока, что в реальных условиях приводит к менее критичным переходам и меньшим перепадам напряжения», — отмечает один из авторов исследования, доцент отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Алексей Суворов.
Блокировка избыточного тока в новом алгоритме происходит благодаря сочетанию двух параллельных систем управления. Одна из них формирует активную и реактивную мощность, а другая — повторяет динамику виртуального синхронного генератора и дополняет ее виртуальными мощностями. Такой подход помогает предотвратить «зацикливание» системы в аварийном режиме и гарантирует плавное возвращение к нормальной работе после того, как перегрузка устранена.
Разработанный алгоритм политехники испытали на экспериментальном образце трехуровневого инвертора. Этот образец был создан в рамках проекта «Кибер-физическая среда на базе цифровых двойников энергетических, информационных и коммуникационных систем», который реализуется в Передовой инженерной школе ТПУ. Результаты показали, что во время перегрузки в сети алгоритм успешно удерживал напряжение и частоту, выдерживая разные типы нагрузок. Он позволил электросети функционировать без потери стабильности в сетевом и автономном режимах, исключив так называемую «бестоковую паузу».
В работе приняли участие ученые лаборатории моделирования электроэнергетических систем Инженерной школы энергетики ТПУ и специалисты Института энергетических исследований Российской академии наук.
