научная статья по теме БЕСПЕРЕБОЙНЫЕ ИСТОЧНИКИ ГЕНЕРАЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В МИКРОСЕТЯХ НА ОСНОВЕ ВИЭ Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «БЕСПЕРЕБОЙНЫЕ ИСТОЧНИКИ ГЕНЕРАЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В МИКРОСЕТЯХ НА ОСНОВЕ ВИЭ»

Статья поступила в редакцию 21.04.14. Ред. рег. № 1982

The article has entered in publishing office 21.04.14. Ed. reg. No. 1982

УДК 621

БЕСПЕРЕБОЙНЫЕ ИСТОЧНИКИ ГЕНЕРАЦИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В МИКРОСЕТЯХ НА ОСНОВЕ ВИЭ

1 2 3

В.В. Харченко ,А.Ф. Романенко , О.Ф. Гусарова

'Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства 109456 Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2 Тел.: (499) 171-19-20, е-mail: kharval@mail.ru 2Южноказахстанский государственный университет Казахстан, 160012, Шымкент, пр. Тауке-Хана, д. 5 E-mail: eeukgu@mail.ru 3Московский институт инженеров транспорта 125315 Москва, ул. Часовая, д. 22/2 E-mail: cosinys50@mail.ru.

Заключение совета рецензентов: 25.04.14 Заключение совета экспертов: 30.04.14 Принято к публикации: 04.05.14

Мировая тенденция к снижению надежности централизованных сетей способствует поиску более эффективных методов энергоснабжения. Одновременно с этим возобновляемые источники энергии приобретают все большее распространение в централизованном энергоснабжении. Одним из распространяющихся в мировой практике вариантов повышения надежности энергоснабжения является развитие микросетей.

Ключевые слова: микросеть, инвертор, блок бесперебойного питания, распределенная сеть.

UNINTERRUPTIBLE GENERATION FOR USE IN MIKROGRID

ON RENEWABLE ENERGY SOURCES

V.V. Kharchenko1, A.F. Romanenko2, O.F. Gusarova3

1All-Russian Scientific Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESH) 2, 1-st Veshnyakovsky pr., Moscow, 109456, Russia Tel.: (499) 171-19-20, e-mail: kharval@mail.ru 2South-Kazakhstan State University 5 Tauke-Khan ave., Shymkent, 160012, Kazakhstan E-mail: eeukgu@mail.ru 3Moscow Institute of Transport Engineers 22/2 Chasovaya str., Moscow, 125315, Russia E-mail: cosinys50@mail.ru

Referred: 25.04.14 Expertise: 30.04.14 Accepted: 05.05.14

The world trend of decline in the reliability of centralized networks contributes to the search for more effective methods of energy supply. Simultaneously, renewable energy is becoming more and more widely in the centralized energy supply. One of propagating in the world practice options to improve energy supply reliability, this is development of microgrids.

Keywords: microset, inverter, UPS, distributed network.

Валерий Владимирович Харченко

Сведения об авторе: главный научный сотрудник ГНУ ВИЭСХ, д-р техн. наук, профессор. Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, энергосбережение. Публикации: 245.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 08 (148) 2014

© Scientific Technical Centre «TATA», 2014

Александр

Филиппович

Романенко

Сведения об авторе: доцент, зав. кафедрой Южноказахстанского гос. университета.

Область научных интересов:

преобразователи электрической энергии для электропривода и электротехнологии, ультразвуковая техника и технология, электропривод, альтернативная энергетика.

Публикации: 30.

Ольга Федоровна Гусарова

Сведения об авторе: зав. лабораторией Московского института инженеров транспорта.

Область научных интересов: возобновляемая энергетика, энергоснабжение, энергоэффективность.

Публикации: 2.

Расширение масштабов использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) существенно влияет на развитие глобальной энергетики. Именно благодаря этому одной из главных тенденций в современной глобальной энергетике является бурное развитие распределенной энергетики [1]. Распределенная энергетика рассматривается как существенный фактор повышения надежности и эффективности энергообеспечения сельскохозяйственного сектора РФ [2]. Концепция распределенной энергетики может быть реализована в различных формах, одной из которых являются микросети на основе ВИЭ. Особенности и проблемы их построения приведены в [3].

Рис. 1. Выделенная из распределенной сети микросеть: 1 - солнечная электростанция; 2 - ветроагрегат; 3 - микро-

ГЭС; 4 - газотурбинный электрогенератор; 5 - система управления; 6 - блок параллельной работы ветроагрегата;

7 - зарядное устройство солнечной электростанции;

8 - блок бесперебойного питания; 9 - понижающий

трансформатор; 10 - аккумуляторная станция Fig. 1. Allocated from the distributed network microgrid: 1 - solar power station; 2 - wind turbine; 3 - microhydroelectric

station; 4 - gas turbine generator; 5 - control system; 6 - parallel block of windmill; 7 - charger of solar power station; 8 - UPS unit; 9 - down transformer; 10 - battery station

В работе [4] рассмотрены основные направления развития распределенной энергетики в РФ и микросети на основе ВИЭ как инструмент концепции распределенной энергетики.

Основными источниками генерации электроэнергии в микросетях являются солнечная и ветровая энергия, каждая из которых имеет непредсказуемый характер проявления, в связи с чем особое значение при построении микросетей имеет правильный выбор источников генерации и накопителей энергии. Рассмотрению этих вопросов посвящены работы [5, 6]. Особенно важным является использование в сети в качестве источников генерации энергосберегающих электронных систем бесперебойного электроснабжения, принципы создания которых рассмотрены в [7]. Пример выделенной из распределенной сети микросети приведен на рис. 1.

Авторами анализируются имеющиеся на современном российском рынке инверторы и блоки гарантированного электроснабжения, их достоинства и недостатки. Для работы в составе микросетей или для автономного электроснабжения жилого дома, небольшого фермерского хозяйства или небольшого объекта сельскохозяйственного назначения предлагается автономная система бесперебойного электроснабжения, разработанная в ГНУ ВИЭСХ, где рассматривается один из главных параметров, существенно влияющий на качество электроснабжения объекта, - собственное энергопотребление.

Преобразователи постоянного электрического тока в переменный напряжением 220 В производятся двух типов: с преобразованием на промышленной частоте и с преобразованием ШИМ.

Из анализа технических характеристик инверторов российского и импортного производства и графика среднестатистической нагрузки следует, что собственное суточное энергопотребление этих приборов при минимальной нагрузке составляет от 2090 до 2470 Вт-ч в сутки, что сравнимо с суточной потребностью в электроэнергии всего сельского дома.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 08 (148) 2014 © Научно-технический центр «TATA», 2014

Отсюда следует, что доступные на российском рынке инверторы и блоки бесперебойного питания (ББП) в настоящее время для систем автономного электроснабжения небольших мощностей малопригодны. На основе исследования конструкции и электрических схем существующих инверторов и ББП установлено, что из двух применяемых электрических схем для потребителя предпочтительнее схема с выходным трансформатором, работающим на промышленной частоте. Этот вывод был сделан в результате анализа качества и надежности инверторов и блоков бесперебойного питания различных систем по количеству обращений в ремонт владельцами этого оборудования.

Разработанный в ГНУ ВИЭСХ блок бесперебойного питания состоит из нескольких электронных блоков различного функционального направления, таких как инвертор, блок реле, переключающий выходное напряжение от дизельного генератора или инвертора (в зависимости от того, что работает), стабилизатор напряжения и обратноходовое зарядное устройство. Разработанный блок может работать как в автономном режиме, так и параллельно с сетью.

Инвертор выполнен таким образом, что может, работая либо от дизельного генератора (ДГ), либо от сети (при ее наличии), выполнять одновременно три функции: формировать сигнал переменного синусоидального напряжения для работы на нагрузку, производить генерацию этого напряжения в сеть, производить зарядку аккумуляторной батареи (АБ).

ББП контролирует величину напряжения на клеммах АБ и в зависимости от этого напряжения и подсоединенной нагрузки через блок автоматического запуска и остановки дизельного генератора дает команду на его запуск или выключение и прекращение заряда.

Инвертор преобразует постоянный ток АБ в переменный напряжением 220 В частотой 50 Гц для питания нагрузки. Большая мощность инвертора (5 кВт) и высокое качество синусоиды позволяет обеспечить электроэнергией потребителей практически любого типа, включая асинхронные электродвигатели.

Команда на автоматическое включение дизельного двигателя поступает при снижении напряжения АБ до уровня 44 В, а команда на отключение режима заряда с отключением дизельного двигателя производится при повышении напряжения на АБ до 56 В. Ветроагрегат и фотоэлектрическая установка через свои зарядные устройства всегда имеют разрешение на заряд АБ и могут осуществлять его до верхнего предельного уровня 56 В.

БПП содержит пять функциональных частей (рис. 2): входной-выходной фильтр (Ф1), повышающий Ш-образный трансформатор (Тр), плата управления на основе микроконтроллера АТМЕОА8535 с преобразователем постоянного напряжения (однофазный полномостовой инвертор) (ИНВ), блок реле (БР) и выходной фильтр (Ф2).

Рис. 2. Блок-схема блока бесперебойного питания Fig. 2. The block diagram of power supply unit

ББП автоматически обеспечивает три возможных режима питания нагрузки: основной, автономный и генерирующий, выбираемых посредством блока реле (БР) и платы управления. В основном режиме, когда дизельный генератор (или централизованная сеть) имеет напряжение 158-280 В, питание нагрузки происходит от внешних источников. Если выходное напряжение выходит за пределы 200-240 В, микроконтроллер АТМЕвА8535 дает команду БР на включение соответствующих реле, коммутирующих обмотки трансформатора. На трансформаторе, кроме основных обмоток 220 В и 28 В, имеются две дополнительные обмотки, обеспечивающие вольтдобавку 30 В каждая. В зависимости от уровня входного напряжения на высоковольтной стороне трансформатора подключается одна или две стабилизационные обмотки таким образом, чтобы выходное напряжение находилось постоянно в пределах 200-240 В. На основной плате расположен источник питания, который преобразует напряжение АБ 4

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком