РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ УЧАСТКА СЕТИ 10 кВ С УПРАВЛЯЕМЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

DOI: 10.47026/1810-1909-2024-2-28-39

УДК 621.31

ББК 31.27

Е.В. ЖИЛИН, А.Д. МАЛЫШЕВА, И.А. БЕЛОУСОВ

Ключевые слова

имитационное моделирование, накопитель электроэнергии, потери активной мощности, потери электроэнергии, распределительная сеть, система управления, электроэнергетические системы

Аннотация

В настоящее время наблюдается тенденция к применению новых подходов в оптимизации баланса мощностей и снижении потерь электрической энергии в распределительных сетях 10 кВ, что отражено в обновленных федеральных стандартах и стандартах ПАО «Россети». В связи с этим становятся актуальными вопросы применения управляемых накопителей электроэнергии.

Цель исследования – оценка влияния управляемого накопителя электроэнергии на режим работы распределительной сети.

Материалы и методы. В работе используются методы имитационного моделирования: разрабатываются имитационные модели участка распределительной сети и управляемого накопителя электроэнергии в среде динамического моделирования MATLAB/Simulink с использованием типовых математических блоков базовых библиотек Simulink. Участок распределительной сети представляется шестью трансформаторными подстанциями 10/0,4 кВ, которые подключены к источнику питания по магистральной схеме электроснабжения.

Управляемый накопитель электроэнергии реализуется в модели подсистемой хранения электроэнергии и объединяет в себе подсистему батареи, которая состоит из восьми ячеек, последовательно включенных Li-Ion аккумуляторных батарей с DC-DC преобразователями, и подсистему контроллера с ПИ-регуляторами тока и напряжения. Обмен энергией между сетью и накопителем реализуется в модели посредством AC-DC преобразователя с промежуточным звеном постоянного тока C0. Использование управляемого накопителя электроэнергии в такой системе предполагается в качестве дополнительного источника электрической энергии. Выполняется математическое описание взаимосвязи физических параметров сети электроснабжения и управляемого накопителя электроэнергии.

Результаты исследования. На базе разработанной имитационной модели проведено исследование возможности повышения эффективности работы электроэнергетической системы за счет использования управляемого накопителя электроэнергии. Проведено наблюдение переходных процессов в управляемом накопителе электроэнергии посредством измерения таких параметров аккумуляторной батареи, как состояние заряда SOC, %, напряжение V_B, В и ток I_B, А. Проведены измерения напряжения и мощности в узлах на сторонах низшего (0,4 кВ) и высшего (10 кВ) напряжения.

Выводы. Результаты анализа имитационного моделирования распределительной сети с подключенным управляемым накопителем электроэнергии в конце магистральной линии показали повышение эффективности работы системы.

Литература

1. Авербух М.А., Жилин Е.В., Сизганова Е.Ю., Абдулваххаб М.В. Выбор узлов подключения распределенной генерации в сетях Республики Ирак // Электротехнические системы и комплексы. 2020. № 2(47). С. 4–10. DOI: 10.18503/2311-8318-2020-2(47)-4-10.
2. Калимуллин Л.В., Левченко Д.К., Смирнова Ю.Б., Тузикова Е.С. Приоритетные направления, ключевые технологии и сценарии развития систем накопления энергии // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2019. № 1. С. 42–54. DOI:17588/2072-2672.2019.1.042-054.
3. Коробко Г.И., Шилов М.П., Коробко И.Г. Разработка систем управления преобразователем частоты для дизель-генератора с изменяемой частотой вращения и их сравнительный анализ // Вестник Чувашского университета. 2019. № 3. С. 97–109.
4. Орлов А.И., Воробьев К.М., Гарипов И.Х., Самойлов К.А. Снижение стоимости электроэнергии для потребителей за счет использования накопителей энергии // Вестник Чувашского университета. 2020. № 1. С. 123–135.
5. Орлов А.И., Гарипов И.Х., Самойлов К.А. Алгоритм управления накопителем для сглаживания пикового потребления электроэнергии // Вестник Чувашского университета. 2020. № 1. С. 136–144.
6. Павлов А. Развитие систем накопления энергии в мире: от концепций до проектов // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 2. С. 12–17.
7. Сидоров С.В., Сушков В.В., Сухачев И.С. Разработка методики определения места однофазного замыкания на землю воздушной линии электропередачи напряжением 6(10) кВ с учетом климатических факторов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331, № 2. С. 115-123. DOI:18799/24131830/2020/2/2486.
8. Соснина Е.Н., Шалухо А.В., Эрдили Н.И. Повышение эффективности использования возобновляемых источников энергии в составе виртуальной электростанции на основе мультиагентного управления // Вестник Чувашского университета. 2022. № 3. С. 103-113. DOI: 10.47026/1810-1909-2022-3-103-113.
9. Счастный В.П., Жуковский А.И. Взаимовлияние режимов регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 3. С. 239–249. DOI: 10.21122/1029-7448-2021-64-3-239-249.
10. Baumann A.E. Burns D.A., Liu B., Thoi V.S. Metal-organic framework functionalization and design strategies for advanced electrochemical energy storage devices. Communications Chemistry, 2019, vol. 2(1), p. 86. DOI 10.1038/s42004-019-0184-6.
11. Duffner F. Duffner F., Kronemeyer N. et al. Post-lithium-ion battery cell production and its compatibility with lithium-ion cell production infrastructure. Nature Energy, 2021, vol. 6(2), pp. 123–134.
12. Eroǧlu F., Kurtoǧlu M., Vural A.M. Bidirectional DC–DC converter based multilevel battery storage systems for electric vehicle and large‐scale grid applications: A critical review considering different topologies, state‐of‐charge balancing and future trends. IET Renewable Power Generation, 2021, vol. 15 (5), pp. 915-938. DOI 10.1049/rpg2.12042.
13. Gui Y., Blaabjerg F., Wang X. et al. Improved DC-link voltage regulation strategy for grid-connected converters. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2020, vol. 68(6), pp. 4977–4987.
14. Kadam A.H., Williamson S.S. A common DC-bus-configured traction motor emulator using a virtually isolated three-phase AC-DC bidirectional converter. IEEE Access, 2021, vol. 9, pp. 80621–80631.
15. Koohi-Fayegh S., Rosen M.A. A review of energy storage types, applications and recent developments. Journal of Energy Storage, 2020, vol. 27, p. 101047.
16. Mahon H., O’Connor D., Friedrich D., Hughes B. A review of thermal energy storage technologies for seasonal loops. Energy, 2022, vol. 239. p. 122207.
17. Olabi A.G., Onumaegbu C., Wilberforce T. et al. Critical review of energy storage systems. Energy, 2021, vol. 214. p. 118987. DOI 10.1016/j.energy.2020.118987.
18. Safayatullah M., Elrais M.T., Ghosh S. et al. A comprehensive review of power converter topologies and control methods for electric vehicle fast charging applications. IEEE Access, 2022, vol. 10, pp. 40753–40793.
19. Tashakor N., Keshavarzi D., Iraji F. et al. Voltage estimation in combination with level-adjusted phase-shifted-carrier modulation (LA-PSC) for sensor less balancing of diode-clamped modular multilevel converters (MMCs). IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 38(4), pp. 4267–4278.

Сведения об авторах

Жилин Евгений Витальевич – кандидат технических наук, доцент кафедры энергетики и энергоэффективности горной промышленности, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Россия, Москва (zhilinevg@mail.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2076-6463).

Малышева Альвина Дмитриевна – аспирантка кафедры технической кибернетики, Белгородский государственный технологический университет имени В.Г. Шухова, Россия, Белгород (kuznetsova.alvina@yandex.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6001-5074).

Белоусов Игорь Александрович – аспирант кафедры технической кибернетики, Белгородский государственный технологический университет имени В.Г. Шухова, Россия, Белгород (belousov.i.a@gmail.com; ORCID: https://orcid.org/0009-0008-9877-5088).

Формат цитирования

Жилин Е.В., Малышева А.Д., Белоусов И.А. Разработка имитационной модели участка сети 10 кВ с управляемым накопителем электроэнергии // Вестник Чувашского университета. – 2024. – № 2. – С. 28–39. DOI: 10.47026/1810-1909-2024-2-28-39.

Загрузить полный текст статьи