В последнее время наметилась устойчивая тенденция использования накопителей электрической энергии в различных отраслях промышленности и электроэнергетики, особенно в европейских странах. В большинстве случаев использование накопителей энергии позволяет снизить энергопотребление системы и повысить ее энергетическую эффективность.
При этом на промышленных объектах и производственных предприятиях часто возникают проблемы с просадками питающего напряжения, которые как правило вызваны пуском систем электропривода большой мощности. Эта проблема наиболее остро стоит при использовании режимов прямого пуска асинхронных двигателей, поскольку пусковые токи в этом случае превышают номинальный в 5-7 раз.
Однако подобная проблема может возникать также при эксплуатации мощных систем частотно-регулируемого электропривода, работающих в интенсивных пуско-тормозных режимах. Токи в этом случае могут превышать номинальный в 2-3 и более раз, в зависимости от необходимой интенсивности пусковых режимов. Такие пиковые, кратковременные нагрузки могут также приводить к просадкам питающего напряжения. Ситуация осложняется еще и тем, что как правило в системах частотно-регулируемого электропривода используются преобразователи частоты с неуправляемым диодным выпрямителем на входе, что приводит к искажению формы питающего напряжения. И эта ситуация также усугубляется во время пусковых режимов работы электропривода.
В проекте предлагается дополнить частотно-регулируемый электропривод системой хранения энергии на базе суперконденсаторов для сглаживания пиковых нагрузок в системе энергоснабжения. Идея заключается в том, что во время пусковых режимов энергии частично или полностью потребляется с устройства хранения энергии и это позволяет разгрузить сеть от пиковых нагрузок и предотвратить падение сетевого напряжения. Система хранения энергии в этом случае будет включать в себя двунаправленный DC-DC преобразователь со своей системой автоматического управления и блоком суперконденсаторов.
Цель фундаментального проекта заключается в разработке алгоритмов управления и исследовании частотно-регулируемого электропривода с устройством хранения энергии для снижения пиковых нагрузок и включает в себя следующие основные задачи:
- Разработка схемных решений и алгоритмов цифрового управления для систем частотно-регулируемого электропривода с устройством хранения энергии на базе суперконденсаторов, обеспечивающих снижение пиковых нагрузок на систему энергоснабжения.
- Модельные исследования характеристик частотно-регулируемых электроприводов с системой снижения пиковой мощности на базе суперконденсаторов с оценкой технико-экономической эффективности.
- Реализация разработанных цифровых алгоритмов управления устройства хранения энергии на базе современной микропроцессорной технике и проведение экспериментальных исследований.
Ожидаемые результаты
Во время работы над проектом планируется получить следующие научные результаты:
1. Разработать новые алгоритмы для системы автоматического управления устройством хранения энергии на базе двунаправленного DC-DC преобразователя и блока суперконденсаторов, которые обеспечивают снижение пиковых нагрузок на систему энергоснабжения. Разработанные алгоритмы позволят снизить падания сетевого напряжения при работе системы частотно-регулируемого электропривода в интенсивных пуско-тормозных режимах. За основу планируется взять быстродействующую одноконтурную, следящую систему автоматического управления, которая хорошо себя зарекомендовала при использовании в системе частотно-регулируемого электропривода с системой хранения энергии, которая используется для повышения энергетической эффективности и снижения потребления энергии из сети.
2. Будут решены вопросы выбора и оптимизации параметров накопителей электрической энергии, а именно оценка запрашиваемой энергии и емкости блока суперконденсаторов, для решения задачи снижения пиковой мощности с учетом потерь в элементах силовой части электропривода.
3. При разработке системы автоматического управления планируется также проработать вопросы заряда системы хранения энергии и внести уточнения в вопросы выбора стратегии заряда блока суперконденсаторов в зависимости от типа производственного механизма и его режима работы.
4. В рамках работы над проектом планируется провести оценку рациональной области применения частотно-регулируемых электроприводов с накопителями энергии, обеспечивающих снижение пиковой мощности, потребляемой из сети и провести расчёт технико-экономической эффективности использования подобных систем.
5. Будут разработаны дискретные модели системы электропривода с учетом особенностей системы хранения энергии как объекта управления, проведено имитационное моделирование системы электропривода с системой хранения энергии и будут сделаны предварительные выводы по эффективности снижению пиковых нагрузок на систему электроснабжения.
6. На заключительном этапе работы над проектом будет разработана экспериментальная установка по исследованию статических и динамических характеристик электропривода с системой хранения энергии на базе суперконденсаторов. Постановка и проведение экспериментальных исследований поможет подтвердить эффективность разработанной системы электропривода с устройством хранения энергии.