Учёные Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая разработали модель автономной энергосистемы, которая после аварий и резких изменений нагрузки способна перераспределить мощность менее чем за секунды и быстрее вернуть параметры электроснабжения к норме, повысив устойчивость сети. Она работает с возобновляемыми источниками энергии и водородными накопителями.
Автономные энергосистемы используют там, где нет подключения к единой энергосети. Это, в частности, удалённые поселения и промышленные объекты. Электроэнергию в них могут вырабатывать солнечные и ветровые установки, которые подключаются к сети через специальные силовые преобразователи — инверторы.
Проблема возникает, когда нагрузка резко меняется или один из источников внезапно отключается. В этот момент в сети могут заметно измениться частота и напряжение. Разработанная система реагирует не только на само отклонение частоты, но и на то, насколько быстро она меняется. Если частота начинает резко расти или падать, инвертор сразу формирует управляющее воздействие и регулирует работу системы.
Учёные создали математическую модель и сравнили три варианта управления автономной энергосистемой — классический, обратный и комбинированный. Лучший результат показала комбинированная схема с синтетической инерцией. В ней один инвертор выступает ведущим и формирует основные параметры сети, а остальные подстраивают свою мощность под текущую нагрузку.
Модель проверили сразу на нескольких аварийных сценариях. Учёные моделировали изменение нагрузки на 10–20%, внезапное отключение одного из инверторов, подключение нового преобразователя, а также изменение характеристик самой электросети.
При подключении нового инвертора перераспределение активной мощности заняло менее 0,7 секунды. Разница с другими вариантами управления оказалась заметной. При классическом управлении стабилизация реактивной мощности занимала до 37,9 секунды, а при обратном управлении распределение реактивной мощности могло занимать до 7,17 секунды.
В дальнейшем учёные хотят создать адаптивную систему управления. Она должна учитывать, сколько энергии осталось в водородном хранилище, параметры электросети и состояние оборудования.
Следующим этапом станут испытания разработанной системы на лабораторных макетах. Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy, который относится к категории Q1 и имеет импакт-фактор 9,2.