КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Технический контроль за распределительной сетью низкого напряжения включает в себя управление мощностью, регулирование напряжения. Использование сетей на постоянном токе дает ряд очевидных преимуществ, таких как: нет необходимости контроли­ровать реактивную мощность, нет необходимости синхронизации отдельных компонентов сети [1].

Контроль за балансом мощности

Используя постоянный ток можно выстроить интеллектуальную систему управления режимом нагрузки, и появляется возможность контролировать все напряжения и все перетоки мощности от генерациии и до конечного потребителя. Основным способом обеспечения потреби­теля мощностью электроэнергии является контроль параметров элементов системы низковольтных распределительных сетей постоянного тока. Для этого требуется система контроля в реальном масштабе, которая достигается перетоками мощностей, которая будет отвечать за координацию с источниками. Для выполнения поставленных задач необходимо создать алгоритм управления режимами зарядки или разрядки аккумуляторных батарей, в соответствии с графиком нагрузок потребителя (когда провал – батареи заряжаются, а в пиковых нагрузках потребители питаются и от генератора, и от батарей).

Кроме того, потребители должны иметь возможность влиять на график нагрузок, выравнивая его.

Контроль напряжения

В настоящее время изучаются две основные схемы контроля напряжения постоянного тока.

В первом методе контролируются параметры между преобразова­телем у генерации и преобразователями непосредственно у нагрузки. Выходная мощность со знаком плюс или минус вычисляется для каждого из преобразователей. Информация об общей выходной мощности подается на преобразователи. Один из преобразователей, главный, отвечает за управление напряжением шины постоянного тока. Контроль общей выходной мощности позволяет контролировать напряжение шины постоянного тока с высокой пропускной способностью. Контроллер напряжения шины постоянного тока, однако, по-прежнему требуется во время переходных процессов и для компенсации потерь в сети постоянного тока. Из-за резистивного падения напряжения используется пропорциональный интегральный контроллер, чтобы избежать ошибки на шине постоянного тока.

Другой метод представляет из себя контроль за потерями напряжения. Управление падением напряжения не требует никакой связи между преобразователями. Вместо этого напряжение на шине постоянного тока измеряется на клеммах преобразователя источника. Все преобразователи источника способствуют балансу общей мощности, потребляемой нагрузками и потерями системы питания постоянного тока. В общем виде при таком подходе напряжение на шине постоянного тока линейно уменьшается по мере увеличения выходной мощности преобразователей, для обеспечения стабильной работы. Это, конечно, дает постоянную ошибку в определении напряжения шины постоян­ного тока. Поэтому необходимо учитывать процесс восстановления, чтобы уменьшить погрешность в определении напряжения шины постоянного тока.

Спецификация управления напряжением

Как известно, традиционное регулирование напряжения в пассивно управляемых распределительных сетях низкого напряжения было выполнено с помощью переключений отпаек трансформатора тока на распределительных подстанциях СН/НН. Однако в условиях автономной работы, генерация и потребление электроэнергии постоянного тока требуют более интеллектуальных методов. В такой системе ответствен­ность за управление напряжением лежит на основной системе управления преобразователем и системой управления батареями, а также в качестве вторичного уровня контроля инверторами у потребителей. Системы управления напряжением шины постоянного тока, а также механизмы распределения нагрузки, являются отдельной и очень важной частью исследовательской работы, поскольку необходимо разработать конкретные алгоритмы управления, подходящие для новой системы распределения постоянного тока низкого напряжения. В представленной системе линейный преобразователь контролирует напряжения после преобразования, а также определение состояния заряда аккумулятора. Это позволяет уменьшить количество электронных устройств в сети, однако он нуждается в интеллектуальном и сложном алгоритме управления (рис. 1). [2]

Рисунок 1. Принципиальная схема изолированной распределительной сети

Применение биполярной топологии в представленной сети создает важную проблему в работе системы. Это дисбаланс напряжения между нейтральной точкой и полюсами. Поэтому чрезмерный дисбаланс напряжения должен быть скомпенсирован главным образом за счет управлением батареями и нагрузками. В будущем сценарии для решения этой проблемы должны быть приняты во внимание элементы сети с распределенной генерацией.

В общем, с точки зрения управления все сетью низкого напряжения постоянного тока важно, чтобы выбранный метод компенсации чрезмер­ного дисбаланса напряжения был совместим с другими выбранными техническими решениями по управлению сетью. Это, например, принципы и настройки защиты, уровень напряжения и управление гармониками напряжения.

Контролируемые нагрузки у потребителя могут применяться для контроля баланса мощности. Это может быть реализовано с помощью реле напряжения, которое контролирует уровень напряжения на стороне постоянного тока преобразователя потребителя и управляет состояниями переключения нагрузок. Когда уровень разряда батареи достигает определенного значения, некоторые нагрузки автоматически отключаются, чтобы снизить потребление электроэнергии и поддержать системное напряжение на соответствующем уровне. Отключения нагрузки определяется потребителем заранее. В аварийных режимах, когда батареи путы, а генерации электроэнергии невозможна, произойдет полное отключение потребителя. Должно быть реализовано автоматическое восстановление источника питания [3].

Совместное использование нагрузки

Существуют также два подхода для совместного использования нагрузки. Один из методов называется метод «проседания», а другой - концепцией «ведущий / ведомый».

Для метода проседания принимается конечное усиление контура для регулятора напряжения постоянного тока. Характеристика отклоне­ния получается из наклона передаточной функции мощность-напряжение при желаемом напряжении шины постоянного тока. Поскольку эта функция имеет отрицательный наклон, то можно получить распределение нагрузки. Качество распределения нагрузки определяется отрицательным наклоном характеристики падения, то есть при крутом наклоне распре­деление нагрузки хорошее, но регулирование напряжения плохое. С другой стороны, для маленького угла наклона распределение нагрузки плохое, но регулирование напряжения хорошее. Таким образом, для концепции «проседания «необходимо» предусмотреть компромисс между регулированием напряжения и распределением нагрузки.

В концепции «ведущий / ведомый» только один из преобразо­вателей источника управляет напряжением шины постоянного тока. Другие преобразователи источника управляются по току. Это приводит к жесткому регулированию напряжения шины постоянного тока и полностью управляемому распределению нагрузки. Поскольку исследо­вательская работа [4], в ситуации, когда несколько преобразователей подключены к шине распределительной сети постоянного тока, распределение нагрузки между источниками не контролируется. Вместо этого распределение нагрузки полностью определяется полным сопротивлением, подключенным к шине распределительной сети.

Выводы

Как видно из анализа технических параметров для контроля сети постоянного тока, алгоритмы управления на постоянном требуют высокого быстродействия и полноты информации. Что вносит дополни­тельные сложность управления такой сетью.

Важно выбрать алгоритм управления, который был бы удобен в комплексе по ряду параметров.

Список литературы:

1. Фонов В.П. Лещинская Т.Б. Оценка эффективность применения постоянного тока в распределительных сетях 0,4, 10, 35 кВ. Мониторинг. Наука и технологии. Вып. 4, 2017. ISSN 2076-7358
2. Salonen P., Kaipia T., Nuutinen P., Peltoniemi P., Partanen J. A Study of LVDC Distribution System Grounding. NORDAC 2008 conference, Bergen, 2008.
3. Hannu Laaksonent, Technical Solutions for Low-Voltage Microgrid Concept, University of Vaasa, Faculty of Technology, 2011.
4. Jiang Daozhuo, Zheng Huan. Research Status and Developing Prospect of DC Distribution Network [J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36-82: 98-104.