Интеллектуальные сети электроснабжения (Smart Grid) 

Проблемы и решения

• Работа возобновляемых источников энергии (ветер и солнце) обусловлена скорее погодными и климатическими условиями нежели потребностями пользователей, что делает управление и распределение электроэнергии еще более сложным. Как следствие, затрагивается стабильность сетей в части напряжения и частоты.
• Проблемы возникают и у тепловых электростанций, которые должны работать с максимальной полной нагрузкой. Тем не менее, учитывая изменения спроса и выработки электроэнергии от солнца и ветра, станции должны регулировать производство энергии довольно часто. Это приводит к потерям производительности и износу.
• Аккумулирование электроэнергии может решить обе проблемы.
• Среди различных доступных технологий для хранения электроэнергии, аккумуляторная (гальваническая) батарея получила наибольшее распространение.
• Однако аккумулятор – это источник постоянного тока, поэтому для его подсоединения к сети необходим преобразователь. 
• Ansaldo Sistemi Industriali производит силовое оборудование и соответствующие системы управления, необходимые для регулирования аккумуляторов электроэнергии и гарантии соответствия параметров с национальной сетью.

Аккумуляторы электроэнергии – часть проекта ASI под названием Zeus

Проект ZEUS Zero Emissions Urban Solutions
Экологически чистые решения для городских систем

ZEUS: Локальные интеллектуальные сети

Локальные интеллектуальные сети (Micro Smart Grid) представляют собой электросистему связанных генераторов и нагрузок. Интеллектуальная электрическая сеть может представлять собой небольшую сеть,обслуживающую определенную территорию и не подсоединенную к другим сетям(напр. остров).
Локальная сеть контролируется интеллектуальной инфраструктурой (напр. Система управления электроэнергией), которая управляет энергопотоками.

Power Management System (PMS) или Система управления электроэнергией регулирует в режиме реального времени выработку и потребление электроэнергии.

Интеллектуальная электрическая сеть (Smart Grid)  подразделяется на кластеры, как правило, по территориальному принципу Каждый кластер может работать в автономном режиме, если внешняя сеть не работает.

Локальные интеллектуальные сети

 

Распределенное производство энергии Управление нагрузкой Интерфейс с внешней сетью. Хранение энергии. Система управления энергией (управление & контроль).

 Решения для хранения электроэнергии

Главные характеристики аккумулятора

Система хранения электроэнергии может брать энергию из сети, когда наблюдается избыток её выработки, и наоборот, выдавать электроэнергию соразмерно
 потребностям, в случае если наблюдается дефицит. Временная граница зарядки /разрядки может занимать секунды, минуты или часы. Поэтому система может работать по-разному:
 

• Снятие пиков нагрузки / временная манипуляция: система может хранить энергию, когда нагрузка сети мала, и выдавать электроэнергию во время пиков нагрузки. Стандартное применение: солнечная энергетика, ветровые станции для увеличения производительности.
• Балансирование: компенсация произвольного производства энергии от солнца/ветра ежесекундно/ежеминутно. Качество электроэнергии: система может осуществлять контроль над реактивной мощностью, независимо от активной мощности. Благодаря этому увеличивается линейный коэффициент мощности либо уменьшаются нежелательные гармоники в сети.
• Регулирование напряжения: устройство регулирования реактивной мощности может применяться оператором сети для обеспечения стабильности линейного напряжения.
• Регулирование частоты, первичный и вторичный резервы: специально выделенная функция управления соединяет активную мощность с линейной частотой автоматически. Оператор сети может использовать данную функцию для обеспечения работы оборудования в режиме «резерва» для регулирования частоты.
• Холодный пуск: система может также обеспечивать аварийный запуск из полностью обесточенного состояния. Аккумулятор через инвертор питает сеть после перебоя электроснабжения и позволяет, тем самым, сети работать в нормальном режиме.
• Первичный «резерв» для традиционных электростанций: оборудование работает параллельно с главным теплогенератором, обеспечивая их полную загрузку, поскольку необходимый «резерв» может быть предоставлен аккумулятором в течение одной минуты.

Решения для аккумулятора

Аккумулятор соединен с сетью посредством инвертора с активным фильтром; данное решение используется в солнечных и ветряных электростанциях. Зарядка / разрядка группы аккумуляторов контролируется DC/DC преобразователем.

Система базируется на решении PMS, собственность Ansaldo Sistemi Industriali:

DC/DC преобразователь

Зарядка / разрядка группы аккумуляторов контролируется отдельными DC/DC преобразователями, каждый из которых работает с группой аккумуляторов в
соответствии со схемой (В/ I) напряжения – тока, предоставленного производителем аккумуляторов. У каждой группы аккумуляторов есть BMS (система управления
аккумулятором). BMS соединена с системой Scada Artics Smat Energy компании . Стандартные кривые аккумулятора приведены ниже:

 

 Система может взаимодействовать с различными типами аккумуляторов: литий-ионные, натриевые и прочие. Использование отдельного dc/dc контроллера для каждой группы аккумуляторов позволяет лучше управлять системой в оперативном режиме и достичь более высокой эффективности.
 Каждая группа аккумуляторов может быть заряжена и разряжена с помощью отдельной логики управления с целью оптимизировать работу аккумулятора. Разница в работе среди различных видов аккумуляторов из-за неизбежных отклонений может быть компенсирована. Каждый dc/dc преобразователь связан с внутренней шиной постоянного тока преобразователя с активным фильтром.  Стандартная внутренняя DC схема работает в диапазоне напряжения 0,6 -1 кВ, в зависимости от размеров и мощности системы хранения. Решение Ansaldo Sistemi Industriali предусматривает резервирование в группе аккумуляторов (напр. Каждая группа будет работать независимо от работы других групп аккумуляторов).

Инвертор с активным фильтром

	Интерфейс с сетью обеспечивается за счет связи инвертора с активным фильтром с отдельной системой управления, что позволяет отдельно регулировать активную и реактивную мощность. Специальный линейный фильтр чистит высокочастотные гармоники, не пропуская их в сеть.
	Напряжение фильтруется инвертором для удаления гармоник. Полный коэффициент гармонических искажений – в рамках допустимых значений (напр., не более 2%).

 Контроль активной и реактивной мощности

Инвертор обеспечивает отдельный контроль активной и реактивной мощности.

Инвертор на графике: границы обозначены окружностью, чей радиус = Sa (располагаемая мощность).

Отдельные функции для контроля активной и реактивной
мощности
 

A): Данная функция привязывает активную мощность к частоте сети B): Коэффициент мощности как функция активной мощности. C): Реактивная мощность как функция напряжения сети.

 Способность поддержания непрерывности
электроснабжения при сбоях (пример)

Напряжение на клемме генератора ветряной электростанции, которая должна оставаться подключенной после внешней поломки (в соответствии с нормативом CEI 11-32).

 

 Первичное и вторичное регулирование частоты. Регулирование реактивной мощности для стабилизации напряжения в сети. Автоматическая параллельная работа в слабых сетях, запитанных от небольших дизель-электрических групп.

Инвертор с активным фильтром для слабых сетей

Возможности системы при коротком замыкании для того, чтобы защитные распределительные устройства успели включиться.

МОДУЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР: мощность 20 - 1000 кВт

 

ИНВЕРТОР В КОНТЕЙНЕРЕ: 500-750-1000-1500 кВт станции

 

Решение для хранения электроэнергии

Система аккумулятора в автономном режиме

 

Аккумуляторы в параллельном соединении на одной шине постоянного тока. Солнечная электростанция

КОММУНИКАЦИЯ: инвертор - станция - внешняя сеть

 

 

 

                                                                  

Валогенератор

Валогенератор – это особый синхронный генератор, приводимый в движение валом главной силовой установки; вращается на постоянных оборотах. Связь генератора и сети обеспечивается за счет инвертора с активным фильтром. Система используется во время навигации в режиме экономии топлива.

Сеть судна также питается от дизель-электрического генератора.
Сеть характеризуется малой установленной мощностью и может быть рассмотрена как Локальная Сеть, регулируемая Системой управления электроэнергии (PMS). Валогенератор должен обеспечивать питание сети в автономном или параллельном режиме с другими дизельными группами. Должны быть обеспечены следующие параметры:

Автоматический баланс активной и реактивной мощности. Выдерживание короткого замыкания. Высокое качество э/энергии.

 

Инвертор способен обеспечить первичное регулирование в части частоты и напряжения. Возможно также обеспечить вторичное регулирование с помощью точек, заданных PMS.

 

Важные референции: Судно общего назначения:№2 /5.600 кВА – 690В – 50Гц Паром:№5 / 3.300 кВА– 400В – 50Гц  Газовоз:№2 / 1.400 кВА– 400В – 50Гц           Преобразователь (серия GT3000) для валогенератора 1.400кВА – 400В.

СМЕШАННАЯ ГЕНЕРАЦИЯ: ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОТ И СОЛНЕЧНАЯ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ДЛЯ ОТДАЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

В отдаленных регионах сети могут быть изолированы от главных линий электропередач. Такие сети, как правило, работают в автономном «островном» режиме и питаются от генераторов различного типа, в т.ч. от дизель-электрических. Развитие возобновляемых источников энергии способствует развитию систем, способных работать на традиционных или экологически чистых видах топлива.

Новыми драйверами становятся высокая эффективность и энергосбережение. Пример: проект отдаленной насосной станции, где дизель генераторы работают параллельно с солнечными. Система включает в себя одну станцию для генерации энергии с помощью дизельных установок. Параллельно применяется генерация от солнечных панелей. Солнечная установка вырабатывает электроэнергию и пускает ее в сеть с помощью инвертора с активным фильтром. Такое решения позволяет экономить энергию и сократить выбросы углекислого газа, т.к. в дневные часы приоритет распределения отдается энергии, полученной от возобновляемых источников энергии.

 СМЕШАННАЯ ГЕНЕРАЦИЯ: ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНАЯ И ПРИЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Система включает в себя производство группы дизель-электрических установок наряду с «гидравлической группой» – энергии, полученной от движения приливов. Инвертор соединяет генератор турбины с сетью. Данное решение подходит для прибрежных районов и островов, где морские течения значительны и постоянны.

 

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ (МАЛЫЕ ГЭС)

Турбина приводит в действие генератор с постоянными магнитами с  регулируемой скоростью. Инвертор пускает в сеть произведенную электроэнергию.

 

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И АККУМУЛЯЦИЯ

 

Солнечные установки, мощностной диапазон 1 – 10 МВт ч

ХРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Хранение электроэнергии в диапазоне от нескольких МВт до десятков МВт. Тип батареи: натриево-никелевые И литий-ионные.
Функциональность:

• Первичное и вторичное регулирование частоты
• Реактивная мощность: емкостной / индуктивный режим
• Возможность временного сдвига
• Ограничение пиковой нагрузки 

 

ВЫВОДЫ

ASI может поставить необходимое технологическое оборудование, интегрировать его в систему, осуществлять управление большей частью энергетической цепочки.
Богатый опыт ASI в альтернативной энергетике и в создании устойчивых энергетических решений гарантирует:

• Разработку и внедрение гибких и эффективных технологических решений.
• Быстрый возврат инвестиций.
• Комплексный подход.
• Легкую интеграцию с автоматизацией здания и с беспроводными решениями для мониторинга.

 

Стратегическое развитие и ощутимые результаты в краткосрочной перспективе

Комплекс промышленной автоматизации на базе контролирует распределение электроэнергии в электросетях и позволяет оптимальным образом интегрировать нагрузку и генерирующее оборудование, добиваясь максимальной энергоэффективности и энергосбережения

 Наверх        Назад    В раздел Продукция     На Главную