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
