Перспективы децентрализованных систем электроснабжения постоянного тока с распределённой солнечной генерацией

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью расширения вариантов автономных систем электроснабжения, в частности, фотоэлектрических, в рамках постановления правительства, связанного с ратификацией Россией Парижского соглашения по климату от 23.09.19. Системы электроснабжения постоянного тока с участием возобновляемых энергоисточников для децентрализованных потребителей могут стать предпочтительной альтернативой переменному току при условии соответствия большинству обязательств Парижского соглашения по климату, а также требованиям повышения энергетической безопасности. Цель: повышение качества электрической энергии в распределительных сетях 0,4 кВ, декарбонизация окружающей среды от углеводородных энергоносителей, повышение энергетической безопасности автономной системы электроснабжения путем увеличения вклада в энергетический баланс возобновляемого энергоресурса, а также снижение стоимости вырабатываемой электрической энергии путем перехода с переменного на постоянный ток. Методы. Ввиду сложности натурного исследования электроэнергетических систем с генерацией различной физической природы в качестве инструментов исследования были определенны: математическое моделирование с последующей компьютерной реализацией в программных комплексах высокого уровня. Наиболее полно условиям моделирования отвечает MatLab, в частности, его приложение блочного моделирования Simulink и библиотека блоков SimPowerSystems. Результаты. Разработан программный инструмент, позволяющий осуществлять имитационное моделирование режимов работы фото-дизельных систем электроснабжения, включая генерацию с учетом текущего электропотребления и инсоляции с целью определения рациональных технико-экономических параметров гибридных генерирующих систем; выявлены критерии целесообразности и эффективности построения фото-дизельных электрических систем на постоянном токе для электроснабжения удаленных потребителей.

The relevance of the research is caused by the need to extend options for stand-alone power supply systems. Photovoltaic is a part of a government decree related to the ratification by Russia of the Paris climate agreement of 23.09.19. DC power supply systems with the integration of renewable energy sources for decentralized consumers can be the preferred alternative to AC. By using this, that most of the Paris Climate Agreement obligations would be met, as well as requirements for improving energy safety. The main aim of the research is improving the quality of electric energy in 0,4 kV distribution networks, decarbonizing the environment from hydrocarbon pollutions, increasing the energy security of a stand-alone power supply system by increasing the contribution to the energy balance of renewable energy resources, as well as reducing the cost of generated electric energy, in the frame of transition from AC to DC. Methodology. Due to the complexity of the full-scale study of electric power systems with the generation of various physical nature, the following research tools were identified: mathematical modelling with subsequent computer implementation in high-level software systems. Among the extensive range of software tools, MatLab meets the most complete simulation conditions, in particular, its Simulink modelling application with support for transient tracking - the SimPowerSystems library. Results. The authors have developed the software tool that allows simulating the operating modes of photo-diesel power supply systems, including generation with current power consumption and insolation in order to determine the rational technical and economic parameters of hybrid generating systems; identified the criteria for the feasibility and effectiveness of designing photo-diesel systems with DC for power supply to rural settlements; proposed new technological solutions to improve energy safety and technical and economic indicators of stand-alone power supply systems and the options of using smart algorithms with adaptive properties that provide improved technical and economic characteristics of the electric power system.