Интеллектуальные преобразователи электроэнергии

В рамках инициативной НИОКР были разработаны экспериментальные образцы интеллектуальных двунаправленных преобразователей, предназначенных для преобразования для преобразования постоянного тока в переменный и обратно в распределенных микроэнергосистемах.

Устройства обеспечивают возможность комбинированного потребления электроэнергии от центральной сети электроснабжения и генераторов электроэнергии из возобновляемых источников и передачи накопленной энергии между потребителями и накопителями для снижения нагрузки (прежде всего пиковой) на центральную электросеть.

Для испытания экспериментальных образцов разработан и изготовлен испытательный стенд для силовых преобразователей электроэнергии распределённых микроэнергосистем.

Аппаратное обеспечение:

Экспериментальные образцы функционально состоят из управляющего контроллера и усилителя мощности с трехфазным мостовым инвертором.

Управляющие контроллеры (далее - УК) реализуют контуры регулирования тока и напряжения на основе соответствующих сигналов обратной связи с выдачей ШИМ-сигналов управления ключами, а также сигналов текущего состояния.

На УК выполняется мониторинг сигналов аварии ключей, которые вызываются по причине нештатной ситуации с силовыми ключами и управляющей схемой.

Обмен информацией между УК и контроллеров верхнего уровня осуществляется по CAN-интерфейсу с использованием протокола CANopen.

Установлены датчики тока и напряжения фаз и звена постоянного тока, что позволяет обеспечивать работу преобразователя как к режиме инвертора, так и в режиме активного выпрямителя напряжения. Для повышения помехозащищенности каналов передачи измеренных значений датчики фазных токов и напряжений базируются на сигма-дельта преобразователях, преобразующих входное напряжение в сигма-дельта последовательность.

Для коммутации SIC-транзисторов были разработаны платы драйвера управления затвором, конструктивно устанавливаемые на модуль транзистора.

Технические характеристики:

Экспериментальный образец на основе SIC-транзисторов:

 

 

Экспериментальный образец на основе IGBT-сборки:

 

Испытательный стенд для силовых преобразователей электроэнергии распределенных микроэнергосистем с альтернативными источниками энергии:

Разработанный и изготовленный испытательный стенд позволяет:

• устанавливать и проводить испытания новых образцов преобразовательной техники мощностью до 15 кВт с информационным обменом по сети CAN;

• исследовать работу силовых преобразователей и микроэнергосистемы в целом при различных типах электрического питания (от сетевого напряжения, от сетевого напряжения совместно с накопителями энергии и альтернативными источниками энергии) за счет наличия гибридного инвертора;

• исследовать работу силовых преобразователей и микроэнергосистемы в целом при подключении различных типов нагрузок переменного и постоянного тока мощностью на общую шину постоянного тока;

• исследовать эффективность работы ветроэнергетических и фотоэлектрических установок в рамках распределенной энергосистемы;

• разрабатывать и исследовать алгоритмы для мультиагентных систем управления энергетическими системами за счет наличия HiL-симулятора.

Функциональный состав испытательного стенда:

• блок накопителей электрической энергии с контроллеров заряда;

• информационные шины обмена данными;

• распределительные шины переменного тока;

• измерительные модули;

• гибридный инвертор для заряда блока накопителей энергии от альтернативных источников электрической энергии и для обеспечения электрического питания стенда (имитации сетевого напряжения) при автономной работе;

• дополнительные силовые преобразователи (первичный сетевой инвертор и управляемый сетевой инвертор) для формирования распределительной шины постоянного тока;

• универсальное установочное место испытуемых силовых преобразователей для обеспечения возможности установки новых силовых преобразователей в стенд;

• программно-аппаратный комплекс, состоящий из маршрутизатора и микрокомпьютеров, для имитационного моделирования взаимодействия стенда с другими энергосистемами;

• внешние разъемы для подключения исследуемых нагрузочных и генераторных устройств по шине постоянного тока с напряжением 500 – 800 В.