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:
|
Наименование параметра |
Единица измерения |
Значение |
Предельное отклонение, % |
|
Номинальное значение напряжения постоянного тока |
В |
690 |
±15 |
|
Номинальное значение переменного тока |
А |
40 |
±10 |
|
Номинальное значение линейного переменного напряжения |
В |
400 |
±20 |
|
Коэффициент небаланса выходного напряжения при симметричной нагрузке, не более |
% |
5 |
- |
|
Частота коммутации, не менее |
кГц |
100 |
- |
|
Номинальная частота выходного переменного тока |
Гц |
50 |
±2 |
|
|
|||
Экспериментальный образец на основе IGBT-сборки:
|
Наименование параметра |
Единица измерения |
Значение |
Предельное отклонение, % |
|
Номинальное значение напряжения постоянного тока |
В |
690 |
±10 |
|
Номинальное значение линейного переменного напряжения |
В |
380 |
±15 |
|
Номинальное значение переменного тока |
А |
15 |
±10 |
|
Частота коммутации, не менее |
кГц |
10 |
- |
|
|
|||
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.