Аннотация
В настоящее время в электроэнергетике начинают активно применяться технологии интеллектуальных электрических сетей Smart Grid, основанные на управлении потоками электроэнергии, использовании установок распределенной генерации и полупроводниковых преобразовательных устройств, предназначенных для повышения качества электроэнергии и надежности работы электротехнических комплексов. Одна из технологий Smart Grid состоит в создании энергетических роутеров, способных активно влиять на параметры электроэнергии и режимы ее потребления. Они включают в себя специальные трансформаторы и управляемые преобразователи и предназначены для управления энергопотреблением, подключения установок распределенной генерации, обеспечения двухсторонних перетоков энергии. Представлены результаты компьютерного и экспериментального исследования энергетических роутеров с высокочастотными трансформаторами, предназначенными для интеллектуальных систем электроснабжения. Рассмотрены вопросы повышения качества электроэнергии в сетях нетяговых потребителей железных дорог путем использования энергетических роутеров. Получены результаты, подтверждающие возможность применения энергетических роутеров для электроснабжения объектов железнодорожного транспорта с повышенными требованиями к качеству электроэнергии. На основе компьютерных исследований показано, что использование интеллектуальных элементов в системах электроснабжения нетяговых потребителей позволяет решать задачи по повышению качества и надежности энергообеспечения объектов железнодорожного транспорта. Использование энергетических роутеров для электроснабжения ответственных потребителей дает возможность полностью снять проблемы с качеством электроэнергии. Разработанная модель энергетического роутера может применяться для анализа режимов систем электроснабжения, оснащенных этими устройствами. Результаты экспериментальных исследований работы высокочастотного трансформатора подтвердили его соответствие расчётным параметрам. Эффект применения таких трансформаторов в электротехнических комплексах потребителей приводит к значительному снижению массогабаритных показателей. Измерения показали, что высокочастотный трансформатор полностью соответствует расчетным данным: импульсы напряжений имеют четко выраженный прямоугольный характер, сигнал передается через магнитопровод без искажений по форме и углу фазового сдвига, частота составила 12,07 кГц.
Ключевые слова
Электротехнические комплексы систем электроснабжения железных дорог, энергетический роутер, высокочастотный трансформатор, моделирование, качество электроэнергии.
1. Smart grid technologies / J. Wang, A.Q. Huang, W. Sung, Y. Liu, B.J. Baliga // IEEE Industrial Electronics Magazine. 2009. Vol. 3. No. 2. Pp. 16-23. doi: 10.1109/MIE.2009.932583.
2. Buchholz B.M., Styczynski Z.A.. Smart Grids – Fundamentals and Technologies in Electricity Networks. Springer: Verlag Berlin Heidelberg, 2014. 396 p. doi: 10.1002/ente.201402181.
3. Energy router: Architectures and functionalities toward Energy Internet / Y. Xu, J. Zhang, W. Wang, A. Juneja, S. Bhattacharya // IEEE International Conference on Smart Grid Communications (SmartGridComm). IEEE, 2011. Pp. 31-36. doi: 10.1109/SmartGridComm.2011.6102340.
4. The future renewable electric energy delivery and management (FREEDM) system: The energy internet / A.Q. Huang, M.L Crow., G.T. Heydt, J.P. Zheng, S.J. Dale // Proceedings of the IEEE. 2010. Vol. 99. Iss. 1. Pp. 133-148. doi: 10.1109/JPROC.2010.2081330.
5. Review of modular power converters solutions for smart transformer in distribution system / R.P. Alzola, G.V. Gohil, L. Mathe, M. Liserre, F. Blaabjerg // Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). IEEE, 2013. Pp. 380-387. doi: 10.1109/ECCE.2013.6646726.
6. Mao X., Falcones S., Ayyanar R. Energy-based control design for a solid state transformer // Power and Energy Society General Meeting. IEEE, 2010. doi: 10.1109/PES.2010.5590097.
7. Bansode S.G., Joshi P.M. Solid state transformers: new approach and new opportunity // Proceedings of 11th IRF International Conference. India: Pune, 2014. Pp. 15-21. https://www.digitalxplore.org/up_proc/pdf/84-140299091015-21.pdf.
8. Bulatov Y.N., Kryukov A.V., Arsentiev G.O. Use of power routers and renewable energy resources in smart power supply systems // International Ural Conference on Green Energy (UralCon). IEEE, 2018. Pp. 143-148. doi: 10.1109/URALCON.2018.8544289.
9. Bulatov Y.N., Kryukov A.V., Arsentiev G.O. Intelligent electrical networks based on controlled energy routers // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2018. doi:10.1109/ICIEAM.2018.8728738.
10. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Арсентьев Г.О. Распределенная генерация и энергетические роутеры в системах электроснабжения железных дорог. Москва; Берлин: Директ-Медиа, 2020. 172 с.
11. Кирюхин Ю.А., Степанов В.С., Аршинов С.А. Проектирование силовых высокочастотных трансформаторов. Москва; Вологда: Инфра-инженерия, 2019. 152 с.