Современная генерация требует иных подходов к управлению, чем это было еще несколько лет назад. Поэтому наряду с другими прорывными решениями «Россети» первой в России решила создать контроллер для низковольтных систем.    

Процессы энергоперехода активизируются во всём мире. С одной стороны, начинают работать мультиресурсные системы генерации, использующие как возобновляемые источники энергии, так и традиционные. С другой стороны, энергосистемы становятся всё более дифференцированными по масштабам использования и мощности вырабатываемой энергии.

Микрогенерация становится самостоятельным элементом энергетической отрасли, живущим по собственным правилам. Внутри таких систем появляются новые активные игроки – просьюмеры, которые одновременно могут выступать потребителями и производителями энергии. Самый простой пример таких игроков – владельцы солнечных панелей в загородных домах, которые производят энергию для собственных нужд и, в случае появления её излишков, готовы поставлять их в общую сеть.

Неизбежный контроллер

Контролировать и обеспечивать надежность работы таких многоуровневых систем становится все сложнее. Поэтому многие энергетические компании начинают инвестировать в разработку и внедрение специальных систем – контроллеров, которые объединяют в одно целое объекты микрогенерации, накопители электроэнергии, просьюмеров и простых потребителей.

Без подобных контроллеров современная микрогенерация существовать не может — считает лауреат премии «Глобальная энергия» 2020 года, директор и профессор греческого Национального Технического Университета Афин Николаос Хатциаргириу:

«Основным генераторам распределённой возобновляемой энергии, а именно солнечным панелям и ветровым установкам, необходимы силовые электронные преобразователи для соединения с электросетью. Для тех же целей контроллеры требуются и аккумуляторам. Только очень старые ветровые установки, которые уже не используются, подключались к сети напрямую, что вызывало целый ряд проблем. Таким образом, теоретически некоторые из технологий возобновляемой энергетики старого образца (ветровые установки с непосредственно соединёнными асинхронными двигателями) могут существовать и без них, но на практике большинство из них, например, солнечные панели и аккумуляторы, без них работать не будут».

Профессор Хатциаргириу отмечает, что центральные автоматизированные контроллеры, оптимизирующие работу электросетей, уже производятся многими компаниями (Siemens, ABB, SEL), работающими в основном со средне- и высоковольтными сетями.

«Конкуренция в этой сфере, безусловно, высока. Однако я не уверен, что подобные технологии массово применялись в низковольтных сетях. В Европе, США и Китае предпринимаются попытки по созданию подобных систем, даже были сконструированы несколько опытных образцов» — говорит Хатциаргириу. То есть Россия и «Россети» — в тренде?

Первый отечественный

Для разработки такого российского контроллера уже создан специальный консорциум, в который вошли R&D-Центр «Россетей», Фонд «НИР» и Сколтех. В роли заказчика выступает белгородский филиал «Россети Центр». Работы планируется завершить до конца 2021 года.

Система будет объединять объекты микрогенерации, включая солнечные и ветроустановки мощностью до 15 кВт, накопители энергии, электротранспорт с поддержкой технологии V2G («машина для сети») и просьюмеров, то есть активных потребителей и производителей энергии в одном лице. Проект может быть, рассчитан как на удаленные регионы, так и на любого владельца загородного дома, у которого стоят солнечные панели или ветряная турбина. Он позволит хозяевам мини-установок ВИЭ направлять поставлять в общую сеть излишки электроэнергии.

Отличительной особенностью большинства активных электротехнических устройств является наличие в их составе силового преобразователя (инвертора), который управляется микропроцессором. Такое оборудование, с одной стороны, позволяет обеспечивать поставку нужного качества электроэнергии. С другой стороны, в силу импульсной природы инверторов, их наличие делает активные электротехнические устройства источниками возмущений и неустойчивостей в сети. Каждый инвертор представляет собой отдельный центр принятия решений без анализа общей картины работы сети.

Создаваемый контроллер будет служить одновременно для управления автоматикой участка сети 0,4 кВ и силовыми инверторами. Он будет представлять из себя цепочку модулей: подстанционное оборудование, связанное с устройствами телемеханики и учета, а также измерительное оборудование на воздушных линиях электропередачи и на стороне потребителя. Вначале будет разработана компьютерная модель, которая позволит определить основные принципы и методы управления участком сети низкого напряжения с помощью электросетевого контроллера. Затем будет создан программный комплекс с пакетом рабочей документации, включающей технические требования к опытно-промышленному образцу оборудования. Если проект будет успешным, в дальнейшем его адаптируют для сетей до 35 кВ

Развитие на перспективу 

В российском научном сообществе говорят, что разработка полностью отвечает современным вызовам развития энергосистем и её ждёт большое будущее.

«Очевидно, что развитие микрогенерации на базе возобновляемых источников энергии требует современных, и несколько иных, чем традиционные, систем управления. В том числе это связано и с применение накопителей электрической энергии. Возникают новые, совершенно иные задачи при развитии таких систем», — считает заведующий кафедрой электроснабжения и электротехники Иркутского национального исследовательского технического университета Константин Суслов.

«Общемировая практика – это интеллектуализация электроэнергетики. Если говорить о мировом опыте, что в том или ином виде различные для управления подобными системами за рубежом используются контроллеры, т.к. энергосистемы, даже с небольшой долей источников генерации на базе ВИЭ, виду их стохастичности работы, нуждаются в них», — заключает Суслов.
Риски больших излишков 

Вместе с тем, применение подобных систем сопряжено с рядом рисков, — предупреждает лауреат премии «Глобальная энергия», директор лаборатории фотоники и интерфейсов Федеральной политехнической школы Лозанны, профессор Михаэль Гретцель.

«В широком смысле, проект ориентирован на любого владельца загородного дома, у которого установлены фотогальванические панели. В будущем система сможет передавать всю неиспользованную электроэнергию в общую сеть, пока хозяева находятся в отпуске. Несмотря на то, что это звучит как интересный подход, он не решает фундаментальной проблемы нестабильности сети из-за больших временных колебаний мощности, потребляемой возобновляемыми источниками, такими как солнце и ветер», — сказал он.

«Например, в Германии во время летнего сезона солнечная энергия обеспечивает до 10 % дополнительной электроэнергии в сеть, с чем и так очень сложно справиться. Иногда немецкая электроэнергетическая компания вынуждена продавать дополнительную электроэнергию в убыток соседним странам, таким как Швейцария. Единственное решение этой проблемы заключается в том, чтобы отдельные дома использовали солнечную энергию напрямую — это можно было бы сделать без преобразования DC-AC — и хранить излишки, например, в батарее. Неудивительно, что индивидуальные дома, которые выбирают это решение, получают в Германии гораздо больше субсидий, чем те, которые подключают свои панели к сети», — подчеркнул профессор Гретцель.

«Глобальная энергия» будет следить за этой работой.