Современные системы гарантированного электроснабжения.
Создание микросетей высокой надёжности электроснабжения на базе оборудования и решений DEIF.
В сложившихся условиях нестабильности в поставке электроэнергии к потребителям, особенно имеющим статус критически важных, вопрос такой поставки выходит за рамки простых и классических схем с установкой обычного резервного генератора. Современные условия диктуют новые правила в построении интеллектуальных микросетей (Microgrids), способных гибко комбинировать Глобальные электросети операторов энергоснабжения, источники аварийного электроснабжения (ДГ или КГУ), возобновляемые источники энергии (ВИЭ) и системы накопления (ESS).
Актуальность и гибридизация систем питания
Для критически важных объектов — медицинских учреждений, промышленных производств требующих непрерывный цикл работы (производства газодобывающей, сталелитейной горно-обогатительной промышленности, производств переработки и перегрузки, отрасли атомной энергетики) — даже кратковременное прерывание питания ведет к колоссальным убыткам в лучшем случае, а иногда и авариям техногенного уровня. Современное решение этой проблемы заключается в «миксовании» различных источников электроэнергии:
1. Централизованная сеть:
Основной источник (глобальные электросети операторов энергоснабжения), на данный момент не является гарантированным поставщиком электроэнергии и зачастую имеет лимиты по выделенной максимальной мощности.
2. Фотоэлектрические системы (PV):
Сетевые или гибридные инверторы, преобразующие солнечную энергию. Такие системы являются сезонными и суточно зависимыми.
3. BESS (Battery Energy Storage System):
Высоковольтные аккумуляторные батареи, обеспечивающие мгновенный отклик на изменение нагрузки. Это буферные источники, позволяющие сглаживать пики потребления или сброса.
4. Когенерационные установки (КГУ):
Высокоэффективные системы для комбинированного производства электрической и тепловой энергии. Данное направление является ключевым для обеспечения энергонезависимости предприятий, позволяя закрывать собственные потребности в энергоресурсах с суммарным КПД до 90%, а также реализовывать излишки электроэнергии в сеть, способствуя устойчивости объединенной энергосистемы.
5. Дизельные или газовые генераторные установки (ДГУ/ГПУ):
Традиционный, но модернизированный источник гарантированного питания способный работать как в качестве кратковременного (аварийного) источника электроэнергии, так и системы с продолжительным режимом работы.
Главным фактором всех вышеперечисленных отдельно систем является не просто наличие этих компонентов по отдельности, а их совместная, комбинированная и самое главное бесшовное сочетание между собой.
Технологические преимущества: Параллельная работа
Главной инновацией в современных схемах является возможность работы любой из вышеперечисленных систем (PV, BESS, КГУ и ДГУ) в параллель с основной сетью и между собой. Это открывает доступ к следующим критическим функциям:
- Бесшовность перехода (Seamless Transfer): при выходе параметров сети за допустимые пределы или при плановом переходе потребления частично или полностью («островной» режим) на оптимальный в текущих условиях локальный источник электроснабжения, система управления корректирует параметры различных источников так, что потребитель не фиксирует момента переключения. Это исключает остановку непрерывных технологических процессов по причине перебоев в электроснабжении, нивелирует дискомфорт при переключении источников для менее требовательным потребителей
- Компенсации пиков потребления (Peak Shaving): система мониторит потребление из основной сети в реальном времени. При приближении к лимиту заявленной мощности (что чревато штрафами или отключением), интеллектуальные контроллеры отдают команду на запуск ДГУ или разряд АКБ. Внешнее потребление «замораживается» на допустимом уровне, а разница покрывается внутренними ресурсами.
- Экспорт излишков локальной генерации (Mains Power Export): система позволяет отдавать избыточную генерацию локальных источников в глобальную энергосистему в соответствии с заданными алгоритмами и правилами. Используется для продажи электроэнергии или балансирования системы электроснабжения высшего уровня.
Аппаратная реализация на базе управляющих контроллеров фирмы DEIF и оборудования силового распределения и защиты от Schneider Electric.
Для реализации таких сложных алгоритмов требуется оборудование, обладающее высокой скоростью обработки сигналов и протоколами взаимной интеграции.
Schneider Electric традиционно выступает как поставщик силовой части. Широкая линейка коммутационное оборудование низкого и среднего напряжения обеспечивает надежную физическую коммутацию и защиту различных сетей, которые обеспечивают физическую коммутацию и защиту
«Мозгом» системы синхронизации и распределения нагрузки выступают контроллеры компании DEIF. В рассматриваемом комплексе применяются следующие специализированные блоки:
1. AGC-4 Mk II (Advanced Genset Controller):
Флагманский контроллер для управления дизельными или газовыми генераторными установками (ДГУ/ГПУ). Он поддерживает до 32 генераторов в параллели и синхронизацию до 56 выключателей в одной системе. Контроллер обеспечивает автоматический пуск/останов в зависимости от нагрузки, управление частотой и напряжением, а также полную совместимость с контроллерами серии ASC-4.
2. ASC-4 (Advanced Sustainable Controller Series):
Линейка специализированных контроллеров для интеграции возобновляемых
2.1. ASC-4 Solar:Обеспечивает связь между солнечными инверторами и системой управления питанием (PMS). Он автоматически максимизирует солнечную генерацию, одновременно контролируя соблюдение ограничений по минимальной нагрузке ДГУ для предотвращения обратной мощности.
2.2. ASC-4 Battery: Управляет процессами заряда и разряда аккумуляторных систем (BESS) на основе состояния заряда (SoC) или по расписанию. Поддерживает режимы формирования сети (grid-forming) и работу в качестве виртуального синхронного генератора (droop mode).
3. AGC-4 Mains: Контроллер управления точкой общего присоединения к сети (Mains controller). Он отвечает за мониторинг параметров внешней сети и реализацию логики Peak Shaving (срезание пиков потребления). Система использует ДГУ или разряд АКБ, чтобы удерживать потребление из сети на заданном уровне, предотвращая превышение лимитов мощности.
Энергоэффективность и комплексный подход
Энергоэффективность гибридных систем (Microgrids) оценивается не только по экономии топлива, но и по оптимизации ресурса оборудования.
- Экономия ресурса ДГУ: Благодаря системам с АКБ, генераторы не работают на малых нагрузках (где их КПД минимален), а подключаются только в оптимальном диапазоне мощности.
- Снижение выбросов углерода: Максимальное использование возобновляемых источников электроэнергии при поддержке накопителей.
- Снижение операционных затрат: Исключение штрафов за превышение лимитов потребления и снижение затрат на закупку электроэнергии в пиковые часы (при использовании тарифов по времени суток).