Актуальность. Актуальной задачей технико-экономического развития северных и восточных регионов России является обеспечение надежного и эффективного электроснабжения потребителей, территориально расположенных в отдаленных, труднодоступных районах. Перспективным способом решения данной проблемы является применение гибридных энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии. Характерной особенностью режимов гибридных систем, особенно с высоким уровнем замещения топлива, является наличие пульсаций в зарядно-разрядных токах аккумуляторных батарей, используемых в качестве накопителей энергии. Эксплуатация аккумуляторных батарей в режиме импульсных токов приводит к быстрой деградации их характеристик и сокращению срока службы, что обуславливает снижение надежности системы электроснабжения и увеличение себестоимости генерируемой электроэнергии. Существенным недостатком гибридных систем, построенных по известным стандартным схемам, является неэффективное использование потенциала первичной возобновляемой энергии, что особенно критично для энергетических систем, территориально расположенных в районах с суровыми климатическими условиями. В статье предложены технические решения, позволяющие устранить обозначенные проблемы. Цель: поиск и разработка технических решений, обеспечивающих повышение надежности и эффективности гибридных энергетических систем с высоким уровнем замещения топлива. Методы: математическое и компьютерное моделирование с использованием программной среды MatLab/Simulink. Результаты. Предложен новый способ построения и алгоритм управления режимами гибридных энергетических систем, обеспечивающих повышение их надежности и энергетической эффективности. Представлены результаты моделирования рабочих режимов гибридной электростанции с высоким уровнем замещения топлива, которые доказывают, что предложенный способ построения и алгоритм управления режимами обеспечивают надежное и эффективное управление балансом мощности гибридной энергетической системы во всех возможных эксплуатационных режимах. Применение двухконтурного накопителя энергии с предложенным алгоритмом управления обеспечивает снижение интенсивности отказов гибридной энергетической системы на 5,7 %, увеличение эксплуатационного ресурса аккумуляторных батарей на 50 %, повышение эффективности использования энергии возобновляемых источников на 28 % в сравнении со стандартными способами построения гибридных электростанций.

No abstract

Возобновляемые источники для производства электроэнергии вызывают больший интерес у учёных и исследователей по сравнению с традиционными источниками, работающими на основе использования углеводородного топлива. Одним из типов возобновляемых источников энергии, отвечающих реализации концепции «зеленая энергетика», являются фотоэлектрические системы, способные эффективно использоваться в качестве автономной системы электроснабжения для потребителей, географически расположенных в отдаленных, труднодоступных районах. Производительность автономной системы электроснабжения во многом определяется системой преобразования и ее алгоритмами управления. В статье рассмотрена новая и альтернативная система управления автономных фотоэлектрических станций, основанная на стратегии прогнозирующего управления напряжением и током нагрузки Z-инвертора с четвертой стойкой.  Цель: разработка алгоритма, основанного на стратегии прогнозирующего управления, для регулирования токов нагрузки автономной фотоэлектрической системы электроснабжения. Методы: математическое и компьютерное моделирование с использованием программной среды MatLab/Simulink. Результаты. Благодаря использованию Z-инвертора система преобразования энергии для фотоэлектрических систем генерации сокращается до одноступенчатой структуры. Результаты показывают, что предложенный алгоритм управления может эффективно регулировать ток нагрузки при сбалансированных и несбалансированных нагрузках с высокой эффективностью управления. Предлагаемый алгоритм управления имеет отличные характеристики в установившихся и переходных режимах.