Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с учеными Института энергетических исследований РАН создали новую архитектуру и алгоритм управления инвертором. Разработка позволит эффективно регулировать напряжение в сети, оперативно блокировать избыточный ток при перегрузках и повысить безопасность энергосистем, в том числе альтернативных.
Инвертор — это преобразователь напряжения, который позволяет подключать к источнику постоянного тока устройства, рассчитанные на переменный ток. Разработка обеспечивает стабильную работу неустойчивых участков сети, а также энергосистем, использующих возобновляемые источники электроэнергии (ветровые и солнечные электростанции). При перегрузках ток в инверторах может выходить за допустимые пределы, что приводит к отключению ключевых функций. В традиционных схемах часто используют фиксированное значение фазы тока — это помогает сдерживать скачки, однако снижает надежность инвертора и ухудшает стабильность энергосистемы.
Авторы разработки предложили концепцию «виртуального синхронного генератора» с ограничителем тока. Источник тока формируется через управляемую «виртуальную индуктивность» — имитацию индуктивного сопротивления с помощью алгоритмов управления. Такой подход позволяет ограничивать амплитуду тока в широком диапазоне (вплоть до предельного значения). Это обеспечивает синхронизацию работы системы, точную регулировку напряжения и частоты, а также стабильную работу инвертора даже при сильных нагрузках.
Блокировка «лишнего» тока в алгоритме осуществляется за счет комбинации двух параллельных систем управления: одна формирует активную и реактивную мощность, вторая — повторяет динамику виртуального синхронного генератора и дополняет ее виртуальными мощностями.
Ключевая особенность нового алгоритма заключается в прямом ограничении амплитуды тока во внутреннем контуре без необходимости дополнительной подстройки. Благодаря этому удается предотвратить насыщение регуляторов напряжения — состояние, при котором регулятор теряет способность эффективно реагировать на изменения. В результате система плавно выходит из режима ограниченного тока, а перепады напряжения в реальных условиях эксплуатации сводятся к минимуму.
Разработанный алгоритм ученые испытали на экспериментальном образце трехуровневого инвертора, созданном в рамках проекта «Кибер-физическая среда на базе цифровых двойников энергетических, информационных и коммуникационных систем», реализуемого в Передовой инженерной школе ТПУ. Результаты показали, что во время перегрузки сети алгоритм удерживал напряжение и частоту, выдерживая различные типы нагрузок, и позволял электросети работать без потери стабильности в сетевом и автономном режимах.
Разработка продолжает линию научных инициатив, развиваемых в рамках Десятилетия науки и технологий. Ключевым событием Десятилетия является Конгресс молодых ученых, на котором презентуются и обсуждаются результаты исследований. V Конгресс молодых ученых состоится в Научно-технологическом университете «Сириус» 26–28 ноября.