Анализ эффективности применения постоянного тока в микросети жилого дома
Ключевые слова:
микросеть, постоянный ток, энергетическая эффективность, ВИЭ, преобразователь мощности
Аннотация
Рассмотрены типовые архитектуры микросетей на постоянном и переменном токах. Показана возможность сокращения ступеней преобразования мощности и снижения за счет этого потерь электроэнергии и стоимости источников питания электронных устройств при переходе на постоянный ток. Сформулирована задача количественной оценки эффективности применения постоянного тока для электроснабжения потребителей в рамках распределённой генерации с возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ). Решение поставленной задачи выполнено на примере микросети электроснабжения жилого дома. Моделирование профилей электрических нагрузок потребителей проведено на базе вероятностно-статистической модели. Для оценки потенциала ВИЭ (солнечной активности, скорости ветра) использованы данные, полученные с помощью комплекса альтернативной энергетики, содержащего ветрогенератор и солнечные панели и развернутого на базе Смоленского филиала НИУ «МЭИ». Силовые преобразователи при моделировании учтены кривыми зависимости их эффективности от уровня нагрузки, полученными путем измерений или по информации из технических характеристик. Дан алгоритм моделирования в виде блок-схемы. Проведен расчет эффективности микросети на постоянном токе относительно аналогичной системы на переменном для разных времен года и режимов работы. Определены режимы работы микросети, обеспечивающие наибольшую относительную эффективность систем электроснабжения при переходе на постоянный ток.
Литература
1. Маркова В.М., Чурашев В.Н. Децентрализация энергетики: интеграция и инновации // ЭКО. 2020. № 4(550). С. 8—27. DOI: 10.30680/ECO0131-7652-2020-4-8-27. EDN: QCCJKR.
2. Хоботова Л.В., Непринцева Е.В., Шубин С.А. Стратегия цифровой трансформации: оценка цифровой зрелости электроэнергетической отрасли России // Стратегические решения и риск-менеджмент. 2022. Т. 13. № 3. С. 234—244. DOI: 10.17747/2618-947X-2022-3-234-244. EDN: ERBHCY.
3. Зацепина В.И., Кудрявцев А.Е. Гибридная микросеть переменного и постоянного тока на основе фотоэлектрических источников питания и аккумуляторных батарей // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2022. Т. 18. № 3(69). С. 15—23. DOI: 10.53015/18159958-2022-18-3-15.
4. Илюшин П.В., Вольный В.С. Обзор структур микросетей низкого напряжения с распределенными источниками энергии // Релейная защита и автоматизация. 2023. № 1(50). С. 68—80.
5. Распоряжение Правительства РФ № 1523-р от 09 июня 2020 г. «Об Энергетической стратегии России на период до 2035 года».
6. Некрасов С.А., Грачев И.Д. Возобновляемая энергетика: перспективы корректировки развития энергоснабжения в России // Проблемы прогнозирования. 2020. № 1(178). С. 99—109.
7. Королев А.А. и др. Перспективы электроснабжения с применением технологий постоянного тока в распределительных сетях 0,4-20 кВ // Электроэнергия. Передача и распределение. 2022. № 6(75). С. 14—22.
8. Zhao X., Yang G., Bai X., Yang Z., Yang G. Construction of Low Voltage DC Smart Buildings with Generation-storage-distribution-utilization // Proc. IEEE Sustainable Power and Energy Conf. Nanjing, 2021. Pp. 2140—2143.
9. Weiss R., Ott L., Boeke U. Energy Efficient Low-voltage DC-grids for Commercial Buildings // Proc. IEEE First Intern. Conf. DC Microgrids (ICDCM). Atlanta, 2015. Pp. 154—158. DOI: 10.1109/ICDCM.2015.7152030.
10. Шклярский Я.Э., Соловьев С.В. Особенности микросети на постоянном токе с использованием ветрогенераторов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2015. № 3. С. 50—53.
11. Rodriguez-Diaz E., Chen F., Vasquez J.C., Guerrero J M., Burgos R., Boroyevich D. Voltage-level Selection of Future Two-level LVdc Distribution Grids: a Compromise Between Grid Compatibiliy, Safety, and Efficiency // IEEE Electrif. Mag. 2016. V. 4(2). Pp. 20—28.
12. Андреенков Е.С. Выбор оптимального уровня напряжения микросети постоянного тока // Тинчуринские чтения – 2023. Энергетика и цифровая трансформация: Материалы Междунар. молодежной науч. конф. Казань: Казанский гос. энергетический ун-т, 2023. Т. 1. С. 171—174.
13. Wunder B., Ott L., Szpek M., Boeke U. Energy Efficient DC-grids for Commercial Buildings // Proc. 36th Intern. Telecommun. Energy Conf. 2014. Pp. 118—125.
14. Булычева Е.А., Киселев К.О., Сафарзода А.Х. Интеллектуальный научно-исследовательский комплекс альтернативной энергетики // Энергосбережение и водоподготовка. Москва, 2018. № 5(115). С. 71—78.
15. Palacios-Garcia E.J. e. a. Stochastic Model for Lighting’s Electricity Consumption in the Residential Sector. Impact of Energy Saving Actions // Energy Build. 2015. V. 89. Pp. 245—259.
---
Для цитирования: Андреенков Е.С., Шунаев С.А., Питерский Н.С. Анализ эффективности применения постоянного тока в микросети жилого дома // Вестник МЭИ. 2024. № 4. С. 21—29. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-21-29.
#
1. Markova V.M., Churashev V.N. Detsentralizatsiya Energetiki: Integratsiya i Innovatsii. EKO. 2020;4(550):8—27. DOI: 10.30680/ECO0131-7652-2020-4-8-27. EDN: QCCJKR. (in Russian).
2. Khobotova L.V., Neprintseva E.V., Shubin S.A. Strategiya Tsifrovoy Transformatsii: Otsenka Tsifrovoy Zrelosti Elektroenergeticheskoy Otrasli Rossii. Strategicheskie Resheniya i Risk-menedzhment. 2022;13;3:234—244. DOI: 10.17747/2618-947X-2022-3-234-244. EDN: ERBHCY. (in Russian).
3. Zatsepina V.I., Kudryavtsev A.E. Gibridnaya Mikroset' Peremennogo i Postoyannogo Toka na Osnove Fotoelektricheskikh Istochnikov Pitaniya i Akkumulyatornykh Batarey. Vesti Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy Chernozem'ya. 2022;18;3(69):15—23. DOI: 10.53015/18159958-2022-18-3-15. (in Russian).
4. Ilyushin P.V., Vol'nyy V.S. Obzor Struktur Mikrosetey Nizkogo Napryazheniya s Raspredelennymi Istochnikami Energii. Releynaya Zashchita i Avtomatizatsiya. 2023;1(50):68—80. (in Russian).
5. Rasporyazhenie Pravitel'stva RF № 1523-r ot 09 Iyunya 2020 g. «Ob Energeticheskoy Strategii Rossii na Period do 2035 Goda».(in Russian).
6. Nekrasov S.A., Grachev I.D. Vozobnovlyaemaya Energetika: Perspektivy Korrektirovki Razvitiya Energosnabzheniya v Rossii. Problemy Prognozirovaniya. 2020;1(178):99—109. (in Russian).
7. Korolev A.A. i dr. Perspektivy Elektrosnabzheniya s Primeneniem Tekhnologiy Postoyannogo Toka v Raspredelitel'nykh Setyakh 0,4-20 kV. Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie. 2022;6(75):14—22. (in Russian).
8. Zhao X., Yang G., Bai X., Yang Z., Yang G. Construction of Low Voltage DC Smart Buildings with Generation-storage-distribution-utilization. Proc. IEEE Sustainable Power and Energy Conf. Nanjing, 2021:2140—2143.
9. Weiss R., Ott L., Boeke U. Energy Efficient Low-voltage DC-grids for Commercial Buildings. Proc. IEEE First Intern. Conf. DC Microgrids (ICDCM). Atlanta, 2015:154—158. DOI: 10.1109/ICDCM.2015.7152030.
10. Shklyarskiy Ya.E., Solov'ev S.V. Osobennosti Mikroseti na Postoyannom Toke s Ispol'zovaniem Vetrogeneratorov. Elektrotekhnicheskie Kompleksy i Sistemy Upravleniya. 2015;3:50—53. (in Russian).
11. Rodriguez-Diaz E., Chen F., Vasquez J.C., Guerrero J M., Burgos R., Boroyevich D. Voltage-level Selection of Future Two-level LVdc Distribution Grids: a Compromise Between Grid Compatibiliy, Safety, and Efficiency. IEEE Electrif. Mag. 2016;4(2):20—28.
12. Andreenkov E.S. Vybor Optimal'nogo Urovnya Napryazheniya Mikroseti Postoyannogo Toka. Tinchurinskie Chteniya – 2023. Energetika i Tsifrovaya Transformatsiya: Materialy Mezhdunar. Molodezhnoy Nauch. Konf. Kazan': Kazanskiy Gos. Energeticheskiy Un-t, 2023;1:171—174. (in Russian).
13. Wunder B., Ott L., Szpek M., Boeke U. Energy Efficient DC-grids for Commercial Buildings. Proc. 36th Intern. Telecommun. Energy Conf. 2014:118—125.
14. Bulycheva E.A., Kiselev K.O., Safarzoda A.Kh. Intellektual'nyy Nauchno-issledovatel'skiy Kompleks Al'ternativnoy Energetiki. Energosberezhenie i Vodopodgotovka. Moskva, 2018;5(115):71—78. (in Russian).
15. Palacios-Garcia E.J. e. a. Stochastic Model for Lighting’s Electricity Consumption in the Residential Sector. Impact of Energy Saving Actions. Energy Build. 2015;89:245—259
---
For citation: Andreenkov E.S., Shunaev S.A., Pitersky N.S. Analysis of the Efficiency of Using Direct Current in a Microgrid of a Residential Building. Bulletin of MPEI. 2024;4:21—29. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-21-29
2. Хоботова Л.В., Непринцева Е.В., Шубин С.А. Стратегия цифровой трансформации: оценка цифровой зрелости электроэнергетической отрасли России // Стратегические решения и риск-менеджмент. 2022. Т. 13. № 3. С. 234—244. DOI: 10.17747/2618-947X-2022-3-234-244. EDN: ERBHCY.
3. Зацепина В.И., Кудрявцев А.Е. Гибридная микросеть переменного и постоянного тока на основе фотоэлектрических источников питания и аккумуляторных батарей // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2022. Т. 18. № 3(69). С. 15—23. DOI: 10.53015/18159958-2022-18-3-15.
4. Илюшин П.В., Вольный В.С. Обзор структур микросетей низкого напряжения с распределенными источниками энергии // Релейная защита и автоматизация. 2023. № 1(50). С. 68—80.
5. Распоряжение Правительства РФ № 1523-р от 09 июня 2020 г. «Об Энергетической стратегии России на период до 2035 года».
6. Некрасов С.А., Грачев И.Д. Возобновляемая энергетика: перспективы корректировки развития энергоснабжения в России // Проблемы прогнозирования. 2020. № 1(178). С. 99—109.
7. Королев А.А. и др. Перспективы электроснабжения с применением технологий постоянного тока в распределительных сетях 0,4-20 кВ // Электроэнергия. Передача и распределение. 2022. № 6(75). С. 14—22.
8. Zhao X., Yang G., Bai X., Yang Z., Yang G. Construction of Low Voltage DC Smart Buildings with Generation-storage-distribution-utilization // Proc. IEEE Sustainable Power and Energy Conf. Nanjing, 2021. Pp. 2140—2143.
9. Weiss R., Ott L., Boeke U. Energy Efficient Low-voltage DC-grids for Commercial Buildings // Proc. IEEE First Intern. Conf. DC Microgrids (ICDCM). Atlanta, 2015. Pp. 154—158. DOI: 10.1109/ICDCM.2015.7152030.
10. Шклярский Я.Э., Соловьев С.В. Особенности микросети на постоянном токе с использованием ветрогенераторов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2015. № 3. С. 50—53.
11. Rodriguez-Diaz E., Chen F., Vasquez J.C., Guerrero J M., Burgos R., Boroyevich D. Voltage-level Selection of Future Two-level LVdc Distribution Grids: a Compromise Between Grid Compatibiliy, Safety, and Efficiency // IEEE Electrif. Mag. 2016. V. 4(2). Pp. 20—28.
12. Андреенков Е.С. Выбор оптимального уровня напряжения микросети постоянного тока // Тинчуринские чтения – 2023. Энергетика и цифровая трансформация: Материалы Междунар. молодежной науч. конф. Казань: Казанский гос. энергетический ун-т, 2023. Т. 1. С. 171—174.
13. Wunder B., Ott L., Szpek M., Boeke U. Energy Efficient DC-grids for Commercial Buildings // Proc. 36th Intern. Telecommun. Energy Conf. 2014. Pp. 118—125.
14. Булычева Е.А., Киселев К.О., Сафарзода А.Х. Интеллектуальный научно-исследовательский комплекс альтернативной энергетики // Энергосбережение и водоподготовка. Москва, 2018. № 5(115). С. 71—78.
15. Palacios-Garcia E.J. e. a. Stochastic Model for Lighting’s Electricity Consumption in the Residential Sector. Impact of Energy Saving Actions // Energy Build. 2015. V. 89. Pp. 245—259.
---
Для цитирования: Андреенков Е.С., Шунаев С.А., Питерский Н.С. Анализ эффективности применения постоянного тока в микросети жилого дома // Вестник МЭИ. 2024. № 4. С. 21—29. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-21-29.
#
1. Markova V.M., Churashev V.N. Detsentralizatsiya Energetiki: Integratsiya i Innovatsii. EKO. 2020;4(550):8—27. DOI: 10.30680/ECO0131-7652-2020-4-8-27. EDN: QCCJKR. (in Russian).
2. Khobotova L.V., Neprintseva E.V., Shubin S.A. Strategiya Tsifrovoy Transformatsii: Otsenka Tsifrovoy Zrelosti Elektroenergeticheskoy Otrasli Rossii. Strategicheskie Resheniya i Risk-menedzhment. 2022;13;3:234—244. DOI: 10.17747/2618-947X-2022-3-234-244. EDN: ERBHCY. (in Russian).
3. Zatsepina V.I., Kudryavtsev A.E. Gibridnaya Mikroset' Peremennogo i Postoyannogo Toka na Osnove Fotoelektricheskikh Istochnikov Pitaniya i Akkumulyatornykh Batarey. Vesti Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy Chernozem'ya. 2022;18;3(69):15—23. DOI: 10.53015/18159958-2022-18-3-15. (in Russian).
4. Ilyushin P.V., Vol'nyy V.S. Obzor Struktur Mikrosetey Nizkogo Napryazheniya s Raspredelennymi Istochnikami Energii. Releynaya Zashchita i Avtomatizatsiya. 2023;1(50):68—80. (in Russian).
5. Rasporyazhenie Pravitel'stva RF № 1523-r ot 09 Iyunya 2020 g. «Ob Energeticheskoy Strategii Rossii na Period do 2035 Goda».(in Russian).
6. Nekrasov S.A., Grachev I.D. Vozobnovlyaemaya Energetika: Perspektivy Korrektirovki Razvitiya Energosnabzheniya v Rossii. Problemy Prognozirovaniya. 2020;1(178):99—109. (in Russian).
7. Korolev A.A. i dr. Perspektivy Elektrosnabzheniya s Primeneniem Tekhnologiy Postoyannogo Toka v Raspredelitel'nykh Setyakh 0,4-20 kV. Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie. 2022;6(75):14—22. (in Russian).
8. Zhao X., Yang G., Bai X., Yang Z., Yang G. Construction of Low Voltage DC Smart Buildings with Generation-storage-distribution-utilization. Proc. IEEE Sustainable Power and Energy Conf. Nanjing, 2021:2140—2143.
9. Weiss R., Ott L., Boeke U. Energy Efficient Low-voltage DC-grids for Commercial Buildings. Proc. IEEE First Intern. Conf. DC Microgrids (ICDCM). Atlanta, 2015:154—158. DOI: 10.1109/ICDCM.2015.7152030.
10. Shklyarskiy Ya.E., Solov'ev S.V. Osobennosti Mikroseti na Postoyannom Toke s Ispol'zovaniem Vetrogeneratorov. Elektrotekhnicheskie Kompleksy i Sistemy Upravleniya. 2015;3:50—53. (in Russian).
11. Rodriguez-Diaz E., Chen F., Vasquez J.C., Guerrero J M., Burgos R., Boroyevich D. Voltage-level Selection of Future Two-level LVdc Distribution Grids: a Compromise Between Grid Compatibiliy, Safety, and Efficiency. IEEE Electrif. Mag. 2016;4(2):20—28.
12. Andreenkov E.S. Vybor Optimal'nogo Urovnya Napryazheniya Mikroseti Postoyannogo Toka. Tinchurinskie Chteniya – 2023. Energetika i Tsifrovaya Transformatsiya: Materialy Mezhdunar. Molodezhnoy Nauch. Konf. Kazan': Kazanskiy Gos. Energeticheskiy Un-t, 2023;1:171—174. (in Russian).
13. Wunder B., Ott L., Szpek M., Boeke U. Energy Efficient DC-grids for Commercial Buildings. Proc. 36th Intern. Telecommun. Energy Conf. 2014:118—125.
14. Bulycheva E.A., Kiselev K.O., Safarzoda A.Kh. Intellektual'nyy Nauchno-issledovatel'skiy Kompleks Al'ternativnoy Energetiki. Energosberezhenie i Vodopodgotovka. Moskva, 2018;5(115):71—78. (in Russian).
15. Palacios-Garcia E.J. e. a. Stochastic Model for Lighting’s Electricity Consumption in the Residential Sector. Impact of Energy Saving Actions. Energy Build. 2015;89:245—259
---
For citation: Andreenkov E.S., Shunaev S.A., Pitersky N.S. Analysis of the Efficiency of Using Direct Current in a Microgrid of a Residential Building. Bulletin of MPEI. 2024;4:21—29. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-21-29
Опубликован
2024-04-18
Выпуск
Раздел
Электроэнергетика (технические науки) (2.4.3)
