Применение систем накопления электроэнергии на базе литий-ионных аккумуляторных батарей для улучшения условий динамической устойчивости электроэнергетической системы
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-6-50-60Ключевые слова:
динамическая устойчивость, имитационное моделирование, ионная аккумуляторная батарея, система накопления электроэнергии, электроэнергетическая системаАннотация
Цель настоящей работы — исследование возможности применения системы накопления электрической энергии (СНЭЭ) на базе литий-ионных аккумуляторных батарей для улучшения условий динамической устойчивости электроэнергетических систем (ЭЭС). Разработана имитационная модель ЭЭС, содержащая аккумуляторную СНЭЭ с подсистемой преобразования, включающей в себя преобразователь постоянного тока, а также двунаправленный преобразователь на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором. Процессы выдачи и потребления мощности осуществляются с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В качестве инструмента моделирования применен программный комплекс Matlab Simulink. Результаты, полученные в работе, подтверждают значительный потенциал использования аккумуляторных СНЭЭ в качестве инструмента для улучшения условий динамической устойчивости ЭЭС.
Библиографические ссылки
1. Богданов В.А., Веников В.А., Лугинский Я.Н., Черия Г.А. Электрические системы: автоматизированные системы управления режимами энергосистем. М.: Высшая школа, 1979.
2. СТО 59012820.29.020.004—2018. Релейная защита и автоматика. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика. Нормы и требования.
3. Ефремов Д.Г., Глускин И.З. Повышение динамической устойчивости электростанции с помощью накопителей энергии // Электричество. 2016. № 12. С. 20—27.
4. Глускин И.З., Ефремов Д.Г., Ефремова И.Ю. Применение накопителей в энергосистеме для целей противоаварийной автоматики // Евразийский научный журнал. 2015. № 11. С. 80—86.
5. Зырянов В.М., Кирьянова Н.Г., Коротков И.Ю., Нестеренко Г.Б., Пранкевич Г.А. Системы накопления энергии: российский и зарубежный опыт // Энергетическая политика. 2020. № 6. С. 76—86.
6. Илюшин П.В., Шавловский С.В. Механизмы окупаемости инвестиций в системы накопления электрической энергии при их использовании для снижения пиковых нагрузок и затрат на мощность // Релейная защита и автоматизация. 2021. № 1. С. 12—20.
7. Булатов Р.В., Насыров Р.Р., Бурмейстер М.В. Методика выбора параметров аккумуляторных систем накопления электрической энергии для эффективной интеграции электростанций на базе возобновляемых источников энергии в энергосистемы // Электроэнергия. Передача и распределение. 2023. № 5(80). С. 44—52.
8. Москвин К.В. Правовой режим систем накопления электрической энергии // Правовой энергетический форум. 2022. № 3. С. 60—65.
9. Булатов Р.В., Петракова Т.В. Применение аккумуляторных систем накопления электроэнергии для улучшения условий динамической устойчивости электроэнергетической системы // Электроэнергетика глазами молодежи: Материалы XIV Междунар. науч.-техн. конф. Ставрополь: СКФУ, 2024. Т. 2. C. 105—108.
10. Черных И.В. SIMULINK — среда создания инженерных приложений. М.: Диалог-МИФИ, 2004.
11. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия, 1980.
12. IEEE Std. 421.5™—2016. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. N.-Y.: IEEE Power Eng. Soc. 2016. V. 95.
13. Report I.C. Dynamic Models for Steam and Hydro Turbines in Power System Studies // IEEE Trans. Power Apparatus and Systems. 1973. V. PAS-92. No. 6. Pp. 1904—1915.
14. Новаш И.В., Румянцев Ю.В. Расчет параметров модели трехфазного трансформатора из библиотеки MatLab-Simulink с учетом насыщения магнитопровода // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Серия «Энергетика». 2015. № 1. С. 12—24.
15. Omar N. e. a. Lithium Iron Phosphate Based Battery — Assessment of the Aging Parameters and Development of Cycle Life Model // Appl. Energy. 2014. V. 113. Pp. 1575—1585.
16. ГОСТ 34966.1—2023. Преобразователи силовые двунаправленные, подсоединенные к электросети. Часть 1. Общие требования.
17. Наровлянский В.Г. Современные методы и средства предотвращения асинхронного режима электроэнергетической систем. М.: Энергоатомиздат, 2004.
18. Haribabu D., Vangari А., Sakamuri J.N. Dynamics of Voltage Source Converter in a Grid Connected Solar Photovoltaic System // Proc. Intern. Conf. Industrial Instrumentation and Control. India, 2015. Pp. 360—365.
19. Zhang L., Chong B.V.P., Lee K.W. Voltage Synchronization Techniques for Grid-connected Power Converters // Proc. VII IET Intern. Conf. Power Electronics, Machines and Drives. Manchester, 2014. Pp. 1—6.
20. Ali Z. e. a. Three-phase Phaselocked Loop Synchronization Algorithms For Grid-connected Renewable Energy Systems: a Review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. V. 90. Pp. 434—452.
21. Shrestha D., Tamrakar U., Ni Z., Tonkoski R. Experimental Verification of Virtual Inertia in Diesel Generator Based Microgrids // Proc. IEEE Intern. Conf. Industrial Technol. Toronto, 2017. Pp. 95—100.
22. Yagnik U.P., Mehul D.S. Comparison of L, LC & LCL Filter for Grid Connected Converter // Proc. Intern. Conf. Trends in Electronics and Informatics. 2017. Pp. 455—458.
---
Для цитирования: Булатов Р.В., Петракова Т.В., Балаев П.А., Хисамов Р.Р. Применение систем накопления электроэнергии на базе литийионных аккумуляторных батарей для улучшения условий динамической устойчивости электроэнергетической системы // Вестник МЭИ. 2025. № 6. С. 50—60. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-50-60
---
Работа выполнена в рамках проекта «Разработка физической модели системы накопления электроэнергии с реализацией цифрового управления различными подсистемами накопления» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» на реализацию программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2024 — 2026 гг.».
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Bogdanov V.A., Venikov V.A., Luginskiy Ya.N., Cheriya G.A. Elektricheskie Sistemy: Avtomatizirovannye Sistemy Upravleniya Rezhimami Energosistem. M.: Vysshaya Shkola, 1979. (in Russian).
2. STO 59012820.29.020.004—2018. Releynaya Zashchita i Avtomatika. Avtomaticheskoe Protivoavariynoe Upravlenie Rezhimami Energosistem. Protivoavariynaya Avtomatika. Normy i Trebovaniya. (in Russian).
3. Efremov D.G., Gluskin I.Z. Povyshenie Dinamicheskoy Ustoychivosti Elektrostantsii s Pomoshch'yu Nakopiteley Energii. Elektrichestvo. 2016;12:20—27. (in Russian).
4. Gluskin I.Z., Efremov D.G., Efremova I.Yu. Primenenie Nakopiteley v Energosisteme dlya Tseley Protivoavariynoy Avtomatiki. Evraziyskiy Nauchnyy Zhurnal. 2015;11:80—86. (in Russian).
5. Zyryanov V.M., Kir'yanova N.G., Korotkov I.Yu., Nesterenko G.B., Prankevich G.A. Sistemy Nakopleniya Energii: Rossiyskiy i Zarubezhnyy Opyt. Energeticheskaya Politika. 2020;6:76—86. (in Russian).
6. Ilyushin P.V., Shavlovskiy S.V. Mekhanizmy Okupaemosti Investitsiy v Sistemy Nakopleniya Elektricheskoy Energii pri Ikh Ispol'zovanii dlya Snizheniya Pikovykh Nagruzok i Zatrat na Moshchnost'. Releynaya Zashchita i Avtomatizatsiya. 2021;1:12—20. (in Russian).
7. Bulatov R.V., Nasyrov R.R., Burmeyster M.V. Metodika Vybora Parametrov Akkumulyatornykh Sistem Nakopleniya Elektricheskoy Energii dlya Effektivnoy Integratsii Elektrostantsiy na Baze Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii v Energosistemy. Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie. 2023;5(80):44—52. (in Russian).
8. Moskvin K.V. Pravovoy Rezhim Sistem Nakopleniya Elektricheskoy Energii. Pravovoy Energeticheskiy Forum. 2022;3:60—65. (in Russian).
9. Bulatov R.V., Petrakova T.V. Primenenie Akkumulyatornykh Sistem Nakopleniya Elektroenergii dlya Uluchsheniya Usloviy Dinamicheskoy Ustoychivosti Elektroenergeticheskoy Sistemy. Elektroenergetika Glazami Molodezhi: Materialy XIV Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Stavropol': SKFU, 2024;2:105—108. (in Russian).
10. Chernykh I.V. SIMULINK — Sreda Sozdaniya Inzhenernykh Prilozheniy. M.: Dialog-MIFI, 2004. (in Russian).
11. Vazhnov A.I. Perekhodnye Protsessy v Mashinakh Peremennogo Toka. L.: Energiya, 1980. (in Russian).
12. IEEE Std. 421.5™—2016. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. N.-Y.: IEEE Power Eng. Soc. 2016;95.
13. Report I.C. Dynamic Models for Steam and Hydro Turbines in Power System Studies. IEEE Trans. Power Apparatus and Systems. 1973;PAS-92;6:1904—1915.
14. Novash I.V., Rumyantsev Yu.V. Raschet Parametrov Modeli Trekhfaznogo Transformatora iz Biblioteki Matlab-Simulink s Uchetom Nasyshcheniya Magnitoprovoda. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy i Energeticheskikh Ob'edineniy SNG. Seriya «Energetika». 2015;1:12—24. (in Russian).
15. Omar N. e. a. Lithium Iron Phosphate Based Battery — Assessment of the Aging Parameters and Development of Cycle Life Model. Appl. Energy. 2014;113:1575—1585.
16. GOST 34966.1—2023. Preobrazovateli Silovye Dvunapravlennye, Podsoedinennye k Elektroseti. Chast' 1. Obshchie Trebovaniya. (in Russian).
17. Narovlyanskiy V.G. Sovremennye Metody i Sredstva Predotvrashcheniya Asinkhronnogo Rezhima Elektroenergeticheskoy Sistem. M.: Energoatomizdat, 2004. (in Russian).
18. Haribabu D., Vangari A., Sakamuri J.N. Dynamics of Voltage Source Converter in a Grid Connected Solar Photovoltaic System. Proc. Intern. Conf. Industrial Instrumentation and Control. India, 2015:360—365.
19. Zhang L., Chong B.V.P., Lee K.W. Voltage Synchronization Techniques for Grid-connected Power Converters. Proc. VII IET Intern. Conf. Power Electronics, Machines and Drives. Manchester, 2014:1—6.
20. Ali Z. e. a. Three-phase Phaselocked Loop Synchronization Algorithms For Grid-connected Renewable Energy Systems: a Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018;90:434—452.
21. Shrestha D., Tamrakar U., Ni Z., Tonkoski R. Experimental Verification of Virtual Inertia in Diesel Generator Based Microgrids. Proc. IEEE Intern. Conf. Industrial Technol. Toronto, 2017:95—100.
22. Yagnik U.P., Mehul D.S. Comparison of L, LC & LCL Filter for Grid Connected Converter. Proc. Intern. Conf. Trends in Electronics and Informatics. 2017:455—458
---
For citation: Bulatov R.V., Petrakova T.V., Balaev P.A., Khisamov R.R. Application of Lithium-ion Battery Electricity Storage Systems to Improve the Electric Power System Transient Stability Conditions. Bulletin of MPEI. 2025;6:50—60. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-50-60
---
The Work has Been Carried Out within the Framework of the Project «Development of a Physical Model of an Energy Storage System with Implementation of Digital Control of Various Storage Subsystems» with the Support of a Subvention from the NRU MPEI for Implementation of the Internal Research Program «Priority 2030: Future Technologies» in 2024—2026.
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
