omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-187-68-76ILBPNTomna-266Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGПовышение технико-экономической эффективности инверторной микрогидроэлектростанции деривационного типаImproving the technical and economic efficiency of a derivation-type inverter of micro hydro power planthttps://orcid.org/0000-0002-5201-6886ЛукутинБ. В.LukutinB. V.

ЛУКУТИН Борис Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор Отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики

г. Томск

AuthorID (РИНЦ): 113093

AuthorID (SCOPUS): 56617283300

LUKUTIN Boris Vladimirovich, Doctor of Technical Sciences, Professor of Electric Power Engineering and Electrical Engineering Department, School of Energy and Power Engineering

Tomsk

AuthorID (RSCI): 113093

AuthorID (SCOPUS): 56617283300

lukutin48@mail.ruПоповМ. М.PopovM. M.

ПОПОВ Михаил Михайлович, старший преподаватель Отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики

г. Томск

AuthorID (РИНЦ): 1029978

AuthorID (SCOPUS): 57201876269

POPOV Mikhail Mikhailovich, Senior Lecturer of Electric Power Engineering and Electrical Engineering Department, School of Energy and Power Engineering

Tomsk

AuthorID (RSCI): 1029978

AuthorID ( SCOPUS): 57201876269

mix_mix13@tpu.ruНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияTomsk Polytechnic UniversityRussian Federation202330092023036876Copyright © Лукутин Б.В., Попов М.М., 20232023Лукутин Б.В., Попов М.М.Lukutin B.V., Popov M.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/266

В данной статье приводится сравнительный анализ технико-экономической эффективности инверторной микроГЭС деривационного типа с накопителем электроэнергии и микроГЭС автобалластного типа. Авторы обосновывают возможность экономии капитальных затрат на строительство инверторной микроГЭС с использованием интеллектуального управления её энергетическим балансом по сравнению с обычными микрогидроэлектростанциями с автобалластной стабилизацией напряжения.

Для оптимального управления генерирующим и преобразующим энергетическим обоудованием автономной системы электроснабжения предложены структура инверторной микроГЭС и алгоритм управления её энергетическим оборудованием по критериям оптимального выбора и стабилизации режима работы гидрогенератора при условии обеспечения электроэнергией потребителя и рационального рабочего режима аккумуляторных накопителей электроэнергии в соответствии с возмущающим воздействием — суточным графиком  нагрузки.

Обоснована возможность использования для балластного регулирования гидрогенератора двух типов управляемых балластных нагрузок: зарядного тока аккумуляторного накопителя электроэнергии и традиционного резистивного балласта.

Рассмотрены вопросы выбора рациональной генерируемой мощности инверторного гидрогенератора достаточной для обеспечения с помощью аккумуляторного накопителя электроэнергии потребности нагрузки, что позволяет уменьшать длину напорного трубопровода, установленную мощность гидрогенератора и, соответственно, капитальные затраты по сравнению с микроГЭС автобалластного типа.

Таким образом, статья представляет собой  анализ возможностей повышения технико-экономической эффективности инверторной микроГЭС деривационного типа при помощи использования аккумуляторного накопителя электроэнергии в качестве управляемого балласта и предлагаемых интеллектуальных алгоритмов управления её режимами работы.

Статья может быть полезна специалистам, занимающимся созданием и эксплуатацией микрогидроэлектростанций.

This article presents a comparative analysis of the technical and economic efficiency of a derivation-type inverter micro hydro power plant with an energy storage system and an auto-ballasted micro hydro power plant. The authors justify the possibility of saving financial resources by reducing the length of the derivationtype micro hydro power plant's pressure pipeline with an energy storage system. To optimally control the generating and transforming equipment of an autonomous power supply system, a control algorithm is proposed based on criteria for limiting the range of hydrogenerator rotational frequencies and ensuring the rational operating mode of the electric energy storage batteries according to the load's power consumption schedule.

The possibility of using the charging current of the electric energy storage battery in combination with traditional resistive ballast to create a braking control moment for the hydrogenerator is justified.

The article considers issues related to regulating the rational generated power of the hydrogenerator by aligning the power consumption schedule using electric energy storage systems, which allows reducing the length of the pressure pipeline and, consequently, capital costs.

Thus, the article represents a comprehensive analysis of the technical and economic efficiency and optimal control of a derivation-type inverter micro hydro power plant with an energy storage system, which can be used in the design and operation of similar power supply systems.

инверторная микроГЭС деривационного типаэффективностьаккумуляторные накопители электроэнергииалгоритм управленияграфик электрической нагрузкиderivation-type micro hydro power plantefficiencyenergy storage systemscontrol algorithminverterload curveReferencesМалая и микрогидроэнергетика. URL: https://www.microhydro.ru/ (дата обращения 20.01.2022).Malaya i mikrogidroenergetika [Small-scale energy]. URL: https://www.microhydro.ru/ (accessed: 20.01.2022). (In Russ.).Borkowski D., Wegiel T. Small hydropower plant with integrated turbine-generators working at variable speed // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2013. Vol. 28 (2). P. 452–459. DOI: 10.1109/TEC.2013.2247605.Borkowski D., Wegiel T. Small hydropower plant with integrated turbine-generators working at variable speed // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2013. Vol. 28 (2). P. 452–459. DOI: 10.1109/TEC.2013.2247605. (In Engl.).Лукутин Б. В., Обухов С. Г., Шандарова Е. Б. Автономное электроснабжение от микрогидроэлектростанций: моногр. Томск: STT, 2001. 120 с.Lukutin B. V., Obukhov S. G., Shandarova E. B. Avtonomnoe elektrosnabzhenie ot mikrogidroelektrostantsiy [Autonomous power supply from micro-hydropower plants]. Tomsk, 2001. 120 p. (In Russ.).Микрогидроэлектростанция мощностью 10 кВт. URL: https://inset.ru/produkcija/mges-10pr/ (дата обращения: 22.01.2022).Mikrogidroelektrostantsiya moshchnost'yu 10 kW [Microhydro power plant with 10 kW]. URL: https://inset.ru/produkcija/mges-10pr/ (accessed: 22.01.2022). (In Russ.).Металлопрокат, металл и сталь. URL: https://metallas.ru (дата обращения: 20.01.2022).Metalloprokat, metal i stal' [Rolled metal, metal and steel]. URL: https://metallas.ru (accessed: 20.01.2022). (In Russ.).Обухов С. Г., Плотников И. А., Сарсикеев Е. Ж. Буферная система накопления электроэнергии для возобновляемой энергетики //Альтернативная энергетика и экология. 2012. № 9 (113). C. 137–141.Obukhov S. G., Plotnikov I. A., Sarsikeev E. Zh. Buffernaya sistema nakopleniya elektroenergii dlya vozobnovlyaemoi energetiki [The buffer system of electric energy storage for renewable energy] // Alternativnaya energetika i ekologiya. Alternative Energy and Ecology. 2012. No. 9 (113). P. 137–141. (In Russ.).Типовые суточные графики. URL: https://www.onlineelectric.ru/dbase/graph24.php (дата обращения: 20.01.2022).Tipovyye sutochnyye grafiki [Typical daily charts]. URL: https://www.online-electric.ru/dbase/graph24.php (accessed: 20. 01.2022). (In Russ.).Проектирование электрических машин / Под ред. И. П. Копылова. Москва: Энергия, 1980. 496 с.Proyektirovaniye elektricheskikh mashin [Design of electrical machines] / Ed. by I. P. Kopylova. Moscow: Energiya, 1980. 496 p. (In Russ.).Промышленные источники бесперебойного питания. URL: https://www.bespereboynik.ru (дата обращения: 08.03.2022).Promyshlennyye istochniki bespereboynogo pitaniya [Industrial uninterruptible power supplies]. URL: https://www.bespereboynik.ru (accessed: 08.03.2022). (In Russ.).Popov M., Maniv O. Simulation of an autonomous power supply system based on lithium-iron-phosphate (LiFePO4) // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 141. DOI: 10.1051/matecconf/201714101060.Popov M., Maniv O. Simulation of an autonomous power supply system based on lithium-iron-phosphate (LiFePO4) // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 141. DOI: 10.1051/matecconf/201714101060. (In Engl.).Литиевые аккумуляторные батареи. URL: https://sways.ru/ (дата обращения: 08.03.2022).Litiyevyye akkumulyatornyye batarei [Lithium batteries]. URL: https://s-ways.ru/ (accessed: 08.03.2022). (In Russ.).Dybko M. A., Kuchak S. V., Bachurin P. A., Brovanov S. V., Kharitonov S. A. Load leveling for a diesel generator using an energy storage and instantaneous power theory // 2018 19th International Conference of Young Specialists on Micro/ Nanotechnologies and Electron Devices (EDM). 2018. P. 567–573. DOI: 10.1109/EDM.2018.8434936.Dybko M. A., Kuchak S. V., Bachurin P. A., Brova- nov S. V., Kharitonov S. A. Load leveling for a diesel generator using an energy storage and instantaneous power theory // 2018 19th International Conference of Young Specialists on Micro/ Nanotechnologies and Electron Devices (EDM). 2018. P. 567– 573. DOI: 10.1109/EDM.2018.8434936. (In Engl.).Hassoun J., Bonaccorso F., Agostini M. [et al.]. An Advanced Lithium-Ion Battery Based on a Graphene Anode and a Lithium Iron Phosphate Cathode // ACS Publications. 2014. Vol. 14. P. 4901–4906. DOI: dx.doi.org/10.1021/nl502429m.Hassoun J., Bonaccorso F., Agostini M. [et al.]. An Advanced Lithium-Ion Battery Based on a Graphene Anode and a Lithium Iron Phosphate Cathode // ACS Publications. 2014. Vol. 14. P. 4901–4906. DOI: dx.doi.org/10.1021/nl502429m. (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.