Концепция проекта основана на возможностях развития используемой импульсной высокочастотной технологии и оборудовании для её реализации для организации быстроразвёртываемой, децентрализованной, адаптивной и самовосстанавливающейся распределенной сети стабильного электроснабжения гражданско-военной инфраструктуры на основе компактных модульных гибридных высоковольтных и высокочастотных преобразователей постоянного тока.

Реализация проекта позволит:

1. Защитить энергообеспеченность объектов инфраструктуры от угроз БАС, ЭМИ, кибератак, диверсий объектов энергетики, ведущих к каскадному отключению и blackout.

2. Обеспечить электроснабжение удаленной и распределенной гражданско-военной инфраструктуры в условиях, в которых невозможно, нецелесообразно или экономически неэффективно применение стандартной распределительной энергосистемы 0,4 - 35 кВ.

Достижение заявленных свойств предлагаемой энергосистемы достигается за счет гибридизации модульных устройств энергосистемы (преобразователь напряжения, передающая линия, импульсный высокочастотный генератор) и гибридизации её компонентов путем инженерного замысла конструкции известных устройств (накопители энергии, трансформаторы, дроссели, индуктивные накопители и т.д.) подвергающихся изменению конструкции и топологии при котором интегрируются новые энергетические функции и используются скрытые параметры, ранее считавшимися паразитными:

1.Емкостной накопитель энергии приобретает энергетические функции резонансного контура, фильтра помех и фильтра постоянного тока, а в некоторых случаях-генератора.

2.Импульсные трансформаторы при условии разделения его на секции и включение в него уже гибридных компонентов, а также подключению к этим секциям силовой распределенной по секциям силовой электроники, кроме функции трансформатора, приобретает функции каскадного умножителя напряжения, функцию формирователя импульсов и функцию резонансного контура резонансного инвертора и т.д.

3.Гибридизации системы постоянного тока заключается в разделении ее на участки, встраивание в них гибридных компонентов и силовой электроники.

В результате, гибридная систем передачи энергии приобретает следующие свойства и функции:

•Направление передачи энергии задается логикой работы силовой электроники, от источника с меньшей энергии и наоборот и перенаправляется в сторону наиболее важного потребителя.

•Может выполнять функцию накопления энергии и ее резервирования для бесперебойной работы.

•Выполняет функцию импульсной отдачи накопленной энергии для необходимого потребителя многократно превышавшую среднюю мощность линии.

•Система исполняет свои функции при коротких замыканиях или аварийных повреждениях, отключая поврежденный узел и оптимальными путями перенаправляет энергию на другие узлы (потребителей) сети.

•Обеспечивает возможность подключения потребителей в любой точки сети в условиях мобильности, перемещения.

•В процессе передачи энергии происходит ее преобразование в результате чего к ней могут подключаться потребители с разными нагрузочными параметрами и разными напряжениями (низковольтные и высоковольтные).

•Гибридная система передачи энергии может работать совместно со стандартной линией передачи постоянного тока или как её часть .

РЕШАЕМЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Потребительские

1.Система автоматически подстраивается под потребителя, а не потребитель под систему электроснабжения.

2.Снимает ограничения по комплексной и одновременной передачи разного типа и вида энергии от первичных источников генерации и распределения энергии разным потребителям по их типу и виду в отличии от существующих системы.

3.Ликвидирует недостаток мощности при включении в систему высоконагрузочного и дополнительного оборудования с импульсной мощностью 1 МВт и более.

4.Совместима со всеми видами и типами нагрузок использующие частотные преобразователи до 1000В и постоянный ток 0.5 - 50 кВ.

5.Рекуперация электроэнергии - система отдает энергию потребителю и «собирает» её от всех возможных источников для потребителя.

6.Электроэнергия без помех, импульсов, искажений тока, загрузки сети реактивной мощностью.

7.Обеспечивает стабильность и надежность работы сети, в т.ч. электроснабжение автономных нагрузок и изолированных энергосистем .

8.Снимает риски воздействия природных факторов как порывистый ветер, налипание снега, обледенение, интенсивный износ на ВЛЭП .

Технологические

1.Устраняет барьеры создания специального и пригодного для энергосистем генераторов или импульсных преобразователей большой мощности и частоты т.е. отсутствие импульсного трансформатора с большим коэффциентом трансформации способного получать высокочастотные импульсы в сотни киловольт.

2.Снимает ограничения при отсутствии емкостных накопителей энергии, работающих с высокой частотой и электроемкостью необходимых для использования в энергосистемах.

3.Решает проблему дефицита и построения эффективных мощных полупроводниковых преобразователей энергии из за отставания развития пассивных компонентов от развития активных компонентов.

4.Повышает пропускную способность мощности передаваемой энергии по существующим или проектируемым системам передачи энергии в 10-15 раз.

Экономические

1.Сокращает капитальные и операционные затраты на оборудование, прокладку проводов, строительства ЛЭП.

2.Сокращает сроки организации энергоснабжения потребителя, т.к. позволяет быстро развернуть электроснабжение.

3.Снижает капитальные затраты и потери энергии на электроснабжения удаленных и распределенных потребителей от распределенных первичных источников генерации, в том числе на шельфе, островных территориях, болотистых и горных районах.

4.При одинаковой мощности, что и системы HVDC иметь меньшие габариты, потери энергии и стоимость.

5.Надежная, экономичная и полностью управляемая передача электроэнергии по кабельным и воздушно-кабельным линиям до ±500 кВ и до 1,4 ГВт

ТОПОЛОГИЯ И КОНКУРЕНТНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

1.Базовый элемент топологии – модуль МД (модуль дуальный) состоящий из дуальной системы двух связанных контуров образованными индуктивно емкостными элементами и п\п ключами, в котором управляемый транзит энергией осуществляет встроенная электроника по принципу очень схожему с принципом ШИМ преобразователя.

2.МД использует в качестве компонентов контуров индуктивность проводов самой линии передачи энергии при разбиении ее на участки и (или) дискретные индуктивности в случае исполнения в виде отдельных устройств.

3.В отличии от ближайшего аналога, применяемого в высоковольтных преобразователях – каскадной многоуровневой топологией ММС:
• имеет функцию передачи энергии в виде дискретной электромагнитной волны от одного емкостного элемента к другому, а значит по всему тракту ГСПЭ в управляемом направлении, что позволяет строить гибридные передающие линии по данной топологии;

• встроенной ШИМ имеет функции преобразования уровня энергии также по всему тракту ГСПЭ.
• в гибридной линии передачи энергии имеет функцию управления перераспределением между потребителями.
• за счет встроенных емкостных накопителей имеют функцию накопления и резервирования энергии.
• имеют функцию генерирования высокоточных и высоковольтных импульсов с высокой частотой следования.
•п\п компоненты топологии находятся в зоне НН, вне зоны действия импульсных перенапряжений, что позволяет использовать дешевые и доступные компоненты на более высокой частоте переключения, что увеличивает пропускную способность по мощности.

Стандартная схема ШИМ преобразователя на базе мостового инвертора, при работе левого верхнего и правого нижнего транзисторов в импульсном режиме происходит транзит энергии от левого ЕНЭ в правый, при работе левого нижнего и правого верхнего транзисторов - в обратном направлении.

Схема перехода в гибридную линию:

а) линия передачи делится на участки расчетной длины для получения расчетной индуктивности необходимой для работы ШИП (широтно-импульсный преобразователь)

б) емкостные накопители встраиваются симметрично в расщепленный на два провода гибридной линии передачи энергии (ГЛПЭ) последовательно с ними

г) принцип транзита энергии от одного ЕНЭ к другому, как слева направо так и наоборот ясен из рисунка

Сравнение схем приведены в презентации

ПРИМЕЧАНИЕ:

1.Высокое напряжение формируется между началом и концом ГЛПЭ за счет последовательного каскадного включения ЕНЭ и корректируется ШИП для подключения высоковольтной нагрузки и совместной работы со стандартной высоковольтной линией передачи постоянного тока. В качестве обратного провода - земля, а для прямого подключения используются оба провода ГЛПЭ через разделяющие диоды. 2.Возможен режим работы части или всей линии на резонансной частоте контуров из ЕНЭ и примыкающей к нему секции линии придачи. Режим ШИМ меняется на режим ЧИМ. Частота преобразования за счет этого режима и оптимального напряжения в поперечном для передачи энергии на которое включены полупроводники достигает 100 кГц (все импульсные перенапряжения формируются в ГЛПЭ в продольном направлении) 3.Несмотря на то что энергия в ГЛПЭ передается импульсами (квантами), термин «передача постоянного тока» сохраняется, так как распределенная система ШИП по терминологии относится к преобразователям постоянного тока (ПТ), а на входе ГЛПЭ – источники ПТ, на выходе - потребители ПТ. 4.На самом деле, топология системы хотя и по идее близка к изложенной, но отличается и включает еще и создание импульсной энергии технологического уровня по всему тракту, но так как находится в стадии патентования, не комментируется.

Синхронная работа всех модулей Гибридной энергосистемы формирует бегущую волну энергии следующим образом: в один полутакт ЕНЭ разряжаются на индуктивность секции линии электропередачи по направлению передачи энергии, в следующий полутакт магнитная энергия накопленная в индуктивности секции поступает на заряд ЕНЭ сдвинутый на один шаг также в направлении передачи энергии, как «искусственная электронная волна» инициированная электроникой.

ВЫВОД:
A. Эти свойства позволяют на одних и тех же компонентах и модулях создавать различные по назначению многофункциональные и многозадачные устройства и распределенные системы (линии).
B. Сборка устройств обеспечивается малыми и простыми операций и может осуществляться вдали от производственной базы.

Система универсальна - совместима, децентрализована и адаптивна:

•Универсальна в одновременной работе с распределенной системой первичной генерацией энергии разного типа и разного вида и адаптирована и согласована нагрузочными характеристикам к распределенному потребителю разного типа и разного вида, т.е энергосистем сама подстраивается под потребителя, а не потребитель подстраивается под систему.

•Совместима со всеми видами и типами нагрузок использующие частотные преобразователи до 1000В и постоянный ток 0.5 - 100 кВ.

•Рекуперация электроэнергии - система как отдает энергию, так и «собирает» её для целевого потребителя от всех возможных источников.

•Передает энергию от источника с меньшей энергии и наоборот перенаправляя в сторону наиболее важного потребителя задается логикой работы силовой электроники.

•Накапливание и резервирование энергии для бесперебойной работы потребителей сети.

•Импульсная отдача накопленной энергии для необходимого потребителя многократно превышает среднюю мощность линии.

•Отключает поврежденный узел сети и перенаправляет энергию на другие узлы сети (уничтожение, КЗ или аварийных повреждения).

•Возможность подключения мобильных потребителей в любой точки сети.

•При передачи энергии происходит ее преобразования позволяющий подключаться низковольтные и высоковольтные потребители с разными нагрузочными параметрами и разными напряжениями

•Система передачи энергии может работать совместно со стандартной линией передачи постоянного тока или как её часть .

•Генерирует сильноточную и высоковольтную импульсную высокочастотную электрическую энергию.

•Передает электроэнергию постоянным током - до 300 км и более.

АРХИТЕКТУРА ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ:

•Обратимый преобразователь AC/DC/DC/АС - AC(0,4кВ-35кВ)/DC/DC(0,6кВ-50кВ1) и обратно с частотой преобразования до 100 кГц

•Импульсный высокочастотный генератор DC/DC с имп.мощность1-10МВт, длит.10-100мс, частота импульсов до 20 кГц.

•Высокоскоростное зарядное устройство AC/DC-DC/DC мощность 50-500кВ и более с возможностью заряда обычным кабелем более 1 км.

•Кабель-электронная линия передачи энергии.

Варианты применения устройств гибридной энергосистемы включает три уровня:

1. Интеграция в централизованную распределительную сеть в качестве комплексного решения, обеспечивающего питание разнотипных нагрузок от различных источников.
2. Формирование автономной (локальной) распределительной сети для инфраструктурных объектов.
3. Автономное применение в виде отдельных устройств для решения специфических задач потребителя.

СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ

Электроснабжение развивающихся и удаленных территорий и регионов:

•Удаленная, распределенная, труднодоступная (Арктика, Крайний Север, Дальний Восток, горная и болотистая местность).

•Межгосударственные электропередачи коммерческого назначения

Электроснабжение инфраструктуры регионов:

•Производственная, транспортная, с/х, жилищно-коммунальная

•Развитие инфраструктуры станций заряда электротранспорта

•Преобразование и передача энергии от накопителей энергии и ВИЭ.

•Энергоснабжение импульсных систем противодействия угрозам объектов КВОИ

•Восстановление инфраструктуры разрушенной стихийными бедствиями и войнами

Электроснабжение военно-морской инфраструктуры

•Энергоснабжение пунктов управления, военных баз

•Пункты базирования кораблей ВМФ, аэродромы военной авиации

•Стартовые сооружениями ПВО и ПРО, военно-космические комплексы

•Оборудование РЛС, РЭБ, ЛК, СВЧ, дронопорты, в т.ч. расположенных на полигонах

•ЦОДы, центры и узлы связи, радиоприемные и радиопередающие центры различного назначения.

Электроснабжение инфраструктуры ТЭК

•Энергоснабжение офшорных нефтяных и газовых платформ

•Инфраструктура нефтяных месторождений и транспортировки нефти

•АЭС для оперативного изменения параметров мощности без нарушения работы реакторов.

Инфраструктура центров обработки данных

•ЦОД – государственные, корпоративные, коммерческие

•Майнинговые фермы – промышленные и майнинг-хостинги

Область применения:

•Объекты постоянного тока с преобразователями напряжения;
•Электростанции ВИЭ - устройства нормирования энергии (повышение и понижение постоянного напряжения от 40 В до 35 кВ);
•В качестве преобразователя тока до 2000 А и преобразователя постоянного напряжения от 40 В до 35 кВ в переменное напряжение произвольной формы и частоты до 400 Гц и наоборот;
•В составе мощных зарядных устройств для быстрой зарядки электромобилей (в условиях отсутствия мощного сетевого источника электропитания) в комплекте с аккумуляторной батареей или конденсатором высокой емкости;
•Активные фильтр-компенсирующие устройства;
•Связь несинхронно работающих энергообъединений через вставки постоянного тока, вставки постоянного тока;
•Для использования в сверхнадежных отказоустойчивых, необслуживаемых устройствах и системах техники использования на объектах атомной промышленности;
•Преобразователи для мощных судовых энергоустановок и электроприводов;
•Мощные системы радиолокации, радиоразведки, системы радиоэлектронной борьбы, СВЧ, лазерные комплексы;

•Системы управления вентильно-индукторными электродвигателями;
•Преобразователи частоты для электроприводов большой единичной мощности (до 30 МВт).

Перспективные направления развития Технологии:

УГТ–9 Высокоскоростные зарядные устройства (от 50 кВт-500кВт и более) для транспорта на электротяги с батареями до и более 1000В от любой AC/DC сети без провала мощности при зарядке и одинаковой скоростью заряда любой батареи кабелем постоянного тока на 100 м – 1 км и более.

2. УГТ–8 Средства электрогидравлического (электрокинетического) воздействия от объемного электрического разряда (Е-разряд)

•Разминирование донных мин направленными подводными электрическими разрядами. Одно из самых перспективных применений.

•Противоторпедная защита кораблей и подводных лодок - энергетическая завеса импульсным полем для поражения или отклонения торпед.

•Противодействие диверсиям - защита стратегических объектов (причалы, стоящие корабли, подводные коммуникации) от подводных диверсантов.

•Нелетальное оружие для надводного применения - ударная волна в воде для обезвреживания катеров, диверсантов не уничтожая их физически.

Примечание: имеется успешный опыт получения и применения объемных электрических разрядов в сфере нефтедобычи и переработки нефтешламовых отложений.

3. УГТ-9 ТЭК - Восстановление работ по выводу из бездействующего фонда скважин вынужденно остановленных по условиям ограничения добычи трудно извлекаемых нефтях, по условиям эксплуатационных проблем, работ по освоению скважин на месторождениях вязкой нефти.

- комплексное решение по снижению себестоимости добычи, транспортировки, перевалки, электроснабжению и снижение капиталовложений в нефтедобывающую и нефтетранспортную инфраструктуру за счет объединение в сеть обработки всех связанные между собой промысловых трубопроводы на месторождениях нефти и газа, включая скважинные, выкидные, сборные, напорные трубопроводы, системы резервуаров.

4.УГТ-9 Переработка отходов нефтедобычи и нефтепереработки в товарный продукт в результате плазменного и электродного (которое тоже плазменное) воздействий с получением топочного топлива, увеличением доли легких и летучих углеводородов, извлечение тяжелых металлов.

5.УГТ-4 Электроснабжение тяговых сетей (на постоянном токе) ж/д транспорта в труднодоступных условиях для строительства типовых энергосистем для перехода к скоростному движению железнодорожного транспорта. Конкурентные преимущества перейдут к тяге на постоянном токе по сравнению с тяговыми системами переменного тока.

Срок разработки гибридных модульных устройств - от 5 месяцев до 1 года.

На страницу проекта