Ученые СКФУ проектируют инновационную распределительную трансформаторную подстанцию

Ученые Северо-Кавказского федерального университета создают цифровую трансформаторную подстанцию (ЦТП) и разрабатывают прототип измерителя тока в электрической сети, основанный на оптической технологии.

Исследовательский проект, направленный на повышение энергоэффективности и устойчивого энергоснабжения, реализуется в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Под руководством доктора технических наук, профессора Юрия Кононова в Школе перспективных междисциплинарных исследований и разработок СКФУ осуществляются исследования по теме «Обоснование технических решений по внедрению технологии синхронизированных измерений в распределительных электрических сетях».

Как объясняют сами ученые, технология синхронизированных измерений в распределительных электрических сетях предназначена для сбора и анализа данных о параметрах режима электрической сети. Она базируется на использовании спутниковых навигационных систем для синхронизации измерительных устройств со всемирным временем с очень высокой точностью.

Это позволяет измерять напряжения, токи, мощности и другие параметры на различных участках распределительной электрической сети за одни и те же интервалы времени с точностью синхронизации не хуже 1 микросекунды. Затем собранные данные передаются в систему верхнего уровня, где они анализируются для определения состояния сети, выявления проблемных участков, обнаружения возможных неисправностей и принятия эффективных решений для поддержания надежной работы сети и повышения эффективности использования энергоресурсов.

В рамках этого исследования на базе действующей трансформаторной подстанции, питающей учебные корпуса федерального университета на территории кампуса «Север», уже создается прототип цифровой подстанции.

– На данный момент разработана архитектура цифровой подстанции и определены технические решения, которые планируется использовать при создании прототипа цифровой подстанции. Часть оборудования уже закуплена, поэтому реализация проекта уже началась. Мы также понимаем, что подстанция не только позволит исследовать новые решения для совершенствования измерительных систем, но и станет образовательной площадкой для студентов технических специальностей, – рассказывает Юрий Кононов.

Отметим, что основная цель цифровых трансформаторных подстанций – улучшение эффективности, надежности и безопасности функционирования электроэнергетических систем. Для этого в ЦТП применяются передовые технологии, в том числе интегрируются цифровые устройства, благодаря чему становится возможным удаленное управление оборудованием, его диагностика и мониторинг.

Помимо этого, одним из важных аспектов исследования является разработка измерителей тока на основе эффекта Фарадея. Принцип действия подавляющего большинства используемых в настоящее время измерительных трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции, что позволяет измерять только переменный ток. Кроме того, эти трансформаторы имеют большую погрешность при быстропротекающих процессах в электрических цепях. Например, при коротких замыканиях и переключениях.

Этих недостатков лишены датчики тока на основе эффекта Фарадея. Высокая стоимость таких датчиков не позволяет осуществить их масштабного внедрения. Поэтому основная цель исследований – снижение стоимости датчиков тока на основе эффекта Фарадея за счет оптимизации выбора его компонентов и конструкции.

На кафедре автоматизированных электроэнергетических систем и электроснабжения Инженерного института СКФУ по этому направлению уже был решен ряд задач, которые связаны с выбором оптических и оптоэлектронных компонентов.

– Эти компоненты позволяют создать прототип оптического трансформатора тока с активными элементами на основе магнитооптических кристаллов. Сейчас мы проводим лабораторные испытания на макете, чтобы определить его возможности и усовершенствовать оптическую схему сенсора, – отметил старший научный сотрудник кафедры Евгений Бондаренко.

Отдельно стоит отметить, что высокий уровень потерь энергии в электрических сетях – это «головная боль» Северного Кавказа, а энергетические компании несут из-за этого миллионные убытки. В связи с этим большое внимание уделяется совместным образовательно-производственным площадкам университета и индустриальных партнеров.

Так, для апробации технических решений в области синхронизированных измерений и цифровых двойников электрических сетей пилотную площадку предоставили ПАО «Россети». Монтаж оборудования на действующий участок электрической сети запланирован до конца 2023 года.

Кроме того, в этом году в СКФУ совместно с ПАО «Сигнал» было создано проектное конструкторское бюро. На первом этапе его задачей является разработка конструкторской документации и опытных образцов интеллектуальной системы комплексного учета энергоресурсов. Такая система позволит снизить затраты снабжающих организаций на контроль и учет расходов электроэнергии, воды и газа в многоквартирных жилых домах.

По результатам выполненных исследований учеными СКФУ были представлены два доклада на международной научно-технической конференции «Релейная защита и автоматика энергосистем – 2023» и подготовлены материалы двух докладов на VI Международную научно-техническую конференцию «Релейная защита и автоматика».

СПРАВОЧНО: Школа перспективных междисциплинарных исследований и разработок была создана на базе Северо-Кавказского федерального университета в сентябре 2021 года. Одной из основных целей ее деятельности является поддержка исследований, осуществляемых учеными на основе междисциплинарного подхода и направленных на получение фундаментальных научных результатов по сформированным тематическим направлениям.