Smart-инвертор для поддержания норм качества электрической энергии в распределительных сетях электроснабжения 0,4 кВ их установленным значениям и интеллектуально-автоматизированная система управления электрическими сетями на базе Smart-инвертора Российский патент 2025 года по МПК H02J3/28 

Область техники

Настоящая группа изобретений относится к области электротехники и предназначена для повышения качества предоставляемой электроэнергии, а также для повышения надежности электроснабжения в соответствии со спросом потребителя.

Уровень техники

Из уровня техники известно решение, раскрывающее устройство компенсации изменений напряжения и реактивной мощности электрической сети (см. Патент РФ № 196125, опубл. 18.02.2020) (Д1). Устройство компенсации изменений напряжения и реактивной мощности электрической сети, характеризующееся наличием вольтодобавочного трансформатора, одна сторона первичной обмотки, подключенной к сети, дополнительно снабжена быстродействующим выключателем и подключенным к нему блоком определения уровня падения напряжения и синхронизации с частотой и фазой напряжения сети, а другая сторона первичной обмотки соединена с нагрузкой, характеризующееся также наличием первого инвертора на IGBT транзисторах с ШИМ системой управления, подключенного к вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, и вторым инвертором на IGBT транзисторах с ШИМ системой управления, выход которого подключен к нагрузке, при этом к второму инвертеру подключена двухрежимная система управления, к которой подключен блок определения уровня падения напряжения и синхронизации с частотой и фазой напряжения сети, устройство дополнительно снабжено накопителем электроэнергии в виде блока суперконденсаторов, а первый и второй инверторы и блок суперконденсаторов соединены по цепи постоянного тока, которая подключена к упомянутой двухрежимной системе управления, к которой подключен блок вычисления отклонения амплитуды и частоты напряжения в нагрузке, а также блок определения уровня падения напряжения и синхронизации с частотой и фазой напряжения сети.

Известное устройство обеспечивает возможность стабилизации уровня напряжения сети переменного тока при повышенной нагрузке на сеть, в том числе при пропадании входного напряжения за счет наличия накопителя электроэнергии.

Однако данное решение не позволяет в режиме реального времени осуществлять автоматическую корректировку напряжения в сети на основании прогнозируемых значений параметров, а также осуществлять эффективное управление режимами заряда и разряда накопителей электроэнергии.

Раскрытие изобретения

Технические результаты, на достижение которых направлена предлагаемая группа технических решений, заключаются:

- в обеспечении поддержания нормы качества электрической энергии в распределительных системах электроснабжения общего назначения 0,4 кВ;

- повышении надежности электрической энергии в распределительных системах электроснабжения общего назначения 0,4 кВ;

- повышении качества электроэнергии в распределительных сетях потребителя 0,4 кВ.

Заявленные технические результаты достигаются группой предложенных технических решений, которые охарактеризованы следующей совокупностью существенных признаков.

Smart-инвертор (умный инвертор) для поддержания нормы качества электрической энергии, содержащий блок получения текущих электрических параметров сети (1.2), блок задания уставок электрических параметров сети (1.1), блок управления потоками мощности (1.3), блок (1.4) для осуществления удаленного мониторинга и управления работой Smart-инвертора (умного инвертора), блок управления силовой частью (1.5), причем блок управления потоками мощности (1.3) на основании данных из блока получения текущих электрических параметров сети (1.2), блока (1.4) для осуществления удаленного мониторинга и управления работой Smart-инвертора (умного инвертора) и блока задания уставок электрических параметров сети (1.1), осуществляет формирование управляющего сигнала на блок управления силовой частью (1.5), который выполнен с возможностью создания управляющего воздействия на силовые полупроводниковые ключи для переключения между режимами выдачи мощности в сеть и режимом накопления электроэнергии, причем блок управления потоками мощности (1.3) выполнен с возможностью осуществления переключения между режимами выдачи мощности в сеть и режимом накопления электроэнергии на основе текущих и накопленных данных о параметрах потребления электроэнергии, причем выбор между упомянутыми режимами осуществляется с учетом значения текущего напряжения сети и остаточной емкости накопителей электроэнергии, при этом если текущее напряжение сети ниже установленного значения, то осуществляется переход в режим выдачи мощности, а если текущее напряжение в сети выше установленного значения, то осуществляется переход в режим накопления электроэнергии, причем блок управления потоками мощности (1.3) включает функцию прогнозирования режима работы, обеспечивающую оптимизацию графика поддержания параметров электроснабжения потребителей в условиях нерегулярных или внезапных изменений графика электропотребления, путем контроля емкости заряда накопителей электроэнергии и управления зарядом или разрядом накопителей электроэнергии с учетом установленного значения напряжения сети и соотношения активной P и реактивной Q составляющих суммарной мощности выдаваемой в сеть.

Процесс регулирования напряжения в сети при учете соотношения активной P и реактивной Q составляющих суммарной мощности осуществляют путем поочередного изменения соотношения Р/Q с одновременной регистрацией изменения напряжения в сети, причем если напряжение сети после регулирования по активной мощности P больше, чем после регулирования по реактивной мощности Q, то первичной величиной регулирования устанавливают активную мощность P и наоборот, если напряжение сети после регулирования по реактивной мощности Q больше, чем после регулирования по активной мощности P, то первичной величиной регулирования устанавливают реактивную мощность Q.

Текущие электрические параметры сети включают в себя ток, напряжение, активную и реактивную мощности, частоту.

Параметры потребления электроэнергии включают в себя данные о заряде/разряде накопителей электроэнергии и длительности заряда/разряда накопителей электроэнергии, сформированные за период работы Smart-инвертора (умного инвертора) в течение суток или полной календарной недели.

В режиме накопления электроэнергии выполняется автоматическое регулирование тока заряда накопителей электроэнергии с учетом текущего значения напряжения в сети.

Блок задания уставок электрических параметров сети (1.1) представляет собой графический интерфейс пользователя.

Силовые полупроводниковые ключи представляют собой силовой преобразователь на базе трехуровневых IGBT модулей Т-типа или двухуровневых IGBT модулей.

Smart-инвертор (умный инвертор) включает функцию параллельной работы с сетью обеспечивающей поддержание необходимого значения полной мощности, когда потребляется максимум электроэнергии и система электроснабжения не способна выдавать энергию с требуемыми показателями качества ввиду своей ограниченности, причем в режиме параллельной работы с сетью осуществляется мониторинг значения текущего напряжения в сети и определяется характер дефицита или профицита реактивной мощности, что позволяет регулировать подачу или компенсацию реактивной мощности приводя все показатели сети в норму.

Smart-инвертор дополнительно оснащен функцией обработки ошибок блока управления силовой частью (1.5), являющийся главным образующим элементом системы управления нижнего уровня умного инвертора, причем при фиксировании сведений о наличии ошибки при работе элементов, входящих в состав Smart-инвертора (умного инвертора), работа по регулированию напряжения в сети прекращается до устранения ошибки.

Интеллектуально-автоматизированная система управления электрическими сетями, включающая Smart-инвертор (1), выполненный с возможностью поддержания параметров электрической энергии в сети их установленным значениям, измерительный преобразователь (2), выполненный с возможностью измерения электрических параметров сети и их передачу в режиме реального времени в Smart-инвертор (1), блок накопления электроэнергии (3), выполненный с возможностью работы в режиме накопления электрической энергии и передачи электрической энергии в сеть в зависимости от команд Smart-инвертора (1), блок удаленного мониторинга и задания уставок (4), выполненный с возможностью удаленного мониторинга за состоянием Smart-инвертора и удаленного управления Smart-инвертором путем дистанционного задания уставок, определяющих реализацию функции по поддержанию соответствия параметров электрической энергии в сети их установленным значениям, причем Smart-инвертор осуществляет накопление информации о значениях нагрузки в сети и использует эту информацию совместно с информацией от измерительного преобразователя (2) для смены режимов работы, которые включают режим выдачи мощности в сеть из блока накопления электроэнергии (3) и режим накопления электроэнергии в блоке накопления электроэнергии (3), причем выбор между упомянутыми режимами осуществляется с учетом значения текущего напряжения сети и остаточной емкости накопителей электроэнергии, при этом если текущее напряжение сети ниже установленного значения, то осуществляется переход в режим выдачи мощности, а если текущее напряжение в сети выше установленного значения, то осуществляется переход в режим накопления электроэнергии, причем Smart-инвертор включает функцию прогнозирования режима работы, обеспечивающую оптимизацию графика поддержания параметров электроснабжения потребителей в условиях нерегулярных или внезапных изменений графика электропотребления, путем контроля емкости заряда накопителей электроэнергии и управления зарядом или разрядом накопителей электроэнергии с учетом установленного значения напряжения сети и соотношения активной P и реактивной Q составляющих суммарной мощности выдаваемой в сеть.

Smart-инвертор представляет собой силовой преобразователь на базе трехуровневых IGBT модулей Т-типа или двухуровневых IGBT модулей.

Блок накопления электроэнергии (3) выполняется на базе аккумуляторных батарей.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Общая структурная схема Smart-инвертора (умного инвертора).

Фиг. 2. Общая структурная схема интеллектуально-автоматизированной системы управления электрическими сетями.

Фиг. 3. Структурная схема системы управления верхнего уровня Smart-инвертора (умного инвертора).

Фиг. 4. Пример электрической схемы подключения Smart-инвертора (умного инвертора) к электрической сети.

Фиг. 5. Пример управления током заряда на основе ПИ-регулятора.

Осуществление изобретения

Потребность в электроэнергии каждого участка электросети меняется с течением времени в соответствии с нагрузками, определяемыми потребителями. Чтобы гарантировать постоянное удовлетворение меняющегося с течением времени спроса на электроэнергию и кондиционировать параметры сети, предлагается использовать специальные систему и устройство - интеллектуально-автоматизированную систему управления электрическими сетями и входящий в её состав Smart-инвертор. В случаях, когда спрос потребителей превышает номинальную мощность питающей их электрической сети, Smart-инвертор должен восполнить недостаток потребляемой мощности за счет энергии, потребляемой из аккумуляторных батарей. В случае отсутствия подключения участка электросети к централизованной энергосистеме Smart-инвертор должен сам формировать сеть, т.е. выдавать электроэнергию требуемого качества независимо от внешней энергосистемы.

Smart-инвертор (умный инвертор) - это силовой преобразователь, который выполняет функцию управления потоками активной и/или реактивной мощности, статического регулирования в зависимости от напряжения или частоты, а также выполняет функцию согласования напряжения в распределительных электрических сетях 0,4 кВ. Smart-инвертор является частью комплексной системы накопления и распределения электроэнергии, предназначенной для реализации широкого спектра электрических сервисов. Областью применения устройства Smart-инвертора являются системы электроснабжения переменного тока низкого и среднего напряжения (через трансформатор) и системы электроснабжения постоянного тока.

Целью создания Smart-инвертора является его внедрение в электрические сети недостаточной мощности для поддержания заданных параметров электроэнергии в соответствии со спросом потребителя. Применение Smart-инвертора в составе интеллектуально-автоматизированной системе управления электрическими сетями позволяет решить множество задач по стабилизации напряжения в сети, повышению надежности электроснабжения и повышению качества электроэнергии.

Режим работы электрических сетей определяется токовой нагрузкой линий, частотой тока, уровнем напряжения у подключенных к сети приемников электроэнергии и источников питания, напряжением линий сети относительно земли, режимом нейтрали, симметрией многофазной системы напряжения, синусоидальностью напряжения, сопротивлением изоляции линий между собой и относительно земли.

Режимы работы электрических сетей подразделяют на четыре вида:

нормальные режимы, при которых отклонение приведенных ранее параметров от их номинальных (нормируемых) значений не превышают длительно допустимые;

временно допустимые режимы, при которых отклонения приведенных ранее параметров допустимы на определенное ограниченное время без существенного ущерба для сети и питаемых от нее приемников (например, систематические перегрузки силовых трансформаторов);

аварийные режимы, характеризующиеся опасными для элементов сети сверхтоками или другими недопустимыми явлениями (например, КЗ, обрывы проводов); они имеют, как правило, переходный (неустановившийся) характер;

послеаварийные режимы, в которые входят как переходные процессы (например, вызванные одновременным самозапуском большого числа двигателей), так и установившиеся режимы в новых условиях питания, часто ограниченных по мощности.

Условия работы Smart-инвертора в режиме генерирования активной мощности осуществляется во временно допустимом режиме работы, когда инвертор работает параллельно с сетью, а мощность потребления в сети будет превышать проектную. В номинальном режиме будет осуществляться зарядка аккумуляторной батареи (далее АКБ), тогда как в аварийном и послеаварийном режиме инвертор будет отключен от сети.

Использование Smart-инвертора осуществляется в двух режимах работы: параллельно с сетью, когда инвертор подключен к централизованной энергосистеме напряжением 0,4 кВ, и в режиме формирования сети, автономно от энергосистемы.

При параллельной работе с сетью с помощью Smart-инвертора можно поддерживать необходимое значение полной мощности, когда потребляется максимум электроэнергии, и система электроснабжения не способна выдавать энергию с требуемыми показателями качества ввиду своей ограниченности. Так же в данном режиме Smart-инвертор осуществляет мониторинг значения напряжения в точке подключения к электрической сети, и определяет характер дефицита или профицита реактивной мощности. Таким образом, Smart-инвертор регулирует подачу или компенсацию реактивной мощности приводя все показатели сети в норму.

В режиме формирования сети Smart-инвертор является управляемым источником напряжения. Управление инвертором применяется «скалярное», когда регулируется амплитуда и частота напряжения на выходе инвертора. Из-за того, что большинство бытовых потребителей являются выпрямительной нагрузкой, форма потребляемого тока будет искажать выходной напряжение. Для этого используется специальный алгоритм формирования высших гармоник в выходном напряжении.

В обоих режимах инвертор осуществляет зарядку и разрядку аккумуляторной батареи (за исключением режима работы в качестве компенсатора реактивной мощности), когда электроэнергия потребляется сетью или накапливается в аккумуляторных батареях (АКБ). Для поддержания необходимого уровня напряжения на звене постоянного тока инвертора (далее ЗПТ), вне зависимости от напряжения аккумуляторной батареи, используется повышающий DC/DC-преобразователь. Поэтому между АКБ и преобразователем постоянного тока в переменный (сетевой инвертор) находится двунаправленный DC/DC-преобразователь. В такой схеме максимальное напряжение АКБ должно быть меньше, чем максимальное допустимое напряжение на ЗПТ, чтобы DC/DC-преобразователь был только повышающим, что упрощает конструкцию.

Smart-инвертор состоит из двух подсистем: система управления верхнего уровня (А), которая управляет процессами выдачи и накопления энергии в соответствии с прогнозируемым планом нагрузки, а также на основе текущих данных режима, а также подсистемы нижнего уровня (Б), предназначенной для работы непосредственно с силовой частью устройства и выполнения команд от системы верхнего уровня.

Система управления верхнего уровня формирует команды для оборудования инвертора, чтобы производить переключение режима работы оборудования, задать установленные значения (уставки) по выдаче активной и реактивной мощности, а также току заряда. Установленное значение или уставка – значение, задаваемое для алгоритма (например, напряжение), к поддержанию которого стремится алгоритм путем управления доступными средствами (по отношению к настоящей группе технических решений – это управление выдаваемой/потребляемой активной и реактивной мощностями).

Основными задачами системы управления верхнего уровня являются:

- Повышение надежности электроснабжения потребителя за счет выдачи мощности от накопителя как резервного источника энергии;

- Обеспечение качества электроэнергии за счет поддержания заданных уровней напряжения;

- Сглаживание графика нагрузки путем выдачи мощности от аккумулятора в пиковые часы нагрузок и накопления энергии в периоды низкой нагрузки потребителя.

На фиг. 1 приведена общая структурная схема умного инвертора. Умный инвертор (1) для поддержания параметров электроэнергии в сети их установленным значениям содержит блок получения текущих электрических параметров сети (1.2), блок задания уставок электрических параметров сети (1.1), блок управления потоками мощности (1.3), блок (1.4) для осуществления удаленного мониторинга и управления работой умного инвертора, блок управления силовой частью (1.5).

Блок управления потоками мощности (1.3) на основании данных из блока получения текущих электрических параметров сети (1.2), блока (1.4) для осуществления удаленного мониторинга и управления работой умного инвертора и блока задания уставок электрических параметров сети (1.1), осуществляет формирование управляющего сигнала на блок управления силовой частью (1.5), который выполнен с возможностью создания управляющего воздействия на силовые полупроводниковые ключи для переключения между режимами выдачи мощности в сеть и режимом накопления электроэнергии. Одной из основных функций блока управления потоками мощности (1.3) является формирование управляющего сигнала для управления процессом заряда/разряда накопителей электроэнергии.

Блок управления потоками мощности 1.3 в общем случае является главным образующим элементом системы верхнего уровня (А), которая реализует два режима работы:

- Автоматический – в этом режиме задается уставка по напряжению, которую необходимо поддерживать у потребителя, исходя из которой выбирается режим работы (на заряд аккумулятора / на выдачу мощности)

- Ручной – в этом режиме задаются уставки по выдаваемой активной и реактивной мощности / току заряда аккумулятора.

Структурная схема системы верхнего уровня умного инвертора приведена на фиг. 3.

Блок управления потоками мощности 1.3 в общем случае включает в себя модуль прогнозирования режима работы (1.3.1), модуль управления выдачей мощности (1.3.2), модуль управления накоплением зарядом (1.3.3), модуль перенаправления информации (1.3.4), модуль обмена информацией и передачи команд (1.3.5).

Модуль прогнозирования режима работы (1.3.1) производит сбор ряда измерений для работы алгоритма прогнозирования нагрузки потребителя, определяет временные отрезки для планового перехода из режима накопления в режим выдачи мощности, производит перевод из одного режима в другой, определяет уставки по напряжению - «уставки U».

Модуль управления выдачей мощности (1.3.2) представляет собой систему управления по поддержанию заданного уровня напряжения за счет выдачи в сеть активной и реактивной мощности с учетом «уставок P, Q». Модуль производит отправку команд в систему управления нижнего уровня с помощью модуля (1.3.5) обмена информацией и передачи команд, который в общем случае реализован в виде модуля ТМ Modbus. Модуль ТМ Modbus – представляет собой инструменты для обмена информацией с устройством (умным инвертором) по протоколу Modbus RTU. Данный модуль используется для непосредственной ретрансляции команд в систему управления нижнего уровня (Б).

Модуль управления накоплением зарядом (1.3.3) представляет собой систему управления по регулированию тока заряда аккумулятора в режиме работы устройства на накопление электроэнергии с учетом «уставки I». Модуль производит отправку команд в систему управления нижнего уровня (Б) через модуль обмена информацией и передачи команд (1.3.5) (модуль ТМ Modbus).

Модуль перенаправления информации (1.3.4) реализован на базе модуля ТМ IEC104, который представляет собой инструменты для обмена информацией с устройством по протоколу МЭК 60870-5-104. Модуль представляет собой серверную часть, которая производит перенаправление информации в модуль прогнозирования режима работы (1.3.1). Для дистанционного взаимодействия с устройством необходимо подключиться клиентским приложением к серверу МЭК 60870-5-104 и изменить соответствующие регистры.

Во время своей работы устройство производит сбор информации о текущем режиме, в т.ч. текущую нагрузку потребителя, напряжение в месте установки и сохраняет эту информацию в виде временного ряда. Эта информация используется для прогнозирования режима на следующие сутки. После получения прогноза выбираются участки по времени, в рамках которых будет запланирована смена режима работы устройства: с режима выдачи мощности на режим заряда и наоборот. Однако, в процессе работы системы возможны и нормальные ситуации, когда прогнозируемый режим не совпадает с реальным, поэтому переход между режимами может также производиться динамически, отклоняясь от прогноза.

При работе системы на выдачу мощности, система производит детектирование дефицита активной или реактивной мощности в точке установки устройства и компенсации выявленного дефицита за счет накопленной энергии.

Регулирование выдачи мощности осуществляется с помощью пропорционально-интегрального регулятора (далее ПИ-регулятора). ПИ-регулятор – математическая абстракция, которая применяется для поддержания заданных параметров объекта управления. Управляющий сигнал в случае пи-регулирования формируется из интегральной и пропорциональной составляющих. Пропорциональная составляющая представляет собой разность между заданной величиной регулируемого параметра и ее реальной величиной. Чтобы увеличить точность регулирования в пи-регуляторы вводится интегральная составляющая, которая пропорциональна интегралу по времени от отклонения регулируемого параметра, что позволяет обеспечить компенсацию статической ошибки.

Обратная связь для ПИ-регулятора производится по напряжению в точке установки. При отклонении текущего значения от установленного значения (уставки) производится определение характера дефицита и начинается регулирование.

В обоих случаях дефицита (активной или реактивной мощности) референтным значением является напряжение, поэтому для определения его характера в текущей ситуации применяются алгоритмы, определяющие соотношение выдаваемой активной и реактивной составляющей в рамках текущего цикла регулирования, где:

- U_уст – значение уставки по напряжению, необходимое для поддержания у потребителя

- U_тек – текущее значение напряжения в точке установки устройства

- P/Q ratio – соотношение активной и реактивной мощностей в выдаваемом значении системой регулирования на объект управления

- [] U, P, Q – массив значений напряжения, активной и реактивной мощности, необходимый для определения P/Q ratio

- P/Q – выдаваемая мощность от устройства

Объектом управления в данном случае является вся внешняя система, включая потребителя.

В случае, приведённом выше, выполняются функции корректировки выдаваемого соотношения между активной и реактивной мощностью на основе анализа данных: массива значений за определенный период значений напряжения в точке установки, активной и реактивной выданной мощностей.

При работе системы на потребление мощности (на заряд встроенного аккумулятора), система производит детектирование возможности потребления электроэнергии из сети так, чтобы качество электроэнергии (ЭЭ) у потребителя не ухудшилось.

Временные отрезки, когда система по плану переходит из режима работы на выдачу мощности, в режим работы на накопление мощности, параметры ЭЭ определяются на основе ретроспективных данных нагрузки потребителя. Переход в режим потребления производится в наиболее разгруженные периоды t (ночь, дневные минимумы).

Регулирование тока заряда аккумулятора производится с помощью ПИ-регулятора. Обратная связь для регулятора осуществляется по напряжению в точке установки. Пример управления током заряда приведен на фиг. 5. В данном примере уставка по напряжению была снижена с 380 В до 360 В, при этом ток заряда был увеличен до 33 %.

Алгоритм выдачи мощности

Алгоритм, определяющий соотношение выдаваемой активной и реактивной составляющей, работает посредством оценки реакции системы на управляющие воздействия:

1. Полученное значение напряжения расходится с уставкой.

2. Поочередно изменяется P/Q в небольших пределах, с регистрацией реакции в модели. Критерием оценки является изменение напряжения от начала изменения параметра.

3. Сравнивая полученную реакцию от модели, определяется основной параметр для регулирования (Р или Q, если U после «проверочного» регулирования по P больше, чем по Q, то первичной величиной регулирования будет Р и наоборот).

Дальнейший алгоритм основного параметра в ПИ-регуляторе работает по следующей формуле:

,

где

– текущая ошибка

– пропорциональный коэффициент

– интегральный коэффициент

– первичный параметр регулирования

В измеряемых величинах

– уставка по напряжению

– текущее значение напряжения

– пропорциональный коэффициент

– интегральный коэффициент

– первичный параметр регулирования

Вторичный параметр будет регулироваться в пропорции к первичному

– коэффициент пропорциональности, показывающий насколько сильнее система реагирует на изменение первичного параметра, по отношению ко вторичному

Алгоритм управления накоплением электроэнергии (ЭЭ).

Процесс управления потреблением мощности устройством и, как следствие, накопления ЭЭ в аккумуляторе устройством производится автоматически.

Переход в режим работы накопления ЭЭ характеризируется полным отсутствие выдачи мощности из устройства, а также снижением уставки по поддержанию напряжения у потребителя: режим накопления ЭЭ должен характеризоваться спадами на графике нагрузки у потребителя, т.е. режимные минимумы нагрузки. В таких режимах (ночные/дневные минимумы) снижение уставки по напряжению не приводит к реальному ухудшению качества ЭЭ, при этом возможно подключение дополнительных «потребителей» в лице аккумулятора устройства.

Управление производится на основе алгоритма ПИ-регулятора. Управляемой величиной является ток заряда, обратная связь производится по напряжению у потребителя.

Алгоритм прогнозирования режимов работы устройства.

Управление переходом из режима выдачи мощности в режим накопления энергии устройства производится автоматически, основываясь на данных нагрузки в точке установки устройства. Основная задача алгоритма – спрогнозировать характер нагрузки на следующие сутки вперед, а затем определить зоны, в которых будет запланирован переход из одного режима в другой.

Смена режима работы устройства характеризуется изменением уставки поддерживаемого напряжения – производится ее некоторое снижение до комфортного для потребителя уровня, в условиях низкой нагрузки у последнего.

Определение графика нагрузки производится с помощью алгоритма машинного обучения – градиентный бустинг.

Первым шагом построения модели является определение начального значения:

где – функция потерь:

Таким образом, с учётом выбранной функции потерь, в качестве начального значения используется среднее арифметическое нагрузок (“Load”).

Далее необходимо для каждой записи рассчитать отклонение фактической нагрузки от начального значения (столбец “Остаток”).

Далее, будут подробно описаны базовые алгоритмы функционирования системы нижнего уровня (Б) умного инвертора.

На фиг. 4 приведен пример реализации умного инвертора и его подключение в сеть. Блок управления силовой частью (1.5, представляющий собой элемент системы управления нижнего уровня (Б)) умного инвертора (Smart-инвертор) включает, по меньшей мере, LCL-фильтр (1.5.2) и инвертор напряжения (1.5.1). Блок управления может содержать в своем составе блок питания системы управления (1.5.3), обеспечивающий питание элементов на уровне 24 В.

Инвертор напряжения (1.5.1) представляет собой силовой блок и включает в свой состав в частном случае реализации сетевой инвертор, DC/DC- преобразователь и стойку для балансира напряжения на конденсаторах ЗПТ. В силовой части применяется трехуровневый IGBT модуль T-типа или двухуровневый IGBT модуль.

Для сглаживания формы тока на выходе инвертора напряжения (1.5.1) используется LCL-фильтр (1.5.2). Достоинствами использования 3-уровневого инвертора напряжения являются низкие потери, а также близкая к синусоидальной форма выходного напряжения, что позволяет значительно уменьшить размеры фильтра.

В зависимости от задания активной P_ref и реактивной мощностей Q_ref и измеренных фазных напряжений U_abc, рассчитывается задание на токи i_d, i_q во вращающейся системе координат dq, где вектор напряжения вращается с частотой сети, а его амплитуда равна амплитуде фазного напряжения. Угол вектора напряжения рассчитывается используя данные с датчиков напряжения сети. Рассчитанные токи отрабатывает ПИ-регулятор тока, выходом которого является напряжение соответствующей оси U_dref, U_qref, после чего из неподвижной системы координат dq осуществляется переход к трехфазной системе координат, и блок ШИМ выдает сигналы управления трехуровневым инвертором напряжения (1.5.1). По сути, данная система является векторной системой управления синхронным двигателем.

Система управления основана на алгоритме коррекции гармонических искажений по результатам разложения выходного напряжения в ряд Фурье.

Принцип действия построенной системы управления следующий. Измеряемое фазное напряжение U_f раскладывается в ряд Фурье блоком дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Математическое описание разложения функции в ряд Фурье можно представить следующей формулой:

где f(x) – исходная функция (в нашем случае – U_f).

Коэффициенты a_n и b_n – амплитуды косинусоидальных и синусоидальных составляющих исходной функции с частотами в n раз больше основной, a₀ – постоянная составляющая. Чтобы скомпенсировать требуемые гармонические искажения, в качестве обратной связи системе регулирования потребуются эти амплитуды, которые можно рассчитать по следующим формулам:

В дискретном виде, пригодном для программной реализации, формулы

можно переписать так:

Здесь интеграл заменяется конечной суммой из N произведений. В течение периода выходного напряжения производится N = 128 измерений. Для каждой компенсируемой гармоники 128 раз рассчитывается произведение ее опорной кривой (синусоиды или косинусоиды соответствующей частоты) в данной точке на измеренное u_ф. Опорные кривые рассчитаны заранее и заданы табличным методом с целью экономии вычислительных ресурсов микроконтроллера. Разложение производится для синусоидальной и косинусоидальной составляющей первой гармоники и высших гармоник со второй по девятую, а также для постоянной составляющей фазного напряжения.

Полученные в конце периода выходного напряжения амплитуды гармоник поступают в качестве обратных связей на интегральные регуляторы напряжений (РН). Задание амплитуды синусоидальной составляющей первой гармоники равно номинальному значению амплитудного фазного напряжения, а всех побочных гармоник — нулю (задача системы управления скомпенсировать их). На выходах регуляторов получаем коэффициенты, с которыми каждая гармоника будет добавлена в общее задание напряжения инвертора U_ф.з. Далее опорные табличные значения всех гармоник, отмасштабированные путем умножения на соответствующие коэффициенты, суммируются, формируя итоговое задание напряжения инвертора, по которому будет рассчитаны сигналы управления ключами.

Для поддержания необходимого уровня напряжения на ЗПТ U_зпт, используется повышающий DC/DC преобразователь.

Вывод регулятора тока производится в соответствии с настройкой на технический оптимум, где желаемая передаточная функция контура регулирования тока, следующая:

где Т_µ - малая некомпенсируемая постоянная времени, которая соответствует периоду ШИМ Т_PWM.

Для получения желаемой передаточной функции в контур регулирования тока последовательно вводится передаточная функция регулятора тока и замыкается обратной связью. Передаточная функция регулятора тока определяется следующим выражением:

где W_конт.т. - передаточная функция разомкнутого контура тока, повышающего DC/DC-преобразователя. Влиянием выходного напряжения на данную передаточную функцию пренебрегают. Полученная передаточная функция соответствует пропорциональному регулятору.

Действие обратной связи заключается в поддержании на заданном уровне требуемого тока в дросселе, который необходим для поддержания заданного уровня напряжения на выходе преобразователя. Однако недостатком пропорционального регулятора является наличие статической ошибки, вызванной возмущающим воздействием. Ошибка компенсируется введением интегральной составляющей регулятора, однако коэффициент усиления данной составляющей пропорционален сопротивлению дросселя, которое близко к нулю.

Также отказ от введения интегральной составляющей в регулятор тока вызван ошибкой в измерение входного и выходного напряжения, так как датчики имеют погрешность в измерении. Из-за чего, если измеренное выходное напряжение больше, чем фактическое, то для нулевого опорного тока командное напряжение U_ком больше, чем выходное напряжение U_вых. В результате возникает перекомпенсация и в дросселе возникает скачок тока. Для решения этой проблемы вводится положительная обратная связь. Сигнал положительной обратной связи умножается на выход интегратора. Интегратор изначально содержит 1. Если имеется установившаяся ошибка в токе, интегратор начинает интегрирование с некоторой скоростью, корректируя сигнал положительной обратной связи, пока ошибка не достигнет нуля. Коэффициент усиления k выбирается экспериментально. Данное решение позволяет решить ряд проблем, включающих ошибку измерения датчиками напряжения, влияние мертвого времени, падение напряжения в сопротивлении дросселя и т.д.

Полученная передаточная функция в контуре регулирования тока при настройке на технический оптимум следующая:

Передаточная функция разомкнутого контура регулирования напряжения:

Регулятор напряжения, в свою очередь, имеет передаточную функцию с постоянной времени в два раза больше, чем регулятор тока:

Три IGBT-модуля для сетевого инвертора, IGBT-модуль для формирования нейтрали и два IGBT-модуля для DC/DC-преобразователя располагаются на радиаторе таким образом, что их звенья постоянного тока сводятся. Над модулями по центру располагается шина ЗПТ с конденсаторами. По краям модуля устанавливаются драйверы ключей, над которыми располагается базовая плата с датчиками тока и напряжения ЗПТ. Так как управление шестью трехуровневыми силовыми модулями требует большого количества ШИМ выводов от микроконтроллера, система управления разделена на два микроконтроллера. Первый микроконтроллер (1.5.1.1) управляет инвертором сети, второй микроконтроллер (1.5.1.2) управляет нейтралью и управляет DC/DC преобразователем. Контроллеры управления крепятся с торцов преобразователя.

Данная компоновка позволяет использовать силовые модули в различных корпусах без глобальных переработок конструкции.

Для работы сетевого инвертора используется три датчика сетевого напряжения, установленные между нейтралью и фазами сети, датчики тока фаз, установленные между сетевым инвертором и LCL-фильтром, датчики напряжения ЗПТ, датчик тока балансира нейтрали. Для улучшения помехоустойчивости применяются SDFM датчики тока (на фиг.4 не показаны).

Для работы DC/DC-преобразователя необходимы: датчик тока АКБ, датчик напряжения АКБ, датчики напряжения ЗПТ.

В качестве сетевого фильтра применяется LCL-фильтр. Данный тип фильтра является стандартным в применениях, где электрические преобразователи работают с сетью. Преимуществами LCL-фильтра, по сравнению с L и LC фильтрами являются улучшенное свойство подавления высших гармоник, низкие потери, меньший вес и размер. Основные требования к LCL-фильтру - трёхфазное исполнение, номинальный ток фазы более 90 А, диапазон рабочих напряжений 330…480 В, полоса пропускания фильтра не более 10% частоты ШИМ. Рабочая температура дросселей, при номинальном токе не должна превышать 150°C. Требования к массе и габаритам не предъявляются. Так же, для LCL-фильтр необходимо демпфировать на резонансной частоте, во избежание аварийных процессов.

Программное обеспечение, загружаемое в микроконтроллеры системы управления (первый микроконтроллер (1.5.1.1) и второй микроконтроллер (1.5.1.2)), представляет собой законченный проект на языке высокого уровня С/С++, разработанный по модульному принципу.

Программное обеспечение имеет возможность обновления по цифровому интерфейсу CAN без подключения по интерфейсу JTAG, а также имеет возможность логирования внутренних переменных, хранения данных об авариях инвертора напряжения во Flash-памяти микроконтроллера.

На базе умного инвертора реализована интеллектуально-автоматизированная система управления электрическими сетями (5), позволяющая осуществлять алгоритмы управления выдаваемой/потребляемой мощностью устройства на основе измеряемых данных для поддержания заданных уровней напряжения и повышения надежности электроснабжения и качества электроэнергии группы выбранных потребителей (6).

Структурная схема интеллектуально-автоматизированной системы управления электрическими сетями приведена на фиг. 2.

Интеллектуально-автоматизированная система управления электрическими сетями содержит Smart-инвертор (1), выполненный с возможностью поддержания параметров электрической энергии в сети их установленным значениям, измерительный преобразователь (2), выполненный с возможностью измерения электрических параметров сети и их передачу в режиме реального времени в Smart-инвертор (1), блок накопления электроэнергии (3), выполненный с возможностью работы в режиме накопления электрической энергии и передачи электрической энергии в сеть в зависимости от команд Smart-инвертора (1), блок удаленного мониторинга и задания уставок (4), выполненный с возможностью удаленного мониторинга за состоянием Smart-инвертора и удаленного управления Smart-инвертором путем дистанционного задания уставок, определяющих реализацию функции по поддержанию соответствия параметров электрической энергии в сети (5) их установленным значениям.

Измерительный преобразователь (2), может быть выполнен на базе измерительного устройства, которое представляет собой измерительный преобразователь, обеспечивающий измерение токов, напряжений, активной, реактивной мощности и их передачу по протоколу МЭК 60870-5-104.

Блок накопления электроэнергии (3) может быть выполнен на базе аккумуляторных батарей. При этом блок накопления может быть выполнен масштабируемым исходя из требуемой для питания потребителей мощности. В общем случае блок накопления электроэнергии (3) входит в состав интеллектуально-автоматизированной системы управления электрическими сетями. Вместе с тем данный блок может быть предусмотрен и в конструкции умного инвертора.

Блок удаленного мониторинга и задания уставок (4) может быть реализован по принципу системы SCADA («Supervisory Control and Data Acquisition» - система для организации сбора данных в реальном времени, диспетчерского контроля и автоматизации технологических процессов.)

Умный инвертор (1) осуществляет накопление информации о значениях нагрузки в сети (5) и использует эту информацию совместно с информацией от измерительного преобразователя (2) для смены режимов работы, которые включают режим выдачи мощности в сеть (5) из блока накопления электроэнергии (3) и режим накопления электроэнергии в блоке накопления электроэнергии (3).

Алгоритм работы интеллектуально-автоматизированной системы управления электрическими сетями и Smart-инвертора сводится к:

- управлению выдачей мощности с определением активной и реактивной составляющей в зависимости от текущего режима: по данным напряжения от измерительного устройства производится анализ отклонения напряжения (U) от заданных значений, после чего формируются команды по управлению потоками активной и реактивной мощности (P и Q) на блок управления силовой частью (1.5) с целью задания необходимых значений. Процесс регулирования производится непрерывно, что позволяет поддерживать U в требуемых значениях (по уставке U_set) за счет накопленной ранее энергии АКБ;

- управлению потреблением мощности: для заряда батареи выполняется автоматическое регулирования тока заряда АКБ на основе U от измерительного преобразователя при восстановлении режима (дефицит мощности в сети не наблюдается). Умный инвертор получает значение текущего U и на основании его производит регулирование тока заряда АКБ так, чтобы напряжение в сети не снизилось до установленного значения (U_set). Ток заряда АКБ передается в блок управления силовой частью (1.5);

- автоматическому переходу из режима заряда в режим разряда и обратно: осуществляется на основе показателей текущего напряжения и при дефиците P/Q (определяется по средствам снижения напряжения ниже U_set – _dU) применяет алгоритм управления выдачей мощности. При восстановлении режима (текущее напряжение выше уставки + _dU) производится переход в режим заряда и применяется алгоритм управления выдачи мощности;

- корректировке выдаваемого соотношения P/Q под текущий характер дефицита (соотношение между P и Q в выдаваемой мощности) на основе реакции системы. Позволяет сократить потребление заряда АКБ на погашение дефицита в сети за счет более правильного соотношения выдаваемых P и Q.

Более детально работа интеллектуально-автоматизированной системы управления электрическими сетями на базе Smart-инвертора осуществляется следующим образом.

Smart-инвертор получает контролируемые значения (кривые токов и напряжений) на выбранной группе потребителей от измерительного преобразователя (2), установленного в точке подключения Smart-инвертора, по протоколу МЭК 60870-5-104 (Клиент МЭК 60870-5-104).

Блок управления потоками мощности (1.3), в котором реализованы основные функции по формированию управляющих сигналов, в том числе функции ПИ-регулятора, на основе данных по напряжению и активной/реактивной мощностей от измерительного преобразователя (2), формирует значение выдаваемой/потребляемой активной и реактивной мощности.

Значения активной и реактивной мощности передаются на блок управления силовой частью (1.5) по протоколу Modbus с помощью встроенного клиента Modbus RTU в виде кВт и кВар.

Блок управления силовой частью (1.5) реализует управляющие воздействия на силовые полупроводниковые ключи.

В Smart-инверторе реализован сервер МЭК 60870-5-104, который используется для удаленного мониторинга работы Smart-инвертора в целом, а также реализации дистанционного задания уставок (значения напряжений, ручное задание активной/реактивной мощности). Информацию о текущем состоянии Smart-инвертора пользователь может получить на локальном графическом интерфейсе:

(1) Наличие ошибок и предупреждения в виде журнала

(2) Текущее напряжение сети

(3) Уставка по напряжению

(4) Вырабатываемая/потребляемая активная и реактивная мощность.

Блок управления потоками мощности (1.3) также определяет на основе текущих данных режим работы (заряд/разряд) и условия перехода из одного режима в другой. Переход из одного режима в другой осуществляется программным методом, т.е. не требует каких-либо переключений на контроллере инвертора. Он введен, чтобы не раскачивать систему при кратковременных колебаниях напряжения. Переход определяется на основе текущего напряжения и уставки по напряжению. Более подробно условия перехода описаны ниже.

При отклонении напряжения от заданного значения общая работа интеллектуально-автоматизированной системы управления электрическими сетями на базе умного инвертора (управления потоками активной и/или реактивной мощности, статическое регулирование напряжения в зависимости от напряжения или частоты) выглядит следующим образом:

- пользователь через встроенный графический интерфейс (конструктивное исполнение умного инвертора может содержать графический интерфейс, который включает функции блока задания уставок электрических параметров сети (1.1)) задает значение напряжения, которое должно поддерживаться в точке подключения к сети;

- значение уставки сохраняется в оперативной памяти встроенного компьютера и будет использовано при дальнейшей работе алгоритма;

- измерительный преобразователь (2), передает значение напряжения в систему верхнего уровня умного инвертора по протоколу МЭК 60870-5-104, модуль клиента протокола МЭК 60870-5-104 получает текущие измеренные данные сети в точке подключения;

- напряжение сравнивается с заданным значением напряжения и определяется отклонение от него, рассчитывается доля активной и реактивной мощности, необходимая на текущем шаге для возвращения напряжения к требуемому значению. При снижении напряжения относительно заданного значения уставки, значение выдаваемой Smart-инвертором мощности будет увеличиваться, при увеличении напряжения относительно уставки – снижаться.

- рассчитанное значение мощности (активной и реактивной) в кВт и кВар, соответственно, передается через Modbus client в блок управления силовой частью Smart-инвертора.

Переход от режима заряда в режим разряда (управления режимом работы накопителя электроэнергии) осуществляется следующим образом.

Переход режима из режима заряда в режим разряда производится по сравнению текущего значения напряжения, полученного от измерительного преобразователя (2), и уставки:

а) если Smart-инвертор находится в режиме выдачи мощности (разряда) и выдаваемая мощность в электрическую сеть в точке подключения около нулевая (~0), при этом напряжение выше уставки, а также соблюдены условия по нахождению в таком режиме более 30 сек, то умный инвертор переходит из режима разряда в режим заряда: разрешается потребление мощности и запрещается ее выдача в сеть. Из блока управления потоками мощности (1.3) через клиента Modbus на блок управления силовой частью (1.5) передается отрицательное значение активной мощности, что интерпретируется блоком управления силовой частью (1.5) как заряд накопителей электроэнергии блока накопления электроэнергии (3).

b) если Smart-инвертор находится в режиме потребления мощности (заряда) и потребляемая мощность из электрической сети в точке подключения около нулевая (~0), а также соблюдены условия по нахождению в таком режиме более 30 сек, то умный инвертор переходит из режима заряда в режим разряда: разрешается выдача мощности в сеть и запрещается ее потребление. Из блока управления потоками мощности (1.3) через клиента Modbus на блок управления силовой частью (1.5) передаются положительные значение активной и реактивной мощностей, что интерпретируется блоком управления силовой частью (1.5) как разряд накопителей электроэнергии блока накопления электроэнергии (3).

Умный инвертор также выполнен с возможностью согласования напряжений в распределительных электрических сетях 0,4 кВ. Функция умного инвертора по согласованию напряжения представляет собой согласование напряжения в точке его подключения к электрической сети и заданного пользователем значения напряжения (уставки). Данная функция осуществляется посредством управления выдачей электрической мощности в сеть и потреблением мощности из сети.

Умный инвертор оснащен функцией обработки ошибок системы управления нижнего уровня. В процессе работы ПИ-регулятор непрерывно получает информацию о контролируемых регистрах на контроллере инвертора по протоколу Modbus. При получении значения регистра, означающего одну из ошибок на любом из составляющих элементов Smart инвертора, значение передается в регулятор, и он блокируется, прекращая процесс регулирования. При устранении ошибки, процесс регулирования автоматически перезапускается.

В Smart-инверторе реализована функция прогнозирования потребления электроэнергии (функция прогнозирования режима работы):

а) Smart-инвертор формирует (накапливает) в базе данных нормальный суточный график циклического режима работы в течение суток или полной календарной недели (заряд/разряд, длительность заряда/разряда, длительность «простоя»). Данный этап считается обучением функции прогнозирования. В начале каждого дня производится создание прогнозируемого графика выдачи / потребления мощности и оценивается остаточный заряд батареи (важно для вечернего максимума).

b) в случае возникновения условий по нагрузке требующих либо продления времени разряда АКБ, либо ускоряющих скорость разряда АКБ, функция прогнозирования контролирует по значениям суточного графика выдаваемую мощность и, при достижении предельного значения по минимально необходимой остаточной емкости АКБ для обеспечения нормального суточного графика, Smart-инвертор ограничивает отдаваемую мощность, т.е. продляет запас емкости по графику и снижает скорость разряда АКБ.

Алгоритм регулирования с прогнозированием использует исходные данные и входные данные алгоритма. Исходные данные включают: график ёмкости батареи по часам за 1 неделю, минимальные/максимальные желаемые значения ёмкости батареи, допустимые ограничения выдачи/потребления мощности, зависимость скорости уменьшения/увеличения ёмкости батареи в зависимости от текущего уровня заряда и мощности разряда/заряда.

Входные данные алгоритма включают: значения ёмкости батареи за последние 24 часа по часам, текущий уровень ограничения мощности, день недели, текущий час (номер часа).

Принцип действия алгоритма регулирования с прогнозированием включает следующие этапы:

1. На основе известного графика предшествующих значений уровня заряда батареи и ограничений мощности прогнозируется почасовой график значений ёмкости батареи до конца дня;

2. На основе полученного графика выявляются пики и максимумы прогнозных значений уровня заряда батареи;

3. В случае наличия пика/максимума длительностью больше 1 часа осуществляется расчет ограничения мощности на основе известной зависимости скорости разряда/заряда и текущего уровня заряда;

4. В следующий час, с учетом примененных ограничений, осуществляется корректировка значений ограничений мощности (повтор действий 1-3).

Корректировка алгоритма прогнозирования осуществляется в конце каждой последующей недели с учетом операций прошедшей недели.

Целью данного алгоритма является обеспечение плавности регулирования напряжения в течение дня, обеспечение поддержания состояния готовности к регулированию после подключения/отключения мощных потребителей, не позволяющих «продавить» сеть с учетом установленных диапазонов регулирования мощности.

При управлении выдачей мощности с определением активной и реактивной составляющей в зависимости от текущего режима по данным напряжения от измерительного преобразователя (2) производится анализ отклонения U от заданных значений, после чего формируются команды P и Q на блок управления силовой частью (1.5) (может быть реализован в виде контроллера инвертора) с целью задания необходимых значений. Процесс регулирования производится непрерывно, что позволяет поддерживать U в требуемых значениях (по уставке Uset) за счет накопленной ранее энергии АКБ.

При управлении потреблением мощности для заряда батареи выполняется автоматическое регулирование тока заряда АКБ на основе U от измерительного преобразователя (2) при восстановлении режима (дефицит мощности в сети не наблюдается). Умный инвертор получает значение текущего U и на основании его производит регулирование тока заряда АКБ так, чтобы напряжение в сети не снизилось до установленного значения (Uset). Ток заряда АКБ передается на блок управления силовой частью (1.5) (контроллер смарт инвертора).

Автоматический переход из режима заряда в режим разряда и обратно осуществляется на основе показателей текущего напряжения и при дефиците P/Q (определяется по средствам снижения напряжения ниже Uset – dU) применяет алгоритм управления выдачей мощности. При восстановлении режима (текущее напряжение выше уставки + dU) производится переход в режим заряда и применяется алгоритм управления выдачи мощности.

Функция определения выдаваемого соотношения P/Q позволяет подстраиваться под текущий характер дефицита (соотношение между P и Q в выдаваемой мощности) на основе реакции системы. Позволяет сократить потребление заряда АКБ на погашение дефицита в сети за счет более правильного соотношения выдаваемых P и Q.

Иными словами алгоритм регулирования с прогнозированием обеспечивает оптимизацию графика поддержания параметров электроснабжения потребителей в условиях нерегулярных или внезапных изменений графика электропотребления, путем контроля емкости заряда накопителей электроэнергии и управления зарядом или разрядом накопителей электроэнергии с учетом установленного значения напряжения сети и соотношения активной P и реактивной Q составляющих суммарной мощности выдаваемой в сеть.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в обеспечении поддержания нормы качества электрической энергии в распределительных системах электроснабжения общего назначения 0,4 кВ, повышении надежности электрической энергии в распределительных системах электроснабжения общего назначения 0,4 кВ, повышении качества электроэнергии в распределительных сетях потребителя 0,4 кВ. Smart-инвертор для поддержания нормы качества электрической энергии содержит блок получения текущих электрических параметров сети, блок задания уставок электрических параметров сети, блок управления потоками мощности, блок для осуществления удаленного мониторинга и управления работой Smart-инвертора, блок управления силовой частью. Блок управления потоками мощности выполнен с возможностью осуществления переключения между режимами выдачи мощности в сеть и режимом накопления электроэнергии и включает функцию прогнозирования режима работы. Интеллектуально-автоматизированная система управления электрическими сетями включает Smart-инвертор, измерительный преобразователь, блок накопления электроэнергии, блок удаленного мониторинга и задания уставок. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Smart-инвертор для поддержания нормы качества электрической энергии, содержащий блок получения текущих электрических параметров сети (1.2), блок задания уставок электрических параметров сети (1.1), блок управления потоками мощности (1.3), блок (1.4) для осуществления удаленного мониторинга и управления работой Smart-инвертора, блок управления силовой частью (1.5), причем блок управления потоками мощности (1.3) на основании данных из блока получения текущих электрических параметров сети (1.2), блока (1.4) для осуществления удаленного мониторинга и управления работой Smart-инвертора и блока задания уставок электрических параметров сети (1.1) осуществляет формирование управляющего сигнала на блок управления силовой частью (1.5), который выполнен с возможностью создания управляющего воздействия на силовые полупроводниковые ключи для переключения между режимами выдачи мощности в сеть и режимом накопления электроэнергии, отличающийся тем, что блок управления потоками мощности (1.3) выполнен с возможностью осуществления переключения между режимами выдачи мощности в сеть и режимом накопления электроэнергии на основе текущих и накопленных данных о параметрах потребления электроэнергии, причем выбор между упомянутыми режимами осуществляется с учетом значения текущего напряжения сети и остаточной емкости накопителей электроэнергии, при этом если текущее напряжение сети ниже установленного значения, то осуществляется переход в режим выдачи мощности, а если текущее напряжение в сети выше установленного значения, то осуществляется переход в режим накопления электроэнергии, причем блок управления потоками мощности (1.3) включает функцию прогнозирования режима работы, обеспечивающую оптимизацию графика поддержания параметров электроснабжения потребителей в условиях нерегулярных или внезапных изменений графика электропотребления, путем контроля емкости заряда накопителей электроэнергии и управления зарядом или разрядом накопителей электроэнергии с учетом установленного значения напряжения сети и соотношения активной P и реактивной Q составляющих суммарной мощности, выдаваемой в сеть.

2. Smart-инвертор по п. 1, отличающийся тем, что процесс регулирования напряжения в сети при учете соотношения активной P и реактивной Q мощностей в выдаваемой мощности осуществляют путем поочередного изменения соотношения Р/Q с одновременной регистрацией изменения напряжения в сети, причем если напряжение сети после регулирования по активной мощности P больше, чем после регулирования по реактивной мощности Q, то первичной величиной регулирования устанавливают активную мощность P, и наоборот, если напряжение сети после регулирования по реактивной мощности Q больше, чем после регулирования по активной мощности P, то первичной величиной регулирования устанавливают реактивную мощность Q.

3. Smart-инвертор по п. 1, отличающийся тем, что текущие электрические параметры сети включают в себя ток, напряжение, активную и реактивную мощности, частоту.

4. Smart-инвертор по п. 1, отличающийся тем, что параметры потребления электроэнергии включают в себя данные о заряде/разряде накопителей электроэнергии и длительности заряда/разряда накопителей электроэнергии, сформированные за период работы Smart-инвертора в течение суток или полной календарной недели.

5. Smart-инвертор по п. 1, отличающийся тем, что в режиме накопления электроэнергии выполняется автоматическое регулирование тока заряда накопителей электроэнергии с учетом текущего значения напряжения в сети.

6. Smart-инвертор по п. 1, отличающийся тем, что блок задания уставок электрических параметров сети (1.1) представляет собой графический интерфейс пользователя.

7. Smart-инвертор по п. 1, отличающийся тем, что силовые полупроводниковые ключи представляют собой силовой преобразователь на базе трехуровневых IGBT модулей Т-типа или двухуровневых IGBT модулей.

8. Smart-инвертор по п. 1, отличающийся тем, что включает функцию параллельной работы с сетью, обеспечивающей поддержание необходимого значения полной мощности, когда потребляется максимум электроэнергии и система электроснабжения не способна выдавать энергию с требуемыми показателями качества ввиду своей ограниченности, причем в режиме параллельной работы с сетью осуществляется мониторинг значения текущего напряжения в сети и определяется характер дефицита или профицита реактивной мощности, что позволяет регулировать подачу или компенсацию реактивной мощности приводя все показатели сети в норму.

9. Smart-инвертор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно оснащен функцией обработки ошибок блока управления силовой частью (1.5), являющегося главным образующим элементом системы управления нижнего уровня Smart-инвертора, причем при фиксировании сведений о наличии ошибки при работе элементов, входящих в состав Smart-инвертора, работа по регулированию напряжения в сети прекращается до устранения ошибки.

10. Интеллектуально-автоматизированная система управления электрическими сетями, включающая Smart-инвертор (1), выполненный с возможностью поддержания параметров электрической энергии в сети их установленным значениям, измерительный преобразователь (2), выполненный с возможностью измерения электрических параметров сети и их передачи в режиме реального времени в Smart-инвертор (1), блок накопления электроэнергии (3), выполненный с возможностью работы в режиме накопления электрической энергии и передачи электрической энергии в сеть в зависимости от команд Smart-инвертора (1), блок удаленного мониторинга и задания уставок (4), выполненный с возможностью удаленного мониторинга за состоянием Smart-инвертора и удаленного управления Smart-инвертором путем дистанционного задания уставок, определяющих реализацию функции по поддержанию соответствия параметров электрической энергии в сети их установленным значениям, отличающаяся тем, что Smart-инвертор осуществляет накопление информации о значениях нагрузки в сети и использует эту информацию совместно с информацией от измерительного преобразователя (2) для смены режимов работы, которые включают режим выдачи мощности в сеть из блока накопления электроэнергии (3) и режим накопления электроэнергии в блоке накопления электроэнергии (3), причем выбор между упомянутыми режимами осуществляется с учетом значения текущего напряжения сети и остаточной емкости накопителей электроэнергии, при этом если текущее напряжение сети ниже установленного значения, то осуществляется переход в режим выдачи мощности, а если текущее напряжение в сети выше установленного значения, то осуществляется переход в режим накопления электроэнергии, причем Smart-инвертор включает функцию прогнозирования режима работы, обеспечивающую оптимизацию графика поддержания параметров электроснабжения потребителей в условиях нерегулярных или внезапных изменений графика электропотребления, путем контроля емкости заряда накопителей электроэнергии и управления зарядом или разрядом накопителей электроэнергии с учетом установленного значения напряжения сети и соотношения активной P и реактивной Q составляющих суммарной мощности, выдаваемой в сеть.

11. Интеллектуально-автоматизированная система управления электрическими сетями по п. 10, отличающаяся тем, что Smart-инвертор представляет собой силовой преобразователь на базе трехуровневых IGBT модулей Т-типа или двухуровневых IGBT модулей.

12. Интеллектуально-автоматизированная система управления электрическими сетями по п. 10, отличающаяся тем, что блок накопления электроэнергии (3) выполняется на базе аккумуляторных батарей.