Разработка использует алгоритмы, созданные на основе принципов теории хаоса и нелинейных осцилляторов.
Разнообразные промышленные и инфраструктурные объекты, расположенные в труднодоступных и удалённых от централизованной электросети местах, используют автономные системы энергоснабжения. К таким объектам, в частности, относятся буровые установки (в открытом море и на суше), разрабатываемые месторождения полезных ископаемых.
Как правило, система автономного энергообеспечения подобных объектов состоит из следующих ключевых элементов: дизельных двигателей, которые приводят в движение генераторы, вырабатывающие электроэнергию (обычно используются несколько дизель-генераторных установок для обеспечения надежности и возможности переключения в случае отказа одного из них); аккумуляторных батарей, которые применяются для стабилизации электрической нагрузки и обеспечения питания при пиковых нагрузках на систему энергоснабжения или временных отключениях генераторов.
В случае выхода из строя одного генератора и запуска запасного также требуется решить важную с точки зрения безопасности задачу: необходимо за доли периода формируемого напряжения, а это милисекунды, синхронизировать напряжение источника бесперебойного питания и автономной сети объекта. При большем времени синхронизации может произойти аварийная остановка оборудования, а при недостаточной точности синхронизации – короткое замыкание, что может привести к выходу из строя электроники и значительному экономическому ущербу.
Для решения этой задачи промышленное электротехническое оборудование снабжено устройствами для синхронизации источников бесперебойного питания с сетью, которые обеспечивают подстройку формируемого напряжения под сеть преимущественно с использованием принципа «ведущий-ведомый». Однако при таком подходе сложно обеспечить устойчивость переходных процессов в «слабой автономной сети» и совместную работу большого количества унифицированных источников питания.
«Мы разработали устройство для синхронизации источников бесперебойного питания в промышленной электрической сети. В отличие от существующих аналогов, в основе его работы лежит математическая модель, которая обеспечивает независимое формирование напряжения с заданными параметрами (амплитудой и частотой) с последующей фазовой синхронизацией при ограниченном числе информационных связей и отсутствии «ведущего» источника энергии. Таким образом, применение наших устройств может обеспечить совместную работу большого количества источников питания, а значит, строить сети объектов с различной потребляемой мощностью, от сотен киловатт до десятков мегаватт на базе одних и тех же унифицированных источников бесперебойного питания относительно небольшой мощности», – сказал заведующий кафедрой систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Никита Александрович Доброскок
Принцип самосинхронизации, применённый в устройстве, основан поведении связанных систем, описываемых нелинейными уравнениями, решением которых является устойчивый колебательный процесс. Они могут описывать такие разнообразные бытовые явления, как, например, синхронизация аплодисментов в зрительном зале или биение вашего сердца. В задачах биологии подобные математические модели описывают согласование параметров электрических сигналов между нейронами мозга. Учёные ЛЭТИ решили применить эти принципы в сфере промышленного оборудования.
Технически устройство для синхронизации представляет собой небольшой микрокомпьютер (контроллер) с соответствующим программным обеспечением, а также модули для управления параметрами электрического тока. Кроме того, разработка специалистов ЛЭТИ запатентована (№ RU 2843686).
Проект по созданию нового типа устройств для синхронизации источников питания является частью большой работы ученых факультета электротехники и автоматики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» по созданию нового класса более энергоэффективных и надёжных отечественных установок для бесперебойного питания промышленной инфраструктуры России, в том числе в удаленных и труднодоступных районах страны.
