Б.А. Авдеев1, С.Г. Черный2, А.В. Дегтярев3, Б.Г. Ветров4

1,2 Херсонский технический университет (г. Геническ, Россия)

2–4 Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (Санкт-Петербург, Россия)

1dirigeant@mail.ru, 2sergiiblack@gmail.com, 3captainandrey@gmail.com

Постановка проблемы. Развитие интеллектуальных сетей электроснабжения и рост доли распределенных источников энергии и нагрузок с быстро меняющимся потреблением, в том числе зарядной инфраструктуры, требуют повышения гибкости распределения электроэнергии и поддержания ее качества у конечного потребителя. Перспективным решением является цифровая подстанция на базе твердотельного трансформатора (ТТТ), однако ее эффективность в переходных режимах существенно определяется возможностями двунаправленного преобразования и системой управления силовыми звеньями.

Цель. Исследовать работу цифровой подстанции в составе интеллектуальных систем электроснабжения при переключении питания с одного источника электроэнергии на другой с меньшим уровнем напряжения.

Результаты. Рассмотрена подстанция, которая выполнена на базе ТТТ, состоящего из выпрямителя, двойного активного моста (ДАМ) и инвертора. Показано, что ДАМ как узловой элемент ТТТ обеспечивает двунаправленную передачу энергии, а регулирование мощности реализуется изменением фазового сдвига с пропорционально-интегральным регулятором. Представлены структурная схема управления и осциллограммы режимов прямой и обратной передачи энергии. Проанализированы влияние провалов входного напряжения и изменения нагрузки на выходные параметры ТТТ; приведены таблицы выходного напряжения, выходного тока и выходной мощности, а также оценка относительной ошибки мощности. Отмечены ограничения по глубине провала входного напряжения и требования к согласованию контуров управления при совместной работе сети и аккумуляторного источника.

Практическая значимость. Результаты исследования могут использоваться при обосновании применения ТТТ в цифровых подстанциях интеллектуальных сетей, выборе архитектуры источников и настройке параметров управления для обеспечения устойчивой передачи мощности и требуемого качества электроснабжения в переходных режимах.

Авдеев Б.А., Черный С.Г., Дегтярев А.В., Ветров Б.Г. Повышение функциональности интеллектуальных сетей электроснабжения с использованием твердотельных трансформаторов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2026. Т. 31. № 2. С. 36−45. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202602-05

1. Ghasempour A. Advanced Metering Infrastructure in Smart Grid: Requirements, Challenges, Architectures, technologies, and Optimizations // Smart Grids: Emerging Technologies, Challenges and Future Directions. 2017. P. 77–128.
2. D’Oriano L., Mastandrea G., Rana G., Raveduto G., Croce V., Verber M., Bertoncini M. Decentralized blockchain flexibility system for Smart Grids: Requirements engineering and use cases // International IEEE Conference and Workshop in Óbuda on Electrical and Power Engineering (CANDO-EPE). Budapest, Hungary. 2018. P. 39–44. DOI 10.1109/CANDO-EPE.2018.8601171.
3. Kadandani N.B., Dahidah M, Ethni S. An Overview of the Role of Solid-State Transformer in Smart Grid // 12th International Renewable Energy Congress (IREC). Hammamet, Tunisia. 2021. P. 1–6. DOI 10.1109/IREC52758.2021.9624767.
4. Nepomnyashchiy O.V., Rusak I.A., Sirotinina N.Y., Kopytov A.A., Khaidukova V.N. Model of the adaptive system based on an artificial neural network for digital electric motor control // Science Intensive Technologies. 2023. V. 24. № 6. P. 43–51. DOI 10.18127/ j19998465-202306-05.
5. Avdeev B., Vyngra A., Chernyi S. Improving the electricity quality by means of a single-phase solid-state transformer // Designs. 2020. V. 4. № 3. P. 1–10. DOI 10.3390/designs4030035.
6. Avdeev B.A., Vyngra A.V., Kaminskaya O.O., Yashin A.I. On the Use of a Solid-State Transformer in a Power Supply System with Unbalanced Phase Voltages // Proceedings of the IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. Moscow. 2021. P. 797–801. DOI 10.1109/ElConRus51938.2021.9396469.
7. Khare B., Pathak R., Sharma S., Singh V. Review on the Development of Solid-State Transformer // Emerging Materials and Advanced Designs for Wearable Antennas. 2021. P. 119–126. DOI 10.4018/978-1-7998-7611-3.ch010.
8. Joshi A., Nath S. Efficiency Comparison of Solid-State Transformer and Low-Frequency Power Transformer // 3rd International Conference on Energy, Power and Environment: Towards Clean Energy Technologies. Shillong, Meghalaya, India. 2021. P. 1–6. DOI 10.1109/ICEPE50861.2021.9404376.
9. Bonten R.W.T., Schellekens J.M., Huisman H. Optimal Utilization of the Dual-Active Bridge Converter with Bidirectional Charge Control // 22nd IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). Valencia, Spain. 2021. P. 452–457. DOI 10.1109/ICIT46573.2021.9453656.
10. Baek S., Bhattacharya S. Isolation Transformer for 3-Port 3-Phase Dual-Active Bridge Converters in Medium Voltage Level // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 19678–19687. DOI 10.1109/ACCESS.2019.2895818.
11. Popov A.V., Sayarkin K.S., Zhilenkov A.A. Analysis of perspective models of artificial neural networks for control of robotic objects // Proceedings of the IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. St. Petersburg and Moscow: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. 2018. P. 958–961. DOI 10.1109/EIConRus.2018.8317248.
12. Andújar J.M., Segura F., Domínguez T. Study of a renewable energy sources-based smart grid. Requirements, targets and solutions // 3rd Conference on Power Engineering and Renewable Energy (ICPERE). Yogyakarta, Indonesia. 2016. P. 45–50 DOI 10.1109/ICPERE.2016.7904849.
13. Lei T, Wu C, Liu X. Multi-Objective Optimization Control for the Aerospace Dual-Active Bridge Power Converter // Energies. 2018. V. 11. № 5. Р. 1168. DOI 10.3390/en11051168.
14. Yin J., Lu J., Jiang H., Liu Y., Peng J. Modified Phase-Shift Scheme for Optimal Transient Response of Dual-Active-Bridge DC/DC Converters Considering the Resistive Impact // IEEE Access. 2021. V. 9. P. 87706–87714. DOI 10.1109/access.2021.3088839.
15. Zhilenkov A. The study of the process of the development of marine robotics // Vibroengineering Procedia. Moscow. 2016. V. 8. P. 17–21.
16. Madichetty S., Duggal B., Borgaonkar A., Mishra S. Modeling and design of solid-state smart transformer for microgrid // IEEMA Engineer Infinite Conference (eTechNxT). New Delhi, India. 2018. P. 1–6. DOI 10.1109/ETECHNXT.2018.8385293.