Введение. 
Концепция построения систем бесперебойного электроснабжения

Большая часть территории Российской Федерации — это зоны децентрализованного энергоснабжения с высокими ценами и тарифами на топливо и энергию. Кроме того, более 50% регионов страны энергодефицитны из-за импорта электрической энергии. Важно, что подключение к электрическим сетям высокотехнологического оборудования, чувствительного к ухудшению качества электроэнергии, в том числе требующего непрерывного электроснабжения (производственные комплексы, автоматические системы управления технологическими процессами, телекоммуникационная аппаратура, медицинское оборудование и т. п.), может быть связано с большими экономическими потерями при нарушении нормальных режимов работы потребителей электрической энергии [1, 2].

На рисунке 1 приведены диаграммы, показывающие отношение основных причин перерывов в электроснабжении. Как видно из рисунка 1, основными являются две — несоответствие параметров электроэнергии требования потребителей (величины напряжения, частоты тока), на долю которых приходится 45%, а также стихийные бедствия — 37%. Далее 8% причин — это ошибка средств управления (программного обеспечения, ложное срабатывание систем защиты и т. п.), 5% - аварийные отключения (короткие замыкания, обрыв линий электропередачи и т. п.) и 5% - другие причины.

Таким образом, уровень развития технического прогресса сегодня требует создания энергоэффективных и надёжных систем бесперебойного электроснабжения (СБЭ). Поскольку основными недостатками традиционных источников энергии являются ограниченность и загрязнение окружающей среды, а достоинством — относительно низкая стоимость электроэнергии, достоинством возобновляемых источников энергии (ВИЭ) являются их неограниченность и экологичность, а недостатком — высокая стоимость, вырабатываемой электроэнергии, то в настоящее время целесообразно создавать комбинированные СБЭ, построенные с использованием традиционных и возобновляемых источников энергии [3, 4].

В общем случае СБЭ предназначена для обеспечения функционирования ответственных потребителей (потребителей первой категории) при отказе основного ввода (вводов) электроснабжения или при ухудшении качества электроэнергии в течение времени, достаточного для переключения на резервный источник электроснабжения или нормального завершения основных технологических процессов [5].

На этапе предпроектных работ по созданию высокоэффективных комбинированных СБЭ, важную роль играет оптимизация структурно-схемных решений системы по основным критериям, которыми служат, помимо экономических, показатели надёжности, КПД и качества электроэнергии. Они зависят от требований потребителей к параметрам и качеству электроэнергии, современных достижений в развитии техники, климатических условий и территории региона, где предполагается размещать СБЭ [2, 5].

Поэтому целесообразно на первом этапе проектирования разработать обобщённую структурную схему СБЭ (рисунок 2). Схема включает несколько источников электроэнергии: внешнюю сеть, ВИЭ, (ветроэлектрические установки (ВЭУ), солнечную фотоэлектрическую станцию (СФЭС) и малую гидроэлектростанцию (МГЭС)) и традиционные автономные источники электроэнергии (АИЭ), дизельную и газопоршневую электростанции (ДЭС, ГПЭ). Статические преобразователи, используемые в составе СБЭ, инвертор (И), непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) и выпрямители (В) выполняют функции не только согласования параметров источников электроэнергии с нагрузкой, но и функции стабилизаторов напряжения [6, 7, 8].

СБЭ также содержит шины гарантированного питания: переменного и постоянного тока ШГП1 и ШГП2. СБЭ работает в трёх режимах (см. рисунок 2).

Первый режим является основным. Источниками электроэнергии для потребителей переменного и постоянного тока являются ВИЭ: ВЭУ, СФЭС или МГЭС.

Во втором режиме источником электроэнергии для потребителей является внешняя сеть.

В третьем режиме источниками электроэнергии для потребителей являются дизельная или газопоршневая электростанции.

Во всех режимах функционирования СБЭ аккумуляторные батареи находятся в режиме подзаряда. Они являются источниками электроэнергии только на время переключения питания потребителей от одного источника к другому. В этом случае значительно уменьшается мощность батарей, используемых как аварийные источники электроэнергии, запас ёмкости которых должен был обеспечивать всех потребителей системы [5].

Очевидно, что с учетом рассмотренного разнообразия АИЭ можно создавать большое число структурно-схемных решений СБЭ и таким образом выбирать нужную структуру системы, решая оптимизационную задачу по показателям критериев эффективности.