Дослідження електрозабезпечення телекомунікаційних базових станцій із застосуванням ВДЕ
Автор: Сернюк Владислав Юрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системи відновлюваної енергетики та електромобільність
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: В умовах сучасних викликів, зумовлених військовими діями та загрозами енергетичній безпеці, забезпечення стабільного функціонування критичної інфраструктури набуває першочергового значення. Телекомунікаційні системи, зокрема базові станції (БС) мобільного зв’язку, є критично важливими для координації екстрених служб, державних органів та інформування населення. Згідно з чинними нормами, такі об’єкти віднесено до I категорії надійності електропостачання, що вимагає безперервного живлення навіть у разі повного знеструмлення зовнішніх мереж. Об’єктом дослідження є системи електропостачання телекомунікаційного обладнання операторів мобільного зв’язку, розташованого у складних географічних умовах. Предметом дослідження є електротехнічні процеси та режими роботи локальної ділянки електричної мережі в острівному (автономному) режимі з використанням відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) та установок збереження енергії (УЗЕ). Мета дослідження полягає в обґрунтуванні та розробці комплексного технічного рішення для забезпечення енергетичної автономності базових станцій шляхом формування мікромережі на базі розподіленої генерації. У роботі проаналізовано енергетичний потенціал ділянки електричної мережі в районі с. Синевирська Поляна (Закарпатська область), що характеризується гірським рельєфом та наявністю туристичних об’єктів. Встановлено, що каскад малих гідроелектростанцій (мГЕС «Красна», «Альтенер», «Ренер») сумарною потужністю 4,248 МВт має технічну можливість працювати як джерело опорної напруги та частоти в острівному режимі . Для вирішення цієї науково-технічної задачі обґрунтовано використання УЗЕ як «енергетичного буфера», що забезпечує миттєву компенсацію небалансів потужності в мілісекундному діапазоні, дозволяючи гідротурбінам плавно адаптуватися до змін режиму без порушення стандартів якості електроенергії. За результатами моделювання енергетичних балансів для зимового та літнього максимумів навантаження визначено, що генерації мГЕС достатньо для повного покриття потреб споживачів I та II категорій. Однак для живлення споживачів III категорії та балансування пікових навантажень запропоновано встановлення додаткової маневрової генерації (газопоршневої установки потужністю 10 МВт) та УЗЕ потужністю 5 МВт. Це дозволяє компенсувати дефіцит активної потужності, який в аварійних режимах може досягати 17 МВт. Окрему увагу приділено компенсації реактивної потужності. Розрахунки показали необхідність встановлення конденсаторної батареї потужністю 5 МВАр на ПС 35 кВ «Дубове» для підтримання нормативних рівнів напруги. У рамках роботи проведено детальний аналіз структури електричних навантажень досліджуваного району з їх диференціацією за категоріями надійності згідно з вимогами ПУЕ. Визначено частку критично важливих споживачів особливої групи, до яких належать базові станції мобільного зв’язку, та доведено, що їх сумарна потужність може бути повністю покрита за рахунок базової генерації наявних малих ГЕС. Це стало основою для розробки алгоритму пріоритезації навантажень, який передбачає селективне обмеження споживачів III категорії в періоди пікових навантажень, гарантуючи при цьому енергетичну стійкість телекомунікаційного ядра мережі. Для умов критичного дефіциту генерації розроблено алгоритм графіків планових відключень (ГПВ) для споживачів III категорії. Запропонована схема передбачає поділ навантаження на групи із можливістю одночасного живлення декількох груп, в залежності від роботи мережі за зимового чи літнього максимумів, що забезпечує справедливий розподіл енергії без порушення стійкості мікромережі. Особливу увагу в дослідженні приділено комп’ютерному моделюванню післяаварійних та ремонтно-аварійних режимів роботи мікромережі у програмному комплексі «Dakar». Було проаналізовано сценарії N-1 (втрата одного елемента мережі) та найбільш критичні сценарії N-1-1 (накладання аварійного відключення на плановий ремонт), зокрема одночасне виведення з ладу лінії електропередачі та силового трансформатора. Моделювання підтвердило, що без застосування запропонованих засобів балансування та алгоритмів керування, острівна ділянка втрачає стійкість, що призводить до повного знеструмлення. Натомість інтеграція УЗЕ та маневрової генерації дозволяє утримувати параметри напруги та струмові навантаження ліній у межах допустимих норм навіть у найтяжчих розрахункових режимах.