Контроллер, который думает как мозг: новая технология укрощает самые опасные скачки напряжения

Развитие промышленной инфраструктуры в России всё чаще требует решений, способных работать автономно и выдерживать резкие колебания нагрузки. Одной из таких задач становится поддержание стабильного напряжения в удалённых электросетях, где нет возможности быстро переключиться на централизованное питание. В Петербурге учёные "ЛЭТИ" создали интеллектуальный контроллер, который позволяет стабилизировать напряжение и предотвращать аварийные режимы даже в условиях нестабильных энергосистем. Интересно, что основа его работы лежит на математических моделях, описывающих поведение нейронов мозга — то есть на принципах, которые изначально относятся к биологии.

Как работает технология и зачем она нужна

В удалённых районах — на буровых установках, строительных площадках, исследовательских базах — электроснабжение обеспечивается автономными системами. Обычно это дизельные генераторы, которые работают в паре с аккумуляторами и источниками бесперебойного питания (ИБП). Они должны мгновенно реагировать на колебания нагрузки, а при отказе одного генератора — синхронизироваться с резервным.

Такая синхронизация должна происходить за миллисекунды: если она занимает больше времени, есть риск остановки оборудования. Если точность недостаточна — возрастает вероятность короткого замыкания и выхода из строя электроники.

"Мы разработали устройство для синхронизации источников бесперебойного питания в промышленной электрической сети", — отметил заведующий кафедрой систем автоматического управления СПбГЭТУ "ЛЭТИ" Никита Доброскок.

По его словам, новый контроллер формирует напряжение независимо от других источников и способен автоматически выравнивать фазу при минимальном объёме информационных обменов.

Где возникают сложности в традиционных системах

Стандартные синхронизаторы работают по схеме "ведущий-ведомый": один источник задаёт параметры, остальные должны на них ориентироваться. Такой подход ограничивает масштабируемость системы. Чем больше автономных источников подключено, тем выше вероятность переходных колебаний, которые плохо переносятся "слабыми" изолированными сетями.

Кроме того, в удалённых объектах энергетическая система подвержена резким скачкам нагрузки. В таких условиях стандартным устройствам сложно обеспечить высокую устойчивость.

Что предложили учёные ЛЭТИ

Разработчики применили принцип самосинхронизации — подход, основанный на математических моделях взаимодействия нелинейных систем. В природе такие модели описывают разные процессы: синхронные аплодисменты в зале, биение сердца или согласованную работу нейронов.

"Решением этих нелинейных уравнений является устойчивый колебательный процесс", — пояснили в пресс-службе вуза.

Учёные адаптировали биологические принципы к промышленному оборудованию. Их контроллер способен координировать работу множества источников питания без ведущего устройства. Это повышает стабильность системы и исключает зависимость от одного критически важного узла.

Разработка уже запатентована и входит в более крупный проект ЛЭТИ по созданию энергоэффективных отечественных установок ИБП, реализуемый в рамках программы "Приоритет 2030".

Сравнение подходов к синхронизации

Советы шаг за шагом: применение технологии на объектах

1. Оценить характеристики существующей автономной сети и определить число активных источников.

2. Установить контроллер и интегрировать его в систему ИБП.

3. Настроить параметры амплитуды и частоты под требования объекта.

4. Провести тестовую синхронизацию сменных генераторов.

5. Организовать мониторинг переходных процессов, чтобы подтвердить устойчивость системы.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Использование традиционного "ведущий-ведомый" подхода → переходные скачки в "слабой" сети → переход на самосинхронизацию.
• Медленная синхронизация при запуске резервного генератора → аварийная остановка оборудования → установка быстродействующих контроллеров нового типа.
• Попытки масштабировать систему без смены принципов → потеря стабильности → внедрение распределённых схем управления.

А что если сеть слишком нестабильна?

В изолированных объектах часты перегрузки, дисбалансы и резкие скачки мощности. Самосинхронизация полезна именно в таких условиях: источники сами "находят" друг друга, выравнивая параметры, а система становится гибче при смене режима работы генераторов.

Плюсы и минусы новой разработки

FAQ

Можно ли внедрить контроллер на старых объектах?
Да, технология совместима с существующими системами автономного электроснабжения.

Улучшает ли устройство защиту от коротких замыканий?
Да, синхронизация напряжения снижает вероятность аварийных режимов.

Заменяет ли контроллер генераторы или ИБП?
Нет, он управляет их синхронизацией и распределением нагрузки.

Мифы и правда

• Миф: синхронизация всегда требует ведущего узла.
• Правда: самосинхронизация возможна без центрального источника.
• Миф: биологические модели неприменимы в электронике.
• Правда: они отлично описывают взаимодействие нелинейных систем.
• Миф: ИБП не справляются с быстрыми переходами.
• Правда: современные контроллеры работают за миллисекунды.

Три интересных факта

1. Нейроны мозга синхронизируют сигналы примерно так же, как генераторы в автономной сети.

2. Биение сердца — один из классических примеров устойчивого колебательного процесса.

3. Самосинхронизация используется даже в моделях коллективного поведения людей.

Исторический контекст

• 1990-е — рост автономных промышленных объектов в России.
• 2000-е — активное развитие систем бесперебойного питания.
• 2020-е — начало исследований самосинхронизации в электроэнергетике.

Удалённые объекты требуют стабильного питания, а современные нагрузки становятся всё сложнее. Контроллер ЛЭТИ обеспечивает устойчивую работу множества источников энергии, снижает риск аварий и делает автономные сети более надёжными. Такой подход позволит создавать более эффективные отечественные установки ИБП — основу промышленной инфраструктуры будущего.