Оптимальне регулювання локальної енергосистеми з відновлюваними джерелами енергії

Abstract

Робота присвячена вирішенню проблеми балансування в локальних енергосистемах з відновлюваними джерелами енергії. Для задачі оптимізації енергосистеми, робота якої залежить від випадкових погодних факторів, було розв’язано випуклу задачу оптимізації параметрів чи оптимального управління за допомогою керованої генерації, для кожної окремої реалізації випадкового процесу як детермінованої функції, а потім виконано статистичну обробку результатів за набором випадкових реалізацій та побудовано функції щільності розподілу шуканої цільової функції, з подальшою оцінкою очікуваних значень та їх довірчих інтервалів. Процес, що описує поточні відхилення генерованої потужності від середнього значення, модельований як дискретна модель блукання, і має властивості процесу Орнштейна-Уленбека, що дозволило варіювати тривалістю одиничного інтервалу, зокрема обирати бази даних діючих об’єктів з притаманною їх моніторинговим системам часовою дискретністю. Предметом дослідження та моделювання є випадкові складові, в той час як осереднені значення вважаються детермінованими, а їх забезпечення здійснюється в рамках прогнозованого графіка з використанням в тому числі й традиційних джерел енергії (централізованої електромережі). Математична модель сумісної роботи відновлюваних джерел енергії в системі зі змінним наванта женням, електроакумулюючим пристроєм та допоміжним регулюючим генератором реалізована у вигляді схеми послідовних моделей генерації і споживання та випадкових процесів, що описують поточний стан енергосистеми. Робота акумулятора електроенергії є залежною від згаданих процесів, але в повному балансі вона фігурує разом із втратами генерації чи навантаження, які є кумулятивними сумами небалансів потужності і можуть мати відмінний від нормального розподіл. Однак ці процеси є внутрішніми, стосуються перерозподілу енергії всередині системи генерування, потужність якої в цілому задовільно, з урахуванням відповідних критеріїв, описується нормальним законом. За такої умови можна оцінити імовірність різних обставин – надмірного чи недостатнього генерування, тобто дати числову оцінку показникам надійності забезпечення енергією.The paper is devoted to solving the balancing problem in local power systems with renewable energy sources. For a power system optimization problem, whose operation depends on random weather factors, a convex parameter optimization or optimal control problem was solved using controlled generation, for each individual realization of a random process as a deterministic function, and then statistical processing of results over a set of random realizations was performed and distribution density functions of the desired target function were constructed, followed by estimation of expected values and their confidence intervals. The process describing current deviations of generated power from mean value is modelled as discrete stray model and has properties of Ornstein-Uhlenbeck process, which allowed varying the duration of unit interval, in particular to select data bases of operating objects with inherent temporal discreteness of their monitoring systems. Random components are investigated and modelled, while the average values are considered to be deterministic and are provided within a predictable schedule using also traditional energy sources (centralised power grid). A mathematical model of the combined operation of renewable energy sources in a system with variable load, electric storage device and auxiliary regulating generator is implemented as a scheme of sequential generation and consumption models and random processes describing the current state of the power system. The operation of the electricity accumulators is dependent on the processes mentioned, but in the full balance, it appears together with generation or load losses, which are cumulative sums of unbalanced power and may have a different distribution from the normal one. However, these processes are internal, relating to the redistribution of energy within a generation system whose capacity is generally described satisfactorily, given the relevant criteria, by a normal law. Under this condition, it is possible to estimate the probability of different circumstanc es - over- or under-generation, that is, to give a numerical estimate of the reliability of energy supply.