ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2024-1-72-83PAGGRYipolytech-797Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGФормирование суточных графиков нагрузок в экологически дружественном активном энергетическом комплексеDesign of daily load profiles in environmentally friendly commercial and industrial microgridshttps://orcid.org/0000-0002-7288-6168ГлазуноваА. М.GlazunovaA. M.

Глазунова Анна Михайловна, д.т.н., доцент, старший научный сотрудник Отдела электроэнергетических систем

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130

Anna M. Glazunova, Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Senior Researcher of the Department of Electric Power Systems

130, Lermontov St., Irkutsk 664033

glazunova@isem.irk.ruСъемщиковС. Е.SieemshchikovS. E.

Съемщиков Сергей Евгеньевич, к.т.н., доцент, доцент кафедры «Техносферная безопасность»

664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15

Sergei E. Sieemshchikov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Technosphere Safety

15, Chernyshevsky St., Irkutsk 664074

semshikovsergei@gmai.comИнститут систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАНРоссияMelentiev Energy Systems Institute SB RASRussian FederationИркутский государственный университет путей сообщенияРоссияIrkutsk State Transport UniversityRussian Federation2024290320242817283Copyright © Глазунова А.М., Съемщиков С.Е., 20242024Глазунова А.М., Съемщиков С.Е.Glazunova A.M., Sieemshchikov S.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/797

Целью исследования является решение задачи формирования суточных графиков нагрузок для оптимального управления режимами экологически дружественного (мощность генерируется только на ветровых и солнечных станциях) активного энергетического комплекса, связанного с единой энергосистемой одной линией электропередачи. В исследовании выполнялась корректировка суточных плановых графиков нагрузок, расположенных на территории активного энергетического комплекса, заключающаяся в смещении потребления мощности на другое время суток (потребление мощности откладывается). Проблема оптимального распределения отложенной мощности представляется оптимизационной задачей множественного рюкзака, которая адаптируется к решению поставленной задачи. Апробация предложенного алгоритма была выполнена на 6-узловой схеме по следующему сценарию: сформировать графики нагрузок в активном энергетическом комплексе для обеспечения оптимального управления активным энергетическим комплексом при сохранении перетока мощности из единой энергосистемы в заданных пределах. Проведенные эксперименты по оценке обеспечения бесперебойности в электроснабжении потребителей активного энергетического комплекса в зависимости от исходных данных показали, что структура исходных данных влияет на качество результатов. Установлено, что базовым условием при формировании графиков нагрузки является соблюдение пределов мощности из единой энергосистемы. Анализ полученных результатов показал, что полное исключение нарушения в электроснабжении потребителей активного энергетического комплекса достигается при наличии возможности разделить нагрузку для переноса ее на другие часы суток и при отключении 0,151 МВт в режиме 7. Нагрузка должна быть разделена не менее чем на три части. Отключение 0,151 МВт выполняется для предотвращения отсоединения активного энергетического комплекса от единой энергосистемы, следствием которого будет дефицит мощности 4,652 МВт.

The purpose of the study is to solve the problem of design of daily load profiles for optimal control of an environmentally friendly commercial and industrial microgrid (CIM) (power is generated only by renewable energy sources) connected to the power system by a power transmission line. This goal is achieved by adjusting the planned daily load profiles of consumers located on the territory of the CIM. The adjustment means shifting power consumption to another time of the day in question (power consumption is delayed). The problem of the delayed power allocation is represented as an optimization multiple knapsack problem that adapts to the problem-solving process. The proposed algorithm was tested on a 6-node system according to the scenario that involved adjustment of the load profile in the CIM to ensure that the power flow from the power system remains within specified limits. Compliance with the limits guarantees uninterrupted power supply from the power system, which is a fundamental requirement when developing load profiles. Experiments were carried out to evaluate the delivery of uninterrupted power supply to CIM consumers depending on the initial data. The findings indicate that the disruptions in power supply to CIM consumers are completely eliminated if the load can be divided to shift it to other hours of the day and when the load of 0.151 MW is disconnected in operating state 7. The total load should be divided into at least three parts. Disconnection of 0.151 MW is performed to prevent disconnection of the commercial and industrial microgrid from the power system, which would result in a power deficit of 4.652 MW.

активный энергетический комплексвозобновляемые источники энергиипараметры установившегося режимауправлениеcommercial and industrial microgridsrenewable energy sourcessteady state variablescontrolReferencesРогалев Н.Д., Молодюк В.В., Исамухамедов Я.Ш. Активный энергетический комплекс: повышенные требования обеспечения надежности // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: материалы 90-го заседания Международного научного семинара им. Ю.Н. Руденко (г. Иркутск, 1–7 июля 2018 г.). Иркутск: Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 2018. Т. 1-69. С. 9–17. EDN: IPRDCP.Rogalev N.D., Molodyuk V.V., Isamuhamedov Ya.Sh. Active energy complex: step up requirements for reliability. In: Metodicheskie voprosy issledovaniya nadezhnosti bol’shih sistem energetiki: materialy 90-go zasedaniya Mezhdunarodnogo nauchnogo seminara imeni Yu.N. Rudenko = Methodological issues in studying large energy systems reliability: materials of the 90th meeting of the International Scientific Seminar named after Yu.N. Rudenko. 1–7 July 2018, Irkutsk. Irkutsk: Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; 2018, vol. 1-69, р. 9-17. (In Russ.). EDN: IPRDCP.Дацко К.А. Активные энергокомплексы // Энергетическая политика. 2020. № 6. С. 64–75. https://doi.org/10.46920/2409-5516_2020_6148_64. EDN: KEVGJS.Datsko K.A. Active energy complexes. Energeticheskaya politika. 2020;6:64-75. (In Russ.). https://doi.org/10.46920/2409-5516_2020_6148_64. EDN: KEVGJS.Chen Chen, Wang Jianhui, Kishore S. A distributed direct load control approach for large-scale residential demand response // IEEE Transactions on Power Systems. 2014. Vol. 29. Iss. 5. Р. 2219–2228. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2014.2307474.Chen Chen, Wang Jianhui, Kishore S. A distributed direct load control approach for large-scale residential demand response. IEEE Transactions on Power Systems. 2014;29(5):2219-2228. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2014.2307474.Mollah K., Nair N.K.C., Rayudu R.K. Demand response an alternative solution to prevent load shedding triggering // EAI Endorsed Transactions on Energy Web. 2014. Vol. 1. Iss. 3. Р. e2. https://doi.org/10.4108/ew.1.3.e2.Mollah K., Nair N.K.C., Rayudu R.K. Demand response an alternative solution to prevent load shedding triggering. EAI Endorsed Transactions on Energy Web. 2014;1(3):e2. https://doi.org/10.4108/ew.1.3.e2.Conejo A.J., Morales J.M., Baringo L. Real-time demand response model // IEEE Transactions on Smart Grid. 2010. Vol. 1. Iss. 3. P. 236–242. https://doi.org/10.1109/TSG.2010.2078843.Conejo A.J., Morales J.M., Baringo L. Real-time demand response model. IEEE Transactions on Smart Grid. 2010;1(3):236-242. https://doi.org/10.1109/TSG.2010.2078843.Gils H.C. Assessment of the theoretical demand response potential in Europe // Energy. 2014. Vol. 67. P. 1–18. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.02.019.Gils H.C. Assessment of the theoretical demand response potential in Europe. Energy. 2014;67:1-18. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.02.019.Silva B.N., Khan M., Han K. Futuristic sustainable energy management in smart environments: а review of peak load shaving and demand response strategies, challenges, and opportunities // Sustainability. 2020. Vol. 12. Iss. 14. Р. 5561. https://doi.org/10.3390/su12145561.Silva B.N., Khan M., Han K. Futuristic sustainable energy management in smart environments: а review of peak load shaving and demand response strategies, challenges, and opportunities. Sustainability. 2020;12(14):5561. https://doi.org/10.3390/su12145561.Meyabadi A.F., Deihimi M.H. A review of demand-side management: reconsidering theoretical framework // Renewable and Sustainable Energy. 2017. Vol. 80. P. 367–379. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.207.Meyabadi A.F., Deihimi M.H. A review of demand-side management: reconsidering theoretical framework. Renewable and Sustainable Energy. 2017;80:367-379. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.207.Стенников В.А., Барахтенко Е.А., Соколов Д.В., Шелехова В.Б. Активное участие потребителя в управлении своим энергоснабжением // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19. № 11-12. С. 88–100. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2017-19-11-12-88-100. EDN: YTZTWX.Stennikov V.A., Barahtenko E.A., Sokolov D.V., Shelekhova V.B. Active demand-side management. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Problemy energetiki = Power Engineering: Research, Equipment, Technology. 2017;19(11-12):88- 100. (In Russ.). https://doi.org/10.30724/1998-9903-2017-19-11-12-88-100. EDN: YTZTWX.Зырянов В.М., Кирьянова Н.Г., Коротков И.Ю. Системы накопления энергии: российский и зарубежный опыт // Энергетическая политика. 2020. Т. 6. № 148. С. 76–86. https://doi.org/10.46920/2409-5516_2020_6148_76. EDN: YBOUHF.Zyryanov V.M., Kir’yanova N.G., Korotkov I.Yu. Energy storage systems: Russian and international experience. Energeticheskaya politika = Energy Policy. 2020;6(148):76-86. (In Russ.). https://doi.org/10.46920/2409-5516_2020_6148_76. EDN: YBOUHF.Kalkhambkar V., Kumar R., Bhakar R. Energy loss minimization through peak shaving using energy storage // Perspectives in Science. 2016. Vol. 8. P. 162–165. https://doi.org/10.1016/j.pisc.2016.04.022.Kalkhambkar V., Kumar R., Bhakar R. Energy loss minimization through peak shaving using energy storage. Perspectives in Science. 2016;8:162-165. https://doi.org/10.1016/j.pisc.2016.04.022.Gutiérrez-Oliva D., Colmenar-Santos A., Rosales-Asensio E. A review of the state of the art of industrial microgrids based on renewable energy // Electronics. 2022. Vol. 11. Iss. 7. Р. 1002. https://doi.org/10.3390/electronics11071002.Gutiérrez-Oliva D., Colmenar-Santos A., Rosales-Asensio E. A review of the state of the art of industrial microgrids based on renewable energy. Electronics. 2022;11(7):1002. https://doi.org/10.3390/electronics11071002.Feng Wei, Jin Ming, Liu Xu, Bao Yi, Marnay Chris, Yao Cheng, Yu Jiancheng. A review of microgrid development in the United States – а decade of progress on policies, demonstrations, controls, and software tools // Energy. 2018. Vol. 228. P. 1656–1668. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.096.Feng Wei, Jin Ming, Liu Xu, Bao Yi, Marnay Chris, Yao Cheng, Yu Jiancheng. A review of microgrid development in the United States – а decade of progress on policies, demonstrations, controls, and software tools. Energy. 2018;228:1656- 1668. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.096.Hassan M.A.S., Chen Minyou, Li Qiang, Mehmood M.A., Cheng Tingli, Li Bo. Microgrid control and protection state of the art: a comprehensive overview // Journal of Electrical Systems. 2018. Vol. 14. Iss. 2. P. 148–164.Hassan M.A.S., Chen Minyou, Li Qiang, Mehmood M.A., Cheng Tingli, Li Bo. Microgrid control and protection state of the art: a comprehensive overview. Journal of Electrical Systems. 2018;14(2):148-164.Glazunova А. Development of a day-ahead demand side management strategy to improve the microgrid efficiency // 11th Symposium on Control of Power and Energy Systems IFAC CPES. 2022. Vol. 55. Iss. 9. P. 256–261. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2022.07.045.Glazunova А. Development of a day-ahead demand side management strategy to improve the microgrid efficiency. In: 11th Symposium on Control of Power and Energy Systems IFAC CPES. 2022;55(9):256-261. https://doi.org/10.1016/j. ifacol.2022.07.045.Аксаева Е., Глазунова А. Создание планировщика для реализации технологии смещения нагрузки в программе управления спросом // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Надежность систем энергетики в условиях современных вызовов и угроз / отв. ред. акад. РАН В.А. Стенников. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2023. Вып. 74. С. 652–662.Aksaeva E., GlazunovaA. Creation of a scheduler for load shifting technology implementation in a demand management program. In: Stennikovа V.A. (eds.). Metodicheskie voprosy issledovaniya nadezhnosti bol’shih sistem energetiki. Nadezhnost’ sistem energetiki v usloviyah sovremennyh vyzovov i ugroz = Methodological issues in studying large energy systems reliability. Energy system reliability in the context of modern challenges and threats. Irkutsk: Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; 2023, Iss. 74, р. 652-662. (In Russ.).Kellerer H., Pferschy U., Pisinger D. Knapsack problems. Berlin, Heidelberg: Springer, 2004. 548 р. https://doi.org/10.1007/978-3-540-24777-7.Kellerer H., Pferschy U., Pisinger D. Knapsack problems. Berlin, Heidelberg: Springer; 2004, 548 р. https://doi.org/10.1007/978-3-540-24777-7.Lun I.Y.F., Lam J.C. A study of Weibull parameters using long-term wind observations // Renewable Energy. 2000. Vol. 20. Iss. 2. P. 145–153. https://doi.org/10.1016/S0960-1481(99)00103-2.Lun I.Y.F., Lam J.C. A study of Weibull parameters using long-term wind observations. Renewable Energy. 2000;20(2):145-153. https://doi.org/10.1016/S0960-1481(99)00103-2.Лукутин Б.В., Шандарова Е.Б., Муравлев А.И. Энергоэффективные управляемые генераторы для ветроэлектростанций // Известия Томского политехнического университета. 2008. Т. 312. № 4. С. 128–130. EDN: JRGNSL.Lukutin B.V., Shandarova E.B., Muravlev A.I. Energy-efficient controlled generators for wind power plants. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2008;312(4):128-130. (In Russ.). EDN: JRGNSL.Zhu Lan, Yan Zheng, Lee Wei-Jen, Yang Xiu, Fu Yang, Cao Wei. Direct load control in microgrids to enhance the performance of integrated resources planning // IEEE Transactions on Industry Applications. 2015. Vol. 51. No. 5. P. 3553–3560. https://doi.org/10.1109/TIA.2015.2413960.Zhu Lan, Yan Zheng, Lee Wei-Jen, Yang Xiu, Fu Yang, Cao Wei. Direct load control in microgrids to enhance the performance of integrated resources planning. IEEE Transactions on Industry Applications. 2015;51(5):3553-3560. https://doi.org/10.1109/TIA.2015.2413960.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.