Формирование суточных графиков нагрузок в экологически дружественном активном энергетическом комплексе

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.

1. Рогалев 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.

2. Дацко К.А. Активные энергокомплексы // Энергетическая политика. 2020. № 6. С. 64–75. https://doi.org/10.46920/2409-5516_2020_6148_64. EDN: KEVGJS.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Kellerer H., Pferschy U., Pisinger D. Knapsack problems. Berlin, Heidelberg: Springer, 2004. 548 р. https://doi.org/10.1007/978-3-540-24777-7.

18. 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.

19. 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.

20. 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.