Анализ методов проектирования, планирова-ния и оперативного управления гибридными энергетическими системами с ветровыми, солнечными фотоэлектрическими и аккумуляторными накопителями энергии

Аннотация

Актуальность: широкомасштабная интеграция возобновляемых источников энергии в электроэнергетические системы приводит к возникновению новых задач, связанных с переменным и неопределённым характером выработки электроэнергии, обеспечением баланса между генерацией и потреблением, координацией режимов работы накопителей энергии и обеспечением устойчивой работы электрической сети. Зависимость ветровых и солнечных фотоэлектрических электростанций от метеорологических условий ограничивает возможность управления их генерацией по аналогии с традиционными диспетчеризируемыми электростанциями. В решении данной проблемы важную роль играют аккумуляторные системы накопления энергии, способные компенсировать кратковременные несоответствия между мощностью генерации и потребления, сглаживать резкие изменения мощности возобновляемых источников энергии и повышать оперативную гибкость электроэнергетической системы. В данной статье проведён системный анализ существующих методов и технологий оптимального проектирования гибридных энергетических систем, включающих ветровые электростанции, солнечные фотоэлектрические электростанции и аккумуляторные системы накопления энергии, а также методов планирования режимов генерации и нагрузки, диспетчеризации энергетических потоков и оперативного управления. Рассмотрены преимущества и ограничения детерминированной, стохастической и робастной оптимизации, линейного и смешанного целочисленного программирования, генетических алгоритмов, алгоритмов роя частиц, модельно-прогнозирующего управления, нечёткой логики, искусственных нейронных сетей и методов управления на основе обучения с подкреплением. Кроме того, сформирована многоуровневая архитектура управления, объединяющая оптимальное проектирование, прогнозирование, суточное планирование, диспетчеризацию энергии и управление в реальном времени. Результаты исследования могут служить методологической основой для последующей разработки алгоритмов оптимального управления энергией и диспетчеризации энергетических систем, совместно использующих аккумуляторные и водородные системы накопления энергии.

Цель: выбор эффективных методов проектирования и управления режимами работы систем, включающих ветровые и солнечные фотоэлектрические станции, а также системы накопления энергии, с учётом изменчивого и нестабильного характера выработки ими электроэнергии, и обоснование целесообразности их применения в различных условиях.

Методы: в исследовании используются методы изучения международного опыта управления спросом в электроэнергетических системах с высокой долей возобновляемых источников энергии, систематизации существующих методов управления спросом и Demand Response, а также сравнительного анализа их технических, организационных и эксплуатационных характеристик.

Результаты: обоснована важность использования гибкости потребительской нагрузки для балансирования изменчивости генерации ветровых и солнечных электростанций в условиях перехода к возобновляемым источникам энергии, и поэтапного внедрения рыночных механизмов в электроэнергетической системе Узбекистана. Показано, что применение методов оперативного управления спросом позволяет снижать кратковременные несоответствия между генерацией и потреблением, повышать балансирующие возможности системы и улучшать интеграцию возобновляемых источников энергии. На основе проведённого сравнительного анализа разработаны соответствующие предложения по применению и развитию механизмов управления спросом в условиях электроэнергетической системы Узбекистана.