Дисертації (ЕП)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Перегляд Дисертації (ЕП) за Автор "Калінчик, Василь Прокопович"
Зараз показуємо 1 - 2 з 2
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Оцінювання узгодженості режимів мікромереж з локальною генерацією електричної енергії(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Гілевич, Катерина Миколаївна; Бориченко, Олена Володимирівна; Калінчик, Василь ПрокоповичГілевич К.М. Оцінювання узгодженості режимів мікромереж з локальною генерацією електричної енергії. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії у галузі знань 14 Електрична інженерія за спеціальністю 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. Сучасний розвиток електроенергетики характеризується активним залученням відновлюваних джерел енергії, впровадженням цифрових технологій керування та розвитком децентралізованих енергетичних систем. Зростання частки розосереджених джерел генерації, таких як сонячні та вітрові електростанції, установки зберігання електроенергії та інші гнучкі енергетичні ресурси, зумовлює суттєві зміни у структурі електроенергетичних систем та принципів їх функціонування. Особливої актуальності ці процеси набувають у межах концепції розвитку мікромереж, які розглядаються як важливий елемент забезпечення енергетичної стійкості, підвищення надійності електропостачання та ефективного використання локальних енергетичних ресурсів. У межах європейського енергетичного переходу, визначеного пакетом законодавчих ініціатив «Чиста енергія для всіх європейців» та директивою RED II, суттєво зростає роль активних споживачів, локальних енергетичних спільнот і механізмів гнучкого балансування попиту та пропозиції електроенергії. Внаслідок цього традиційна централізована модель функціонування електроенергетичних систем поступово трансформується у більш децентралізовану структуру, у якій значна частина генерації та керування режимами здійснюється на локальному рівні. Такі зміни супроводжуються зростанням кількості змін режимів роботи системи та підвищенням динамічності процесів, що необхідно враховувати при формуванні умов балансування електроспоживання та генерування електричної енергії. В період активного розвитку мікромереж особливої важливості набуває питання забезпечення узгодженості режимів роботи їх основних елементів – джерел локальної генерації, установок зберігання електроенергії та споживачів. Наявність нестабільної генерації від відновлюваних джерел енергії, нерівномірного електроспоживання та широкого використання силових електронних перетворювачів призводить до виникнення значної кількості перехідних режимів, що можуть супроводжуватися зміною співвідношень між напругою та струмом, появою додаткових реактивних складових та зміною напрямків потоків потужності у мережі. Разом із тим існуючі підходи до аналізу режимів роботи електроенергетичних систем здебільшого ґрунтуються на оцінюванні окремих електромагнітних параметрів лише у фіксованих часових перерізах. Такі підходи дозволяють оцінювати значення напруги, струму, потужності або показників якості електроенергії у певний момент часу, проте не враховують структурних відмінностей між різними режимами функціонування системи та характеру їх змін у часі. У результаті цього ускладнюється можливість своєчасного виявлення зниження узгодженості режимів, що виникають у процесі переходів між різними станами роботи мікромережі. Особливої актуальності ця проблема набуває для низьковольтних мікромереж з локальною генерацією, де зміни режимів можуть відбуватися з високою частотою внаслідок коливань генерації від відновлюваних джерел енергії, зміни навантаження або режимів роботи систем накопичення електроенергії. За таких умов виникає необхідність розроблення нових підходів до аналізу режимів, які дозволяють враховувати не лише значення окремих їх параметрів але й взаємозв’язок та динаміку змін між ними на послідовних часових інтервалах. Дисертаційна робота спрямована на розв’язання науково-прикладної задачі розроблення підходу до оцінювання узгодженості режимів роботи мікромережі в умовах нестабільної генерації та нерівномірного споживання електричної енергії. Основною ідеєю дослідження є використання структурного аналізу динамічних змін електромагнітних параметрів мережі для кількісного опису відмінностей між характерними режимами функціонування мікромережі. Для досягнення поставленої мети у роботі сформовано узагальнену математичну модель динаміки процесів формування режимів роботи мікромережі, яка ґрунтується на аналізі змін напруги та струму на послідовних часових інтервалах. Такий підхід дозволяє описувати структуру режимів функціонування системи через нормовані відхилення основних електромагнітних параметрів та встановлювати взаємозв’язки між ними. У межах запропонованої моделі визначено інтегральний показник структурних відхилень зазначених режимів, що дозволяє кількісно характеризувати ступінь їх узгодженості. Наукова новизна отриманих результатів полягає у розробці принципово нового інтегрального показника структурних відхилень режимів мікромережі, пов’язаних з високим рівнем нестабільності генерування та споживання електричної енергії, який, на відміну від традиційних, враховує не лише величину окремих відхилень електромагнітних параметрів, а й взаємозв’язок та динаміку переходів між окремими режимами. Такий підхід дозволяє більш повно описувати перехідні процеси формування режимів роботи мікромережі та виявляти характерні особливості їх змін у часі. Показано, що підвищені значення інтегрального показника структурних відхилень відповідають умовам, для яких характерні інтенсивні перехідні процеси, значні зміни співвідношень між напругою та струмом, поява додаткових реактивних складових та зміна напрямків потоків потужності у мережі. Це дозволяє використовувати запропонований показник як індикатор виникнення потенційно проблемних режимів функціонування мікромережі. У межах дослідження здійснено алгоритмічну та програмну реалізацію запропонованого підходу у програмних середовищах Python та Excel. Це дозволило виконати чисельне моделювання режимів роботи мікромережі й динаміки їх змін та провести порівняльний аналіз різних форм представлення інтегрального показника при структурних відхилень. Зокрема, було досліджено лінійну та квадратичну форми подання показника, що відрізняються рівнем чутливості до змін режимних параметрів. Встановлено, що лінійна форма інтегрального показника є зручною для загальної інженерної оцінки режимних відхилень та дозволяє швидко ідентифікувати періоди найбільшої зміни режимних параметрів. У свою чергу квадратична форма показника забезпечує підвищену чутливість до критичних режимів функціонування системи та дозволяє більш чітко виявляти потенційно проблемні сценарії роботи мікромережі. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості застосування запропонованого аналітичного підходу для аналізу режимів роботи мікромереж із локальною генерацією. Зокрема, використання інтегрального показника узгодженості режимів дозволяє ідентифікувати проблемні часові інтервали у добовому профілі роботи мікромережі, що може бути використано для обґрунтування керуючих дій щодо оптимізації режимів роботи установок зберігання електроенергії та вибору стратегій керування джерелами з інверторним інтерфейсом з метою запобігання виникненню небажаних збурень. Отримані результати можуть бути у подальшому використані при вирішенні широкого кола завдань, пов’язаних із дослідженням та оптимізацією стаціонарних і перехідних режимів функціонування мікромереж, розробленням алгоритмів керування локальними енергетичними ресурсами та підвищенням загальної ефективності процесів забезпечення споживачів електричною енергією.Документ Відкритий доступ Сценарне планування з імовірнісним прогнозуванням добового електроспоживання споживачів в умовах ринку електричної енергії(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Копчиков, Олександр Миколайович; Калінчик, Василь ПрокоповичКопчиков О.М. Сценарне планування з імовірнісним прогнозуванням добового електроспоживання споживачів в умовах ринку електричної енергії. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії у галузі знань 14 Електрична інженерія за спеціальністю 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. Функціонування ринку електричної енергії України зумовлює необхідність планування електроспоживання непобутового, насамперед промислового, споживача на добу наперед у вигляді погодинного планового графіка відбору електричної енергії, який узгоджується з електропостачальником, що виконує функції сторони, відповідальної за баланс. Відхилення між узгодженим графіком і фактичним відбором набуває грошового вираження через механізм врегулювання небалансів, причому вартість похибки прогнозування залежить від години доби та має асиметричний характер для дефіцитних і профіцитних відхилень. За таких умов якість планування визначається не лише точністю відтворення очікуваного рівня навантаження, а й здатністю своєчасно оцінювати ризик економічно значущих відхилень у критичні години. Це має значення не тільки для фінансового результату окремого підприємства та його електропостачальника, а й для режимної збалансованості ринку, оскільки систематичні небаланси підвищують потребу в балансуючих діях та ускладнюють підтримання надійного функціонування електроенергетичної системи України. У цій роботі термін «добове електроспоживання» використано як позначення електроспоживання в межах доби планування, поданого у вигляді погодинної траєкторії відбору електричної енергії. Саме така інтерпретація відповідає регламентам ринку «на добу наперед», внутрішньодобового ринку та механізму врегулювання небалансів, для яких визначальним є погодинний графік, а не лише інтегральний добовий обсяг. У зв’язку з цим задача прогнозування та планування розглядається як задача формування і супроводу погодинного графіка відбору електричної енергії в межах доби постачання. Практична реалізація добового планування у промисловості ускладнюється тим, що частина режимних рішень має дискретний характер, а зміна навантаження обмежена технологічними, виробничими й організаційними умовами. За наявності жорстких режимів роботи, планових і аварійних зупинок, обмежень на пуски та зупинки обладнання, а також неповного інформаційного забезпечення підприємство не завжди може оперативно компенсувати помилки плану в межах поточної доби. Додаткову складність становить те, що у багатьох випадках доступний лише мінімально достатній інформаційний контур, а саме: дані комерційного обліку, календарно-режимна інформація та обмежений опис виробничих процесів, без повної телеметрії станів окремих агрегатів. За таких умов точковий прогноз є недостатнім для прийняття економічно обґрунтованих рішень, оскільки не описує структури невизначеності та не дозволяє оцінити ймовірність дорогих відхилень у години підвищеної вартості небалансу. Метою дисертаційної роботи є розробка та впровадження вдосконалених методів планування електроспоживання промислового споживача в умовах ринку електричної енергії з урахуванням прогнозу навантаження, ринкових сигналів та асиметрії небалансу. Для досягнення поставленої мети у роботі досліджено особливості участі промислового споживача в ринку електричної енергії через електропостачальника, обґрунтовано вимоги до подання невизначеності в задачі планування, формалізовано інформаційні обмеження практичного застосування прогнозних моделей та розроблено підхід до інтеграції погодинних ринкових сигналів у процедуру вибору планового графіка. У дисертації запропоновано контур прийняття рішень для сценарного планування на добу наперед, який, на відміну від детермінованого планування за точковим прогнозом, використовує траєкторний імовірнісний прогноз навантаження та параметри ринкового середовища для формування погодинного планового графіка і вибору сценарної політики за ризик-орієнтованим критерієм, чутливим до екстремально високих добових витрат. Запропонований контур реалізовано як узгоджену послідовність етапів: формування множини здійсненних сценаріїв роботи підприємства; побудова для кожного сценарію імовірнісного прогнозу добової траєкторії електроспоживання; формування погодинної номінації з урахуванням асиметрії наслідків дефіцитного та профіцитного небалансу; вибір сценарію з урахуванням очікуваних витрат і хвостового ризику. Такий підхід дає змогу перейти від пасивного відтворення навантаження до активного, обґрунтованого планування з урахуванням ризику. Для забезпечення відтворюваності та методичної коректності удосконалено методологію добового планування електроспоживання в частині організаційно-інформаційного забезпечення. На відміну від підходів, у яких структура вхідних ознак формується неявно або залежить від інформації, що фактично недоступна на момент ухвалення рішення, у роботі визначено мінімально достатній склад вхідних даних, формалізовано режимні події у стандартизованому реєстрі та запропоновано детерміноване перетворення цієї інформації у матрицю ознак прогнозного модуля. Це забезпечує причинність, унеможливлює витік майбутньої інформації, підвищує коректність оцінювання моделей та робить результати придатними до практичного застосування у режимі планування на добу наперед. Розроблено практичну реалізацію імовірнісного прогнозування для задачі добового планування шляхом побудови траєкторного ансамблю прогнозних моделей з оцінюванням ваг і монотонним калібруванням прогнозних інтервалів у розрізі календарних класів діб. На відміну від одиничних або некаліброваних прогнозів, запропонований підхід забезпечує контроль фактичного покриття прогнозних інтервалів, зберігає міжгодинні залежності в межах добової траєкторії та підвищує надійність оцінки невизначеності як інформаційної основи ризик-орієнтованих рішень. У роботі показано, що саме траєкторне подання прогнозу є принципово важливим для оцінювання добових витрат і хвостового ризику, оскільки вартість небалансу визначається не лише окремими погодинними похибками, а і їхньою спільною реалізацією в часі. Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше для задачі добового планування електроспоживання промислового споживача запропоновано контур прийняття рішень, у якому траєкторний імовірнісний прогноз навантаження безпосередньо інтегровано з формуванням погодинної номінації та вибором сценарію за ризик-орієнтованим критерієм. Удосконалено методологію організаційно-інформаційного забезпечення планування шляхом визначення мінімально достатнього інформаційного контуру та формалізації режимних подій у стандартизованому реєстрі. Набула подальшого розвитку практична реалізація імовірнісного прогнозування на основі траєкторного ансамблю з калібруванням прогнозних інтервалів у розрізі календарних класів діб, що підвищує надійність оцінки невизначеності в задачах добового планування. Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні прикладного, відтворюваного інструментарію для добового погодинного планування електроспоживання промислового підприємства в умовах конкурентного ринку електричної енергії. Розроблено механізм перетворення наявних даних комерційного обліку та мінімального технологічного опису підприємства у формалізований набір керованих сценаріїв роботи на добу. Такі сценарії інтерпретуються як варіанти добової траєкторії навантаження, які можуть бути затверджені особою, що приймає рішення на підприємстві, і переведені у погодинний графік номінації. Це забезпечує стандартизацію дій енергетичного менеджменту в щоденному циклі підготовки, узгодження та коригування графіка, зменшує залежність від неформалізованих рішень і підвищує керованість процесу планування. Важливим результатом роботи є також інтеграція економічної природи небалансу в алгоритм формування погодинної номінації. Запропонована процедура дозволяє не лише оцінювати очікувані витрати, а й відокремлювати години підвищеного ризику, у яких помилка планування має найбільш відчутні наслідки. У цьому полягає прикладна цінність підходу для підприємства: на основі доступних на момент планування даних воно отримує не лише прогноз можливого навантаження, а й формалізовану рекомендацію щодо того, який погодинний графік є економічно доцільним і стійким до ризику небалансу. Експериментальна перевірка на історичних даних підтвердила працездатність запропонованого інструментарію та його переваги порівняно з базовими підходами планування. За результатами ретроспективного тестування на інтервалі 230 діб встановлено, що використання ансамблю моделей з ризик-орієнтованим вибором сценарію забезпечує зниження середніх реалізованих витрат на 16,73 % порівняно з наївною номінацією, зменшення хвостового ризику добових витрат на 38,67 %, зниження вартості небалансу у дорогі години на 16,79 % та скорочення середнього модуля небалансу у дорогі години на 21,05 %. Отримані результати свідчать, що перехід від точкового до імовірнісного подання прогнозу є доцільним не лише з погляду математичної коректності, а й з позицій реальної економічної ефективності в умовах ринку. У підсумку дисертаційна робота формує цілісний науково-методологічний підхід до сценарного планування електроспоживання промислового споживача на добу наперед, у якому поєднано вимоги ринкових регламентів, технічні обмеження виробництва, імовірнісне прогнозування та ризик-орієнтований вибір планового рішення. Запропонований підхід має практичне значення для електропостачання промислових підприємств, оскільки сприяє підвищенню якості погодинного планування, зниженню небалансів і підвищенню обґрунтованості рішень в умовах невизначеності та волатильних ринкових сигналів. Отримані результати обґрунтовують доцільність застосування розробленого інструментарію в щоденному циклі формування та узгодження планового погодинного графіка відбору електричної енергії промислового споживача. Список публікацій: За результатами досліджень опубліковано 9 наукових праць, у тому числі 4 статті у наукових фахових виданнях та 5 тез доповідей у збірниках матеріалів конференцій.