Оцінювання узгодженості режимів мікромереж з локальною генерацією електричної енергії
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Гілевич 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.
Опис
Ключові слова
мікромережа, установки зберігання енергії, узгодженість режимів, показники динаміки зміни режимів, інтегральний показник, енергетичні спільноти, змінна генерація, нерівномірне електроспоживання, якість електричної енергії, відновлювані джерела енергії, втрати енергії, microgrid, energy storage systems, operating mode consistency, indicators of operating mode dynamics, integral indicator, energy communities, variable generation, non-uniform electricity consumption, power quality, renewable energy sources, energy losses
Бібліографічний опис
Гілевич, К. М. Оцінювання узгодженості режимів мікромереж з локальною генерацією електричної енергії : дис. … д-ра філософії : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Гілевич Катерина Миколаївна. – Київ, 2026. – 178 с.