Керування режимами активних споживачів з гібридною системою електропостачання
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Пустовий А.М. Керування режимами активних споживачів з гібридною системою електропостачання. – 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.
Актуальність дослідження зумовлена зростанням частки відновлюваних джерел енергії, поширенням фотоелектричних систем та установок зберігання енергії, що трансформує роль споживача в енергосистемі та підвищує значення керованості графіка електричних навантажень. Стрімке поширення фотоелектричних систем, а також установок зберігання енергії, призводить до зміни класичної ролі кінцевого споживача електричної енергії, який поступово трансформується з пасивного суб’єкта енергосистеми у повноцінного учасника ринку – активного споживача. В умовах функціонування сучасного ринку електричної енергії, зокрема із впровадженням механізмів для активних споживачів, ефективність діяльності активного споживача значною мірою залежить від здатності гнучко реагувати на ринкові сигнали, включаючи погодинні ціни, обмеження оператора системи передачі та розподілу, а також вимоги до балансування. Ускладнення процедур комерційного обліку електричної енергії та взаємодії з операторами систем обумовлює необхідність підвищення точності прогнозування графіків електричних навантажень та прийняття рішень щодо керування режимами в умовах невизначеності. Це визначає доцільність розробки методів оптимізації енергоспоживання і генерації з урахуванням технічних, економічних і регуляторних обмежень. Метою роботи є підвищення ефективності керування режимами генерації, споживання та зберігання електричної енергії активних споживачів за рахунок динамічного розподілу енергетичних потоків з урахуванням ринкових сигналів та технічних обмежень. Об’єктом дослідження обрано процеси розподілу потоків електричної енергії в системі електропостачання активних споживачів. Предметом дослідження виступають методи та засоби керування режимами в гібридних системах електропостачання активних споживачів для забезпечення ефективного споживання електричної енергії. Для досягнення поставленої мети було виконано такі дослідницькі завдання: аналіз нормативно-правового забезпечення України щодо функціонування активних споживачів; аналіз режимів активних споживачів на основі кластерного аналізу та аналітичних методів; формування методів та підходів до керування активними споживачами в умовах функціонування ринку електричної енергії; розробити алгоритм прийняття рішень динамічної зміни пріоритетів розподілу енергетичних потоків між елементами системи електропостачання активного споживача з залученням відновлюваних джерел енергії та установок зберігання енергії; розробити структуру інформаційнорозрахункового комплексу, визначивши його ключові компоненти та реалізувати їх взаємодію, що має забезпечувати операційну діяльність активного споживача на ринку електричної енергії. Проведений аналіз нормативно-правового забезпечення, що діє в Україні, для всіх етапів циклу функціонування активних споживачів дозволив визначити особливості побудови системи електропостачання та набуття статусу активного споживача. Це дозволило сформувати основні моделі функціонування активних споживачів з іншими суб’єктами ринку електричної енергії та провести порівняльний аналіз з моделями просьюмерів на енергетичних ринках Європейського Союзу. Встановлено, що українські моделі активного споживача перебувають на етапі активного формування, що створює як додаткові можливості, так і ризики для учасників ринку. Дослідження показало необхідність розробки адаптивних технічних рішень та відповідного аналітичного та нормативного супроводу для активних споживачів, що формуються в умовах стрімкої децентралізації енергетичних систем та зростання частки відновлюваних джерел енергії, з огляду на особливості їх впровадження та функціонування. Проведено статистичну обробку графіків електричних навантажень споживачів трьох груп (побутовий, малий непобутовий та промисловий споживач). Визначено характерні добові та сезонні профілі споживання, а також оцінено їх варіабельність і прогнозованість, зокрема із використанням коефіцієнта варіації як показника стабільності графіка. Отримані результати дозволили сформувати типові поведінкові стратегії для кожної групи споживачів у разі набуття ними статусу активних, з урахуванням доступних механізмів участі у ринку. Аналіз ринкових сигналів, включаючи погодинну динаміку цін на ринку «на добу наперед», продемонстрував, що використання лише сезонних або статичних стратегій керування є недостатнім для досягнення високої економічної ефективності. У зв’язку з цим запропоновано підхід, що базується на динамічній зміні пріоритетів розподілу енергетичних потоків у гібридній системі електропостачання активного споживача. Особливістю підходу є відмова від використання керування гнучким навантаженням, що дозволяє зосередитися виключно на оптимізації потоків між генерацією, споживанням, установками зберігання енергії та мережею. Розроблений алгоритм керування на базі методу логічного програмування обмежень з лінеаризацією розрахунків, дозволив за допомогою оцінки поточних ринкових сигналів змінювати режим активного споживача відносно мережі (імпорт або експорт електричної енергії), обмежувати генерацію відновлюваних джерел енергії змінювати режим та рівень навантаження установок зберігання енергії, без впливу на попит струмоприймачами споживача. Експериментально-модельна частина роботи підтвердила ефективність розробленого алгоритму. Зокрема, продемонстровано його здатність здійснювати керування графіком електричних навантажень відносно мережі з досягненням пріоритетних режимних характеристик та вищих економічних показниках діяльності активного споживача на ринку, базуючись на ринковоорієнтованій моделі, за рахунок вибору оптимальних цінових обмежень. Результати роботи дозволили зробити висновок про придатність розробленого підходу не лише на етапі експлуатації, але й на етапі проєктування систем електропостачання активних споживачів. Це дозволяє обґрунтовано визначати оптимальну структуру та параметри фотоелектричних систем і установок зберігання енергії, які є основою гібридних систем електропостачання з урахуванням майбутніх умов їх експлуатації. Наукова новизна, досягнута в дисертації, полягає у тому що: вперше застосовано процедуру ринково-орієнтованого керування режимами в гібридних системах активних споживачів з врахуванням часової динаміки спотових цін і технічних обмежень елементів системи, що у порівнянні з існуючими підходами, дає змогу динамічно вносити зміни в стратегію апаратного керування системи електропостачання; вдосконалено підхід до визначення структури гібридних систем електропостачання активних споживачів, за рахунок оцінки режимних характеристик та особливостей ринкових механізмів, що дозволило оптимізувати технічні параметри при проєктуванні та експлуатації; набула подальшого розвитку методологія керування режимами активних споживачів з власними джерелами енергії, шляхом побудови інформаційно-розрахункового комплексу ризико-орієнтованого керування графіків електричних навантажень активних споживачів, що призводить до зменшення впливу суб’єктивних дій персоналу на їх експлуатацію. Прикладне застосування дисертаційного дослідження забезпечуються розробленим ризико-орієнтованим інформаційно-розрахунковим комплексом, що використовує алгоритм з виставленими оператором пріоритетами для формування заявок активного споживача на ринку «доба на перед» та керуванням роботи комплексу в операційній добі. Запропоновані рішення дозволять: зменшити небаланси, мінімізувати ризики появи «каскадних» небалансів, підвищити використання власної генерації та повноту використання потенціалу установок зберігання енергії, в автоматичному режимі дотримуватись технічних та диспетчерських обмежень, спрощує та мінімізує людський фактор при адмініструванні та організації діяльності активного споживача на ринку електричної енергії. Таким чином, результати дисертаційного дослідження формують науковометодичну основу для підвищення ефективності функціонування активних споживачів з гібридною системою електропостачання в умовах сучасного ринку електричної енергії та сприяють подальшому розвитку концепції децентралізованої енергетики. Публікації: за результатами досліджень опубліковано 11 наукових публікацій, у тому числі: 3 статті у наукових фахових виданнях України категорії «Б», 1 стаття у періодичному науковому фаховому виданні проіндексована у базі Scopus, 7 тез виступів на наукових конференціях, у тому числі 1 проіндексована у базі Scopus.
Опис
Ключові слова
активний споживач, управління потоками електричної енергії, енергоефективність, відновлювані джерела енергії, керування установками, керування режимами, ринок електричної енергії, гібридна система електропостачання, установки зберігання енергії, active consumer, electrical energy flow management, energy efficiency, renewable energy sources, control of installations, operating mode control, electricity market, hybrid power supply system, energy storage systems
Бібліографічний опис
Пустовий, А. М. Керування режимами активних споживачів з гібридною системою електропостачання : дис. … д-ра філософії : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Пустовий Андрій Миколайович. – Київ, 2026. – 178 с.