Керування режимами активних споживачів з гібридною системою електропостачання
| dc.contributor.advisor | Веремійчук, Юрій Андрійович | |
| dc.contributor.author | Пустовий, Андрій Миколайович | |
| dc.date.accessioned | 2026-07-16T12:35:55Z | |
| dc.date.available | 2026-07-16T12:35:55Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description.abstract | 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. | |
| dc.description.abstractother | A. Pustovyi. Control of Operating Conditions of Active Consumers with a Hybrid Power System. – A qualifying scientific work submitted as a manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the field of knowledge 14 Electrical Engineering, specialty 141 Electric Power Engineering, Electrical Engineering and Electromechanics. National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2026. The relevance of the research is driven by the increasing share of renewable energy sources, the widespread deployment of photovoltaic systems, and energy storage systems, which fundamentally transform the role of the consumer within the power system and increase the importance of controllability of electrical load profiles. The rapid proliferation of distributed generation technologies, particularly photovoltaic systems, together with the integration of energy storage installations, leads to a significant shift in the traditional role of the end-user of electricity. The consumer is gradually transforming from a passive element of the power system into a full-fledged market participant—an active consumer capable of influencing both local and systemlevel operational conditions. This transformation is taking place in the context of the ongoing decentralization of power systems, increased variability of generation due to renewable energy sources, and the emergence of new market mechanisms aimed at integrating distributed resources. As a result, the operational behavior of consumers becomes a critical factor affecting the balance, stability, and economic efficiency of the power system as a whole. Under the conditions of the modern electricity market, particularly with the implementation of dedicated mechanisms for active consumers, the efficiency of their operation largely depends on the ability to flexibly respond to market signals. These signals include hourly electricity prices, constraints imposed by transmission and distribution system operators, and balancing requirements associated with participation in organized market segments. At the same time, the increasing penetration of variable renewable generation introduces additional uncertainty associated with weatherdependent production, forecast errors, and price volatility. In addition, the ongoing digitalization of the energy sector and the deployment of intelligent monitoring and control systems enable real-time data acquisition and processing, creating new opportunities for adaptive and automated energy management. However, this also increases the requirements for the robustness, scalability, and computational efficiency of control algorithms, particularly in applications involving hybrid energy systems with multiple interacting components. Therefore, the development of methods for optimizing electricity consumption, generation, and storage, taking into account technical, economic, and regulatory constraints, as well as uncertainty factors, is a relevant and timely scientific and practical problem. The aim of the work is to improve the efficiency of managing generation, consumption, and storage modes of active consumers through the dynamic allocation of energy flows, taking into account market signals, technical constraints, and operational uncertainties. The object of the study is the processes of electrical energy flow distribution within the power supply systems of active consumers. The subject of the study comprises methods, models, and tools for controlling operating modes in hybrid power supply systems of active consumers to ensure efficient and economically justified electricity consumption. To achieve the stated objective, the following research tasks were accomplished: analysis of the regulatory and legal framework of Ukraine regarding the functioning of active consumers; analysis of operating modes of active consumers based on cluster analysis and analytical methods; development of methods and approaches to managing active consumers under electricity market conditions; development of a decisionmaking algorithm for the dynamic adjustment of priorities in energy flow distribution among elements of an active consumer’s power supply system incorporating renewable energy sources and energy storage systems; development of the structure of an information and computational complex, identification of its key components, and implementation of their interaction to ensure the operational activities of an active consumer in the electricity market. The analysis of the regulatory framework in Ukraine, covering all stages of the lifecycle of active consumers, made it possible to identify the key features of power supply system configuration and the process of acquiring active consumer status. Based on this analysis, fundamental models of interaction between active consumers and other electricity market participants were developed. These models were further compared with prosumer models implemented in the energy markets of the European Union. It was established that Ukrainian models of active consumers are currently in a stage of active development, which creates both additional opportunities and certain risks, particularly related to regulatory uncertainty, evolving market rules, and the need for adaptation to changing institutional conditions. The study demonstrated the necessity of developing adaptive technical solutions and corresponding analytical and regulatory support for active consumers operating under conditions of rapid decentralization of energy systems and increasing penetration of renewable energy sources. Special attention must be paid to ensuring coordinated operation of distributed generation, energy storage systems, and grid interaction, as well as to aligning local optimization objectives with system-level constraints. A statistical analysis of electrical load profiles was conducted for three groups of consumers: residential, small commercial, and industrial. Typical daily and seasonal consumption patterns were identified, and their variability and predictability were evaluated. In particular, the coefficient of variation was used as a quantitative indicator of load profile stability. The obtained results enabled the identification of characteristic consumption behaviors and the development of typical operational strategies for each group of consumers upon acquiring active status, taking into account available mechanisms for participation in electricity markets. The analysis of market signals, including hourly price dynamics in the day-ahead market, demonstrated that the application of only seasonal or static control strategies is insufficient to achieve high economic efficiency. In this regard, an approach based on the dynamic adjustment of priorities in energy flow distribution within a hybrid power supply system of an active consumer was proposed. A distinctive feature of this approach is the отказ from demand-side flexibility control, allowing the focus to be placed exclusively on optimizing energy flows between generation, consumption, energy storage systems, and the grid. The developed control algorithm is based on the method of constraint logic programming with linearization of calculations, which enables efficient solution of the optimization problem under multiple technical and economic constraints. The algorithm allows, based on the evaluation of current and forecasted market signals, to adjust the operating mode of the active consumer relative to the grid (electricity import or export), to curtail renewable generation when necessary, and to control the operating modes and loading levels of energy storage systems, without affecting the demand of end-use electrical loads. The experimental and modeling part of the study confirmed the effectiveness of the developed algorithm. In particular, its capability to manage electrical load profiles relative to the grid while achieving predefined operational priorities and improved economic performance was demonstrated. The results indicate that the use of a marketoriented control strategy with optimal price constraints allows reducing operational costs, improving energy utilization efficiency, and enhancing the overall economic performance of active consumers in electricity markets. The results of the study also demonstrate that the proposed approach is applicable not only at the operational stage but also at the design stage of power supply systems for active consumers. This enables a substantiated determination of the optimal structure and parameters of photovoltaic systems and energy storage installations, which constitute the basis of hybrid power supply systems, taking into account expected future operating conditions and market environments. The scientific novelty of the dissertation lies in the following: for the first time, a market-oriented control procedure for operating modes in hybrid systems of active consumers has been developed, taking into account the temporal dynamics of spot prices and technical constraints of system components, which, compared to existing approaches, enables dynamic adjustment of the hardware control strategy of the power supply system; the approach to determining the structure of hybrid power supply systems has been improved by incorporating the assessment of operating characteristics and market mechanisms, allowing optimization of technical parameters at both the design and operational stages; the methodology for controlling operating modes of active consumers with their own energy sources has been further developed through the creation of a risk-oriented information and computational complex for managing electrical load profiles, which reduces the influence of subjective human actions during system operation. The practical application of the research results is ensured by the developed riskoriented information and computational complex, which utilizes the proposed algorithm with operator-defined priorities for forming bids of an active consumer in the day-ahead market and managing system operation in the intraday period. The proposed solutions enable reduction of imbalances, minimization of risks associated with cascading imbalances, increased utilization of on-site generation, improved efficiency of energy storage systems, automatic compliance with technical and dispatch constraints, and reduction of human factor influence in the administration and operation of active consumers in electricity markets. Thus, the results of the dissertation form a scientific and methodological basis for improving the efficiency of active consumers with hybrid power supply systems under modern electricity market conditions and contribute to the further development of the decentralized energy concept. Publications: the research results have been published in 11 scientific works, including 3 articles in Ukrainian professional journals (category B), 1 article indexed in the Scopus database, and 7 conference proceedings, including 1 indexed in Scopus. | |
| dc.format.extent | 178 с. | |
| dc.identifier.citation | 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. | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/82257 | |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | |
| dc.publisher.place | Київ | |
| dc.subject | активний споживач | |
| dc.subject | управління потоками електричної енергії | |
| dc.subject | енергоефективність | |
| dc.subject | відновлювані джерела енергії | |
| dc.subject | керування установками | |
| dc.subject | керування режимами | |
| dc.subject | ринок електричної енергії | |
| dc.subject | гібридна система електропостачання | |
| dc.subject | установки зберігання енергії | |
| dc.subject | active consumer | |
| dc.subject | electrical energy flow management | |
| dc.subject | energy efficiency | |
| dc.subject | renewable energy sources | |
| dc.subject | control of installations | |
| dc.subject | operating mode control | |
| dc.subject | electricity market | |
| dc.subject | hybrid power supply system | |
| dc.subject | energy storage systems | |
| dc.subject.udc | 621.311 | |
| dc.title | Керування режимами активних споживачів з гібридною системою електропостачання | |
| dc.title.alternative | Control of Operating Conditions of Active Consumers with a Hybrid Power System | |
| dc.type | Thesis Doctoral |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 8.98 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: