Неінтрузивний Smart-моніторинг ефективності роботи активних споживачів в локальних електроенергетичних системах
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Чернещук І. С. Неінтрузивний Smart-моніторинг ефективності роботи активних споживачів в локальних електроенергетичних системах. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» в галузі знань 14 «Електрична інженерія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Розвиток децентралізованої генерації, формування локальних електроенергетичних систем (ЛЕС) на сьогодні є одним із базових елементів відновлення електроенергетики України у воєнний та повоєнний час. Сучасні ЛЕС характеризуються значною різноманітністю застосування розподілених енергетичних ресурсів (РЕР), вдосконаленими системами моніторингу та керування, що визначає перспективні сфери їх застосування. Однією із таких сфер, що успішно розвивається, є побудова ЛЕС будівель з виділенням в них активних споживачів (АС), тобто навантажень, що характеризуються проактивною поведінкою (власна генерація від відновлюваних джерел енергії (ВДЕ), системи зберігання енергії (СЗЕ), електромобілі, керування попитом). Ефективне функціонування таких ЛЕС з АС вимагає вирішення низки проблем, зокрема, гнучкості, балансування попиту та пропозиції, врахування інтересів як енергопостачальних компаній, так і власних споживачів. Одним із критеріїв оптимізації енергетичних процесів при цьому є вирівнювання графіків електроспоживання. Дисертаційна робота присвячена дослідженню та вирішенню актуального науково-прикладного завдання підвищення ефективності функціонування локальних електроенергетичних систем з активними споживачами за рахунок поєднання неінтрузивного моніторингу та потенціалу керування попитом із забезпеченням мінімізації втрат електроенергії при вирівнюванні графіків електроспоживання. У дисертаційному дослідженні при аналізі особливостей підвищення ефективності функціонування локальних електроенергетичних систем з активними споживачами розглянуті основні характеристики таких систем, забезпечення ефективності функціонування ЛЕС з АС при використанні систем енергетичного менеджменту та моніторингу, а також використання неінтрузивного моніторингу ЛЕС з АС при керуванні попитом активних споживачів. Оцінено складові ефективного функціонування ЛЕС з АС на прикладі систем енергозабезпечення будівель, а також проаналізовано механізми організації систем моніторингу ефективності роботи ЛЕС будівель з вирішенням задачі балансування попиту та пропозиції, використанням програм керування попитом та при оцінці нерівномірності графіків електроспоживання, здійснено аналіз застосування процедур Smartмоніторингу в ЛЕС з АС як складової енергомоніторингу та енергетичного менеджменту будівель. Запропоновано формування процедур Smart-моніторингу ЛЕС з АС на прикладі будівлі та здійснення неінтрузивного моніторингу енергозабезпечення будівлі. При оптимізації процесів в ЛЕС з АС із застосуванням неінтрузивного Smart-моніторингу здійснено формування балансу складових енергії, оцінка рівнів неоптимальності відбору від генератора та споживання навантаженнями електроенергії та запропоновано оптимізаційні процедури оцінки нерівномірності графіків електроспоживання, наведено алгоритм керування попитом для локальної системи електроживлення при неінтрузивному Smart-моніторингу будівлі з врахуванням техніко-економічних показників. Оцінка характеру протікання енергетичних процесів в системі з генератором електроенергії та навантаженнями із застосуванням модифікованої реактивної потужності Фризе дозволила виділити основні типи балансів та їх склад, розглядати питання балансування як генераторів, так і навантажень, розробити відповідний алгоритм моніторингу балансування у вузлі з можливістю керування попитом на електроенергію. У дисертаційному дослідженні вперше застосовано поєднання неінтрузивного Smart-моніторинг з програмами керування попитом при мінімізації коефіцієнта форми графіків електроспоживання, що дало можливість сформувати вимоги до оцінки енергетичної ефективності функціонування ЛЕС з АС будівлі та структури програмно-апаратної реалізації алгоритмів неінтрузивного моніторингу стану та керування енергозабезпеченням будівлі. Набули подальшого розвитку математичні моделі та алгоритми мінімізації втрат електроенергії за рахунок вирівнювання графіків електроспоживання, що надало можливість використати результати розрахунків втрат під час оптимізації графіків споживання електроенергії активними споживачами. Вдосконалено метод і математичну модель визначення втрат електроенергії в елементах ЛЕС з АС із застосуванням модифікованої реактивної потужності Фризе, що дало змогу встановити доцільність поєднання переваг неінтрузивного Smartмоніторингу та поведінкового керування попитом на електроенергію. При цьому в роботі неінтрузивний інтелектуальний моніторинг розглядається не лише як засіб ідентифікації окремих електроприймачів, а як інформаційна основа для оцінки режимів роботи локальної електроенергетичної системи з активними споживачами. Показано, що результати дезагрегації сумарного навантаження дозволяють визначати нерівномірність графіків електроспоживання, оцінювати вплив окремих груп навантажень на формування пікових значень та обґрунтовувати доцільність застосування програм керування попитом. Запропонований підхід ґрунтується на поєднанні методів неінтрузивного моніторингу, аналізу діючих значень потужності та оцінки квадратичної нев’язки графіків електроспоживання, що дозволяє кількісно оцінювати ефективність заходів з балансування навантажень у локальних електроенергетичних системах. На відміну від відомих рішень, у роботі акцент зроблено на використанні результатів моніторингу для формування керуючих впливів з урахуванням часових інтервалів споживання та характеристик активних споживачів. Отримані результати створюють передумови для підвищення гнучкості електроспоживання будівель, зменшення пікових навантажень і втрат електроенергії, а також забезпечують можливість інтеграції запропонованих методів у системи енергоменеджменту інтелектуальних будівель і локальних електроенергетичних систем, що функціонують відповідно до концепцій активного споживача та керування попитом. Розроблено алгоритми використання неінтрузивного Smart-моніторингу навантаження до оптимізації енергетичних процесів в ЛЕС з АС будівлі. За напрямком підвищення ефективності роботи активних споживачів в локальних системах енергозабезпечення будівлі досліджено вплив нерівномірності споживання електроенергії побутовими споживачами на сумарну величину діючого значення споживаної потужності, запропоновано методологію неінтрузивного Smart-моніторингу побутових споживачів, наведено особливості нормативно-методичного забезпечення реалізації механізму поведінкового керування попитом, запропоновано структуру інтелектуальної системи моніторингу та керування будівлею «АРІАНТ». Використання розроблених алгоритму моніторингу балансування за отриманими даними з неінтрузивного моніторингу та алгоритму оцінки ефективності роботи ЛЕС з АС надає можливості оцінити потенційні можливості оптимізації енергопостачання, здійснити контроль споживання енергії будівлями та впровадження програм керування попитом. Розроблено організаційно-економічний механізм керування енергозбереженням багатоквартирного будинку з використанням неінтрузивного Smart-моніторингу та поведінкового керування попитом для ЛЕС з АС будівель з побудовою платформи співпраці: «Спільні цілі та механізми дії», а також розроблено інтелектуальну систему моніторингу та керування енергозабезпеченням будівлі «АРІАНТ». Основою побудови системи моніторингу та керування енергозабезпеченням житлової будівлі «АРІАНТ» стали розроблені структури та алгоритми функціонування мобільних засобів неінтрузивного Smart-моніторингу, програмно-апаратна реалізація алгоритмів моніторингу стану та керування енергозабезпеченням в ЛЕС з АС. Ця система дозволяє автоматично отримувати оперативну і точну інформацію про стан комутаційного обладнання вводно-розподільних пристроїв, систем освітлення та безперебійного електроживлення, витрат електроенергії, забезпечує оперативне реагування експлуатуючого персоналу на аварійні та проблемні ситуації на обладнання життєзабезпечення будівлі. Представлені розрахунки показали, що використання таких програм реагування на попит дають змогу знизити середню вартість електроенергії за 1 кВт·год до 3% та досягти зниження загальних витрат на електроенергії окремого споживача до до 12,5% в залежності від обраних програм керування попитом. Результати дисертаційних досліджень ввійшли складовою науковотехнічної роботи на тему «Smart-моніторинг ефективності функціонування локальних систем енергозабезпечення з альтернативними джерелами енергії» (№ договору РН /34-2023 від 29.05.2023, № ДР 012U102848), а також впроваджені в МПП «АНІГЕР» (м. Київ), ТОВ «Будівельна група «ПАЛЬМИРА» (м. Одеса), в навчальний процес Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського».
Опис
Ключові слова
локальна електроенергетична система, мікромережа, розподілені енергетичні ресурси, відновлювані джерела енергії, системи зберігання енергії, активний споживач, моніторинг, неінтрузивний моніторинг, побутовий споживач, балансування, графіки електроспоживання, мінімізація вт рат елект роенергії, керування попитом, система енергоменеджменту, local power system, microgrid, distributed energy resources, renewable energy sources, energy storage systems, active consumer, monitoring, non-intrusive monitoring, household consumer, balancing, electricity consumption schedules, minimization of electricity losses, demand management, energy management system
Бібліографічний опис
Чернещук, І. С. Неінтрузивний Smart-моніторинг ефективності роботи активних споживачів в локальних електроенергетичних системах : : дис. ... д-ра філософії : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Чернещук Ігор Сергійович. - Київ, 2026. - 177 с.