Неінтрузивний Smart-моніторинг ефективності роботи активних споживачів в локальних електроенергетичних системах
| dc.contributor.advisor | Дерев’янко, Денис Григорович | |
| dc.contributor.author | Чернещук, Ігор Сергійович | |
| dc.date.accessioned | 2026-04-27T14:05:07Z | |
| dc.date.available | 2026-04-27T14:05:07Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description.abstract | 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». | |
| dc.description.abstractother | Cherneschuk I. S. Non-intrusive Smart-monitoring of the efficiency of active consumers in local power systems. – Qualification scientific work in the form of a manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 141 “Electrical power engineering, electrical engineering and electromechanics” in the field of knowledge 14 “Electrical engineering”. – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2026. The development of decentralized generation and the formation of local energy systems (LES) is currently one of the key elements in the restoration of Ukraine's energy sector during wartime and post-war recovery. Modern LES are characterized by a significant variety of distributed energy resources (DERs), advanced monitoring and control systems, which define the promising areas of their application. One such area that is successfully developing is the construction of LES for buildings, highlighting active consumers (ACs) within them, that is, loads characterized by proactive behavior (self-generation from renewable energy sources (RES), energy storage systems, electric vehicles, demand-side management). The efficient operation of such LES with ACs requires solving a number of problems, including flexibility, balancing supply and demand, taking into account the interests of both energy supply companies and end consumers. One of the criteria for optimizing energy processes is load profile flattening. This dissertation focuses on the study and solution of an urgent applied scientific task to increase the efficiency of local energy systems with active consumers by combining non-intrusive monitoring and demand-side management potential while minimizing energy losses during the flattening of electricity consumption profiles. In the analysis of the characteristics of improving the efficiency of local energy systems with active consumers, the features of LES with ACs, improving the efficiency of LES with ACs through the use of energy management and monitoring systems, and the use of non-intrusive monitoring of LES with ACs and demand management for active consumers are considered. The dissertation evaluates the features of efficient operation of LES with ACs using building energy supply systems as an example and analyzes the features of organizing monitoring systems for the effectiveness of local energy systems in buildings, solving the task of balancing supply and demand, using demand-side management programs, and assessing the unevenness of energy consumption profiles. It also analyzes the application of smart monitoring in LES with active consumers as part of energy monitoring and energy management for buildings. The dissertation proposes the formation of smart monitoring for LES with ACs using a building example and the implementation of non-intrusive monitoring of the building's energy supply. When optimizing processes in LES with ACs using non-intrusive smart monitoring, the dissertation involves the formation of an energy balance in LES with ACs, the evaluation of levels of suboptimal energy consumption from the generator and loads, and proposes optimization procedures for assessing the unevenness of energy consumption profiles in the electricity supply of LES elements. The dissertation also presents an algorithm for demand-side management for a local power supply system with non-intrusive Smart-monitoring in a building, considering technical and economic indicators. The evaluation of energy processes in a system with an energy generator and loads (buildings) using a modified Fries power function allowed the identification of the main types of energy balances and their composition. This enables separate consideration of the balancing and flexibility issues for both generators and loads, as well as the corresponding monitoring algorithm for balancing at a node with demand-side management capabilities. For the first time, this dissertation applies a combination of non-intrusive smart monitoring with demand-side management programs for minimizing the shape factor of electricity consumption profiles. This allowed for the formulation of requirements for evaluating the energy efficiency of LES with ACs for buildings and the structure of software-hardware implementation of non-intrusive monitoring and energy supply management algorithms for buildings. Further development was given to mathematical models and algorithms for minimizing energy losses through load profile flattening, enabling the use of loss calculation results in optimizing electricity consumption profiles by active consumers. The method and mathematical model for determining energy losses in LES elements with ACs using the modified Fries power function as a quadratic residual were improved, allowing the combination of non-intrusive smart monitoring and behavioral demand-side management. In this study, non-intrusive intelligent monitoring is considered not only as a tool for identifying individual electrical loads, but also as an information basis for assessing operating modes of local electrical power systems with active consumers. It is shown that the results of load disaggregation make it possible to evaluate the non-uniformity of electricity consumption profiles, determine the contribution of individual load groups to peak demand formation, and substantiate the feasibility of applying demand response programs. The proposed approach is based on the integration of non-intrusive monitoring methods with the analysis of RMS power values and the assessment of quadratic deviations of electricity consumption profiles. This makes it possible to quantitatively evaluate the effectiveness of load balancing measures in local electrical power systems. In contrast to conventional NILM solutions, the focus is placed on the use of monitoring results for generating control actions, taking into account time intervals of consumption and the characteristics of active consumers. The obtained results create prerequisites for increasing the flexibility of electricity consumption in buildings, reducing peak loads and power losses, and enabling the integration of the proposed methods into energy management systems of intelligent buildings and local electrical power systems operating in accordance with the concepts of active consumers and demand-side management. Algorithms for using non-intrusive smart monitoring of loads to optimize energy processes in LES with ACs have been developed. In terms of improving the efficiency of active consumers in local energy supply systems for buildings, the dissertation investigates the impact of uneven electricity consumption by residential consumers on the total active power (current) consumed. A methodology for non-intrusive smart monitoring of household consumers is proposed, along with features of regulatory and methodological support for implementing behavioral demand-side management mechanisms, and an intelligent monitoring and management system for buildings called "ARIANT" is suggested. The use of developed algorithms for balancing monitoring based on data from non-intrusive monitoring and evaluating the effectiveness of LES with ACs allows consumers to assess potential energy supply optimization opportunities, control building energy consumption, and implement demand-side programs with economic benefits. An organizational-economic mechanism for managing energy conservation in multi-apartment buildings using non-intrusive smart monitoring and behavioral demand-side management for LES with ACs in buildings was developed. A "Platform for Collaboration: Shared Goals and Action Mechanisms" was built, and an intelligent energy supply monitoring and management system for residential buildings called "ARIANT" was designed. The foundation of this system is built on the developed structures and algorithms for mobile non-intrusive smart monitoring tools, and the software-hardware implementation of monitoring and energy supply management algorithms for LES. This system allows for automatic collection of accurate real-time information on the status of switching equipment, distribution devices, lighting systems, and uninterrupted power supply, and energy consumption, enabling operational control by staff over emergency and problematic situations in building life-supporting equipment. The calculations presented show that the use of such demand-response programs allows reducing the cost of electricity per kWh by up to 3% and achieving a reduction in the total electricity costs for individual consumers by up to 11%. The results of the dissertation research are part of the scientific and technical work on the topic "Smart Monitoring of the Effectiveness of Local Energy Supply Systems with Alternative Energy Sources" (Contract No. RN /34-2023 from 29.05.2023, DR No. 012U102848) and have been implemented in SPE "ANIGER" (Kyiv), PALMIRA building group (Odesa) as well as in the educational process at the National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute". | |
| dc.format.extent | 177 с. | |
| dc.identifier.citation | 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. | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/80431 | |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | |
| dc.publisher.place | Київ | |
| dc.subject | локальна електроенергетична система | |
| dc.subject | мікромережа | |
| dc.subject | розподілені енергетичні ресурси | |
| dc.subject | відновлювані джерела енергії | |
| dc.subject | системи зберігання енергії | |
| dc.subject | активний споживач | |
| dc.subject | моніторинг | |
| dc.subject | неінтрузивний моніторинг | |
| dc.subject | побутовий споживач | |
| dc.subject | балансування | |
| dc.subject | графіки електроспоживання | |
| dc.subject | мінімізація вт рат елект роенергії | |
| dc.subject | керування попитом | |
| dc.subject | система енергоменеджменту | |
| dc.subject | local power system | |
| dc.subject | microgrid | |
| dc.subject | distributed energy resources | |
| dc.subject | renewable energy sources | |
| dc.subject | energy storage systems | |
| dc.subject | active consumer | |
| dc.subject | monitoring | |
| dc.subject | non-intrusive monitoring | |
| dc.subject | household consumer | |
| dc.subject | balancing | |
| dc.subject | electricity consumption schedules | |
| dc.subject | minimization of electricity losses | |
| dc.subject | demand management | |
| dc.subject | energy management system | |
| dc.subject.udc | 621.316.1:313.322 | |
| dc.title | Неінтрузивний Smart-моніторинг ефективності роботи активних споживачів в локальних електроенергетичних системах | |
| dc.type | Thesis Doctoral |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- Cherneshchuk_dys.pdf
- Розмір:
- 11.44 MB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 8.98 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: