Системи інтелектуального керування енергетичними потоками в локальних мережах з фотоелектричною генерацією та накопичувачами енергії

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorБілецький, Олег Олександрович
dc.contributor.authorКарра, Олександр Васильович
dc.date.accessioned2026-06-10T08:45:27Z
dc.date.available2026-06-10T08:45:27Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractМагістерська дисертація на тему: «Системи інтелектуального керування енергетичними потоками в локальних мережах з фотоелектричною генерацією та накопичувачами енергії» виконана на 160 аркуші, 5 таблицях, 45 рисунках, та має 73 посилань, 9 додатків, яка містить 4 основні розділи та стартап-проект. Актуальність теми – сучасна енергетика переходить до гнучкої архітектури розподіленої генерації (мікрогрідів) задля декарбонізації та підвищення енергобезпеки. Проте інтеграція фотоелектричних систем створює виклики через стохастичну природу сонячного випромінювання, що призводить до нестабільності мережі. Традиційні лінійні алгоритми керування не здатні ефективно забезпечувати енергетичний баланс, мінімізуючи при цьому деградацію обладнання, що зумовлює гостру потребу у впровадженні інтелектуальних систем керування Мета дослідження – розробка та дослідження системи інтелектуального керування енергетичними потоками в локальних мережах з фотоелектричною генерацією та накопичувачами енергії для забезпечення стабільності та ефективності їх функціонування в умовах невизначеності. Задачі дослідження: 1. Проаналізувати стан та проблеми керування в локальних мережах з відновлюваними джерелами енергії. 2. Розробити математичні моделі фотоелектричного генератора, системи накопичення енергії та силового перетворювального обладнання. 3. Синтезувати алгоритм інтелектуального керування на базі нечіткої логіки (Fuzzy Logic) для балансування потужностей. 4. Створити імітаційну модель електротехнічного комплексу в середовищі MATLAB/Simulink та дослідити його роботу в різних експлуатаційних режимах. 5. Обґрунтувати економічну доцільність впровадження розробки у форматі стартап-проєкту. Об'єкт дослідження – процеси керування енергетичними потоками в автономних та мережевих локальних енергосистемах із фотоелектричними панелями та акумуляторними накопичувачами. Предмет дослідження – структури, алгоритми та математичні моделі інтелектуальних контролерів на базі нечіткої логіки, призначені для забезпечення енергетичного балансу мікромережі. Методи дослідження – фундаментальні положення сучасної електротехніки, теорія автоматичного керування, методи штучного інтелекту (нечітка логіка), математичне та імітаційне моделювання в середовищі MATLAB/Simulink (бібліотека Simscape Electrical), методи системного та техніко-економічного аналізу. Наукова новизна одержаних результатів: Розроблено алгоритм інтелектуального керування режимами зарядурозряду накопичувача, який, на відміну від існуючих рішень, використовує апарат нечіткої логіки для одночасної обробки стохастичних змін генерації та навантаження, забезпечуючи відсутність автоколивань керуючого сигналу. Удосконалено стратегію захисту накопичувачів енергії в умовах критично низького рівня заряду (SOC) шляхом впровадження алгоритму «скидання навантаження», що дозволяє запобігти деградації батарей у режимах високої невизначеності. Дістало подальший розвиток використання методів нечіткого виведення компенсації суттєвої нелінійності двонаправлених DC-DC перетворювачів, що забезпечує стабільну якість перехідних процесів у всьому робочому діапазоні, де традиційні ПІД-регулятори є малоефективними. Практичне значення одержаних результатів: 1. Створено повну імітаційну модель мікромережі, яка дозволяє проводити аналіз фізичних процесів у реальному часі та може бути використана для проєктування автономних об'єктів. 2. Розроблено програмну FIS-структуру контролера в MATLAB, готову до конвертації у вбудоване програмне забезпечення (Embedded C) для фізичних пристроїв. 3. Доведено високу економічну ефективність розробки: використання інтелектуального контролера забезпечує ROI на рівні 590% за життєвий цикл системи за рахунок подовження терміну служби акумуляторів. 4. Сформовано бізнес-модель стартапу з розрахунком точки беззбитковості (139 одиниць), що підтверджує фінансову стійкість проєкту для ринку B2B.
dc.description.abstractotherMaster's Thesis on the topic: "Intelligent Energy Flow Management Systems in Local Grids with Photovoltaic Generation and Energy Storage" comprises 160 pages, 5 tables, 45 figures, 73 references, and 9 appendices, and contains 4 main chapters and a startup project. Relevance of the topic – modern power engineering is transitioning to a flexible architecture of distributed generation (microgrids) for the purpose of decarbonization and enhancing energy security. However, the integration of photovoltaic systems creates challenges due to the stochastic nature of solar radiation, which leads to grid instability. Traditional linear control algorithms are incapable of effectively ensuring energy balance while minimizing equipment degradation, necessitating the urgent implementation of intelligent control systems. The research goal is to develop and investigate an intelligent energy flow management system in local grids with photovoltaic generation and energy storage systems to ensure the stability and efficiency of their operation under conditions of uncertainty. Research tasks: 1. To analyze the state and management issues in local grids with renewable energy sources. 2. To develop mathematical models of the photovoltaic generator, energy storage system, and power conversion equipment. 3. To synthesize an intelligent control algorithm based on fuzzy logic for power balancing. 4. To create a simulation model of the electrotechnical complex in the MATLAB/Simulink environment and investigate its performance in various operational modes. 5. To justify the economic feasibility of implementing the development in a startup project format. Object of research – energy flow management processes in autonomous and grid-connected local energy systems with photovoltaic panels and battery storage units. Subject of research – structures, algorithms, and mathematical models of intelligent controllers based on fuzzy logic, designed to ensure the energy balance of a microgrid. Research methods – fundamental principles of modern electrical engineering, automatic control theory, artificial intelligence methods (fuzzy logic), mathematical and simulation modeling in the MATLAB/Simulink environment (Simscape Electrical library), and methods of systemic and technical-economic analysis. Scientific novelty of the obtained results: An intelligent control algorithm for the charge-discharge modes of the storage unit was developed; unlike existing solutions, it utilizes fuzzy logic for the simultaneous processing of stochastic changes in generation and load, ensuring the absence of control signal oscillations. The protection strategy for energy storage units under critical low state of charge (SOC) conditions was improved by implementing a "load shedding" algorithm, which prevents battery degradation in modes of high uncertainty. The application of fuzzy inference methods was further developed to compensate for the significant nonlinearity of bidirectional DC-DC converters, providing stable transient process quality throughout the entire operating range where traditional PID controllers are ineffective. Practical significance of the obtained results: 1. A complete simulation model of the microgrid has been created, which allows for real-time analysis of physical processes and can be used for the design of autonomous objects. 2. A software FIS-structure of the controller has been developed in MATLAB, ready for conversion into embedded software (Embedded C) for physical devices. 3. High economic efficiency of the development has been proven: the use of an intelligent controller provides an ROI of 590% over the system's life cycle by extending the service life of batteries. 4. A business model for the startup has been formed with a calculation of the break-even point (139 units), confirming the financial stability of the project for the B2B market.
dc.format.extent160 c.
dc.identifier.citationКарра, О. В. Системи інтелектуального керування енергетичними потоками в локальних мережах з фотоелектричною генерацією та накопичувачами енергії : магістерська дис. : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Карра Олександр Васильович. - Київ, 2026. - 160 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/81587
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectмікромережа
dc.subjectінтелектуальне керування
dc.subjectенергетичні потоки
dc.subjectфотоелектрична генерація
dc.subjectнакопичувач енергії
dc.subjectнечітка логіка
dc.subjectенергетичний баланс
dc.subjectстан заряду (SOC)
dc.subjectdc-dc перетворювач
dc.subjectімітаційне моделювання
dc.subjectmicrogrid
dc.subjectintelligent control
dc.subjectenergy flows
dc.subjectphotovoltaic generation
dc.subjectenergy storage
dc.subjectfuzzy logic
dc.subjectenergy balance
dc.subjectstate of charge (SOC)
dc.subjectdc dc converter
dc.subjectsimulation modeling
dc.titleСистеми інтелектуального керування енергетичними потоками в локальних мережах з фотоелектричною генерацією та накопичувачами енергії
dc.title.alternativeIntelligent Control Systems for Energy Flows in Local Networks with Photovoltaic Generation and Energy Storage Units
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Carra_magistr.pdf
Розмір:
5.92 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ТОЕ)
Магістерські роботи