ОПТИМІЗАЦІЯ ВИКОРИСТАННЯ РОЗОСЕРЕДЖЕНИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ В ЛОКАЛЬНИХ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ СИСТЕМАХ ЗА КРИТЕРІЄМ МІНІМУМУ ВТРАТ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

Сергій Денисюк; Катерина  Гілевич

doi:10.20535/1813-5420.4.2023.290880

Автор(и)

Сергій Денисюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-6299-3680
Катерина Гілевич Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-9074-0683

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.4.2023.290880

Ключові слова:

локальні електроенергетичні системи, розосереджені енергетичні ресурси, Енергетичний Інтернет, енергетичний роутер, енергетичні процеси, потужність Фризе, фактори спотворення енергоспоживання, складові втрат електроенергії, оптимізаційні процедури

Анотація

Розглянуто питання оптимізації використання розосереджених енергетичних ресурсів в локальних електроенергетичних системах (ЛЕС) за критерієм мінімуму втрат електроенергії. Визначено, що важливим кроком оптимізації використання розосереджених енергетичних ресурсів в ЛЕС є розробка енергетичного роутера, який дозволяє на низькій напрузі об'єднувати в єдину систему пристрої, що генерують, накопичують і споживають електроенергію (без інтеграції в електричні мережі середньої напруги). Власне енергороутер може позиціонуватися як базовий пристрій, який забезпечує роботу ЛЕС, взаємодію сусідніх ЛЕС на рівні енергетичного та інформаційного обміну, інтеграцію конкретних ЛЕС до розподільних електричних мереж середньої напруги.

Показано, що базовою складовою оцінки ефективного функціонування енергороутерів та платформенного підходу в ЛЕС, відповідно до вимог Енергетичного Інтернету, є аналіз складових втрат електроенергії, вплив на їх рівні різних факторів, а також формування відповідних критеріїв енергоефективності та оцінки парціального впливу елементів ЛЕС. Запропоновано здійснювати опис енергетичних процесів при декомпозиції реактивної потужності Фризе з виділенням реактивного та активного струму в контрольованих перетинах системи. Розглянуто декомпозицію потужності Q_F на складові при дії різних причин (факторів) виникнення додаткових втрат електроенергії в ЛЕС, зокрема, обумовлених різними режимами роботи генераторів та навантажень ЛЕС (спектрами напруги та струму), як на періоді роботи системи, так і за довільний проміжок часу, що визначається технологічними факторами роботи системи.

Використання потужності Фризе дозволило з єдиних позицій врахувати процеси енергозабезпечення навантажень ЛЕС на змінному та постійному струмі, зокрема, для оцінки впливу сукупності різних факторів появи додаткових втрат електроенергії; співставлення втрат електроенергії для різних інтервалів часу через виділений контрольований перетин, коли напрямок потоку електроенергії є незмінним чи напрямок потоку електроенергії змінюється протягом окремих інтервалів часу; аналізу втрат електроенергії в системах постійного та змінного струму ЛЕС чи гібридних систем, де введено модифіковані потужності, як інтегральні оцінки нев’язки, яка визначає вплив спотворюючих факторів; оцінки впливу зміни напруги та струму в перетині ЛЕС обмеженої потужності на складові додаткових втрат; аналізу зміни споживання навантаженням активної потужності за першою гармонікою та за вищими гармоніками як інтегральними показниками.

Посилання

Global Energy Transformation: A Roadmap to 2050. IRENA. 2019. 52 p.

Maria Luisa Di Silvestre, Salvatore Favuzza, Eleonora Riva Sanseverino, Gaetano Zizzo. How Decarbonization, Digitalization and Decentralization are changing key power infrastructures. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. Volume 93. P. 483–498. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.05.068

Денисюк С.П. Енергетичний перехід–вимоги якісних змін у розвитку енергетики. Енергетика: економіка, технології, екологія. 2019. №. 1. С. 7–28.

The Energy Internet. An Open Energy Platform to Transform Legacy Power Systems into Open Innovation and Global Economic Engines. Edited by Wencong Su, Alex Q. Huang, Elsevier Ltd, 2019. 380 p.

Kloppenburg, S., Boekelo, M. Digital platforms and the future of energy provisioning: Promises and perils for the next phase of the energy transition. Energy Research & Social Science. 2019. Vol. 49. P. 68–73.

Кириленко О.В., Жуйков В.Я., Денисюк С.П. Використання динамічної тарифікації для оптимізації техніко-економічних показників ЛЕС на локальних ринках електроенергії. Техн. електродинаміка. 2022. № 3. С. 37–48. doi:10.15407/techned2022.03.037

https://social-innovation.hitachi/en-eu/about/white-papers/digital-energy/the-future-of-energy/

Bin Liu, Bingzhao Zhu, Ziyou Guan, Chengxiong Mao, Dan Wang. Energy router interconnection system: A solution for new distribution network architecture toward future carbon neutrality. – https://ietresearch.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1049/enc2.12062. doi.org/10.1049/enc2.12062

Xianyang Cui, Yulong Liu, Ding Yuan, Tao Jin, Mohamed A. Mohamed. A Hierarchical Coordinated Control Strategy for Power Quality Improvement in Energy Router Integrated Active Distribution Networks. Sustainability. 2023, 15(3), 2655. doi.org/10.3390/su15032655

Zhang, J., Xu, Y., Wang, W., Juneja, A., Bhattacharya, S. Energy Router: Architectures and Functionalities toward Energy Internet. IEEE International Conference on Smart Grid Communications (SmartGridComm). Oct. 2011. doi: 10.1109/SmartGridComm.2011.6102340

Chen, R., Yang, Y., Jin, T. Protection and Control of Modern Power Systems. Article number 15: A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit, 2022.

Zhang, J., Xu, Y., Wang, W., Juneja, A., Bhattacharya, S. Energy Router: Architectures and Functionalities toward Energy Internet. Oct. 2011.

Wang, K., Yu, J., Yu, Y., Qian, Y. A survey on energy internet: architecture, approach, and emerging technologies. IEEE Systems Journal. 2018. Vol. 12. № 3. P. 2403–2416.

Zeng, P., Li, H., He, H., Li, S. Dynamic energy management of a ЛЕС using approximate dynamic programming and deep recurrent neural network learning. IEEE Transactions on Smart Grid. 2019. Vol. 10, iss. 4. P. 4435–4445.

Zhu, J. Optimization of Power System Operation. N-Y.: John Wiley & Sons, 2015. – 638 p.

Denysiuk, S., Zaichenko, S., Opryshko, V., Derevianko, D. Assessment of consumers power consumption optimization based on demand side management. EUREKA, Physics and Engineering. 2021(2). P. 19–31. doi:10.21303/2461-4262.2021.001689

Жаркин А.Ф., Денисюк С.П., Попов В.А. Системы электроснабжения с источниками распределенной генерации. Київ: Наукова думка, 2017. 230 с.

Денисюк С.П. Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах. Технічна електродинаміка. 2016. № 4. С. 62–64.

Жуйков В.Я., Денисюк С.П. Енергетичні процеси в електричних колах з ключовими елементами. Київ: Текст, 2010. 264 с.

Lei, B., Xu, L., Wang, Z., Wang, Y., Huang, Q. Journal of Physics: Conference Series, Design of Multi-port Direct Current Energy Router. Conf. Ser. 2030 012027, 2021.

Liu, B., Zhu, B., Guan, Z., Mao, C., Wang, D. Energy router interconnection system: A solution for new distribution network architecture toward future carbon neutrality. Energy Convers. Econ. 3. 2022. P. 181–200.

Xie, Z., Manimaran, G., Vittal, V., Phadke, A. G., Centeno, V. An Information Architecture for Future Power Systems and Its Reliability Analysis. IEEE Transactions on Power Systems/ 2002/ vol. 17, No. 3. P. 857–863.

Денисюк С.П., Опришко В.П. Оцінка нерівномірності споживання та генерації електричної енергії в локальних електроенергетичних системах. Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України. 2017. №48. С. 43–51.