Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах
Досліджено особливості аналізу та оптимізації енергетичних процесів у розосереджених електроенергетичних системах із альтернативними джерелами енергії та регуляторами на базі пристроїв силової електроніки. Показано доцільність застосування декомпозиції потужності Фризе та обмінної потужності на ск...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135864 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах / С.П. Денисюк // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 4. — С. 62-64. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135864 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Денисюк, С.П. 2018-06-15T15:53:44Z 2018-06-15T15:53:44Z 2016 Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах / С.П. Денисюк // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 4. — С. 62-64. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135864 621.31 Досліджено особливості аналізу та оптимізації енергетичних процесів у розосереджених електроенергетичних системах із альтернативними джерелами енергії та регуляторами на базі пристроїв силової електроніки. Показано доцільність застосування декомпозиції потужності Фризе та обмінної потужності на складові, які відображають різні фактори впливу. Представлено співвідношення для аналізу складових втрат електроенергії, оцінки взаємного впливу елементів та точності вимірювання. Исследованы особенности анализа и оптимизации энергетических процессов в рассредоточенных электроэнергетических системах с альтернативными источниками энергии и регуляторами на базе устройств силовой электроники. Показана целесообразность применения декомпозиции мощности Фризе и обменной мощности на составляющие, отражающие различные факторы влияния. Представлено соотношение для анализа составляющих потерь электроэнергии, оценки взаимного влияния элементов и точности измерения. The features of energy processes in distributed power systems with alternative energy sources and controls devices based on power electronics optimization analysis are researched. The feasibility of power freeze decomposition and power exchange in to components that reflect a variety of factors influence are showed. The ratio for component power losses analysis, the mutual influence of the elements estimation and measurement accuracy are presented. uk Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Електроенергетичні системи та установки Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах Анализ и оптимизация энергопроцессов в рассредоточенных электроэнергетических системах Analysis and optimization of energy processes in dispersed electrical power systems Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах |
| spellingShingle |
Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах Денисюк, С.П. Електроенергетичні системи та установки |
| title_short |
Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах |
| title_full |
Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах |
| title_fullStr |
Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах |
| title_full_unstemmed |
Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах |
| title_sort |
аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах |
| author |
Денисюк, С.П. |
| author_facet |
Денисюк, С.П. |
| topic |
Електроенергетичні системи та установки |
| topic_facet |
Електроенергетичні системи та установки |
| publishDate |
2016 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Технічна електродинаміка |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Анализ и оптимизация энергопроцессов в рассредоточенных электроэнергетических системах Analysis and optimization of energy processes in dispersed electrical power systems |
| description |
Досліджено особливості аналізу та оптимізації енергетичних процесів у розосереджених електроенергетичних
системах із альтернативними джерелами енергії та регуляторами на базі пристроїв силової електроніки.
Показано доцільність застосування декомпозиції потужності Фризе та обмінної потужності на складові, які
відображають різні фактори впливу. Представлено співвідношення для аналізу складових втрат електроенергії,
оцінки взаємного впливу елементів та точності вимірювання.
Исследованы особенности анализа и оптимизации энергетических процессов в рассредоточенных электроэнергетических
системах с альтернативными источниками энергии и регуляторами на базе устройств силовой
электроники. Показана целесообразность применения декомпозиции мощности Фризе и обменной мощности
на составляющие, отражающие различные факторы влияния. Представлено соотношение для анализа
составляющих потерь электроэнергии, оценки взаимного влияния элементов и точности измерения.
The features of energy processes in distributed power systems with alternative energy sources and controls devices
based on power electronics optimization analysis are researched. The feasibility of power freeze decomposition and
power exchange in to components that reflect a variety of factors influence are showed. The ratio for component power
losses analysis, the mutual influence of the elements estimation and measurement accuracy are presented.
|
| issn |
1607-7970 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135864 |
| citation_txt |
Аналіз та оптимізація енергопроцесів у розосереджених електроенергетичних системах / С.П. Денисюк // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 4. — С. 62-64. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT denisûksp analíztaoptimízacíâenergoprocesívurozoseredženihelektroenergetičnihsistemah AT denisûksp analizioptimizaciâénergoprocessovvrassredotočennyhélektroénergetičeskihsistemah AT denisûksp analysisandoptimizationofenergyprocessesindispersedelectricalpowersystems |
| first_indexed |
2025-11-25T12:41:42Z |
| last_indexed |
2025-11-25T12:41:42Z |
| _version_ |
1850512382675124224 |
| fulltext |
62 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 4
УДК 621.31
АНАЛІЗ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ЕНЕРГОПРОЦЕСІВ
У РОЗОСЕРЕДЖЕНИХ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ СИСТЕМАХ
С.П. Денисюк, докт.техн.наук
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,
пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна. E-mail: spdens@ukr.net
Досліджено особливості аналізу та оптимізації енергетичних процесів у розосереджених електроенергетич-
них системах із альтернативними джерелами енергії та регуляторами на базі пристроїв силової електроніки.
Показано доцільність застосування декомпозиції потужності Фризе та обмінної потужності на складові, які
відображають різні фактори впливу. Представлено співвідношення для аналізу складових втрат електроенер-
гії, оцінки взаємного впливу елементів та точності вимірювання. Бібл. 5.
Ключові слова: розосереджені джерела енергії, енергопроцеси, потужність Фризе, обмінна потужність.
На сьогодні більшість напрямків розвитку розосереджених електроенергетичних систем (РЕЕС) форму-
ється на основі реалізації положень концепції Smart Grid [2−5]. Як складові РЕЕС у рамках концепції Smart Grid
розвиваються системи з джерелами розосередженої генерації (ДРГ), віртуальними електростанціями (VPP), ак-
тивними (керованими) споживачами, локальні системи Microgrid. РЕЕС характеризуються наявністю в них
генераторів обмеженої потужності, використанням різних типів альтернативних джерел енергії, широким діапа-
зоном зміни параметрів, ускладненими системами керування [2, 5]. Зростає роль різних типів пристроїв сило-
вої електроніки як інтерфейса під’єднання ДРГ, так і забезпечення регулювання режимів у РЕЕС і технологіч-
них процесів у споживачів, у т.ч. активних.
Вирішення багатьох проблем, зокрема, проектування та побудови РЕЕС, підвищення їхньої енерго-
ефективності, покращення якості електроенергії, забезпечення заданих рівнів електромагнітної сумісності
(ЕМС), моніторинг стану елементів системи, ведення режимів електропостачання, побудова системи енергоме-
неджменту, реалізація алгоритмів програм керування попитом (Demand Side Management – DSM) ґрунтуються
на побудові адекватних моделей, проведенні комплексного аналізу енергетичних процесів та оптимізації пара-
метрів, структури і режимів, розробці законів керування мультиагентними системами. Це обумовлює необхід-
ність узгодженого розгляду задач оцінки обмінних процесів, складових втрат електроенергії, адекватності побу-
дови та розрахунку складових балансу (як миттєвого, так і інтегрального), оцінки нерівномірності графіків
електропостачання на інтервалі технологічного процесу ТТ [1]. Реалізація клієнтоорієнтованого (Customer
based) підходу при аналізі та оптимізації енергопроцесів у РЕЕС обумовила необхідність розширення системи
показників якості електроенергії та показників якості електропостачання (показників безперервності та надій-
ності). Тому метою статті є формування та застосування розширеної системи енергетичних показників та харак-
теристик РЕЕС, які адекватно відображають процеси енергообміну та втрат електроенергії [1].
Оцінка оптимальності процесів в залежності від вимог поставлених задач будемо розглядати з враху-
ванням системних ефектів на кількох ієрархічних рівнях: (1) – у конкретній точці t0; (2) – на інтервалі T1 періо-
ду дії генератора (споживача); на інтервалі T2 сталості структури системи; (3) – періоду дії генератора ТГ, робо-
ти пристроїв силової електроніки ТПЕ чи споживачів ТН; (4) – виділеної сукупності періодів дії генераторів та/чи
роботи споживачів Т∆; (5) – протягом усього технологічного процесу ТТ. У загальному випадку ТГ ≠ ТН ≠ ТПЕ .
Розглядаючи РЕЕС з математичної точки зору як динамічні коливальні системи, можна виділити два типи про-
цесів – консервативні та дисипативні, яким у загальному випадку поставимо у відповідність обмінну потуж-
ність QОБ і потужність накопичення QН та потужність Фризе QФ і активну потужність Р [1].
Для забезпечення оптимального функціонування РЕЕС має бути вирішена низка оптимізаційних задач,
окремі з яких наведено нижче:
– оптимізація нерівномірності генерації/споживання електроенергії p(t) за активною потужністю P:
| p(t) – P | → PMIN;
– оптимізація сумарної активної P та реактивної Q потужностей ДРГ, одночасно приєднаних до мережі:
PРГ < PРГ,ГР; QРГ < QРГ,ГР;
– мінімізація обмінних процесів (обмінної потужності QОБ): QОБ → QОБ,MIN;
– мінімізація додаткових втрат електроенергії (потужності Фризе QФ): QФ → QФ,MIN;
– мінімізація заданого рівня ЕМС за обмінною потужністю QОБ,∞ вищих гармонік: QОБ,∞ → QОБ,∞,MIN.
Складність розв’язання задач аналізу та оптимізації РЕЕС пов’язана з високою розмірністю математич-
них моделей цих систем, різнорідністю та дискретним характером параметрів, що варіюються, багатоекстре-
мальністю цільових функцій.
Для аналізу та подальшої оптимізації режимів РЕЕС доцільно задіяти декомпозицію потужності Фризе
QФ і обмінної потужності QОБ з врахуванням впливу різних факторів, поділ струму i(t)=iА(t)+iР(t) на дві ортого-
© Денисюк С.П., 2016
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 4 63
нальні складові (активну iА(t) і реактивну iР(t)) та врахування балансу миттєвих (p(t)=pН(t)+p0(t)) та інтегральних
(S2=P2+QФ
2) характеристик. Реактивну потужність QФ будемо розглядати як еквівалентну величину додаткових
втрат WДОД електроенергії, оскільки WДОД,Qф = IР2
RЕКВ T = (QФ/U)2 RЕКВT – додаткові втрати при протіканні стру-
му IР через еквівалентний опір (наприклад, лінії електропередачі) RЕКВ за час T. Покладемо, що за характе-
ристиками відображення впливу визначеної множини впливів αj[Δx1
j,..., Δxi
j,..., Δxns
j] визначається відповідна j-а
складова додаткових втрат електроенергії, де j=1,..., nФ; nФ – кількість факторів декомпозиції QФ, серед яких
можуть бути технологічні, електромагнітні та керуючі впливи; xi – контрольований параметр. Згідно з виділени-
ми характеристиками зміни αj[Δx1
j ,..., Δxi
j,..., Δxns
j], j=1,..., nФ, визначимо квадратичні складові діючих значень
струму iр(t) наступним чином:
nФ
Ip
2 = ∑ Ij,p
2 . (1)
j=1
З урахуванням (1) квадрат потужності Фризе QФ розбивається на nФ адитивних складових, обумовлених
впливом виділених факторів. Наприклад, при u(t) = Umsinωt потужність QФ розбивається на складові
nФ nФ
QФ
2 = ∑ U2Ij,p
2 = ∑ QФ,j
2, (2)
j=1 j=1
де QФ,j – складова додаткових втрат від впливу j-го, j=1,..., nФ, фактора. Вираз, аналогічний (2), можна отримати
за наявності у спектрі напруги u(t) нульової та вищих гармонічних складових, а також розгляду несиметричних
трифазних систем напруги РЕЕС.
Отже, оцінка додаткових втрат електроенергії найбільш повно здійснюється із застосуванням потуж-
ності Фризе QФ та її квадратичних складових, що відображають вплив різних факторів впливу на якість енер-
гетичних процесів для одно- та багатофазних систем, довільного інтервалу часу (QФτ), при несиметрії напруги
(QФ,Н), модуляції сигналів напруги та струму (QФ,М) [1]. Покажемо, що QФτ дозволяє здійснити більш точну
оцінку нерівномірності (неоптимальності) графіків генерації та споживання електроенергії. Нехай для синусої-
дальних напруги u(t) та струму i(t) графік електроспоживання містить два інтервали тривалістю t1 та t2, для
кожного з яких визначено діючі значення напруги (U1, U2) , струму (I1, I2) та кути зсуву фаз (φ1, φ2). При оцінці
рівня оптимальності графіка електропостачання сумарна реактивна потужність QФτ при τ = t1 + t2 визначається
із співвідношення QФτ
2 = Q1,1
2δ1
2
+ Q1,2
2δ2
2
+ U1
2I2
2 + U2
2I1
2 - 2U1U2I1I2cosφ1cosφ2 та відрізняється від традиційної
усередненої реактивної потужності за першою гармонікою Q1,СР=Q1,1δ1+Q1,2δ2, де Q1,1=U1I1sinφ1; Q1,2 =
=U2I2sinφ2; δ1 = t1 /(t1 + t2); δ2 = t2 /(t1 + t2).
Введення поняття обмінної потужності QОБ дає можливість оцінити інтенсивність обмінних процесів
через перетин системи при довільному спектрі гармонік напруги та струму у виділеному перетині [1]. Обмінні
процеси можна поділити за першою (індекс «1») та групою гармонік, які складають множину МГ потужністю NГ
(індекс « ∞»): (1)
(1) 1
0
1 ( ) sin( ) ;
2
t
i
mОБQ u t I t dt
T
ω ψ
+
= −∫ ( )
( )
20
1 ( )( sin( )) ,
2
Гt N
i
m k kОБ
k
Q u t I t dt
T
ω ψ
+
∞
=
= −∑∫ (3, 4)
де t+ – інтервал періоду, коли p(t) › 0.
Безпосередньо рівень ЕМС можна оцінити, наприклад, за показниками ∆В1, ∆В2, які визначаються за
співвідношеннями ∆В1=QОБ /P; ∆В2=Q1 /QОБ–π. Показник ∆В1 відображає виконання критерію усереднення зво-
ротних потоків енергії, а показник ∆В2 є інтегральною характеристикою наближення енергетичного процесу до
синусоїдального. При цьому міра оцінки взаємного впливу елементів РЕЕС визначається ступенем їхнього на-
ближення до нуля.
Для оцінки дольового внеску генераторів та/чи споживачів для заданої діючої напруги генератора u(t)
обмінні процеси у вузлі системи, крім представлених відповідно до формул (3) та (4) способів, доцільно також
розділити за однією j-ю вищою (індекс «j») та всіма (індекс «∑») гармоніками згідно з наступними виразами:
( )
( )
0
1 ( ) sin( ) ;
2
t
j i
m j jОБQ u t I j t dt
T
ω ψ
+
= −∫ ( )
( )
10
1 ( )( sin( )) .
2
Гt N
i
m k kОБ
k
Q u t I t dt
T
ω ψ
+
∞
=
= −∑∫ (5, 6)
Вплив елементів системи оцінюється відношенням однієї з величин (3)–(6) до суми відповідних обмін-
них потужностей всіх елементів РЕЕС, під’єднаних до виділеного вузла.
Щодо адекватної точності вимірювання інтегральних характеристик енергообміну з врахуванням спо-
творень сигналів. Співвідношення між напругами u1(t), u∞(t), і струмами iА,1(t), iА,∞(t), iР,1(t) та iР,∞(t) (де індекс
«1» – визначає першу гармоніку; (∞) – вищі гармоніки) визначають особливості оцінки точності вимірювання
складових електроенергії в РЕЕС. Адекватність оцінки неоптимальності при вимірюванні будемо характеризу-
вати величиною відповідної складової реактивного струму. При цьому реактивній вимірюваній потужності Qj
поставимо у відповідність еквівалентний реактивний струм iР,j(t), де Qj =UIp,i. Здійснивши квадратичну деком-
позицію потужності QФ на складові Qj та QD (QФ
2=Qj
2+QD
2), для діючих значень струму запишемо співвідно-
шення ID
2=Ip
2–Ip,i
2, де величину ID визначимо як показник адекватності визначення рівня неоптимальності про-
цесів. Аналогічним чином як такий показник можна розглядати й величину
64 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 4
∆Q = (QФ
2 – Qj
2) / QФ
2. (7)
Співвідношення (7) представляє рівень відображення додаткових втрат електроенергії у випадку вико-
ристання при вимірюванні окремих визначень реактивних потужностей (зокрема, Qj) по відношенню до реаль-
ного рівня додаткових втрат електроенергії, визначених згідно з потужністю Фризе QФ.
Таким чином, ортогоналізація миттєвих сигналів струму і напруги та декомпозиція реактивних потуж-
ностей QФ і QОБ дозволяє отримати низку додаткових енергетичних характеристик і показників, які можна
успішно використати при аналізі та оптимізації енергопроцесів в РЕЕС.
1. Жуйков В.Я., Денисюк С.П. Енергетичні процеси в електричних системах з ключовими елементами. – К.:
Текст, 2010. – 264 с.
2. Стогній Б.С., Кириленко О.В., Праховник А.В., Денисюк С.П. Еволюція інтелектуальних електричних мереж
та їхні перспективи в Україні // Техн. електродинаміка. – 2012. – № 5. – С. 52–67.
3. Future of the Grid: Evolving to Meet America’s Needs. – Prepared for the U.S. Department of Energy by Energetics
Incorporated under contract No. GS-10F-0103J, Subtask J3806.0002. – Available at: http://energy.gov/sites/prod/
(accessed 12.01.2016)
4. Research and Innovation roadmap of the European Electricity Grid Initiative (EEGI). – Available at:
http://www.gridplus.eu/Documents/20130228_EEGI%20Roadmap%202013-2022_to%20print.pdf/ (accessed
22.01.2016)
5. SmartGrids Strategic Research Agenda (SRA) for RD&D1 needs towards2035 “SmartGrids SRA 2035". – Available
at: http://www.smartgrids.eu/documents/sra2035.pdf (accessed 15.01.2016)
УДК 621.31
АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОПРОЦЕССОВ В РАССРЕДОТОЧЕННЫХ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
С.П. Денисюк, докт.техн.наук
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»,
пр. Победы, 37, Киев, 03056, Украина. E-mail: spdens@ukr.net
Исследованы особенности анализа и оптимизации энергетических процессов в рассредоточенных электро-
энергетических системах с альтернативными источниками энергии и регуляторами на базе устройств сило-
вой электроники. Показана целесообразность применения декомпозиции мощности Фризе и обменной мощнос-
ти на составляющие, отражающие различные факторы влияния. Представлено соотношение для анализа
составляющих потерь электроэнергии, оценки взаимного влияния элементов и точности измерения. Библ. 5.
Ключевые слова: рассредоточенные источники энергии, энергопроцессы, мощность Фризе, обменная мощность.
ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF ENERGY PROCESSES IN DISPERSED ELECTRICAL POWER SYSTEMS
S. Denysiuk
National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute",
Pr. Peremohy, 37, Kyiv, 03056, Ukraine. E-mail: spdens@ukr.net
The features of energy processes in distributed power systems with alternative energy sources and controls devices
based on power electronics optimization analysis are researched. The feasibility of power freeze decomposition and
power exchange in to components that reflect a variety of factors influence are showed. The ratio for component power
losses analysis, the mutual influence of the elements estimation and measurement accuracy are presented. References 5.
Keywords: dispersed energy of energy processes, power Frize, power exchange.
1. Zhuikov V.Ya., Denysiuk S.P. Energy processes in electrical systems with key elements. – Kyiv: Text, 2010. – 264 p. (Ukr)
2. Stogniy B.S., Kyrylenko O.V., Prakhovnik A.V., Denysiuk S.P. The evolution of smart grids and their prospects in
Ukraine // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2012. – No 5. – Pp. 52–67.
3. Future of the Grid: Evolving to Meet America’s Needs. – Prepared for the U.S. Department of Energy by Energetics
Incorporated under contract No. GS-10F-0103J, Subtask J3806.0002. – Available at: http://energy.gov/sites/prod/
(accessed 12.01.2016)
4. Research and Innovation roadmap of the European Electricity Grid Initiative (EEGI). – Available at:
http://www.gridplus.eu/Documents/20130228_EEGI%20Roadmap%202013-2022_to%20print.pdf (accessed
22.01.2016)
5. SmartGrids Strategic Research Agenda (SRA) for RD&D1 needs towards2035 “SmartGrids SRA 2035”. – Available
at: http://www.smartgrids.eu/documents/sra2035.pdf (accessed 15.01.2016)
Надійшла 03.02.2016
Остаточний варіант 07.04.2016
|