Автор: Волгунов А.Д.

Традиционная электроэнергетическая система состоит из электростанций большой мощности, объединенных в единую систему высоковольтными линиями электропередачи, которые передают электроэнергию местным распределительным сетям среднего напряжения. В последнее время резко возрос интерес к использованию, так называемых распределенных генераций или малых генераций, из-за потенциального повышения надежности и снижения затрат на электроэнергию благодаря использованию разнообразных источников электроэнергии на стороне потребителя. Кроме того, широкое применение распределенных генераций позволяет сгладить графики нагрузки существующих электростанций большой мощности. Главной задачей распределенных генераций являются снижение затрат на электроэнергию, повышение надежности электроснабжения и снижение зависимости от электроэнергетической системы [1].

В случае применения распределенных генераций может применяться понятие активного потребителя [2]. Активный потребитель – это потребитель, который при наличии у себя источников электроэнергии, мощность которых превышает, мощность подключенных электроприемников, в определенных режимах работы, может отдавать избыток мощности в энергосистему. Работа параллельно с сетями широко распространена в западных странах благодаря наличию законодательного разрешения и существующим тарифам передачи энергии от распределенных источников в сеть, благодаря чему использование этого режима экономически выгодно. В РФ работа генерирующего оборудования параллельно с сетями в настоящее время встречается редко из-за отсутствия разрешений сетевых компаний на передачу энергии в сеть и отсутствия соответствующих тарифов [3].

Традиционные системы управления – это децентрализованные системы с фиксированной структурой. Такие системы не гарантируют стабильной работы большого количества присоединенных распределенных генераций. Для присоединения большого количества разнообразных распределенных генераций к распределительной сети потребителя требует создания новых концепций управления. Одна из таких систем управления, в которой применен принцип распределенного управления с контролем от центрального элемента, описывается в [4].

Изменение параметров и количества подключенных в данный момент времени потребителей, а также изменение параметров имеющихся в наличии источников электроэнергии должно учитываться при определении необходимости подключения к распределительной сети того или иного источника электроэнергии, а также перевода источника в режиме потребителя для накопления электроэнергии.

Для решения задач увеличения надежности электроснабжения, снижения потерь мощности и стабилизации показателей качества электроэнергии, снижения затрат на электроэнергию при наличии различных источников электроэнергии на стороне потребителя предлагается создание единой системы управления этими источниками.

Предлагаемая система управления, структурная схема которой показана на рис.1, основана на расчете изменяющихся интегральных показателей эффективности источников электроэнергии. Будем назвать эти показатели приоритетами.

Рис. 1 – Структурная схема системы управления источниками

Приоритет источника рассчитывается при изменении какого-либо параметра источника сверх установленных в данный момент времени допустимых пределов. Для всех имеющихся в наличии источников электроэнергии следует определить перечень унифицированных параметров и их значимость (вес). Для расчета этих параметров каждый источник электроэнергии должен быть снабжен контроллером. Контроллер фиксирует показания датчиков и рассчитывает унифицированные параметры источника. Задачами контроллера источника электроэнергии являются:

• расчет параметров источника электроэнергии на основе показаний датчиков (напряжение на зажимах, ток, оставшееся количество энергоресурсов, стоимость энергоресурсов, стоимость эксплуатации, температура частей источника, ожидаемое время включения и выхода на рабочий режим и др.). Эти параметры следует разделить на технические (состояние, допустимая мощность, количество энергоресурсов и др.) и экономические (стоимость получаемой электроэнергии);
• расчет приоритета источника электроэнергии;
• передача рассчитанных приоритетов источников электроэнергии в центральный элемент системы управления;
• передача информации в центральный элемент системы управления о необходимости отключения источника электроэнергии при исчерпании энергоресурса;
• передача информации в центральный элемент системы управления о необходимости перевода источника электроэнергии в режим потребителя, например для заряда аккумуляторных батарей;
• управление режимами работы источника при получении команды от центрального элемента системы управления, например включение/отключение выключателя или самого источника (горячее или холодное состояние), перевод аккумуляторных батарей в режим заряда и т.д.

Расчет приоритета источника электроэнергии состоит из следующих этапов:

1.Расчет единичных параметрических индексов технических и экономических параметров производится по следующим формулам:

• если параметр лучше, чем больше его значение

где P – значение параметра;

P_макс. – максимальное значение параметра.

• если параметр лучше, чем меньше его значение

где P – значение параметра;

P_макс. – минимальное значение параметра.

2.Расчет взвешенных параметрических индексов технических и экономических параметров производится по следующей формуле:

где a_i – значимость параметра.

Далее необходимо рассчитать суммарный параметрический индекс технических (Q_т) и экономических (Q_э) параметров

где n – количество технических параметров;

m – количество экономических параметров;

Q_i – взвешенный параметрический индекс i-го технического параметра;

Q_j – взвешенный параметрический индекс j-го экономического параметра.

3.Расчет приоритета источника электроэнергии производится по следующей формуле:

Центральный элемент системы управления следит за изменением ряда параметров (мощность нагрузки, приоритет источников электроэнергии и др.) и при отклонении этих параметров за обозначенные пределы проводит следующие процедуры:

• поочередное подключение источников в, заранее записанной, общей математической модели системы электроснабжения, при этом, при каждом подключении, производится расчет баланса потребляемой и выдаваемой электроэнергии, расчет показателей качества электроэнергии в заданных точках,  расчет показателей надежности электроснабжения групп потребителей. При достижении требуемых значений рассчитанных параметров происходит запись рабочей модели и переход к следующей процедуре;
• при наличии информации от вышестоящей интеллектуальной электроэнергетической системы о возможности передачи избытка производимой на стороне потребителя электроэнергии происходит корректировка рабочей модели (подключение оставшихся источников и настройка параметров синхронизации с электроэнергетической системой);
• на основании рабочей модели системы электроснабжения происходит выдача сигналов контроллерам источников электроэнергии на изменения их режима работы;
• дальнейшее слежение за параметрами системы электроснабжения.

Изменяя значимость унифицированных параметров источников можно добиться автоматического управления ими с получением минимальной стоимости электроэнергии или максимальной надежности системы электроснабжения.

Следующим шагом разработки данной системы управления будет применение ее в математической модели системы электроснабжения с определенным количеством различных источников.

Библиографический список

1.Михайлов, А. Малая энергетика россии классификация, задачи, применение / А. Михайлов, А. Агафонов, В. Сайданов. // Новости электротехники. 2005, №5(35).

2.Данилин, И.В. Активный потребитель как элемент интеллектуальной энергосистемы // Умные измерения. 2012. №5.

3.Нюшлос, Д. Развитие распределенной генерации / Д. Нюшлос, И.  Ряпин. Энергетический центр Московской школы управления СКОЛКОВО. Август 2012.

4. Al-Hinai,  A. Multi-Agent Based Controllers for Distributed Generators / A. Al-Hinai, A. Feliachi // Journal of Electrical Engineering. 2012, №12(1), С.62-69.