МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
277
При выборе схемы электроснабжения для конкретной ЭМС необходимо одну
из известных схем принять за основу, и в дальнейшем еѐ модернизировать,
согласовать с нагрузками, режимами работы элементов комплекса между собой.
Такая схема легко корректируема: допускается изменение количества и номиналов
тех
или иных устройств, без особого влияния на основную схему. Далее
необходимо подобрать оптимальную конфигурацию оборудования ВИЭ. Это
связано с тем, что в связи с хаотичной генерацией
ВИЭ (ветровых - ВЭУ и
солнечных - ФЭУ), рассчитать заранее эффективный режим ЭМС с ВИЭ возможно
с использованием современных методов прогнозирования (многокритериальные
модели, нейронные сети, нечѐткие множества и др.).
Многокритериальный подход к задаче расчета оптимизации ЭМС с
использованием ВИЭ.
Реализация системного подхода заключается в учете
множества факторов, обеспечивающих эффективное функционирование комплекса
СЭС с ВИЭ ЭМС. Соответствующая математическая модель создаѐтся на основе
векторного, многокритериального моделирования в соответствии с принципом
системного подхода [6].
Многокритериальную модель оптимизации опишем в следующем виде:
имеются частные локальные критерии:
X
x
x
x
x
x
n
j
i
i
);
,...,
,...,
,
(
2
1
, (1)
составляющие векторный критерий. Общая целевая функция формируется на
основе этих критериев в виде:
min
)
,...,
,...,
,
(
2
1
k
i
Z
Z
Z
Z
G
Ф
; (2)
где
Z
i
– значения критериев на векторе решения
{х
1
, х
2
,…, х
n
}; i=(
k
,
1
);
X –
ограниченное множество допустимых решений;
G –
глобальная (общая) функция эффективности.
При ограничениях:
),
,
1
(
;
0
)
,...,
,
(
2
1
p
r
x
x
x
p
r
(3)
),
,
1
(
;
0
)
,...,
,
(
2
1
m
q
x
x
x
m
q
(4)
.
);
,
1
(
;
0
m
p
n
n
j
x
j
(5)
При этом функции
Z
i
и множество
X
задаются в явном виде, а целевые
функции (1) в простейшем случае дифференцируемы и выпуклы на множестве
X
. Требуется
найти набор переменных
x
j
, который в определенном смысле
минимизирует все критерии
Z
i
. Изменением знака функций задачу минимизации
всегда можно свести к задаче максимизации и наоборот.
В случае использования в схеме ветровых (ВЭУ) и солнечных (СЭУ)
установок совместно с дизель-генератором (ДГ), за основу можно взять общую
функцию затрат СЭС на гарантированное обеспечение электроэнергией ЭМС.
Минимизируемая целевая функция затрат в аддитивном виде:
Ф = С
1
Э
1
+ С
2
Э
2
+ С
3
Э
3
→ min ; (6)
где Э
1
,Э
2
,Э
3
– выработка электроэнергии ВЭУ, СЭУ, ДГ, за определѐнный период
времени; С
1
, С
2
, С
3
– удельные затраты на выработку электроэнергии каждым
источником за тот же период (месяц, год).
Главным условием работы модели является выполнение баланса мощности, в
качестве уравнений связи используются паспортные данные оборудования СЭС,
ВИЭ, ДГ, а также реальные значения инсоляции и
скорости ветра в заданном
регионе. Преобразованием исходных данных и расчетом определяется реальная
выработка ЭЭ единицей ФЭУ и ВЭУ. Затем производится вычисление удельных
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
278
затрат на выработку каждой единицей при определенной выработке.
Минимизацией целевой функции определяется оптимальное количество солнечных
модулей и ветротурбин для заданного периода, а
также предполагаемое
использование ДГ. Так как зависимости стоимости единиц ВИЭ от их номинальных
мощностей близки к линейным, по результатам оптимизации принимается
пропорциональное количество элементов генерации.
Расчеты, проведѐнные на модели для схемы постоянного тока с
использованием ВИЭ, и выполнением основного
условия - баланса мощности,
показали адекватность и корректность модели. Использование схемы с постоянным
током позволило не вводить в модель параметры свойств силовой электроники
(контроллеров, инверторов), избежать расчетов реактивной мощности, что
упростило модель.
В качестве входных параметров могут выступать паспортные, измеренные и
расчѐтные значения, с возможностью их быстрой замены при необходимости. В
многокритериальную модель с ВИЭ могут быть введены другие критерии
(надежность, потери энергии, качество напряжения и др.), использованы реальные
метеорологические данные в виде соответствующих
ограничений вида равенств и
неравенств. При решении задачи использовался метод скаляризации, далее задача
решалась методом неопределѐнных множителей Лагранжа. Ограничения-
неравенства учитывались методами штрафных функций и «барьеров».
