Регистрация / Вход
Прислать материал

Прототип системы динамической балансировки производства и распределения энергии в электросети

Общие сведения
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Название доклада
Прототип системы динамической балансировки производства и распределения энергии в электросети
Название программы
Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Разумные решения"
Название проекта
Разработка технологии динамической балансировки производства и потоков энергии в электросети для сокращения затрат на выработку и транспортировку и потерь эффективности в условиях изменяющегося спроса
Номер контракта
14.579.21.0084
Докладчик (участник)
Участник
Царев Александр Вячеславович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью данной работы является получение технологии (включая модели, методы и алгоритмы), которая позволит динамически, в реальном времени, перераспределять потоки электроэнергии в больших гетерогенных сетях электроснабжения с многими поставщиками и потребителями, в зависимости от изменяющегося прогноза спроса, себестоимости производства различными методами, возможных объемов производства и себестоимости транспортировки.
Разработанный в рамках работы прототип динамического планирования производства и потоков электроэнергии позволит отработать на модели основные особенности, характерные для задачи управления потоками электроэнергии:
• Планирование объемов поставки энергии в разные участки сети с минимизацией затрат на транспортировку и закупку у разных поставщиков.
• Балансировка нагрузки на разных участках (учет пропускной способности).
• Планирование объемов производства энергии разными электростанциями с учетом возможностей их перенастройки.
• Интерактивный анализ вариантов развития сети.
• Учет замедленной генерации электроэнергии.
• Учет технических потерь в системе передачи.
• Учет перегрузки в существующих системах передачи.
• Учет внезапных потерь мощности альтернативных электростанций.
Разработанная технология должна обеспечить возможность автоматического анализа вариантов в момент изменения потребления и построение реалистичного плана производства и потоков электроэнергии, с учетом ограничений (производственных, транспортных и др.) сети, и предусматривать адаптивное перестроение плана, когда ограничения меняются.
Актуальность и новизна исследования
Способы добычи электроэнергии имеют свои существенные отличия в параметрах эксплуатации, включая диапазоны мощности, зависимость от природных, погодных условий, возможности по динамической перенастройке (как быстро можно понизить или повысить выработку), себестоимости в зависимости от выработки. Это ведет к сложности координации при объединении разнородных производителей в единую сеть. При отсутствии координации не учитываются многие возможности по более эффективному перераспределению электроэнергии и своевременной перенастройке сети для сокращения затрат. Особенно актуально это становится с ростом динамики изменений спроса на электроэнергию.
Существующие методы планирования, как правило, являются комбинаторными по своей природе и не позволяют находить баланс по разным критериям с учетом особенностей ситуации. В то же время, начало расти число научных работ, направленных на адаптивное планирование производства, но большая часть связана лишь с инкрементальным планированием, при котором ранее принятые решения не пересматриваются, и возможные пути проактивного повышения качества планов не рассматриваются в принципе.
Недостатки централизованного планирования - детерминированность и сложность учета быстро меняющихся условий, отсутствие достоверной информации о текущей ситуации, потеря адекватности расписаний с течением времени. Это следствия принципиальной недостаточной достоверности исходных данных и сложности системы с большим числом составных частей. Преодоление этих недостатков возможно в развитии направления мультиагентных подходов.
Описание исследования

Для решения задач проекта предлагается использование гибкого планирования работы отдельных участков сети, способных непрерывно функционировать в режиме реального времени в рамках общей сети, построенной по принципу «равный с равным» и «каждый с каждым», и осуществлять переговоры, направленные на достижение компромиссов в соответствии с развитием ситуации и возникновением отклонений между планом и фактом для оперативной реакции на непредвиденные изменения спроса и предложения.

Каждая потребность (заявка) и каждая возможность (ресурс) в сети получат своего агента, которые формирует и контролируют план выполнения каждой заявки и предельно возможную загрузку своего ресурса. Агент ресурса, прежде всего, оценивает заявки на возможность их выполнения на своем узле. При невозможности – запрашивает агентов соседних ресурсов на предмет помощи в выполнении заявки. В результате агенты потребностей и возможностей переговариваются между собой, зная свои требования и предельные сроки выполнения, в ходе чего адаптивно строится гибкий план распределения ресурсов, определяющий у кого будет выполняться какая заявка, который корректируется по мере прихода новых заявок или подключения новых ресурсов, или отключения существующих и т.д.

Агенты линий связей оценивают пропускную способность выбранных направлений передачи и строят наиболее приемлемый маршрут. Предполагается, что агент любого узла обладает всей необходимой информацией о соседних узлах (с возможными помехами и задержками), и любой узел достижим в ходе последовательности переговоров. Переговоры идут с целью перераспределения загрузки в сети. Наиболее свободные мощности «притягивают» к себе нагрузку от других мощностей и, в итоге, нагрузка распределяется равномерно по сети или устремляется туда, где дешевле. С поврежденного ресурса, если такое случилось, заявки «перетекают» на другие ресурсы.

Таким образом, каждый агент объекта-потребителя (или же его мультиагентный планировщик) имеет возможность планировать свою работу на горизонт, выстраивая график потребления (в какое время больше или меньше потребление ожидается) или производства (одна или две турбины работают ан ТЭЦ), прогнозировать изменения, оптимизировать планы, если есть время, а также реагировать на события, динамически перераспределяя свои потребности или возможности.

Результаты исследования

В результате проекта создана технология динамического планирования производства и перераспределения потоков электроэнергии в сетях различного масштаба, учитывающая изменения спроса, вырабатываемой мощности и других параметров в реальном времени.

Ожидаемая экономия от эффективного перераспределения электроэнергии и прибыль от динамического перенаправления избытка электроэнергии на продажу составляет от 10% в текущих условиях до 50% в условиях внедрения новых типов электростанций и открытых моделей электроснабжения.

Разработанная технология и прототип исследованы на предмет качества и эффективности планирования, а также производительности, надежности и живучести. Выработаны рекомендации по дальнейшему развитию методов и их применению в практических приложениях.

Разработанный прототип позволяет выполнять следующие функции:

  • задавать начальную конфигурацию сети, включая размещение потребителей и поставщиков ресурсов и линий связей с их параметрами;
  • задавать требуемые ограничения сети и отдельных узлов (пропускная способность, мощность, динамика переключения, потери в линии, себестоимость);
  • моделировать процесс распределения и перераспределения производства и потоков в сети;
  • вводить непредвиденные события: например, резкий рост потребления, поломку любого ресурса или ввод нового ресурса, снижение мощности и т.п.;
  • показывать выполнимость или невыполнимость поставки энергии в различные участки сети;
  • показывать потоки и объемы производства в различных участках сети;
  • вносить коррективы в процесс распределения и перераспределения заявок по ресурсам в сети путем учета текущих данных о загруженности, изношенности и потерях в передающих сетях;
  • изменять конфигурацию сети для достижения заданных характеристик;
  • визуализировать работу сети;
  • рассчитывать себестоимость поставки энергии различным потребителям.

 

Практическая значимость исследования
Основным применением разработанной технологии будет создание на ее основе систем локального, регионального и государственного управления производством и потоками электроэнергии.
Кроме того, результаты работы будут востребованы для моделирования и анализа развития электросетей, планирования ввода новых станций и линий передач в эксплуатацию.
Применение динамического планирования позволит внедрять в электроэнергетику новые бизнес-модели, включая, открытый рынок и динамическое ценообразование.