Звіт про науково-дослідну роботу "Розробка методів та засобів підвищення ефективності управління режимами і транспортом електричної енергії в електричних мережах із застосуванням технології SMART GRID" (остаточний)

Abstract

Об’єкт досліджень–процеси під час транспортування електричної енергії в електричних мережах. Предмет досліджень – методи підвищення ефективності управління режимами в електричних мережах. Мета досліджень – модернізація і розвиток електроенергетичної галузі України пов’язані з вирішенням питань керування режимами роботи в енергосистемі, створенню більш ефективних засобів транспортування і розподілення електроенергії, що потребує застосування нових технологій «розумних» мереж. Методи дослідження – під час виконання роботи використовувались такі методи дослідження як математичний апарат штучних нейронних мереж, методи теорії ймовірностей та математичної статистики, аналітичні методи дослідження електричних кіл. Одержані наукові результати роботи: запропоновано математичні моделі та методи прогнозування параметрів ожеледеутворення на проводах повітряних ліній електропередавання, що базуються на апараті штучних нейронних мереж; вдосконалена математична модель для дослідження можливості забезпечення стандартних характеристик напруги; вдосконалена методика використання Альбому типових графіків електричних навантажень (ГЕН) Міністерства енергетики України з програмним забезпеченням User Graph; розроблений метод розв’язання задачі рівномірного розподілення навантажень між фазами в сільський мережі 0,38/0,22 кВ; розроблений спосіб зменшення несиметрії і втрат електроенергії в мережах 0,38/0,22 кВ; запропоновано найбільш ефективний захід щодо подолання дефіциту електроенергії, який полягає в об’єднанні енергосистем і взаємному перетіканні 4 електроенергії між енергосистемами сусідніх країн, особливо в період розвитку сучасних та «інтелектуальних» міжсистемних зв’язків; запропоновано систему моніторингу режиму мереж з використанням PLC каналу зв’язку, що являє собою подальший розвиток автоматизованої системи моніторингу розподільних електричних мереж (СМРЕМ). Новизна одержаних результатів: запропонований метод прогнозування ваги ожеледі на проводі ПЛ відрізняється від існуючих одночасним врахуванням в моделі таких параметрів як поточна середня та максимальна вага відкладень, температура та відносна вологість повітря; вдосконалена математична модель для дослідження можливості забезпечення стандартних характеристик напруги відрізняється врахуванням вимог нових нормативних документів щодо втрат напруги в розподільній мережі електропостачання та відхилень напруги у споживача; вдосконалена методика використання Альбому типових ГЕН Міністерства енергетики України з програмним забезпеченням User Graph на відміну від відомої методики має в основі підсумовування електричних навантажень за кожну годину добового ГЕН усіх споживачів, створення масиву вихідних даних та визначення максимуму навантаження для кожної доби, для кожного місяця року або за рік; розроблений метод рівномірного розподілення навантажень між фазами в сільський мережі 0,38/0,22 кВ, який відрізняється від існуючих вибором цільової функції оптимізаційної задачі з урахуванням наявних джерел інформації у сільських мережах – лічильників електроенергії у споживачів, представлення цільової функції у відносному вигляді, введенням додаткової цільової функції - числа перепідключень споживачів та способом рішення оптимізаційної задачі за допомогою генетичних алгоритмів; запропонований метод моніторингу розподільних мереж, який за рахунок можливості відключення лінії у безструмову паузу, дозволяє відключення частини лінії при короткому замиканні; запропонований метод керування інтелектуальними мережами на основі сучасних інноваційних технологій, що ефективно координує та управляє дією всіх підключених до енергосистеми об'єктів – від різних систем генерації, передачі та розподілу електроенергії до її споживачів з метою створення економічно рентабельної та стабільної енергосистеми з низькими втратами і високим рівнем надійності та якості енергопостачання. Науковий рівень: якісно нові методи та технології, розширення, доповнення відомих даних. Значимістьта практичне застосування: зниження кількості пошкоджень повітряних ліній електропередавання внаслідок дії ожеледі, підвищення надійності електропостачання споживачів (розроблена методика прогнозування метеопараметрів ожеледеутворення на проводах ПЛ); вдосконалена математична модель дозволяє на етапі проектування моделювати відхилення напруги у споживача, в період експлуатації визначати тих споживачів, які можуть бути віднесені до особливо віддалених (згідно рекомендацій ДСТУ EN 50160) та дозволяє також обчислювати результати технічних заходів з реконструкції та модернізації електромереж (зміну конфігурації мережі, заміну проводів на провід більшого перерізу тощо) щодо впливу на відхилення напруги у споживача за допомогою розробленої блок схеми алгоритму дослідження можливості забезпечення допустимих втрат та стандартних характеристик напруги; вдосконалена методика використання Альбому типових ГЕН Міністерства енергетики України з програмним забезпеченням User Graph дозволяє отримати більш точні дані для наступного використання в проектних розрахунках або для аналізу режимів роботи системи електропостачання, ніж за методикою без підсумовування електричних навантажень за кожну годину добового ГЕН, а визначивши денний та вечірній максимуми навантаження кожного споживача; використовуючи запропонований метод розв’язання задачі рівномірного розподілення навантажень між фазами в сільський мережі 0,38/0,22 кВ з використанням генетичного алгоритму можна значно підвищити інформаційне обґрунтування процесу прийняття рішень по рівномірному перерозподіленню споживачів між фазами; розроблений спосіб зменшення несиметрії і втрат електроенергії в мережах 0,38/0,22 кВ за допомогою замикання двох ліній дозволяє при переході в режим замкненої мережі знизити несиметрію напруг на 33% по відношенню до найбільшої, що спостерігалася в радіальних лініях, які з'єднуються в кільце; розроблена методика аналізу роботи обладнання СЕС за допомогою платформи моніторингу Solaredge; скорочення часу пошуку й усунення к.з. з метою зниження збитку від недовідпуску електроенергії, і можливого завдання збитків навколишньому середовищу. За темою отримано 3 патенти, видано 2 монографії, 1 навчальний посібник, опубліковано наукових публікацій у наукових виданнях групи А - 50 публікацій, що індексуються у базах Scopus та Web of Science; наукових публікацій у зарубіжних виданнях - 14;наукових публікацій у фахових наукових виданнях України групи Б - 27; наукових публікацій у матеріалах наукових конференцій - 56. Результати досліджень впроваджено в освітній процес ДБТУ (4 акти впровадження від 01.12.2022р.) та у виробництво (ТОВ «СК-Моноліт», акт впровадження від 1.12.2022р.). Акти впровадження додаються.