Диссертация (1144079), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Схема ЭО представленана Рис. 3.3.Тот факт, что при двухступенчатом тарифе может быть получена некоторая экономия расходов на ЭЭ при установке на питаемый ЭО накопителя ЭЭдостаточно очевиден [73] [74] [75]. Однако хотелось бы конкретики при ответах на вопросы:- какой уровень снижения расходов достижим и как построить управление работой накопителя для максимального снижения расходов?- как должны соотноситься мощность нагрузки, мощность питающейсети, мощность преобразователя, заряжающего (разряжающего) накопитель иемкость накопителя для максимального снижения расходов?Получение ответов на эти вопросы оказалось несколько сложнее, чемпредставлялось нам в начале исследования, а полученные ответы носят, понашему мнению, не тривиальный характер.

Это и побудило нас к написанию46настоящей работе [76] [77].Приобретение и эксплуатация накопителя энергии будет осмысленнымдействием владельца ЭО, если оно уменьшает его расходы на ЭЭ. Приобретение и эксплуатация накопителя может также спонсироваться питающей энергосистемой, если оно способствует снижению неравномерности загрузки сети.Понятно, что эти факторы не противоречивы (хотя и не эквивалентны) и, улучшение любого из них улучшает и другой.

В настоящей работе мы под оптимизацией энергопотребления будем понимать минимизацию расходов на потребляемую ЭЭ, то есть будем рассматривать задачу с позиции владельца ЭО.Исследование будем выполнять на некоторой математической моделиЭО, которую построим исходя из ряда допущений:- объект потребляет только активную мощность, график потребленияPload (t ) имеет дневной максимум, графики потребления по дням различаются,интервал оптимизации – одна неделя, дневная и ночная стоимости ЭЭ различны;- мощность нагрузки может быть разделена на две части: строго заданную Pconst (t ) и вариативную Pvar (t ) , только последняя из них может изменятьсяпри оптимизации в интересах экономия стоимости ЭЭ;- преобразователь и накопитель работают без потерь (это упрощающеедопущение может быть снято и принято здесь для того, чтобы не перегружатьизложение деталями), начальная Wbat (0) и конечная Wbat (T ) энергии накопителя одинаковы на концах интервала оптимизации.Достаточно хорошими примерами таких ЭО могут служить, по нашемумнению, один или несколько частных домов, многоквартирный дом, офисныйцентр, ферма, не крупное промышленное предприятие с преимущественнымпотреблением активной мощности.Далее введем величины, описывающие задачу и запишем ограниченияна их изменение.

В начале, для ясности изложения, мы введем эти величиныкак непрерывные функции времени, далее примем для времени дискретную47сетку и все величины, описывающие задачу, станут векторами, элементы которых будут их значениями в дискретные моменты времени.Для накопителя. Pbat max , Pbat (t ), Wbat max , Wbat (t ) - соответственно мощность преобразователя, связывающего батарею с сетью, текущее значениемощности, потребляемой/генерируемой накопителем, емкость накопителя(кВт.ч), текущее значение энергии в накопителе. Введенные переменные связаны достаточно очевидными соотношениями и ограничениями:t Pbat max  Pbat (t )  Pbat max , 0  Wbat (t )  Wbat max , Wbat (t )   Pbat (t )dt  Wbat (0) .0Если Wbat (0)  0 , тоtWbat (t )   Pbat (t )dt0Для сети.

Pnet max , Pnet (t ) - соответственно максимальная мощность, которую может выдавать сеть и текущее значение мощности, потребляемой изсети. Ограничение для использования энергии от сети0  Pnet (t )  Pnet maxДля нагрузки. Pload (t ) - текущее значение мощности нагрузки. Для введенных выше составляющих Pconst (t ) и Pvar (t ) мощности нагрузки:Pload (t )  Pconst (t )  Pvar (t )где Pconst (t ) - строго заданная и составляющая мощности нагрузки – значенияэтой мощности не могут быть изменены в процессе оптимизации; Pvar (t ) - изменяемая составляющая мощности нагрузки.Потребленная нагрузкой энергия Wload с момента t  0 до t  Т , где T интервал оптимизации - 1 неделя в наших расчетах определяется следующим образом [20]:TTTWload   Pload (t )dt   Pconst (t )dt   Pvar (t )dt  Wconst  Wvar0здесь0048TWvar   Pvar (t )dt0Уравнение баланса мощностиPbat (t )  Pnet (t )  Pload (t )или Pvar (t )  Pbat (t )  Pnet (t )  Pconst (t )Введем в рассмотрение вектора Pvar , Pbat , Pnet , элементы которых являются значениями соответственно величин Pvar (t ), Pbat (t ), Pnet (t ) в дискретныемоменты времени tk :{t1  0; tk  tk 1  h; t N  T } , где h – шаг наблюдения –12 мин в наших расчетах.

Далее, для краткости записи будем обозначатьPvar,k  Pvar (tk ), Pbat,k  Pbat (tk ), Pnet,k  Pnet (tk ) . Тогда Pvar,1  Pbat,1  Pnet,1 P P P var,2bat,2; P   ; P   net,2  .Pvar  batnet      PPPvar,Nbat,Nnet,NПусть K(t) – цена ЭЭ, потребляемой от сети, изменяется в течении сутокпо некоторому известному закону.

В нашем исследовании принято: дневнойтариф 4.6 руб./кВт.ч и ночной тариф 2.8 руб./кВт.ч. Введем аналогично предыtдущим вектор K   K1 , K 2 ,, K N , , что позволяет нам записать формулировкузадачи оптимального потребления ЭЭ в виде:f  K t Pnet  min .(3.6)Очевидно, что решение задачи (9) соответствует минимальной плате заЭЭ.

Запишем далее, пользуясь введенными векторами ограничения в виде равенств и неравенств, которые должны выполняться для каждого tk.Запишем ограничение (8), выражающее тот факт, что суммарная мощность, поставленная сетью и накопителем, равна мощности, потребленнойнагрузкой. Для этого, используя введенные вектора, запишем (7) виде:49TNWvar   Pvar (t )dt   Pvar,n h  h  1t  Pvar  B1  Wload  Wconst ,n 10где 1 – вектор из единиц соответствующего размера. Из предположения, чтоначальная Wbat (0) и конечная Wbat (T ) или, что тоже Wbat,N энергии накопителяравны, получим ограничение:Wbat  Wbat (0)  h  1t  Pbat  Wbat,1  B2  Wbat,N или h  1t  Pbat  B2  Wbat,N  Wbat (0) .Тогда матричная запись (8) будет иметь вид: Pconst,1  Pvar  Pconst,2  E E E   Pbat       B3 , Pnet    Pconst,N Xгде E – единичная матрица.

Окончательно в матричном виде имеем: h  1t00   Pvar   B1 h  1t0    Pbat    B2   AX  B , 0    h  E h  E h  E   Pnet  B3 (3.7)где 0 – матрица из нулей соответствующего размера.Для (3), полагая, что накопитель и преобразователь работают без потерь,имеем:n0  Wbat,n  Wbat (0)   Pbat,i h  Wbat max ; n  1, Ni 1или в матричном виде1 0  0   Pbat,1 1 1  0   P   bat,2   1  Wbat max  Wbat (0)  .1  Wbat (0)  h        1 1  1   Pbat, N SИли 1 Wbat (0)W Wbat (0) S  Pbat  1  bat max, откудаhhS1 1  Wbat max  Wbat (0)  P. S  bat h 1  Wbat (0) 5000 S   Pvar 1WW(0)1batmaxbat  CX  D .   Pbat   S    h 1  Wbat (0)P   net 00Итак(3.8)Запишем еще ряд очевидных ограничений для непрерывного времени иих аналогов для дискретного времени:0  Pvar (t )  Pnet max  Pload max  Pbat max  Pbat (t )  Pbat max ,0  Pnet (t )  Pnet max0  Pvar  1   Pload  Pconst   1  P    1 Pbat max    Pbat   bat max.  Pnet   1  Pnet max 0(3.9)Сформулированная задача (3.6) с условиями в виде равенств (3.7) и ограничениями в виде неравенств (3.8), (3.9) относится к задачам линейного программирования и для ее решения был применен симплекс-метод.

Общее числопеременных задачи для интервала оптимизация – 1 неделя и шаге дискретиза-Мощности – кВтЭнергия накопителя –кВт.часции 12 мин равно 2520.Рис. 3.4 Оптимальные по затратам на ЭЭ режимы при различных соотношениях мощностей нагрузки, преобразователя и сетиРешение как функция времени для случая при Pvar (t )  0.2 Pconst (t ) (Рис.3.4).Здесьможновидетьактивноеиспользованиенакопителя(Wbat,max  45кВт*час и Pbat  15кВт ), за счет работы которого и достигаетсякомфортный режим энергопотребления.

Накопитель и преобразователь здесь51весьма активно используются. Соответственно, потери в этих устройствах ирасходы на амортизацию этих устройств (не учитывались нами) могут бытьзначительны. net max  Pnet max , P load var  Pload var , P bat max  Pbat max .PPload maxPload maxPload max(3.10)В таблице 3.1 мы приводим результаты нескольких десятков расчетов,выполненных для различных соотношений указанных выше относительныхвеличин. По вертикальной оси у всех графиков процент экономии затрат наЭЭ (далее F), потребляемую из сети. Мощность, к которой выполнено приведение 100 кВт. Соотношение между ёмкостью накопителя и мощностью преобразователя таково, что накопитель может быть заряжен за 5 часов. Использование этой связи позволяет представить результаты более компактно.Для графической интерпретации результатов перейдем к относительнымвеличинам:Каждая из трех строк таблицы содержит зависимости, указанные в ее заголовке при различных значениях третьего параметра из (3.10).

Характеристики

Список файлов диссертации