Диссертация (1144128), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Такая схема является наиболеераспространенной [78].Помимо представленной схемы возможны варианты подключения энергоисточников клинии постоянного тока (рисунок 12), а также раздельно к линиям постоянного ипеременного тока (рисунок 13). Выбор схемы зависит как от состава используемыхэнергоисточников, так и от особенностей нагрузки потребителей (соотношения междунагрузкой постоянного и переменного тока).62Рисунок 11 – Общая структура автономного энергокомплекса на основе возобновляемыхисточников энергии и традиционных энергоносителейРисунок 12 – Схема подключения энергоисточников в энергокомплексе с использованиемшины постоянного тока63Рисунок 13 – Схема подключения энергоисточников в энергокомплексеё с использованиемлиний переменного и постоянного токаРежимработыЭКдолженвыстраиватьсятакимобразом,чтобыэнергия,вырабатываемая энергоустановками на базе ВИЭ, использовалась максимально, в том числеи на заряд АБ, а включение резервного источника питания на основе традиционногоэнергоносителя (ДГУ, ГГУ) осуществлялось как можно реже и только в том случае, когдаэнергии от ВИЭ и АБ недостаточно для покрытия имеющегося спроса, поэтому большоезначение в эффективности работы ЭК имеет АСУ.Надежность электроснабжения потребителей в значительной степени определяетсяспособностью АСУ адаптироваться к возмущающим воздействиям и аварийным ситуациям.Теория адаптивности энергосистем подробно рассмотрена в работах [3, 79 – 81 и др.].В адаптивной системе используются алгоритмы, базирующиеся на расчетах,выполняемых управляющим электронно-вычислительным комплексом в темпе процессаизменения нормальных режимов системы, а не на результатах заранее выполненныхрасчетов аварийных процессов [82].
При этом адаптивная система управления должнаотвечать требованиям по быстродействию выполнения расчетов и формированиюуправляющих воздействий.В зарубежной литературе [13, 83 – 86] широко распространен термин «умные» или«интеллектуальные сети» (Smart Grid). Разработка «интеллектуальных» энергосистем и64систем управления ими направлена, прежде всего, на надежную и эффективную интеграциюэнергоустановок на основе ВИЭ с потребителями и традиционными источниками питания.Таким образом, АСУ ЭК должна быть «интеллектуальной» и адаптивной квозмущающим воздействиям.Обобщая изложенное, представим математическую модель режимов работы ЭК наоснове ВИЭ, состоящего из ВЭУ, ФЭМ, традиционных энергоустановок и АБ.Пусть суточный график нагрузки имеет вид, представленный на рисунке 14, авыработка электроэнергии ФЭМ и ВЭУ соответствует графикам, представленным на рисунке15.
При этом, для удобства анализа режимов работы ЭК, представим данные в видедискретных значений в течение часа (рисунок 14 и рисунок 15).Необходимо обеспечить покрытие графика нагрузки.Рисунок 14 – Суточный график нагрузкиРисунок 15 – Выработка электроэнергии солнечными фотоэлектрическими установками иветровыми электроустановками в течение суток65Перераспределениепотоковэнергииопределяются знаком функции мощностиирежимыработыэлементовсистемыв момент времени :∑где(66)– суммарная мощность, генерируемая энергоустановками на основе i-хресурсов ВИЭ в момент времени , кВт;– нагрузка в момент времени t, кВт;–суммарные потери мощности в момент времени t, включая потери в преобразователяхэнергии и в проводниках, кВт.Придостигается баланс между генерируемой энергоустановками на базе ВИЭмощностью и нагрузкой.Принаблюдается избыток генерируемой энергоустановками на базе ВИЭмощности, который может расходоваться на заряд АБ.Приимеет место недостаток генерируемой энергоустановками на базе ВИЭмощности, который покрывается в первую очередь мощностью, получаемой от АБ.
Затем, подостижению напряжения на АБ, соответствующего значению напряжения разряженной доминимально допустимой емкости АБ, подается команда на включение ДГ.Если значение функциив момент времени в соответствии с (66) равно нулю, то вэтот момент времени используется вся генерируемая энергоустановками на базе ВИЭмощность:), ДГ не используется (его мощность равна нулю:), отбор мощности от АБ не осуществляется (емкость АБ в данный момент временисоответствует емкости в предыдущий момент времени:):∑(67){Приизбыток генерируемой энергоустановками на базе ВИЭ мощностирасходуется на заряд АБ:(68)где– емкость, на которую возможно зарядить АБ с помощью энергоустановок наоснове ВИЭ, А∙ч;– номинальное напряжение АБ (напряжение питания нагрузки), В;–продолжительность расчетного единичного интервала времени, на котором выработкаэнергии установками ВИЭ и величина нагрузки принимаются постоянными, ч;66–суммарные потери при заряде (разряде), включающие потери в инверторевыпрямительно-зарядном устройстве(гдеи температурные потери) (в режиме заряда АБ, а) (,, равные:)(69)в режиме разряда АБ.При этом должно выполняться условие:(70)где– номинальная емкость АБ, А∙ч.Если условие (70) выполняется, используется вся генерируемая энергоустановками набазе ВИЭ мощностьи АБ заряжается до емкости:(71)Еслиусловие(70)невыполняется,тоиспользуетсяследующаямощностьэнергоустановок на основе ВИЭ:()(72)При этом АБ заряжается до своей номинальной емкости:(73)После заряда АБ до номинальной емкости, избыточная мощность ВИЭ не используется.Избыточная мощность ВИЭ не используется также и в случае, когда АБ полностьюзаряжена на момент времени , то есть:При.ДГ не используется, его мощность равна нулю:Используемая в течение момента времени.электроэнергия, вырабатываемая ВИЭ,определяется по формуле:(74)Принедостаток генерируемой энергоустановками на базе ВИЭ мощностипокрывается АБ, если емкости АБ в данный момент времени достаточно для покрытияимеющегося недостатка, т.е., если выполняется следующие условие:(75)где– минимально допустимая емкость АБ, А∙ч;– требуемая в данный моментвремени емкость АБ (А∙ч), которая определяется по формуле:(76)67Если условие (75) выполняется, ДГ не используется (его мощность равна нулю:) и АБ разряжается до емкости:(77)Если условие (75) не выполняется и АБ не разряжена до минимально допустимойемкости на момент времени , то есть:, то покрытие недостатка мощностиосуществляются за счет АБ и ДГ.Вначале АБ разряжается до своей минимально допустимой емкости за некоторыйинтервал времени:(78)Затем, по достижению напряжения на АБ, соответствующего значению напряженияразряженной до минимально допустимой емкости АБ, подается команда на включение ДГ.Его требуемая в данный момент времени мощность определяется по формуле:∑где(79)– величина силы тока заряда АБ, А (здесь и далее принимается, что.Время работы ДГ на интервале времени :(80)гдеопределяется по формуле:(81)За время(по состоянию на конец момента времени ) АБ зарядится до емкости:(82)Выработка электроэнергии ДГ определяется по формуле:(83)Если АБ разряжена до минимально допустимой емкости на момент времени , то есть:, то покрытие недостатка мощности и заряд АБ осуществляются за счетДГ за время , необходимая мощность которогоопределяется по (79).
АБ при этомзаряжается до емкости:(84)Выработка электроэнергии ДГ в этом случае равна:(85)68Работа ДГ с мощностью, определяемой по (79), будет продолжаться до тех пор,пока на АБ не будет достигнуто напряжение, соответствующее напряжению полностьюзаряженной АБ до, или пока не возникнет избыточная мощность ВИЭ по отношению кмощности нагрузки ().Поэтому, если в предыдущий момент временипомощью ДГ, по-прежнемуимел место режим заряда АБ си при этом выполняется следующее условие:(86)то в рассматриваемый момент временирежим работы ДГ с мощностьюпо (79)продолжается и АБ заряжается до емкости, определяемой по следующей формуле:(87)Выработка электроэнергии ДГ определяется по (85).В момент времени, когда достигается заряд АБ с помощью ДГ до, т.е.:(88)время работы ДГ с мощностью, определяемой по (79), будет вычисляться последующей формуле:(89)Следовательно, за времяАБ заряжается до номинальной емкости:(90)напряжение на АБ будет соответствовать напряжению заряженной до номинальной емкостиАБ и поступит команда на отключение ДГ, после чего вновь наступает режим, при которомпокрытие нагрузки будет осуществляться от АБ и ВИЭ.
Выработка электроэнергии ДГопределяется по формуле (83).Требуемая емкость АБ (А∙ч) для покрытия нагрузки на оставшемся интервале временив этом случае будет определяться по формуле:(91)И, если:(92)то емкость АБ на конец момента времени равна:(93)Выработка электроэнергии ДГ определяется по (83).Режим, когда:69(94)мало вероятен, в виду того, что продолжительность расчетного единичного интервалавременипринята исходя из постоянства выработки энергии установками ВИЭ и величинынагрузки на данном отрезке времени.Если же все-таки справедливо (94), то АБ разряжается свременидоза интервал, который определяется по формуле:(95)На оставшемся интервале времени:(96)покрытие нагрузки вновь осуществляется с помощью ВИЭ и ДГ, мощностькоторогоопределяется по (79).Тогда, в этом случае, за время(по состоянию на конец момента времени ) АБзарядится до емкости:(97)Выработка электроэнергии ДГ в рассматриваемом режиме будет определяться поформуле:(При)(98)используется вся генерируемая энергоустановками на базе ВИЭмощность:.Если на момент временипри этомимеет место пограничный режим, при котороми, то по значению напряжения на АБ поступает команда навключение ДГ и его мощность в этом случае будет определяться только зарядом АБ, апокрытие нагрузки осуществляться за счет ВИЭ:(99)В представленных формулах приняты допущения, что возможный ток заряда АБ отустановок ВИЭ прии необходимый ток разряда АБ прине превышаютдопустимых для АБ значений, а также, что требуемая от ДГ мощность с учетом покрытиянагрузки и заряда АБ прине превышает установленной мощности ДГ.
В противномслучае, приведенная математическая модель режимов работы ЭК усложняется включениемусловий на проверку по зарядному и разрядному токам АБ, по установленной мощности ДГи соответствующих дополнительных режимов при невыполнении этих условий. При70разработке алгоритмов оптимизации состава и параметров ЭК на основе ВИЭ для ВТП МГданные условия необходимо учитывать.Достоинством описанной модели режимов работы ЭК является тот факт, что принедостатке мощности ВИЭ для покрытия нагрузки максимально используются возможностиАБ, благодаря чему осуществляется экономия дизельного топлива. А режим работы ДГвыбран таким образом, чтобы с учетом зарядной мощности АБ достигалась более полная егозагрузка, тем самым, чтобы режим его работы был близок к оптимальному по нагрузочнойхарактеристике.
В момент времени, когда мощность, генерируемая энергоустановками наоснове ВИЭ, избыточна по отношению к потребляемой мощности и может (полностью иличастично) расходоваться на заряд АБ, поступает команда на отключение ДГ, тем самымосуществляется более полное использование энергии ВИЭ.Прогноз поступления возобновляемых энергетических ресурсов и потребления энергиипозволяет определить знак и величину функции (66) в следующий момент времени,что является основой планирования оптимальных режимов работы АЭК и формирования винтеллектуальной системе управления необходимых для их реализации управляющихвоздействий.Использование данных прогноза поступлениявозобновляемых энергетическихресурсов и потребления энергии позволяет еще лучше оптимизировать приведенную модельрежимов работы.
Например, если в следующий момент времени прогнозируется избытокмощности ВИЭ, то нет необходимости приводить в готовность ДГ и расходовать топливо иресурс ДГ. Либо, если уже осуществляется режим заряда АБ и покрытия нагрузки от ДГ, и вследующий момент времени прогнозируется избыток мощности ВИЭ, то заряд АБ от ДГможно приостановить и использовать ДГ только для покрытия нагрузки, чтобы в следующиймомент времени мощность ВИЭ использовалась более полно.Однако при этом необходимо учитывать в сопоставлении с данными прогнозапоступления возобновляемых энергетических ресурсов и прогноза потребления энергиисаморазряд АБ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
