Моделювання режимів роботи вітрових енергетичних установок у гібридних системах електропостачання

Abstract

Представлено сучасні схеми організації вітро-сонячних систем електропостачання. Наведено наявні підходи до управління енергодинамічними режимами роботи вітряних електричних установок у складі гібридних систем електропостачання, наведено сучасні дослідження з даної тематики. Представлено результати розроблення математичної моделі енергодинамічних процесів гібридної вітро-сонячної системи електропостачання, до складу якої входять вітряні електричні установки, сонячні панелі, акумулюючий елемент. Обґрунтовано універсальну структурну схему такої системи. Розроблено набір продукційних правил реалізації управління гібридною системою енергопостачання та імітаційну модель енергодинамічних процесів для можливих режимів роботи системи. Імітаційна модель розроблена на мові програмування Java в середовищі IntelliJ IDEA з використанням фреймворків Spring і Hibernate, а також реляційної бази даних PostgresDB. Проведено імітаційне моделювання роботи системи з метою визначення оптимальних режимів роботи, залежно від обмежень на кількість комутацій кожної із вітрових електричних установок, структури системи та параметрів її елементів. Вхідними даними для дослідження режимів роботи є вітровий і сонячний енергетичний потенціал у заданій географічній точці, кількість і технічні параметри вітрових електричних установок і сонячних панелей, а також параметри акумулюючого елемента. З метою зменшення кількості комутацій (включення/виключення) вітрових електричних установок у складі гібридної системи електропостачання введено параметр “мінімальний інтервал між послідовними змінами активного складу ВЕС”. Результатом імітаційного моделювання є встановлення залежностей: часу підтримки споживача від ймовірності втрати живлення (DPSP); мінімального інтервалу між послідовними змінами активного складу ВЕС від кількості комутацій; мінімального інтервалу між послідовними змінами активного складу ВЕС від середнього відхиленням потужності генерування. Отримані результати дадуть змогу оптимізувати параметри та режими роботи гібридних вітро-сонячних систем, а також алгоритми управління енергодинамічними режимами при проектуванні та експлуатації систем.

The article presents modern schemes for the organization of wind-solar power supply systems. Available approaches to managing the energy-dynamic process of operation of wind power plants as part of hybrid power supply systems are given, and modern research on this topic is given. The results of the development of a mathematical model of the energy-dynamic processes of the hybrid wind-solar power supply system, which includes wind power plants, solar panels, and a battery energy storage system. The universal structural diagram of such a system is substantiated. A set of production rules for the implementation of management of the hybrid power supply system and a simulation model of energy-dynamic processes for possible modes of operation of the system have been developed. The simulation model was developed in the IntelliJ IDEA programming environment using the Java programming language, the Spring framework, and the PostgresDB relational database. A simulated simulation of the system's operation was carried out in order to determine the optimal operating modes depending on the restrictions on the number of switchings of each wind power plant, the structure of the system and the parameters of its elements. The input data for the study of operating modes are the wind energy potential, the solar energy potential at a given geographical point, the number and technical parameters of wind electric installations and solar panels, as well as the energy parameters of the storage element. In order to reduce the number of switching (switching on/exclusion) of wind electrical installations in the hybrid power supply system, the parameter "Minimum interval between consecutive changes in the active composition of the wind farm" was introduced. The result of simulation modelling is the establishment of the following dependencies: customer support time from the deficiency of power supply probability (DPSP); the minimum interval between determinations of the active set of the wind power plant based on the number of switchings; the minimum interval between determinations of the active composition of wind turbines from the average deviation of the generation capacity. The obtained results will make it possible to optimize the parameters and modes of operation of hybrid wind-solar systems, as well as algorithms for managing energy-dynamic modes in the design and operation of systems.