Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Повышение энергетической эффективности и необходимость ресурсосбережения являются актуальными проблемами в практически всех странах мира. Для решения этих проблем в последние годы разрабатывается новая энергетическая политика, основанная на использовании гибридных энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии (HRES -Hybrid Renewable Energy System), в которых традиционные источники электроэнергии объединены с возобновляемыми (такими как солнечные панели, ветровые генераторы и другими). Подобные решения значительно влияют на социально-экономические факторы региона.
Данная концепция энергетического менеджмента способствует отчасти сокращению использования ископаемых источников энергии (нефти, газа), снижению стоимости электроэнергии и повышению эффективности энергетических систем за счет достижения баланса между потреблением и предложением электроэнергии. Это в свою очередь приводит к положительным эффектам в социально-экономической сфере (обеспечение снабжения электроэнергии в географически удаленных местах, снижение затрат на электроэнергию) и решает экологические проблемы (снижение выбросов углекислого газа).
Существующие на сегодня гибридные энергетические системы и алгоритмы управления ими недостаточно полно удовлетворяют требованиям эффективности по ряду причин. Во-первых, не учитывается стоимость электроэнергии, вырабатываемой различными поставщиками (источниками электроэнергии); во-вторых, если электроэнергии, выработанной источниками возобновляемой энергии, недостаточно для потребителей, то используются внешние энергосети без учета тарифного плана электроэнергии и зачастую по невыгодной цене. Управление же энергетическими системами с возобновляемыми источниками энергии является сложной задачей, так как на функционирование системы влияют внешние воздействия (погодные условия) и внутренние факторы (тарифные планы, мощности нагрузки, состояния помещения). Качество решения данной проблемы зависит от имеющихся данных об энергетической системе (о потреблении и производстве электроэнергии) и от применяемых методов обработки информации и управления. В работах Ванга (Wang), Вичерта (Wichert), Родольфо (Rodolfo), Джереми (Jeremy) и других предлагаются отдельные решения по проектированию и управлению гибридными энергосистемами, однако в них не
учитываются прогнозные значения факторов, что снижает эффективность применения подобных подходов.
Перспективным направлением исследований, способствующим повышению эффективности управления энергетическими системами с возобновляемыми источниками энергии, является разработка и внедрение систем автоматического управления энергопотоками на основе алгоритмов с прогнозирующими моделями потребления и производства электроэнергии. Прогнозируя потребление и производство энергии, можно сформировать оптимальную стратегию переключения в системе между источниками электроэнергии, что приводит к минимизации затрат на электроэнергию.
Поэтому актуальной является задача управления энергопотоками в гибридной энергетической системе с возобновляемыми источниками энергии с использованием прогнозирующих моделей.
Цель и задачи работы
Цель работы состоит в повышение эффективности управления гибридной энергетической системой с возобновляемыми источниками энергии за счет разработки метода управления электрическими потоками на основе прогнозирующих моделей. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
-
Формализация гибридной энергетической системы с возобновляемыми источниками энергии с позиций социально-экономических аспектов, выявление характеристик, проблем и методов управления подобными системами.
-
Разработка моделей прогнозирования потребления и производства энергии в гибридных энергетических системах с возобновляемыми источниками энергии.
-
Разработка метода автоматического управления энергопотоками в гибридной энергетической системы с возобновляемыми источниками энергии на основе прогнозирующих моделей потребления и производства электроэнергии.
-
Обоснование эффективности предлагаемых подходов управления гибридной энергетической системой с возобновляемыми источниками энергии с использованием имитационного моделирования.
Объектом исследования является гибридная энергетическая система с возобновляемыми источниками энергии
Предметом исследования является управление гибридными энергетическими системами с возобновляемыми источниками энергии.
Основные методы исследования. В диссертационной работе использованы методы системного анализа и обработки информации, теории
автоматического управления, управления с прогнозирующими моделями, машинного обучения, математической статистики, оптимизации, проектирования автоматизированных систем.
Научная новизна работы. Разработан новый метод управления гибридной энергетической системой с возобновляемыми источниками энергии на основе прогнозирующих моделей, позволяющих повысить эффективность управления энергетическими потоками в системе и включающий в себя:
-
модель гибридной энергетической системы, отличающейся от известных тем, что наряду с характеристиками компонент энергосистемы учитывают и внешние погодные факторы;
-
новую сезонную авторгерессионную нейросетвую модель скользящего среднего прогнозирования потребления электроэнергии в гибридных энергосетях;
-
оригинальный метод формирования стратегии покупки электроэнергии, основанный на генетическом алгоритме, позволяющий оптимизировать процесс переключения между источниками электроэнергии в гибридной энергосистеме.
Практическая значимость работы. Диссертационные исследования выполнены в рамках актуального направления «Энергосбережение» по федеральному закону от 23.11.2009 N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации". Построена рациональная система управления энергетическими потоками в гибридной энергетической системе с использованием генетического алгоритма и моделей прогноза. Показано, что с использованием предложенного метода управления HRES, установленной на типовом объекте (многоэтажное здание) позволяет сократить затраты на электроэнергию до 13 %.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на смотре-конкурсе научных, конструкторских и технологических работ студентов ВолгГТУ (Волгоград, 2010), на пятой международной научно-практической конференции (Тольятти, 2011), на VIII всероссийской научно-практической конференции (Камышин, 2011), на XVI региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2011), на международной научной конференции молодых учёных в рамках программы "У.М.Н.И.К."(Астрахань,2011), на III международной научно-технической конференции в ФГАОУ ВПО "Южном федеральном университете" - ТРИС (Ростов, 2012), на международной научно-практической конференции «Инновационные информационные технологии» (Прага, Чехия, 2013), на XIV региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области
(Волгоград, 2009), на VI всероссийской научно-практической конференции (Камышин, 2009), на 3-ей всероссийской научной конференции «Нечёткие системы и мягкие вычисления (НСМВ-2009)»(Волгоград, 2009). По данной работе неоднократно получены дипломы конференций и конкурсов молодых ученых.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 4 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК, 12 других публикаций. Получены 2 диплома и награды конкурсов работ молодых ученых, 1 удостоверение о кратности повышения квалификации по программе «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в организациях и учреждениях бюджетной среды».
![Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]](/i/i/4409/168295.png "Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс] Склярова Татьяна Петровна")
