Optimalno upravljanje tokovima snage u mikromreži Mario Vašak (FER), Marko Gulin, Jadranko Matuško, Mato Baotić Laboratorij za sustave obnovljivih izvora energije, Sveučilište u Zagrebu Fakultet elektrotehnike i računarstva Završna radionica projekta MICROGRID Zagreb, 26. siječnja 2015. Sadržaj • Mikromreže – zašto? • Upravljanje tokovima snage u mikromreži • Optimizacijski problem i rezultati – mikromreža u LARES – determinističko okruženje – stohastičko okruženje • Proširenja: – Upravljanje tokovima snage i parametriranje – Upravljanje tokovima snage i upravljanje potrošnjom • Zaključak mario.vasak@fer.hr 2 Mikromreže – zašto? • Otočni režim rada – Povećana raspoloživost napajanja iz hibridnih izvora podržanih pohranom mario.vasak@fer.hr 3 Mikromreže – zašto? • Spojene na mrežu – Povećanje kvalitete napajanja i/ili efikasnije napajanje lokalnih trošila spoj na “slabu” mrežu istosmjerne mikromreže između istosmjernih izvora i trošila mario.vasak@fer.hr 4 Mikromreže – zašto? • Spojene na mrežu – Automatizirana podrška mreži na ekonomskim načelima distribuirana pohrana poticanje injekcije energije u mrežu bliže potrošnji mario.vasak@fer.hr 5 Ostali poticajni čimbenici • „Zero-energy buildings” u EU od 2020. • Visok stupanj integracije nestalnih izvora energije u mreži mario.vasak@fer.hr 6 Upravljanje tokovima snage u mikromreži (1) • Što je cilj? – Ostvariti čim bolju ekonomsku bilancu u razmjeni energije s distribucijskom mrežom – Eventualno se može proširiti tehničkim troškom rada mikromrežnih komponenata • Koja su ograničenja? – Očuvati komponente mikromreže (npr. ne prepuniti niti preisprazniti baterije) – Poštivati dozvoljenu snagu razmjene energije s mrežom – Osigurati komfor korisnicima (potrebnu količinu energije) • Kako upravljati? – Upravljanje proizvodnjom iz izvora (npr. ograničenje snage) – Upravljanje potrošnjom (detaljnije kasnije) – Upravljanje pohranom mario.vasak@fer.hr 7 Upravljanje tokovima snage u mikromreži (2) P prod P s ,1 , E s ,1 cG PG min s ,i P PL P s ,2 , E s ,2 mario.vasak@fer.hr ∫ cG PG 24 h s.t. P G ,min ≤ P G ≤ P G ,max E s ,i ,min ≤ E s ,i ≤ E s ,i ,max 8 Istosmjerna mikromreža u LARES-u • Laboratorij za sustave obnovljivih izvora energije (LARES) • Spremnici energije: baterije, vodikova pohrana mario.vasak@fer.hr 9 Optimizacijski problem • Model spremnika električne energije: • Linearna formulacija modela: • U literaturi se najčešće koristi ako-onda formulacija modela − M. Gulin, M. Vašak, M. Baotić, „Analysis of Microgrid Power Flow Optimization with Consideration of Residual Storages State”, European Control Conference, ECC 2015, Linz, Austrija, 2015. (u postupku recenzije) − V. Lešić, M. Vašak, „Hierarchical Decomposition in Optimal Control of Buildings with Integrated Microgrid”, European Control Conference, ECC 2015, Linz, Austrija, 2015. (u postupku recenzije) mario.vasak@fer.hr 10 Optimizacijski problem • Jednadžba ravnoteže u mikromreži: • Dva stupnja slobode: – Snaga punjenja/pražnjenja baterija – Snaga punjenja/pražnjenja gorivnih članaka • Snaga razmjene energije s mrežom: – Određena jednadžbom ravnoteže mario.vasak@fer.hr 11 Optimizacijski problem • Ograničenja u sustavu (linearna): – Stanje napunjenosti spremnika energije – Snaga punjenja/pražnjenja spremnika energije – Uvjeti razmjene energije s mrežom • Matematička formulacija optimizacijskog problema (LP): • Bilanca razmjene energije ovisi o mnogo faktora: – Kapacitet spremnika energije – Kvaliteta predikcije proizvodnje i potrošnje električne energije mario.vasak@fer.hr 12 Optimizacijski problem mario.vasak@fer.hr 13 Optimizacijski problem u stohastičkom okruženju • Prisutna nesigurnost u predikciji poremećaja: – Proizvodnja električne energije iz obnovljivih izvora – Potrošnja električne energije u sustavima koji se napajaju iz mikromreže • Nesigurnost se prenosi na jednadžbu ravnoteže: wk N ( 0, Σ k ) • Moguć sigurniji rad što se tiče poštivanja ograničenja snage razmjene – izbjegavanje penala zbog preopterećenja koje može nastupiti uslijed nesigurnosti lokalne proizvodnje/potrošnje − M. Gulin, J. Matuško, M. Vašak, „Stochastic Model Predictive Control for Optimal Economic Operation of a Residential DC Microgrid”, IEEE International Conference on Industrial Technology, ICIT 2015, Sevilla, Španjolska, 2015. (prihvaćeno za objavu) mario.vasak@fer.hr 14 Optimizacijski problem u stohastičkom okruženju • Definiramo vjerojatnost da će ograničenje biti prekršeno: • Matematička formulacija optimizacijskog problema (LP): mario.vasak@fer.hr 15 Optimizacijski problem u stohastičkom okruženju mario.vasak@fer.hr 16 Optimiranje tokova snage i parametriranje • Određivanje ekonomske dobiti optimalno upravljane mikromreže kroz dulji vremenski rok – Na realnoj meteorološkoj godini uz pripadne profile proizvodnje i potrošnje energije (i nesigurnosti) – Princip pomičnog horizonta • Važno za određivanje optimalnih parametara mikromreže – kapacitet pohrane – snaga pretvarača prema mreži ili ugovorena snaga razmjene • Načini određivanja: – Višeparametarskim programiranjem – Point-search optimizacijskim metodama • Točka dodira razvoja na FERu i FSBu mario.vasak@fer.hr 17 Optimiranje tokova snage i upravljanje potrošnjom – primjer zgrade P (t ) Fiksna cijena energije cG: cG min ∫ P ( t ) dt P(t ) uvjeti komfora nad P ( t ) mario.vasak@fer.hr Vremenski ovisna cijena energije cG(t): min ∫ cG ( t ) P ( t ) dt P(t ) uvjeti komfora nad P ( t ) 18 Zgrada kao proizvođač, pohranitelj i potrošač (1) Project MICROGRID c P (t ) G (t ) min ∫ cG ( t ) P ( t ) dt P(t ) conditions on P ( t ) mario.vasak@fer.hr 19 Zgrada kao proizvođač, pohranitelj i potrošač (2) • Za proizvoljnu snagu grijanja/hlađenja P(t) postoji optimalan način upravljanja tokovima snage u mikromreži koji rezultira minimalnim energetskim troškom: J(P(t)) • Stoga, pri optimiranju potrošnje troškovno optimalno je upravljati na ovaj način: min J ( P ( t ) ) P(t ) uvjeti na P ( t ) • ... te deklarirati proračunan optimalni profil potrošnje P*(t) razini upravljanja tokovima snage u mikromreži mario.vasak@fer.hr 20 Zgrada kao proizvođač, pohranitelj i potrošač – Jednostavan primjer (1) • Mikromreža se sastoji samo od baterijske pohrane – bez baterijskih gubitaka – nema ograničenja snage razmjene s mrežom – nema povrata u mrežu • Profil cijene energije razmjene c(t) kojeg diktira distribucijska mreža mario.vasak@fer.hr 21 Zgrada kao proizvođač, pohranitelj i potrošač – Jednostavan primjer (2) • Slučajevi: – komforom zahtijevani P(t) može se u potpunosti ostvariti iz baterije između 11:00 i 12:00 24 h J jednak 0.1 ∫ P ( t ) dt 0 Mikromreža transformira cijenu energije sa “špicom” u konstantnu cijenu jednaku donjoj razini za konačnu potrošnju – komforom zahtijevani P(t) ne može se u potpunosti ostvariti iz baterije između 11:00 i 12:00 Cijena energije za konačnu potrošnju ovisi o vremenu upotrebe (unutar ili izvan 11-12) i količini upotrebe (ovisno koliko je P ( t ) dt ∫ veće od kapaciteta baterije) 12 h 11 h • Mikromreža transformira cijenu energije za potrošnju (na optimalan način ako je optimalno upravljana) mario.vasak@fer.hr 22 Kombinirano upravljanje tokovima snage i potrošnjom (projekt 3CON) – prvi rezultati • Optimalno upravljanje rezultira pre-heating/pre-cooling situacijama mario.vasak@fer.hr 23 Proširenje na druge energetske mreže (projekt u prijavi; ESF stipendije za istraživače) mario.vasak@fer.hr 24 Zaključak • Optimiranje tokova snage u mikromreži rezultira obostranom korišću: – Vlasniku mikromreže – Operatoru distribucijskog sustava • Omogućuje automatiziranu reakciju mikromreže na ponuđeni profil cijena razmjene energije – pouzdana, donekle predvidiva operatoru distribucijskog sustava • Otvara mogućnost integracije s optimiranjem potrošnje u zgradi (ili nekom drugom sustavu, npr. distribucijski odjeljak na željezničkoj trasi) • Otvara mogućnost integracije s vođenjem distribucijske (i šire) elektroenergetske mreže u uvjetima visokog udjela energije iz obnovljivih izvora gradivni element napredne energetske mreže mario.vasak@fer.hr 25 Prikazani rezultati istraživanja provedeni su u sklopu suradnog istraživačkog projekta Optimiranje sustava obnovljivih izvora električne energije povezanih u mikromrežu (MICROGRID). Projekt je financirala Hrvatska zaklada za znanost (HRZZ) u iznosu od 1.438.647,00 kn pod ugovorom br. I-4463-2011. Sadržaj ove prezentacije isključiva je odgovornost autora i ona ni na koji način ne odražava mišljenje Hrvatske zaklade za znanost.
© Copyright 2024 Paperzz