RU2684482C1 - Способ управления распределенной интеллектуальной микросистемой электроснабжения с персональными энергоблоками (ПЭБ) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу управления распределенной интеллектуальной микросистемой электроснабжения с персональными энергоблоками (ПЭБ). Технический результат заключается в автоматизации управления электроснабжением. В способе в каждом ПЭБ определяют текущий заряд аккумуляторных батарей (АКБ) с учетом ретроспективных данных, планируют график заряда-разряда АКБ, выбирают и фиксируют направление передачи электроэнергии (ЭЭ) между ПЭБ, измеряют объем ЭЭ, переданной по линии электропередачи, измеряют уровни тока и напряжения на линии электропередачи и осуществляют обмен информацией между ПЭБ об измеренных значениях, с блока управления (БУ) конкретного ПЭБ передают к БУ соседних ПЭБ сообщения с указанием необходимого объема ЭЭ, на соседних ПЭБ в соответствии с принятым сообщением и со своими графиками заряда-разряда АКБ устанавливают стоимость ЭЭ, которую они могут передать, далее устанавливают равновесную цену ЭЭ на локальном рынке ЭЭ, образованном соседними ПЭБ, используют конкурсные процедуры для получения ЭЭ на данном локальном рынке при работе в режиме транзита ЭЭ к целевому ПЭБ. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к технике обеспечения локального электроснабжения с ценозависимым потреблением.

При эксплуатации широко распространенных распределительных сетей сталкиваются с проблемами интеграции в общую систему электроснабжения элементов возобновляемых источников энергии (ВИЭ), проблемами ценообразования и взаиморасчетов между производителями и потребителями электроэнергии (ЭЭ). Для решения описанных проблем в настоящее время все большее внимание уделяется организации распределенных интеллектуальных микросистем электроснабжения, составными узлами которых являются персональные энергоблоки (ПЭБ)

энергоинформационные устройства потребителя ЭЭ, обеспечивающие накопление ЭЭ. В таких микросистемах ПЭБ воспринимают ЭЭ от собственных ВИЭ, а также совершают обмен ЭЭ с другими ПЭБ микросистемы.

Известен способ управления распределенным электроснабжением, предполагающий в ПЭБ контроль ЭЭ, вырабатываемой с помощью собственных ВИЭ, а также осуществление коммерческих операций для ПЭБ по сбыту и поставке ЭЭ через общую сеть микросистемы электроснабжения с централизованным управлением зарядом-разрядом имеющихся в ПЭБ аккумуляторных батарей (АКБ) [1] - [4], Поскольку в известных технических решениях не осуществляют непосредственное взаимодействие ПЭБ друг с другом с образованием локального рынка, при практическом использовании способа отсутствует возможность внедрения в ПЭБ ценозависимого потребления ЭЭ, что в итоге отрицательно сказывается на надежности электроснабжения потребителей.

Наиболее близким к предложенному является способ управления распределенной интеллектуальной микросистемой электроснабжения с ПЭБ, предусматривающий контроль заряда и уровня ЭЭ в накопителе АКБ, передачу ЭЭ и обмен информацией между ПЭБ в режиме «точка-точка» с планированием графика заряда-разряда АКБ по генетическому алгоритму оптимизации, оборудование линий электропередачи средствами защиты от повреждений, саморегулирование микросистемы посредством мультиагентной системы взаиморасчетов между ПЭБ с объявлением агентами ПЭБ аукционов среди смежных ПЭБ [5].

Однако в указанном способе не оговорены или не раскрыты существенные операции по определению текущего заряда АКБ и обмену ЭЭ между ПЭБ с порядком передачи соответствующих сообщений для участников аукциона. Не конкретизированы также операции по подтверждению факта передачи ЭЭ между ПЭБ, прекращению обмена ЭЭ между ПЭБ, переводу отдельных ПЭБ в режим транзита ЭЭ к целевому ПЭБ. Наконец, не затронуты действия по осуществлению защиты линий электропередачи от повреждений. Это не позволяет выполнять эффективное управление электроснабжением.

Задачей изобретения является повышение качества управления распределенной интеллектуальной микросистемой электроснабжения с достижением бесперебойного электроснабжения потребителей в соответствии с графиком нагрузки.

В соответствии с настоящим изобретением для решения поставленной задачи предложен способ управления распределенной интеллектуальной микросистемой электроснабжения с ПЭБ, снабженными генерирующими установками в виде возобновляемых источников энергии, накопителями ЭЭ в виде АКБ и индивидуальными блоками управления (БУ), согласно которому непрерывно контролируют заряд АКБ с обеспечением необходимого уровня заряда, передачу ЭЭ и обмен информацией между ПЭБ осуществляют в режиме «точка-точка» через соответствующие линии электропередачи постоянного тока и цифровые линии связи, оборудуют линии электропередачи средствами защиты от повреждений, саморегулирование микросистемы выполняют посредством мультиагентной системы взаиморасчетов между ПЭБ с объявлением агентами ПЭБ аукционов среди смежных ПЭБ, при этом в процессе управления микросистемой электроснабжения определяют текущий заряд АКБ ПЭБ,

планируют график заряда-разряда АКБ ПЭБ по генетическому алгоритму оптимизации с определением целевой фитнес-функции, предпочтительным значением которой принимают наибольшее значение,

в соответствии с запланированным графиком заряда-разряда АКБ при взаимодействии БУ соседних ПЭБ выбирают и фиксируют направление передачи ЭЭ между ПЭБ,

измеряют объем ЭЭ, переданной по линии электропередачи, отличающийся тем, что

текущий заряд АКБ определяют с учетом ретроспективных данных о количестве и глубине циклов заряда-разряда АКБ,

для подтверждения факта передачи ЭЭ между ПЭБ измеряют уровни тока и напряжения на линии электропередачи и осуществляют обмен информацией между ПЭБ об измеренных значениях,

в процессе обмена ЭЭ между ПЭБ при запланированном заряде АКБ конкретного ПЭБ от внешних источников с БУ этого ПЭБ передают к БУ соседних ПЭБ сообщения с указанием необходимого объема ЭЭ,

с помощью БУ, принимающих данное сообщение, на соседних ПЭБ в соответствии со своими графиками заряда-разряда АКБ устанавливают стоимость ЭЭ, которую они могут передать, а при последующем обмене сообщениями в ходе конкурентной процедуры постепенно снижают стоимость ЭЭ и устанавливают ее равновесную цену на локальном рынке ЭЭ, образованном соседними ПЭБ, при этом предельный уровень снижения цены определяют в БУ каждого ПЭБ путем последовательного выполнения указанных операций планирования, а в ПЭБ, для которых установившееся значение равновесной цены на своем локальном рынке ЭЭ не позволяет выполнить их собственный план заряда-разряда АКБ, используют конкурентные процедуры для получения ЭЭ на данном локальном рынке при работе в режиме транзита ЭЭ к целевому ПЭБ,

обмен ЭЭ между ПЭБ прекращают при возникновении долговременных отклонений измеренных значений токов по концам линии электропередачи или превышении требуемого для передачи количества ЭЭ,

средства защиты от повреждений линий электропередачи между ПЭБ, выполняют дистанционными с использованием цифровых измерительных трансформаторов, при этом передачу мгновенных значений токов и напряжений для функционирования защит осуществляют по сетевому протоколу связи, обеспечивающему синхронизацию по времени и наименьшую задержку при передаче данных.

Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки изобретения.

Согласно одному из частных существенных признаков при планировании графика заряда-разряда АКБ ПЭБ:

геном генетического алгоритма представляют массивом целых чисел в диапазоне [-N;N], характеризующих направление и мощность передаваемой ПЭБ ЭЭ в каждый час в течение следующих 24 часов, где N - номинальная пропускная способность линий электропередачи с другими ПЭБ, отрицательные значения массива характеризуют работу ПЭБ в режиме заряда АКБ, а положительные значения - в режиме разряда АКБ;

целевую фитнес-функцию Ф генетического алгоритма задают как

где:

П[i] - предлагаемое генетическим алгоритмом значение и направление передачи ЭЭ на момент времени i,

Ц[i] - прогнозируемая цена за кВт*ч на момент времени i,

Ш[i] - значение штрафной функции на момент времени i;

штрафную функцию увеличивают при снижении прогнозируемого заряда АКБ ниже заданного уровня, а также при превышении максимального уровня заряда;

прогнозируемый заряд АКБ для каждого часа определяют уравнением

где

З[i] - прогнозируемый заряд АКБ на момент времени i,

З[i-1] - заряд АКБ на момент времени i -1,

H[i] - прогнозируемое потребление ЭЭ на момент времени i,

Г[i] - прогнозируемая генерация ЭЭ на момент времени i,

П[i] - предлагаемое генетическим алгоритмом значение «поведения» на момент времени i (заряд или разряд АКБ);

после расчета значений целевой функции для всех решений набора решений осуществляют селекцию решений, заключающуюся в отборе лучших решений путем сортировки от наибольшего значения целевой функции к наименьшему, при этом часть решений набора, имеющих наименьшее значение целевой функции, исключают из обработки, а на их место в наборе добавляют новые решения, полученные в результате скрещивания и мутаций, решение, обладающее наибольшим значением целевой функции, принимают в качестве наилучшего решения на текущем этапе расчета и не подвергают его модификации, а в результате проведения модификаций остальных решений получают новый набор решений;

в процессе скрещивания решений производят обмен фрагментами генома произвольной длины между двумя решениями и последующее добавление в набор решения с большим значением целевой функции, при этом скрещивание реализуют в виде замены части генома решений, попавших в первые 50% популяции, отсортированной по убыванию значения целевой функции, на соответствующие фрагменты генома наилучшего на данный момент решения, а мутацию реализуют в виде изменения случайного количества генов решения, максимально трех, на случайные числа из диапазона [-4;4];

последовательные операции селекции, скрещивания и мутации повторяют до тех пор, пока не будет выполнен один из критериев остановки алгоритма, к которым относят достижение предельного значения числа поколений и отсутствие изменений значения целевой функции наилучшего решения в наборе в течение ряда итераций.

Согласно другому частному существенному признаку в процессе обмена ЭЭ между ПЭБ последовательно:

с БУ ПЭБ-потребителя, нуждающегося в увеличении уровня заряда АКБ, осуществляют широковещательную рассылку сообщений типа REQUEST с указанием необходимого объема ЭЭ и начальной стоимости за кВтч,

с БУ смежных ПЭБ передают ответные сообщения типа INFORM с подтверждением, либо с отказом от участия в аукционе на локальном рынке ЭЭ, образованном смежными ПЭБ,

в ходе проведения конкурсных процедур с БУ ПЭБ-участников локального рынка ЭЭ отправляют сообщения типа PROPOSE к БУ всех участвующих в аукционе ПЭБ с постепенным снижением предлагаемой стоимости ЭЭ до истечения срока проведения аукциона,

при невозможности снижения ПЭБ-поставщиком ЭЭ цены, исходя из своего плана работы, с его БУ направляют соответствующие сообщения к смежным с ним ПЭБ и инициируют вторичную конкурсную процедуру закупки ЭЭ на своем локальном рынке ЭЭ,

при возможности по результатам вторичных конкурсных процедур снижения цены ЭЭ ПЭБ-поставщиком в исходной конкурсной процедуре с его БУ сообщают о продолжении участия в исходной конкурсной процедуре,

по окончании исходной конкурсной процедуры с БУ ПЭБ-потребителя направляют запрос типа REQUEST с итоговой ценой и объемом ЭЭ к БУ ПЭБ-поставщика, победившего в данной конкурсной процедуре,

в случае проведения ПЭБ-поставщиком вторичных конкурсных процедур с его БУ отправляют сообщения типа REQUEST к БУ ПЭБ-победителя вторичной конкурсной процедуры,

с БУ ПЭБ-поставщика победителя вторичной конкурсной процедуры направляют сообщение типа AGREE о подтверждении обязательства по передаче ЭЭ за оговоренную цену,

с БУ ПЭБ-поставщика победителя первичной конкурсной процедуры направляют сообщение типа AGREE о подтверждении обязательства по передаче ЭЭ ПЭБ-потребителю,

с БУ соответствующих ПЭБ осуществляют коммутацию цепей для перевода их в режимы приема или передачи ЭЭ.

передачу мгновенных значений токов и напряжений на линии электропередач для функционирования защиты осуществляют по протоколу связи, соответствующему стандарту МЭК 61850-9-2 SampledValues.

Приведенные ниже чертежи поясняют реализацию предложенного способа управления распределенной интеллектуальной микросистемой электроснабжения.

На фиг. 1 показана общая структура построения микросистемы электроснабжения, на фиг. 2 отображен пример проведения аукциона между ПЭБ, а на фиг. 3, 4 и фиг. 5, 6 представлены соответственно для ПЭБ -производителя ЭЭ и ПЭБ - не производителя ЭЭ суточные графики заряда АКБ, генерации и потребления ЭЭ и графики средней цены за кВт ч, количества приобретенной и проданной ЭЭ, а также прибыли (по вспомогательным осям).

Составными узлами микросистемы являются специализированные интеллектуальные устройства - ПЭБ 1.1 - 1.9 (фиг. 1). ПЭБ - это энергоинформационное устройство потребителя ЭЭ, в котором осуществляется накопление ЭЭ с помощью АКБ и к которому подключены ВИЭ (ветрогенераторы, солнечные батареи и т.п.), а также ПЭБ других потребителей. Между ПЭБ разных потребителей проложены электрические линии 2-14 электропередачи ЭЭ, в данном случае постоянного тока, и совмещенные с ними цифровые линии связи (не показаны) для интеллектуального управления и защиты линий электропередачи от повреждений (КЗ). ПЭБ состоит из накопителя ЭЭ, зарядно-подзарядного устройства, инвертора, блоков ввода-вывода ЭЭ и интеллектуального БУ (не отмечены).

Каждый ПЭБ является самодостаточным узлом энергосистемы - агентом, который способен обмениваться информацией (общаться) с другими ПЭБ-агентами сети. Поскольку передача ЭЭ между ПЭБ осуществляется по принципу «точка-точка» (Р2Р) без использования традиционных распределительных сетей, осуществление расчетов и ценообразование также проводится в рамках небольших локальных рынков ЭЭ. Это позволяет существенно упростить релейную защиту и определение места повреждения, так как в каждый момент времени задействована одна линия связи, а не древовидная сеть, как в случае с традиционными распределительными сетями.

Управление микросистемой осуществляется без использования центрального узла принятия решений. Саморегулирование микросистемы достигается путем применения мультиагентной системы (MAC) управления взаиморасчетами между узлами. MAC - это система, состоящая из двух и более интеллектуальных ПЭБ-агентов. В свою очередь, «интеллектуальный ПЭБ-агент - это агент, обладающий «гибкой автономностью» т.е. свойствами реактивности, проактивности и социальным взаимодействием. В такой микросистеме каждый ПЭБ является агентом MAC, осуществляющим свою деятельность для достижения целей свойственных своему типу агентов. ПЭБ-агенты потребителей ЭЭ стремятся обеспечить бесперебойное электроснабжение в соответствии с графиком нагрузки по наименьшей цене, ПЭБ-агенты производителей ЭЭ стремятся произвести и реализовать на локальном рынке как можно больше ЭЭ по наибольшей цене. Рыночные механизмы торгов между ПЭБ - агентами позволяют сбалансировать спрос и предложение ЭЭ при ее равновесной цене в полностью автоматическом режиме.

Для достоверизации транзакций, последние записываются в блокчейн, который является децентрализованной системой хранения контрактов. В связи с этим, предложенная микросистема не требует наличие центрального узла управления, в котором постоянно происходили бы регистрация транзакций, передача денежных средств и контроль передаваемой ЭЭ. Блокчейн представляет собой базу, данные в которой представлены последовательностью записей, которую можно дополнять. Записи вместе с вспомогательной информацией хранятся в блоках. Блоки хранятся в виде односвязного списка. Каждый ПЭБ хранит весь актуальный массив данных и контактирует с другими ПЭБ. Входящие в микросистему ПЭБ могут добавлять новые записи в конец списка, а также сообщать друг другу об изменениях списка.

Передачу ЭЭ между ПЭБ микросистемы в предложенном способе производят на постоянном токе. Передача электроэнергии в режиме «точка-точка» позволяет существенно упростить разработку и развитие электрической сети интеллектуальной микросистемы электроснабжения, т.к. при таком построении системы отсутствуют проблемы с координацией уровней токов КЗ, регулированием частоты и активной мощности, регулированием напряжения и реактивной мощности.

На линиях 2-14 электропередачи постоянного тока в данном случае применены дистанционные защиты от повреждений. В отличие от защит оборудования на переменном токе, для которых характерно повышение уровня тока при КЗ, защиты оборудования постоянного тока, включающего DC-DC преобразователи, не могут быть основаны на детектирование больших токов, поскольку конвертеры на постоянном токе характеризуются токами КЗ меньшими, чем рабочие токи. В связи с этим защиты от повышения тока и защиты, основанные на разнице токов, измеряемых с одной стороны двухпроводной линии, оказываются неэффективными при межпроводном КЗ на линии. Для обеспечения надежной защиты цепей при межпроводном КЗ на линии требуется применение дистанционных защит. Областью применения дистанционных защит в настоящее время являются ВЛ 110 кВ и выше. Наличие цифровых линий связи между ПЭБ позволяет применить именно дистанционный метод защиты в цепях линий электропередач между ПЭБ. Для передачи сигналов мгновенных значений токов и напряжений на линии электропередач используется протокол связи соответствующий международному стандарту МЭК 61850-9-2 SampledValues. Применение связей типа "точка-точка" позволяет нивелировать влияние коммуникационной аппаратуры на задержки передачи информации между защитами ПЭБ по разным концам линии электропередач.

В ходе проведения исследования был разработан способ взаимодействия агентов, представляющих ПЭБ микросистемы электроснабжения, обеспечивающий распределенное управление электроснабжением потребителей и реализацию торгов на локальных рынках ЭЭ.

В изображенной на фиг. 1. распределенной микросистеме электроснабжения ВИЭ являются равноправными участниками рынка ЭЭ и стоимость их ЭЭ на локальном рынке определяется в каждый момент времени текущим спросом и предложением.

Рассмотрим случай, когда ПЭБ 1.1 требуется приобрести для своего потребления некоторое количество ЭЭ. Для этого он объявляет аукцион среди смежных ПЭБ 1.2, 1.3 и 1.4 на покупку ЭЭ, с которыми у него есть непосредственная связь. ПЭБ 1.3 и 1.4 являются производителями ЭЭ, ПЭБ 1.2 не имеет источников генерации ЭЭ, но имеет некоторые запасы в своем накопителе, которые он может продать ПЭБ 1.1. Объем передаваемой ЭЭ между ПЭБ ограничен пропускной способностью линий электропередачи. ПЭБ 1.1 начинает аукцион, в ходе которого каждый агент снижает цену до достижения минимальной на данный момент цены ЭЭ для этого ПЭБ. Минимальную цену на текущий момент времени определяют с учетом прогнозируемых графиков потребления в ПЭБ, генерации за счет собственных источников, стоимости ЭЭ по статистическим данным, накопленным в ПЭБ, а также степени заряда АКБ. ПЭБ, начинающий торги, устанавливает время проведения аукциона, в течение которого, выбывший из торгов агент, например, ПЭБ-агент 1.2, может объявить вторичный аукцион со своими «агентами-соседями» (ПЭБ 1.5 и 1.6), которые не были задействованы в первичном аукционе ПЭБ 1.1.

В представленном на фиг. 2 примере проведения аукциона, организованного агентом ПЭБ 1.1, после решения агента начать аукцион, он отправляет сообщение - приглашение соседним агентам, в данном случае это ПЭБ-агенты 1.2, 1.3 и 1.4, принять участие в аукционе. Получив от каждого агента подтверждение или отказ от участия в аукционе, агент-инициатор аукциона принимает решение о старте торгов или о повторе аукциона через некоторый промежуток времени. В рассматриваемом случае все агенты-соседи отправили подтверждения на участие в аукционе. Начинаются торги, в ходе которых каждый агент, исходя из своих возможностей, снижает цену относительно последней предложенной, отправляя предлагаемую цену всем участвующим в аукционе. Агент, который не может дальше снижать цену, выходит из торгов, начиная при этом свой вторичный аукцион. На фиг. 2 это ПЭБ-агент 1.2. Он так же отсылает соседним агентам, не принимающим участие в первичном аукционе (ПЭБ-агенты 1.5 и 1.6), сообщение - приглашение принять участие в его аукционе и ждет ответа от них. При получении хотя бы одного подтверждения начинаются вторичные торги, однако время проведения данного аукциона уменьшается в зависимости от оставшегося времени проведения первичного аукциона. После истечения времени вторичного аукциона, ПЭБ-агент 1.2 отправляет сообщения участникам аукциона о завершении торгов. При этом агент, проигравший торги (в данном случае ПЭБ-агент 1.6), может организовать свой, уже третичный, аукцион, если ему позволяет это сделать оставшееся время вторичного аукциона. Если цена, предлагаемая победителем вторичного аукциона (ПЭБ 1.5), оказалась меньше, чем та, до которой мог опуститься агент-инициатор вторичного аукциона (ПЭБ 1.2) на первичном аукционе, вторичный аукцион считается проведенным успешно, и ПЭБ-агент 1.2 «откладывает» завершение своего вторичного аукциона и возвращается в первичный. После того, как время, отведенное на проведение первичного аукциона, закончится, агент-инициатор (ПЭБ 1.1) отправляет всем участникам сообщение о завершении аукциона. Агенту, предложившему лучшую цену, отправляется сообщение о заключении сделки (в рассмотренном случае ПЭБ-агенту 1.2), который завершает свой вторичный аукцион сделкой с победителем вторичного аукциона, и отправляет согласие агенту-инициатору (ПЭБ 1.1). В случае, когда вторичный аукцион был успешен, но в первичных торгах агент-инициатор (ПЭБ 1.2) вторичного аукциона не смог победить, отправляется сообщение об отмене вторичного аукциона.

Все агенты в данной микросистеме интеллектуальны. Они получают прогноз погоды на ближайшие 24 часа и, при наличии ВИЭ, строят прогнозы генерации ЭЭ, «запоминают» модель потребления владельца ПЭБ и формируют прогноз потребления на ближайшие сутки, а также хранят информацию о проведенных аукционах и корректируют прогноз цен на рынке. Каждый агент решает задачу оптимизации своего режима покупки и продажи ЭЭ на сутки вперед. Критерием оптимальности режима работы является подержание заряда АКБ на необходимом для потребителя уровне и получение максимальной выгоды от торговли ЭЭ.

Целевую функцию алгоритма управления задают уравнением (1).

Штрафную функцию, используемую в процессе оптимизации, увеличивают при снижении прогнозируемого заряда АКБ ниже заданного уровня, а также при превышении максимального уровня заряда.

Прогнозируемый заряд АКБ для каждого часа определяется уравнением (2).

Таким образом, достигается интеллектуализация поведения ПЭБ-агента с оптимизацией стратегии покупки и продажи ЭЭ. Он всегда будет стараться покупать и накапливать дешевую ЭЭ в период избытка предложения (ночной минимум нагрузки, солнечная погода, сильный ветер) для последующего собственного использования ЭЭ в периоды высокой цены предложений на локальном рынке (дневной/вечерний максимумы).

Важно подчеркнуть, что ПЭБ-агенты при взаимодействии друг с другом имеют возможность получения прогноза погоды на следующие сутки, проведения аукционов для покупки ЭЭ на локальных рынках ЭЭ, участия в аукционах для продажи накопленной ЭЭ для получения прибыли. Каждый из ПЭБ-агентов осуществляет прогнозирование цен на ЭЭ и выстраивает свою стратегию поведения для обеспечения бесперебойного электроснабжения своего потребителя, увеличения прибыли (снижения затрат) в суточном цикле регулирования заряда накопителя. Управление микросистемой осуществляют без использования центрального узла принятия решений. Баланс генерации и потребления обеспечивается за счет общения агентов и реализации рыночных механизмов.

Рассмотрим поведение агентов представленной на фиг. 1 мультиагентной микросистемы на примере агента ПЭБ-агента 1.8 с ВИЭ и ПЭБ - агента 1.6-потребителя. Для каждого из них соответственно на фиг. 3, 4 и 5, 6 приведены графики, по которым можно судить о правильности работы мультиагентной системы управления.

ПЭБ-агент 1.8 является производителем ЭЭ, имея солнечные батареи суммарной мощностью 2 кВт. Получив прогноз погоды на следующий день, ПЭБ - агент 1.8 выстраивает свою модель поведения таким образом, чтобы минимизировать затраты на покупку ЭЭ и продавать ЭЭ в пиковые часы. Из фиг. 4 видно, что прибыль данного ПЭБ - агента растет, при этом в моменты времени 0, 2, 3 и т.д. ПЭБ-агент является посредником, т.е. участвует во вторичных аукционах, перепродавая ЭЭ с наценкой.

ПЭБ-агент 1.6 не является агентом-производителем ЭЭ и находится в неблагоприятных условиях, имея всего две связи с другими агентами ПЭБ и среднюю по емкости АКБ. Поэтому данный ПЭБ-агент будет стараться покупать ЭЭ в часы с прогнозируемой низкой ценой, и, если это позволяет уровень заряда АКБ, продавать в период пиковых цен.

Прогнозирование потребления осуществляют на основе целого комплекса факторов, включая ретроспективные данные об энергопотреблении, прогнозы погоды и наблюдения за поведением пользователя. На основе прогноза электропотребления ПЭБ проводит оптимизацию стратегии покупки и продажи ЭЭ для минимизации затрат пользователя. Проведенные исследования подтвердили эффективность распределенной мультиагентной системы управления ПЭБ, которая при наличии электрических связей между ПЭБ и применении накопителей ЭЭ обеспечивает высокую надежность электроснабжения потребителей. Распределенное накопление ЭЭ позволяет разнести во времени процессы производства, купли-продажи ЭЭ и ее фактического потребления. Тем самым достигается возможность внедрения ценозависимого потребления ЭЭ во всех ПЭБ микросистемы электроснабжения.

Таким образом, предложенный способ управления распределенной интеллектуальной микросистемой электроснабжения с ПЭБ характеризуется повышенным качеством управления с достижением бесперебойного электроснабжения потребителей. Способ обеспечивает проактивный синтез стратегии заряда и разряда АКБ в накопителях ЭЭ, а также осуществление эффективных торгов на локальных рынках ЭЭ с оптимизацией закупок ЭЭ.

Литература

[1] US 8571955 В2, G06Q 30/06, 29.10.2013.

[2] WO 2015113637 A1, G06Q 10/06, 06.08.2015.

[3] US 9477248 B2, G05F 3/02, 25.10.2016.

[4] KR 20150051419 A, G06Q 50/06, 13.05.2015 распред. с генет. алг. Байеса.

[5] Волошин А.А., Волошин Е.А., Рогозинников Е.И. Интеллектуальная система электроснабжения на базе персональных энергоблоков. - Электроэнергия передача и распределение, №1 (40), 2017, с. 18-22.

Claims (41)

1. Способ управления распределенной интеллектуальной микросистемой электроснабжения с персональными энергоблоками (ПЭБ), снабженными генерирующими установками в виде возобновляемых источников энергии, накопителями электроэнергии (ЭЭ) в виде аккумуляторных батарей (АКБ) и индивидуальными блоками управления (БУ), согласно которому непрерывно контролируют заряд АКБ с обеспечением необходимого уровня заряда, передачу ЭЭ и обмен информацией между ПЭБ осуществляют в режиме «точка-точка» через соответствующие линии электропередачи и цифровые линии связи, оборудуют линии электропередачи средствами защиты от повреждений, саморегулирование микросистемы выполняют посредством мультиагентной системы взаиморасчетов между ПЭБ с объявлением агентами ПЭБ аукционов среди смежных ПЭБ, при этом в процессе управления микросистемой электроснабжения в каждом ПЭБ

определяют текущий заряд АКБ,

планируют график заряда-разряда АКБ по генетическому алгоритму оптимизации с определением целевой фитнес-функции, предпочтительным значением которой принимают наибольшее значение,

в соответствии с запланированным графиком заряда-разряда АКБ при взаимодействии БУ соседних ПЭБ выбирают и фиксируют направление передачи ЭЭ между ПЭБ,

измеряют объем ЭЭ, переданной по линии электропередачи, отличающийся тем, что

текущий заряд АКБ определяют с учетом ретроспективных данных о количестве и глубине циклов заряда-разряда АКБ,

для подтверждения факта передачи ЭЭ между ПЭБ измеряют уровни тока и напряжения на линии электропередачи и осуществляют обмен информацией между ПЭБ об измеренных значениях,

в процессе обмена ЭЭ между ПЭБ при запланированном заряде АКБ конкретного ПЭБ от внешних источников

с БУ этого ПЭБ передают к БУ соседних ПЭБ сообщения с указанием необходимого объема ЭЭ,

с помощью БУ, принимающих данное сообщение, на соседних ПЭБ в соответствии со своими графиками заряда-разряда АКБ устанавливают стоимость ЭЭ, которую они могут передать, а при последующем обмене сообщениями в ходе конкурсной процедуры постепенно снижают стоимость ЭЭ и устанавливают ее равновесную цену на локальном рынке ЭЭ, образованном соседними ПЭБ, при этом предельный уровень снижения цены определяют в БУ каждого ПЭБ путем последовательного выполнения указанных операций планирования, а в ПЭБ, для которых установившееся значение равновесной цены на своем локальном рынке ЭЭ не позволяет выполнить их собственный план заряда-разряда АКБ, используют конкурсные процедуры для получения ЭЭ на данном локальном рынке при работе в режиме транзита ЭЭ к целевому ПЭБ,

обмен ЭЭ между ПЭБ прекращают при возникновении долговременных отклонений измеренных значений токов по концам линии электропередачи или превышении требуемого для передачи количества ЭЭ,

средства защиты линий электропередачи межу ПЭБ от повреждений выполняют с учетом отсутствия ответвлений на концах линий электропередачи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при планировании графика заряда-разряда АКБ

геном генетического алгоритма представляют массивом целых чисел в диапазоне [-N; N], характеризующих направление и мощность передаваемой ПЭБ ЭЭ в каждый час в течение следующих 24 часов, где N - номинальная пропускная способность линий электропередачи с другими ПЭБ, отрицательные значения массива характеризуют работу ПЭБ в режиме заряда АКБ, а положительные значения - в режиме разряда АКБ;

целевую фитнес-функцию Ф генетического алгоритма задают как

Ф=Σ(П[i]*Ц[i]+Ш[i])23i=0,

где П[i] - предлагаемое генетическим алгоритмом значение и направление передачи ЭЭ на момент времени i,

Ц[i] - прогнозируемая цена за кВт*ч на момент времени i,

Ш [i] - значение штрафной функции на момент времени i;

штрафную функцию увеличивают при снижении прогнозируемого заряда АКБ ниже заданного уровня, а также при превышении максимального уровня заряда;

прогнозируемый заряд АКБ для каждого часа определяют уравнением

З[i]=З[i-1]-H[i]+Г[i]+П[i],

где [i] - прогнозируемый заряд АКБ на момент времени i,

З[i-1] - заряд АКБ на момент времени i-1,

H[i] -прогнозируемое потребление ЭЭ на момент времени i,

Г[i] - прогнозируемая генерация ЭЭ на момент времени i,

П[i] - предлагаемое генетическим алгоритмом значение «поведения» на момент времени i (заряд или разряд АКБ);

после расчета значений целевой функции для всех решений набора решений осуществляют селекцию решений, заключающуюся в отборе лучших решений путем сортировки от наибольшего значения целевой функции к наименьшему, при этом часть решений набора, имеющих наименьшее значение целевой функции, исключают из обработки, а на их место в наборе добавляют новые решения, полученные в результате скрещивания и мутаций, решение, обладающее наибольшим значением целевой функции, принимают в качестве наилучшего решения на текущем этапе расчета и не подвергают его модификации, а в результате проведения модификаций остальных решений получают новый набор решений;

в процессе скрещивания решений производят обмен фрагментами генома произвольной длины между двумя решениями и последующее добавление в набор решения с большим значением целевой функции, при этом скрещивание реализуют в виде замены части генома решений, попавших в первые 50% популяции, отсортированной по убыванию значения целевой функции, на соответствующие фрагменты генома наилучшего на данный момент решения, а мутацию реализуют в виде изменения случайного количества генов решения, максимально трех, на случайные числа из диапазона [-4; 4];

последовательные операции селекции, скрещивания и мутации повторяют до тех пор, пока не будет выполнен один из критериев остановки алгоритма, к которым относят достижение предельного значения числа поколений и отсутствие изменений значения целевой функции наилучшего решения в наборе в течение ряда итераций.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в процессе обмена ЭЭ между ПЭБ последовательно

с БУ ПЭБ-потребителя, нуждающегося в увеличении уровня заряда АКБ, осуществляют широковещательную рассылку сообщений типа REQUEST с указанием необходимого объема ЭЭ и начальной стоимости за кВтч,

с БУ смежных ПЭБ передают ответные сообщения типа INFORM с подтверждением либо с отказом от участия в аукционе на локальном рынке ЭЭ, образованном смежными ПЭБ,

в ходе проведения конкурсных процедур с БУ ПЭБ-участников локального рынка ЭЭ отправляют сообщения типа PROPOSE к БУ всех участвующих в аукционе ПЭБ с постепенным снижением предлагаемой стоимости ЭЭ до истечения срока проведения аукциона,

при невозможности снижения ПЭБ-поставщиком ЭЭ цены, исходя из своего плана работы, с его БУ направляют соответствующие сообщения к смежным с ним ПЭБ и инициируют вторичную конкурсную процедуру закупки ЭЭ на своем локальном рынке ЭЭ,

при возможности по результатам вторичных конкурсных процедур снижения цены ЭЭ ПЭБ-поставщиком в исходной конкурсной процедуре с его БУ сообщают о продолжении участия в исходной конкурсной процедуре,

по окончании исходной конкурсной процедуры с БУ ПЭБ-потребителя направляют запрос типа REQUEST с итоговой ценой и объемом ЭЭ к БУ ПЭБ-поставщика, победившего в данной конкурсной процедуре,

в случае проведения ПЭБ-поставщиком вторичных конкурсных процедур с его БУ отправляют сообщения типа REQUEST к БУ ПЭБ-победителя вторичной конкурсной процедуры,

с БУ ПЭБ-поставщика победителя вторичной конкурсной процедуры направляют сообщение типа AGREE о подтверждении обязательства по передаче ЭЭ за оговоренную цену,

с БУ ПЭБ-поставщика победителя первичной конкурсной процедуры направляют сообщение типа AGREE о подтверждении обязательства по передаче ЭЭ ПЭБ-потребителю,

с БУ соответствующих ПЭБ осуществляют коммутацию цепей для перевода их в режимы приема или передачи ЭЭ.

Images