Способ управления электроснабжением в микроэнергосистеме Российский патент 2024 года по МПК G06Q50/06 G06Q30/08 H02J3/00 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании систем электроснабжения потребителей электроэнергии и управлении ими.

Существует способ управления электрической распределительной сетью (патент РФ, №2019123837, МПК H02J 3/14, опубл. 29.09.2020), включающей пункт управления электрической распределительной сетью, при этом электрическая распределительная сеть включает в себя несколько зон регулировки, причем каждая зона регулировки отдает обменную мощность электрической распределительной сети или забирает у нее, а также, по меньшей мере, одна из зон регулировки имеет генератор, в частности, парк ветровых установок для генерирования мощности генераторов и дополнительно потребителя для забора мощности потребителей.

Недостатком данного технического решения является необходимость в использовании дополнительного оборудования, что усложнит управление и обслуживание всей электрической распределенной сетью, а также снизит надежность сети.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ распределенного электроснабжения в интеллектуальной микросистеме с персональными энергоблоками (ПЭБ) (патент РФ №2684482, МПК G06Q 50/06, опубл. 09.04.2019), согласно которому в каждом ПЭБ электроэнергию вырабатывают возобновляемыми источниками энергии, представляющими собой генерирующие установки, и хранят ее в накопителе, выполненном в виде аккумуляторных батарей (АКБ), заряд АКБ контролируют контроллером, прием и передачу электроэнергии осуществляют с помощью блока ввода-вывода электроэнергии, выполненного в виде конвертора DC-DC, а питание локальных нагрузок - через соответствующие инверторы, обмен электроэнергией с другими ПЭБ производят через линии электропередачи, а обмен информацией между ПЭБ и управление ими - по цифровым линиям связи, управление каждым ПЭБ осуществляют индивидуальным блоком управления (БУ) с обеспечением необходимого уровня заряда АКБ.

Недостатком данного технического решения является необходимость использования конверторов DC-DC для осуществления передачи электроэнергии между ПЭБ, необходимость наличия накопителя электроэнергии в каждом устройстве ПЭБ.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение эффективного управления электроснабжением потребителей в распределительных электрических сетях переменного тока при наличии в системе электроснабжения генерирующих установок на основе возобновляемых источников энергии и накопителей электроэнергии.

Технический результат заключается в повышении надежности систем электроснабжения потребителей электроэнергии, включающих в свой состав генерирующие установки на основе возобновляемых источников энергии и накопители электроэнергии.

Это достигается тем, что в известном способе управления распределительными электрическими сетями (микроэнергосистемами), заключающемся в установке промышленных компьютеров для запуска агентов мультиагентной системы и контроллеров оборудования PLC в узлах системы электроснабжения (микроэнергосистемы), согласно изобретению, агенты мультиагентной системы автоматически обнаруживают других агентов в той же сети для организации локального рынка электроэнергии и системных услуг, планируют режим работы своего узла с учетом состава управляемого оборудования, прогнозов выработки электроэнергии, прогнозов потребления электроэнергии и прогнозов стоимости электроэнергии и услуг на локальном рынке, проводят аукционы по покупке электроэнергии и системных услуг, заключают контракты на передачу электроэнергии и выполнение системных услуг, контролируют ход выполнения контрактов по данным измерительных устройств.

Кроме того, проводят на локальном рынке одноступенчатые аукционы английского типа для определения агента, обеспечивающего поставку электроэнергии или предоставление услуг по наименьшей цене.

Кроме того, заключают контракты между одним агентом покупателем электроэнергии и системных услуг и несколькими агентами поставщиками электроэнергии и системных услуг в порядке увеличения их ценового предложения до достижения требуемого агенту покупателю объема поставки электроэнергии и системных услуг.

Кроме того, отделяют выполнение алгоритмов регуляторов управления силовыми устройствами от проведения аукционов, обеспечивают возможность корректировки параметров этих регуляторов на основе прогнозов генерации и потребления электроэнергии, стоимости электроэнергии и системных услуг.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена система электроснабжения с возобновляемыми источниками энергии, накопителями электроэнергии, энергороутером, дизельным генератором, трансформатором с РПН, устройством компенсации реактивной мощности и двумя подключениями к энергосистемам, контроллерами оборудования PLC, на фиг. 2 приведена схема устройства управления для отдельных устройств системы электроснабжения, включающая промышленный компьютер, контроллеры оборудования PLC и программные модули, выполняемые в них.

Схема по фиг. 1 содержит устройства генерации и потребления электроэнергии, а именно: Энергосистему «Система 1» (1), батарею статических конденсаторов «БСК» (2), четырнадцать силовых выключателей (3-1, … 3-14), трансформатор с РПН «Т с РПН» (4), электрическую шину для подключения потребителей электроэнергии (5), причем Энергосистема «Система 1» (1), батарея статических конденсаторов «БСК» (2), силовой выключатель (3-1), трансформатор с РПН «Т с РПН» (4), силовой выключатель (3-2) и электрическая шина для подключения потребителей электроэнергии (5) соединены последовательно. К электрической шине (5) через силовые выключатели (3-3, … 3-10) подключены управляемая нагрузка «УН1» (6), управляемая нагрузка «УН2» (7), неуправляемая нагрузка «Н1» (8) и неуправляемая нагрузка «Н2» (9), комбинированное устройство потребителей с собственной генерацией «Просьюмер 1» (10) в составе: последовательно соединенных силового выключателя (3-11), инвертора «Инвертор 1» (11), аккумуляторной батареи АКБ1 (12), выпрямителя (13) и ветроэнергетической установки «ВЭУ» (14) и последовательно соединенных силового выключателя (3-12) и неуправляемой нагрузки «Н3» (15); комбинированное устройство потребителей с собственной генерацией «Просьюмер 2» (16) в составе: последовательно соединенных силового выключателя (3-13), инвертора «Инвертор 2» (17) и солнечной энергетической установки «СЭУ» (18) и последовательно соединенных силового выключателя (3-14) и управляемой нагрузки «УН3» (19); дизельный генератор «ДГУ» (20), а также система накопления электроэнергии в составе: последовательно соединенных инвертора «Инвертор 3» (21) и аккумуляторной батареи «АКБ2» (22). Также к электрической шине (5) подключены последовательно соединенные вставка постоянного тока низкого напряжения «Энергороутер» (23) и энергосистема «Система 2» (24). Схема содержит программируемые логические контроллеры управления оборудованием «PLC» (25-1, … 25-18) и промышленные компьютеры для запуска мультиагентной системы «Агент 1» - «Агент 12» (26-37). Промышленные компьютеры (26-37) соединены в электрическую цепь к общей электрической шине, а программируемые логические контроллеры управления оборудованием «PLC» (25-1, … 25-18) подключены к промышленным компьютерам «Агент 1» - «Агент 12» (26-37) по последовательным интерфейсам передачи данных, промышленные компьютеры «Агент 1» - «Агент 12» (26-37) подключены друг к другу через общую сеть передачи данных. Программируемые логические контроллеры управления оборудованием «PLC» (25-1, … 25-18) подключены посредством каналов связи к своему управляемому силовому оборудованию. У каждого управляемого силового оборудования расположены измерительные устройства (38-55). Красной пунктирной линией на фиг. 1 обозначены каналы связи между агентами одной сети. Синей пунктирной линией на фиг. 1 обозначены каналы связи между агентом и контроллерами устройств. Зеленой пунктирной линией на фиг. 1 обозначены каналы связи между мультиагентными системами разных сетей.

Схема на фиг. 2 содержит: промышленный компьютер (аналогичен 26-37 фиг. 1) для запуска агентов мультиагентной системы и пользовательского интерфейса устройства, программируемые логические контроллеры оборудования PLC для подключения к дискретным и аналоговым цепям управляемого ими оборудования (аналогичны 25-1, … 25-18 фиг. 1). Промышленный компьютер содержит контейнер мультиагентной системы, содержащий агенты (56)с набором поведений (57-61), шлюз (62) для взаимодействия с PLC оборудования, GUI (63) для взаимодействия с пользователем, базу данных (64) для хранения состояний системы. Основным набором поведений агента является автообнаружение (57), проведение торгов в слоях (58), определение уставок регуляторов (59), журналирование (60), обмен с окружением (61).

Способ управления распределительными электрическими сетями (микроэнергосистемами) осуществляется следующим образом.

Агенты мультиагентной системы, запускаемые на промышленных компьютерах (26-37), через сеть передачи данных автоматически обнаруживают друг друга для дальнейшей коммуникации.

Агенты осуществляют прогнозирование выработки и потребления электроэнергии и планирование собственного поведения: покупка или продажа электроэнергии, предоставление сетевых услуг (обеспечение надежности электроснабжения, обеспечение качества электроэнергии, восстановление сети после сбоя) посредством заложенных стандартных алгоритмов, которые известны из области техники и в настоящем описании подробно не рассматриваются.

Агенты проводят между собой торги электроэнергией и системными услугами на локальном рынке электроэнергии и услуг с использованием аукционов для определения наименьшей цены электроэнергии и услуг.

Одним из применяемых видов аукционов является английский аукцион. Данный вид аукциона предполагает наличие базовой цены за предмет договора, который устанавливает инициатор аукциона. Далее цена изменяется ставками участников аукциона (поставщики услуг). В зависимости от типа контракта аукцион может быть прямой - на увеличение цены или обратный - на понижение цены. Изменение цены происходит до тех пор, пока не останется один победитель, а его ставку не смогут перебить другие участники. Агент формирует стратегию ставок в зависимости от представляемого оборудования и накопленных данных с предыдущих аукционов. Обычно такие аукционы происходят в несколько кругов. В один круг все делают ставки. После ставки последнего участника начинается новый круг. На новом круге участники решают выйти из аукциона или сделать новую ставку. Одноранговым считается аукцион, в котором победитель определяется по результатам одного круга, а ставки делаются в закрытую и публикуются после ставки последнего участника.

После завершения аукциона агенты (организатор и победитель аукциона) заключают между собой контракты на поставку электроэнергии и предоставление сетевых услуг.

Можно выделить следующие типовые контракты:

- контракт между агентом нагрузки и агентом просьюмера на поставку 3 кВт*ч в течение одного часа;

- контракт между агентом просьюмера (см. предыдущий пункт) и агентом АКБ на запас по мощности в размере 5 кВт в течение трех часов;

- контракт между агентом нагрузки и агентом инвертора на услугу поддержания частоты или напряжения в течение двух часов;

- контракт между всеми участниками, после аварии. Предмет контракта - очередность включений.

Контракты между одним агентом-покупателем электроэнергии и системных услуг и несколькими агентами-поставщиками электроэнергии и системных услуг заключают в порядке увеличения их ценового предложения до достижения требуемого агенту-покупателю объема поставки электроэнергии и системных услуг.

Агент передает команды управления силовым оборудованием одному или нескольким соответствующим контроллерам оборудования PLC (25-1, … 25-18) в соответствии с условиями заключенных контрактов.

Контроллеры оборудования PLC (25-1, … 25-18) осуществляют управление коммутационными аппаратами (управляемые выключатели, контакторы, пусковые органы дизельных или бензиновых генераторов) и запуск регуляторов управления силовым оборудования по параметрам, полученным от агента, и передает команды управления оборудованием в силовое оборудование (инвертор, контроллер заряда и др.). Контроллер (25-1, … 25-18) в автоматическом режиме контролирует работу силового оборудования в режиме реального времени. Контроль хода выполнения контрактов происходит по данным измерительных устройств (38-55).

Способ характеризуется отделением выполнения алгоритмов регуляторов управления силовыми устройствами от проведения аукционов для обеспечения надежного выполнения функций автоматики, реагирующих на быстрые изменения параметров, и обеспечения возможности корректировки параметров этих регуляторов на основе прогнозов генерации и потребления электроэнергии, стоимости электроэнергии и системных услуг.

Экспериментально установлено, что предложенный способ обеспечивает автоматическое управление устройствами в микроэнергосистеме для обеспечения надежного электроснабжения в нормальных и аварийных режимах.

Использование изобретения позволяет снизить затраты на наладку оборудования микроэнергосистемы за счет самонастройки и самоконфигурации устройств распределенной системы управления, повысить надежность электроснабжения потребителей в микроэнергосистеме за счет планирования поведения устройств с учетом прогнозов генерации и потребления электроэнергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании систем электроснабжения потребителей электроэнергии и управлении ими. Технический результат заключается в повышении надежности систем электроснабжения потребителей электроэнергии, включающих в свой состав генерирующие установки на основе возобновляемых источников энергии и накопители электроэнергии. В способе управления электроснабжением в микроэнергосистеме используют промышленные компьютеры, выполненные с функцией запуска и управления агентами мультиагентной системы, саморегулирование микроэнергосистемы выполняют посредством мультиагентной системы с объявлением агентами аукционов, с помощью промышленных компьютеров прогнозируют выработку и потребление электроэнергии, планирование поведения обеспечения электроснабжения, противоаварийное управление, на основании чего обеспечивают электроэнергией потребителей до требуемого объема и качества поставки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления электроснабжением в микроэнергосистеме с генерирующими установками и накопителями электроэнергии, в котором устанавливают промышленные компьютеры, выполненные с функцией запуска и управления агентами мультиагентной системы, саморегулирование микроэнергосистемы выполняют посредством мультиагентной системы с объявлением агентами аукционов, отличающийся тем, что с использованием промышленных компьютеров осуществляют подключение к электрической шине по меньшей мере одной энергосистемы с генерирующими установками и потребителями электроэнергии через силовые выключатели, при этом промышленные компьютеры выполняют с контейнером мультиагентной системы, содержащим шлюз для взаимодействия с программируемыми логическими контроллерами управления оборудованием, графический интерфейс для взаимодействия с пользователем, базу данных для хранения состояний микроэнергосистемы, и снабжают агентами с набором поведений, включающим автообнаружение других агентов, проведение торгов, определение уставок регуляторов, журналирование, обмен с окружением, программируемые логические контроллеры управления оборудованием подключают к промышленным компьютерам по последовательным интерфейсам передачи данных, которые подключают друг к другу через общую сеть передачи данных, при этом программируемые логические контроллеры подключают посредством каналов связи к своему управляемому силовому оборудованию, у которого устанавливают измерительные устройства, при запуске промышленных компьютеров через сеть передачи данных осуществляют их взаимное обнаружение для дальнейшей коммуникации, с помощью промышленных компьютеров прогнозируют выработку и потребление электроэнергии, планирование поведения обеспечения электроснабжения, противоаварийное управление, на основании чего обеспечивают электроэнергией по меньшей мере одного потребителя до требуемого объема и качества поставки, при этом контроллерами управления оборудованием осуществляют управление коммутационными аппаратами и запуск регуляторов управления силовым оборудования по параметрам, полученным от промышленного компьютера, передают команды управления силовым оборудованием одному или нескольким соответствующим контроллерам управления оборудованием, в автоматическом режиме контролируют работу силового оборудования в режиме реального времени, контроль обеспечения электроэнергией осуществляют по данным измерительных устройств.

2. Способ управления электроснабжением в микроэнергосистеме по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают электроэнергией по крайней мере одного потребителя от нескольких генераторов.

3. Способ управления электроснабжением в микроэнергосистеме по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно подключают по меньшей мере одну энергосистему с генерирующими установками.

4. Способ управления электроснабжением в микроэнергосистеме по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно подключают по меньшей мере одну энергосистему с потребителями электроэнергии с собственной генерацией или свободными от подключения к собственной генерации.

5. Способ управления электроснабжением в микроэнергосистеме по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют подключение к электрической шине потребителей электроэнергии с собственной генерацией.