Аннотация Фотоэлектрлік электр энергиясын өндірудің жоғары үлесі энергетикалық жүйенің тұрақтылығына жағымсыз әсер етеді және энергияны сақтау осы әсерлерді жоюдың тиімді құралдарының бірі болып саналады. Бұл жұмыс энергия ағыны тұрғысынан фотоэлектрлік электр энергиясын өндірудің электр жүйесіне әсерін талдайды, содан кейін әсерді тежеуге энергияны сақтаудың әсерін талдайды. Біріншіден, ықтималдықты бөлу моделі және энергетикалық жүйедегі компоненттердің энергияны сақтау моделі енгізілді, ал латын гиперкубтық үлгілеу әдісі және грам-Шмидт реттілігін қалыпқа келтіру әдісі енгізіледі. Екіншіден, көп мақсатты оңтайландыру моделі құрылды, ол энергияны сақтау жүйесінің құнын, салалық электр ағынының шектен тыс ықтималдығын және электр желісінің желілік жоғалуын қарастырды. Мақсат функциясының оңтайлы шешімі генетикалық алгоритм арқылы алынды. Соңында, модельдеу IEEE24 түйінінің сынақ жүйесінде әртүрлі фотоэлектрлік қол жеткізу сыйымдылығы мен қуат жүйесіне қол жеткізу орнының әсерін және энергияны сақтаудың қуат жүйесіне әсерін және әртүрлі фотоэлектрлік қуаттарға сәйкес келетін энергияны сақтаудың оңтайлы конфигурациясын талдау үшін жүзеге асырылады. алынады.

Негізгі сөздер фотоэлектрлік электр энергиясын өндіру; Энергияны сақтау жүйесі; Оңтайландырылған конфигурация; Ықтималдық қуат ағыны; Генетикалық алгоритм (ga)

Фотоэлектрлік электр энергиясын өндіру жасыл қоршаған ортаны қорғаудың және жаңартылатын энергияның артықшылықтарына ие және ең әлеуетті жаңартылатын энергияның бірі болып саналады. 2020 жылға қарай Қытайдың фотоэлектрлік электр энергиясын өндірудің жиынтық орнатылған қуаты 253 миллион кВт-қа жетті. Кең ауқымды PV қуатының үзілістері мен белгісіздігі қуат жүйесіне әсер етеді, оның ішінде қырынудың шыңы, тұрақтылық және жарықтың жойылуы мәселелері және желі осы мәселелерді шешу үшін икемді шаралар қабылдауы керек. Энергияны сақтау бұл мәселелерді шешудің тиімді жолы болып саналады. Энергияны сақтау жүйесін қолдану ауқымды фотоэлектрлік желіні қосу үшін жаңа шешімді әкеледі.

Қазіргі уақытта фотоэлектрлік электр энергиясын өндіру, энергия сақтау жүйесі және үйде және шетелде ықтималдық қуат ағыны бойынша көптеген зерттеулер бар. Көптеген әдебиеттік зерттеулер энергияны сақтау фотоэлектрді пайдалану жылдамдығын жақсартуға және фотоэлектрлік желіге қосылудың тұрақтылығын шеше алатынын көрсетеді. Жаңа электр станциясындағы энергияны сақтау жүйесінің конфигурациясында оптикалық сақтау мен желді сақтаудың басқару стратегиясына ғана емес, сонымен қатар энергия сақтау жүйесінің үнемділігіне де назар аудару керек. Сонымен қатар, электр жүйесіндегі бірнеше энергия жинақтаушы электр станцияларын оңтайландыру үшін энергия жинақтаушы электр станцияларының жұмысының экономикалық моделін, фотоэлектрлік беру арналарының бастапқы және соңғы нүктелерін таңдау орнын таңдау қажет. энергия сақтау орнын таңдау. Дегенмен, энергия сақтау жүйесінің оңтайлы конфигурациясы бойынша жүргізіліп жатқан зерттеулер энергия жүйесіне ерекше әсер етуді қарастырмайды, ал көп нүктелі жүйе бойынша зерттеулер кең ауқымды оптикалық сақтаудың жұмыс сипаттамаларын қамтымайды.

Жел энергиясы және фотоэлектрлік энергия сияқты белгісіз жаңа энергияны өндірудің ауқымды дамуымен энергетикалық жүйенің жұмысын жоспарлауда энергия жүйесінің қуат ағынын есептеу қажет. Мысалы, әдебиеттерде жел энергиясы бар энергетикалық жүйедегі энергияны сақтаудың оңтайлы орналасуы мен қуатын бөлу зерттеледі. Сонымен қатар, қуат ағынын есептеу кезінде көптеген жаңа энергия көздері арасындағы корреляцияны да ескеру қажет. Дегенмен, жоғарыда аталған барлық зерттеулер энергия ағынының детерминирленген әдістеріне негізделген, олар жаңа энергия генерациясының белгісіздігін ескермейді. Әдебиеттер жел энергиясының белгісіздігін қарастырады және энергия сақтау жүйесінің учаскесін таңдауды оңтайландыру үшін қуат ағынының ықтималдық оңтайлы әдісін қолданады, бұл жұмыс экономикасын жақсартады.

Қазіргі уақытта ғалымдар тарапынан әртүрлі ықтималдық қуат ағынының алгоритмдері ұсынылды және әдебиеттерде Монте-Карлоның модельдеу әдісіне негізделген сызықты емес ықтималдық қуат ағынының деректерін іздеу әдістері ұсынылды, бірақ Монте-Карло әдісінің уақытылылығы өте нашар. Әдебиеттерде энергия сақтау орнын зерттеу үшін ықтималдық оптималды қуат ағынын пайдалану ұсынылады және 2 м нүктелік әдіс қолданылады, бірақ бұл әдістің есептеу дәлдігі идеалды емес. Бұл жұмыста қуат ағынын есептеуде латын гиперкубтық сынама алу әдісінің қолданылуы зерттеледі, ал латын гиперкубтық сынама алу әдісінің артықшылығы сандық мысалдар арқылы суреттеледі.

Жоғарыда келтірілген зерттеулерге сүйене отырып, бұл жұмыста электр қуатының ықтималдық ағыны әдісі кең ауқымды фотоэлектрлік электр энергиясын өндірумен энергетикалық жүйеде энергия сақтауды оңтайлы бөлуді зерттеу үшін қолданылады. Біріншіден, ықтималдықты бөлу моделі және энергетикалық жүйедегі компоненттердің латын гиперкубтық іріктеу әдісі енгізілген. Екіншіден, энергияны сақтау құнын, шектен асатын қуат ағынын және желінің жоғалуын ескере отырып, көп мақсатты оңтайландыру моделі құрылады. Соңында симуляциялық талдау IEEE24 түйіндік сынақ жүйесінде жүзеге асырылады.

1. Ықтималды қуат ағынының моделі

1.1 Компоненттердің белгісіздік моделі

Фотоэлектрлік, жүктеме және генератор – белгісіздігі бар кездейсоқ шама. Тарату желісінің ықтималдық қуат ағынын есептеуде әдебиетте ықтималдық моделі түсіндіріледі. Тарихи деректерді талдау арқылы фотоэлектрлік электр энергиясын өндірудің шығыс қуаты BETA таралуына сәйкес келеді. Жүктеме қуатының ықтималдық үлестіріміне сәйкес жүк қалыпты таралудан кейін болады деп болжанады және оның ықтималдық тығыздығының таралу функциясы

Сурет (1)

Where, Pl is the load power; μ L and σ L are the expectation and variance of load respectively.

Генератордың ықтималдық моделі әдетте екі нүктелік үлестірімді қабылдайды және оның ықтималдық тығыздығының таралу функциясы болып табылады

(2)

Where, P is the probability of normal operation of generator; PG is the output power of the generator.

When the light is sufficient at noon, the active power of the photovoltaic power station is large, and the power that is difficult to use in time will be stored in the energy storage battery. When the load power is high, the energy storage battery will release the stored energy. The instantaneous energy balance equation of the energy storage system is

Зарядтау кезінде

(3)

Шығарылған кезде

(4)

Шектеу

Суреттер,

Суреттер,

Сурет, сурет

Мұндағы, St – Т уақытында жинақталған энергия; Pt – энергияны сақтаудың зарядтау және разрядтық қуаты; SL және SG сәйкесінше зарядтау және зарядсыздандыру энергиясы болып табылады. η C және η D сәйкесінше зарядтау және разрядтау тиімділігі. Ds – энергияның жинақталуының өздігінен разряд жылдамдығы.

1.2 Латын гиперкубтық сынама алу әдісі

Белгісіз факторлар кезінде жүйенің қуат ағынын талдау үшін қолдануға болатын модельдеу әдісі, шамамен әдіс және аналитикалық әдіс бар. Монте-Карло симуляциясы ықтималдық қуат ағынының алгоритмдеріндегі ең дәл әдістердің бірі болып табылады, бірақ оның уақытылылығы жоғары дәлдікпен салыстырғанда төмен. Төмен іріктеу уақыттары жағдайында бұл әдіс әдетте ықтималдықты бөлу қисығының құйрығын елемейді, бірақ дәлдікті жақсарту үшін сынама алу уақытын ұлғайту қажет. Латын гиперкубының іріктеу әдісі бұл мәселені болдырмайды. Бұл іріктеу нүктелерінің ықтималдық үлестірімін тиімді көрсететінін және іріктеу уақыттарын тиімді қысқартуын қамтамасыз ететін иерархиялық іріктеу әдісі.

1-суретте 10-нан 200-ге дейінгі іріктеу уақытымен латын гиперкубтық сынама әдісі мен Монте-Карло модельдеу әдісінің күтуі мен дисперсиясы көрсетілген. Екі әдіспен алынған нәтижелердің жалпы үрдісі төмендеуде. Дегенмен, монте-Карло әдісімен алынған күту мен дисперсия өте тұрақсыз және бірнеше модельдеу арқылы алынған нәтижелер бірдей іріктеу уақытында бірдей емес. Латын гиперкубының сынама алу әдісінің дисперсиясы сынама алу уақытының ұлғаюымен тұрақты түрде төмендейді, ал салыстырмалы қателік сынама алу уақыты 5-ден жоғары болған кезде 150%-дан азаяды. Латын гиперкубының сынама алу әдісінің сынама алу нүктесі екенін атап өткен жөн. Y осіне қатысты симметриялы, сондықтан оның күтілетін қателігі 0-ге тең, бұл да оның артықшылығы.

Сурет

ІНЖІР. 1 MC және LHS арасындағы әртүрлі сынама алу уақыттарын салыстыру

Латындық гиперкубтық сынама алу әдісі – қабатты таңдау әдісі. Енгізілген кездейсоқ шамалардың таңдамалы генерациялау процесін жақсарту арқылы іріктеу мәні кездейсоқ шамалардың жалпы таралуын тиімді көрсете алады. Сынама алу процесі екі кезеңге бөлінеді.

(1) Сынама алу

Xi (I = 1, 2,… ,m) – m кездейсоқ шама, ал іріктеу уақыты N, суретте көрсетілгендей. 2. Xi ықтималдығының жинақталған таралу қисығы тең аралықпен және қабаттасусыз N интервалына бөлінеді, әрбір интервалдың ортасы Y ықтималдығының дискретизация мәні ретінде таңдалады, содан кейін Xi= p-1 (Yi) іріктеу мәні болады. кері функцияны қолдану арқылы есептеледі, ал есептелген Xi кездейсоқ шаманың іріктеу мәні болып табылады.

Сурет

2-сурет LHS схемалық диаграммасы

(2) Орын ауыстырулар

(1)-ден алынған кездейсоқ шамалардың іріктеу мәндері дәйекті түрде орналасады, сондықтан m кездейсоқ шама арасындағы корреляция 1-ге тең, оны есептеу мүмкін емес. Кездейсоқ шамалардың іріктеу мәндері арасындағы корреляцияны азайту үшін Грам-Шмидт реттілігін ортогоналдау әдісін қолдануға болады. Біріншіден, K×M ретті I=[I1, I2…, IK]T матрицасы құрылады. Әрбір жолдағы элементтер 1-ден M-ге дейін кездейсоқ реттелген және олар бастапқы кездейсоқ шаманың іріктеу мәнінің орнын көрсетеді.

Оң итерация

Сурет

Кері итеративті

Сурет

«Сурет» тағайындауды, алып тастау(Ik,Ij) Ik=a+bIj сызықтық регрессиядағы қалдық мәнді есептеуді білдіреді, rank(Ik) Ik бағдарындағы элементтердің реттік саны арқылы құрылған жаңа векторды кішіден үлкенге қарай көрсетеді.

Екі жақты итерациядан кейін корреляцияны білдіретін ρ RMS мәні азаймайынша, әрбір кездейсоқ шаманың ауыстырудан кейінгі позициялық матрицасы алынады, содан кейін ең аз корреляцияға ие кездейсоқ шамалардың ауыстыру матрицасын алуға болады.

(5)

Мұндағы сурет Ik және Ij арасындағы корреляция коэффициенті, cov – ковариация, ал VAR – дисперсия.

2. Энергияны сақтау жүйесінің көп мақсатты оңтайландыру конфигурациясы

2.1 Мақсаттық функция

Энергия сақтау жүйесінің қуаты мен сыйымдылығын оңтайландыру үшін энергия сақтау жүйесінің құнын, қуаттың шектеусіз ықтималдығын және желінің жоғалуын ескере отырып, көп мақсатты оңтайландыру функциясы белгіленеді. Әрбір көрсеткіштің әртүрлі өлшемдеріне байланысты әр көрсеткіш бойынша ауытқуды стандарттау жүргізіледі. Ауытқуды стандарттаудан кейін әртүрлі айнымалылардың байқалатын мәндерінің мән диапазоны (0,1) арасында болады, ал стандартталған деректер бірліксіз таза шамалар болады. Нақты жағдайда әрбір көрсеткішке екпін беруде айырмашылықтар болуы мүмкін. Әрбір көрсеткішке белгілі бір салмақ берілсе, әртүрлі екпіндерді талдап, зерделеуге болады.

(6)

Мұндағы, w – оңтайландырылатын индекс; Wmin және wmax стандарттаусыз бастапқы функцияның минимумы және максимумы болып табылады.

Мақсат функциясы болып табылады

(7)

Формуладағы λ1 ~ λ3 салмақ коэффициенттері, Eloss, PE және CESS стандартталған салалық желі жоғалуы, саланың белсенді қуатты қиылысу ықтималдығы және энергияны сақтауға инвестиция құны сәйкесінше.

2.2 Генетикалық алгоритм

Генетикалық алгоритм – табиғатта ең мықтының тіршілігінің генетикалық және эволюциялық заңдылықтарына еліктеу арқылы құрылған оңтайландыру алгоритмінің бір түрі. Ол алдымен кодтау, бастапқы популяцияның әрқайсысы жеке тұлға атынан кодтау (мәселенің мүмкін шешімі), сондықтан әрбір орындалатын шешім генотиптің фенотипін өзгертуге арналған, әрбір индивид үшін табиғат заңдарына сәйкес таңдауды қолға алу және іріктеу. әрбір ұрпақ келесі ұрпаққа есептеу ортасының күшті жеке тұлғаға бейімделуі үшін, жеке тұлғаның қоршаған ортаға ең бейімделгеніне дейін, Декодтаудан кейін бұл мәселенің шамамен оңтайлы шешімі болып табылады.

Бұл жұмыста фотоэлектрлік және энергияны сақтауды қамтитын қуат жүйесі алдымен ықтималдық қуат ағынының алгоритмімен есептеледі және алынған деректер мәселені шешу үшін генетикалық алгоритмнің кіріс айнымалысы ретінде пайдаланылады. Есептеу процесі 3-суретте көрсетілген, ол негізінен келесі қадамдарға бөлінген:

Сурет

FIG. 3 Algorithm flow

(1) Енгізу жүйесі, фотоэлектрлік және энергияны сақтау деректері және латын гиперкуб үлгісін алу және Грам-Шмидт реттілігін ортогонализациялау;

(2) Таңдалған деректерді қуат ағынын есептеу үлгісіне енгізу және есептеу нәтижелерін жазу;

(3) Шығару нәтижелері сынама мәніне сәйкес келетін бастапқы популяцияны құру үшін хромосомамен кодталды;

(4) Популяциядағы әрбір жеке адамның жарамдылығын есептеңіз;

(5) популяцияның жаңа буынын шығару үшін таңдау, айқастыру және мутациялау;

(6) Талаптардың орындалғанын бағалаңыз, егер орындалмаса, қайтару қадамы (4); Иә болса, оңтайлы шешім декодтаудан кейін шығарылады.

3. Мысал талдау

Ықтималды қуат ағыны әдісі суретте көрсетілген IEEE24-түйін сынақ жүйесінде имитацияланған және талданған. 4, онда 1-10 тораптардың кернеу деңгейі 138 кВ, ал 11-24 түйіндердің кернеуі 230 кВ.

Сурет

4-сурет IEEE24 түйінінің сынақ жүйесі

3.1 Фотоэлектр станциясының электр жүйесіне әсері

Энергия жүйесіндегі фотоэлектр станциясы, энергожүйенің орналасуы мен қуаты түйіннің кернеуіне және тармақтың қуатына әсер етеді, сондықтан электр желісі үшін энергия сақтау жүйесінің әсерін талдаудан бұрын бұл бөлімде алдымен фотоэлектрлік қуаттың әсері талданады. Бұл жұмыста жүйедегі станция, жүйеге фотоэлектрлік қол жеткізу, ықтималдық шегінің тенденциясы, желінің жоғалуы және т.б. симуляциялық талдау жүргізілді.

Суреттен көрініп тұрғандай. 5(а) тармағына сәйкес, фотоэлектр станциясы қосылғаннан кейін, тармақты қуат ағынының шектен тыс шегі бар түйіндер келесідей болады: түйін түйінін теңестіру үшін 11, 12, 13, 23, 13, түйін кернеуі және фазалық бұрыш берілген, тұрақты электр желісінің қуат теңгерімінің әсері, 11, 12 және 23-тің орнына тікелей қосылған, нәтижесінде бірнеше тораптар азырақ және көбірек қуат ықтималдығын шектейді, фотоэлектр станциясы баланстық әсермен түйінге қол жеткізеді энергетикалық жүйенің әсері.

Сурет

Figure 5. (a) sum of power flow off-limit probability (b) node voltage fluctuation (c) total system network loss of different PV access points

Қуат ағынының асып кетуінен басқа, бұл жұмыс суретте көрсетілгендей, фотоэлектрдің түйін кернеуіне әсерін талдайды. 5(b). Салыстыру үшін 1, 3, 8, 13, 14, 15 және 19 түйіндерінің кернеу амплитудаларының стандартты ауытқулары таңдалады. Тұтастай алғанда, фотоэлектр станцияларының электр желісіне қосылуы түйіндердің кернеуіне үлкен әсер етпейді, бірақ фотоэлектр станциялары а-түйіндерінің және олардың жақын орналасқан түйіндерінің кернеуіне үлкен әсер етеді. Сонымен қатар, есептеу үлгісімен қабылданған жүйеде салыстыру арқылы фотоэлектр станциясының түйін түрлеріне қол жеткізуге қолайлы екендігі анықталды: ① кернеу дәрежесі жоғары түйіндер, мысалы, 14, 15, 16 және т.б., кернеу дерлік өзгермейді; (2) генераторлар немесе реттеу камералары қолдайтын түйіндер, мысалы, 1, 2, 7 және т.б.; (3) желідегі кедергі түйіннің соңында үлкен.

PV кіру нүктесінің қуат жүйесінің жалпы желілік жоғалуына әсерін талдау үшін бұл жұмыс 5(c) суретте көрсетілгендей салыстыруды жасайды. Көріп отырғанымыздай, үлкен жүктеме қуаты бар және қоректендіру көзі жоқ кейбір түйіндер PV электр станциясына қосылмаса, жүйенің желілік шығыны азаяды. Керісінше, 21, 22 және 23 түйіндері орталықтандырылған электр энергиясын беру үшін жауап беретін қуат көзі болып табылады. Осы тораптарға қосылған фотоэлектр станциясы үлкен желінің жоғалуына әкеледі. Сондықтан, PV электр станциясының кіру нүктесін қуаттың қабылдау жағында немесе үлкен жүктемесі бар түйінде таңдау керек. Бұл кіру режимі жүйенің қуат ағынының таралуын теңестіре алады және жүйенің желілік жоғалуын азайтады.

Жоғарыда келтірілген нәтижелерді талдаудағы үш факторға сүйене отырып, осы жұмыста фотоэлектр станциясының кіру нүктесі ретінде 14 түйін алынады, содан кейін әртүрлі фотоэлектрлік электр станцияларының қуаттылықтарының электр жүйесіне әсері зерттеледі.

6(а) суретте фотоэлектрлік қуаттың жүйеге әсері талданады. Әрбір тармақтың белсенді қуатының стандартты ауытқуы фотоэлектрлік қуаттың жоғарылауымен өсетінін және екеуінің арасында оң сызықтық байланыс бар екенін көруге болады. Суретте көрсетілген бірнеше тармақтарды қоспағанда, басқа тармақтардың стандартты ауытқулары барлығы 5-тен аз және сызбаның ыңғайлылығы үшін еленбейтін сызықтық қатынасты көрсетеді. Фотоэлектрлік желіге қосылу фотоэлектрлік кіру нүктесімен немесе іргелес тармақтармен тікелей қосылған қуатқа үлкен әсер ететінін көруге болады. Шектеулі электр беру желісінің берілуіне байланысты, құрылыс пен инвестиция көлемінің электр жеткізу желілері үлкен, сондықтан фотоэлектр станциясын орнату, тасымалдау мүмкіндігін шектеуді ескеру керек, желіге ең жақсы жерге жетуге ең аз әсерді таңдау керек, сонымен қатар, фотоэлектр станциясының ең жақсы қуатын таңдау бұл әсерді азайту үшін маңызды рөл атқарады.

Сурет

6-сурет. (a) Тармақтағы белсенді қуат стандартының ауытқуы (b) тармақтық қуат ағынының шектен тыс ықтималдығы (c) әртүрлі фотоэлектрлік қуаттарда жүйе желісінің жалпы жоғалуы

ІНЖІР. 6(b) әр түрлі PV электр станцияларының қуаттары кезінде әрбір тармақтың шегінен асатын белсенді қуаттың ықтималдығын салыстырады. Суретте көрсетілген тармақтарды қоспағанда, басқа тармақтар шектен шықпады немесе ықтималдық өте аз болды. Суретпен салыстырғанда. 6(а), шектен тыс және стандартты ауытқу ықтималдығы міндетті түрде байланысты емес екенін көруге болады. Үлкен стандартты ауытқу ауытқуы бар желінің белсенді қуаты міндетті түрде шектен тыс болмайды және оның себебі фотоэлектрлік шығыс қуатының берілу бағытымен байланысты. Егер ол бастапқы тармақтық қуат ағынымен бір бағытта болса, шағын фотоэлектрлік қуат шектеуді тудыруы мүмкін. PV қуаты өте үлкен болғанда, қуат ағыны шектен аспауы мүмкін.

Суретте. 6(c), жүйенің жалпы желілік жоғалуы фотоэлектрлік қуаттың ұлғаюымен артады, бірақ бұл әсер айқын емес. Фотоэлектрлік қуат 60 МВт-қа ұлғайған кезде желідегі жалпы шығын тек 0.5%-ға, яғни 0.75 МВт-қа артады. Сондықтан, PV электр станцияларын орнатқан кезде желілік шығынды екінші реттік фактор ретінде қабылдау керек, ал бірінші кезекте жүйенің тұрақты жұмысына көбірек әсер ететін факторларды, мысалы, электр беру желісінің электр қуатының ауытқуы және шектен тыс ықтималдықты ескеру керек. .

3.2 Энергияны сақтауға қол жеткізудің жүйеге әсері

Section 3.1 The access position and capacity of photovoltaic power station depend on the power system