Прикладные задачи оптимизации и алгоритмы управления системами электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии

Введение 3
Постановка задачи 4
Обзор литературы 5
Глава 1. Обзор существующих решений 10
1.1. Энергоменеджмент в России 10
1.2. Индустриальные предложения 10
Глава 2. Моделирование 13
2.1. Модель энергосистемы 13
2.2. Симуляция 16
2.3. Источник данных 18
2.4. Обзор данных 19
Глава 3. Управление энергосистемой как задача обучения с подкреплением 23
3.1. Понятие оптимального управления 24
3.2. Обучение с подкреплением. Основные понятия и принципы 25
3.3. Глубокие нейронные сети 31
3.4. Управление накоплением энергии 33
3.5. Глубокое Q-обучение (DQN) 37
3.6. Глубокий детерминированный градиент политики (DDPG) 39
Глава 4. Проведение экспериментов 41
4.1. Оборудование и программное обеспечение 41
4.2. Построение моделей 42
4.3. Сравнение MILP, DQN и DDPG 46
Глава 5. Программный комплекс 51
5.1. База данных 52
5.2. Функционал приложения 54
Выводы 56
Заключение 57
Список литературы 58
Купить

В настоящее время в связи с экологическими проблемами, возросшим спросом на энергию, нестабильной ценовой политикой на топливные ресур­сы и нехваткой энергетических мощностей особое внимание было сосредо­точено на технологиях распределенной энергетики (РЭ). Распределенные энергетические ресурсы в общем случае - это маломасштабные источники выработки и хранения энергии, расположенные в непосредственной бли­зости к месту использования электроэнергии, они могут обеспечить аль­тернативу или улучшение традиционной электрической сети. Технологии распределенной энергетики включают в себя газопоршневые, газотурбин­ные и микротурбинные электростанции, тепловые насосы, паровые кот­лы, возобновляемую энергетику (солнечные батареи, ветровые генерато­ры), хранилища энергии, топливные элементы, когенерационные установ­ки и т.д. Вместе они предлагают потребителям потенциал для снижения затрат, электроэнергию высокого качества, энергетическую независимость и повышение энергоэффективности.
Для внедрения и эффективного использования технологий РЭ необ­ходим механизм управления, контролирующий процессы протекающие в энергосистеме пользователя. Система управления энергией или энергоме­неджмент - это система, которая управляет компонентами энергосистемы для достижения оптимальной работы в целях снижения затрат на энер­гетические ресурсы и максимизации эффективности потребления энергии. Энергоменеджмент включает в себя планирование и эксплуатацию энер­гопроизводящих и энергопотребляющих установок, а также распределение и хранение энергии. Основными целями энергоменеджмента являются: со­хранение ресурсов, защита климата и экономия затрат, при условии, что пользователи имеют постоянный доступ к необходимой им энергии.
Внедрение в электроэнергетическую систему (ЭЭС) пользователя тех­нологий РЭ с системой управления формирует концепцию Smart Grid (ум­ных сетей), где потенциальный электропотребитель любого уровня, полу­чает возможность взаимодействовать с ЭЭС: прогнозировать и планиро­вать потребление, выбирать поставщика и влиять на тарифы. Основные атрибуты концепции Smart Grid определяются следующим образом: до­ступность, надежность, гибкость, эффективность, обеспечение безопасно­сти, способность к аккумулированию энергии, стимулирование активности электропотребителя, экономичность, снижение экологического давления на окружающую среду.
Возобновляемые источники энергии и системы накопления энергии играют решающую роль в оптимальном планировании работы микросетей. Накопление энергии может повысить гибкость интеллектуальной энерго­системы, а возобновляемые источники энергии обеспечить частичную или полную независимость от коммунального предприятия. Поэтому энерге­тическая инжиниринговая компания Schneider Electric [1], специализирую­щаяся на энергетическом менеджменте и автоматизации, опубликовала в открытом доступе данные, которые были предложены для решения задач энергетического менеджмента. Перед исследователями стояла задача раз­работать оптимизационную модель, минимизирующую затраты на приоб­ретение электроэнергии путем планирования зарядки и разрядки аккуму­ляторных батарей, а также обмена с энергетическим рынком при условии соблюдения ограничений системы и достижения энергетического баланса. Однако предложенные решения [2] базировались на детерминистических подходах, которые имеют ряд недостатков и не могут быть применены для решения реальных индустриальных задач.
Решение задачи управления распределенными ресурсами невозмож­но без теоретико-методологического и практического развития подходов, адаптированных под современные системы и запросы. Однако данное на­учное направление только в последние годы начинает активно развиваться в отечественной науке, что повышает актуальность темы. Поэтому целью моего исследования является разработка быстрого и эффективного инстру­мента, отвечающего требованиям современного энергоменеджмента.
Купить