Дослідження роботи розподільної електромережі з вузлами навантаження – містечками з «розумними» будинками у ПК Power Factory

Abstract

Актуальність теми. Сучасна електроенергетика проходить через глибокі зміни, пов’язані з декарбонізацією, децентралізацією та цифровізацією. Розподільні електричні мережі, які раніше створювалися для односпрямованого потоку потужності до пасивних споживачів, зараз стикаються з новими викликами. З’являються активні споживачі (просьюмери), а такі вузли навантаження, як «розумні будинки» (Smart Homes), суттєво змінюють характер споживання електроенергії. Інтеграція зарядних станцій для електромобілів, дахових сонячних електростанцій та систем керування попитом (Demand Response) призводить до значної нерівномірності графіків навантаження, появи зворотних потоків потужності та нових вимог до якості електроенергії. У цих умовах операторам систем розподілу (ОСР) потрібні точні інструменти для планування розвитку мереж і аналізу режимів. Програмний комплекс DIgSILENT PowerFactory визнаний світовим стандартом для моделювання та аналізу електроенергетичних систем. Дослідження роботи розподільної мережі, яка забезпечує такі специфічні вузли навантаження, як «містечка з розумними будинками», за допомогою цього інструменту є актуальною науково-практичною задачею. Це дозволить розробити рекомендації для надійної та ефективної експлуатації таких мереж в Україні. Мета і задачі дослідження. Мета магістерської кваліфікаційної роботи — дослідити вплив вузлів навантаження типу «містечко з розумними будинками» на параметри режиму розподільної електромережі 10/0.4 кВ і розробити технічні рекомендації щодо їх покращення з використанням комп’ютерного моделювання в PowerFactory. Для досягнення цієї мети потрібно вирішити такі задачі: 1.Вивчити та проаналізувати концепцію "розумного будинку" як комплексного вузла навантаження, його основні компоненти (гнучкі навантаження, електромобілі, генеруючі джерела) та їх вплив на профіль споживання. 2.Описати аналітичні та програмні можливості ПК DIgSILENT PowerFactory для моделювання активних розподільних мереж та гнучких навантажень. 3.Розробити агреговану імітаційну модель вузла навантаження 0.4 кВ, що відповідає «містечку з розумними будинками». 4.Створити комп'ютерну модель типової розподільної електромережі 10/0.4 кВ у середовищі PowerFactory. 5.Встановити закономірності впливу «розумних будинків» на параметри усталеного режиму мережі (рівні напруги, потокорозподіл, втрати потужності) шляхом моделювання різних сценаріїв (базовий, піковий некерований, оптимізований з керуванням попитом). 6.Обґрунтувати технічні рекомендації для операторів систем розподілу щодо забезпечення надійної та ефективної роботи мереж з такими вузлами навантаження. Об'єкт і предмет дослідження. Об’єкт дослідження — це процеси та усталені режими роботи в розподільних електричних мережах напругою 10/0.4 кВ. Предмет дослідження — вплив агрегованого навантаження «містечок з розумними будинками» на параметри режиму розподільної електромережі, зокрема рівні напруги, завантаження елементів і втрати електроенергії. Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач у роботі застосовано комплекс наукових методів: - теоретичні: аналіз і синтез науково-технічної літератури для визначення особливостей навантаження "розумних будинків" та огляду можливостей ПК PowerFactory; - математичне моделювання: для формалізації профілів навантаження та розробки агрегованої моделі вузла; - комп'ютерне імітаційне моделювання: в ПК DIgSILENT PowerFactory для розрахунку усталених режимів розподільної мережі за різними сценаріями; - порівняльний аналіз: для оцінки відхилень параметрів режиму таефективності запропонованих заходів. Наукова новизна та практична значущість отриманих результатів. Наукова новизна полягає у подальшому розвитку аналізу режимів розподільних мереж через встановлення кількісних залежностей між рівнем проникнення «розумних будинків» і техніко-економічними показниками роботи мережі. Практична значущість отриманих результатів у тому, що розроблені моделі та технічні рекомендації можуть бути безпосередньо використані інженерними службами операторів систем розподілу (ОСР) під час планування реконструкції та розвитку міських і приміських мереж 10/0.4 кВ, а також при видачі технічних умов на підключення нових житлових комплексів.