Усовершенствование автономной системы электроснабжения, использующей возобновляемые источники энергии

Improvement of autonomous system of the electrical supply, maintaining renewable power sources Narziev A.1, Iskandarov A.2

1Нарзиев Алишер Нарзиевич /Narziev Alisher - доцент, кафедра высшей математики;

2Искандаров Асилбек Акром Угли / Iskandarov Asilbek - студент, кафедра теплоэнергетики, энергетический факультет, Ташкентский государственный технический университет им. Абу Райхана Беруний, г. Ташкент, Республика Узбекистан

Аннотация: в статье анализируется математическая модель автономной системы электроснабжения, использующей возобновляемые источники энергии и аккумуляторные батареи. Описаны принципы распределения нагрузки по установкам с определением основных эксплуатационных параметров с заданным шагом дискретизации.

Abstract: in the article the mathematical model of autonomous system of an electrical supply using renewable energy sources and accumulator batteries is analysed. Load distribution principles on setting with determination of the main production arguments with the given step of sampling are featured.

Ключевые слова: автономные системы электроснабжения, фотоэлектрические преобразователи, ветроэнергетические установки, дизельные электростанции, аккумуляторные батареи, оптимизация состава оборудования, энергетическая эффективность.

Keywords: electrical supply autonomous systems, photoelectric converter units, windmills, diesel power plants, accumulator batteries, optimisation of composition of the equipment, energetic performance.

Вопросам моделирования и оптимизации АСЭС, использующих ВИЭ и накопители энергии, посвящено значительное число работ, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом. В первую очередь следует отметить работы [1, 2], на базе которых созданы программные комплексы, позволяющие решать задачи оптимизации АСЭС. Наиболее распространены следующие оптимизационные комплексы: HOGA (Hybrid optimization by genesis algorithm) (Испания), HOMER (Hybrid optimization modeling software) (США), HYPORA (Hybrid power optimized for rural/remote areas) (США). Среди преимуществ, указанных оптимизационных комплексов, следует отметить, что они решают задачу оптимизации АСЭС с выбором оптимального соотношения генерирующих мощностей. Также представленные оптимизационные комплексы имеют удобный интерфейс для пользователя, что делает работу более комфортной.

В то же время представленные оптимизационные комплексы имеют и недостатки, к которым можно отнести следующее.

1. Использование в расчетах среднемесячной солнечной радиации.

2. Отсутствие возможности (у пользователя) дополнять АСЭС новыми элементами.

3. Применение среднегодовой нагрузки (HYPORA).

4. Отсутствие электрических расчётов мгновенных режимов и учета потерь мощности.

5. Отсутствие учета влияния температуры окружающей среды на вольт-амперные характеристики (ВАХ) фотоэлектрических преобразователей и на выработку электроэнергии ветроэнергетических установок.

6. Использование распределения скоростей ветра, построенного на основе среднегодовой скорости ветра и отсутствия учета случайного характера динамики этой скорости.

В связи с вышеуказанными недостатками зарубежных оптимизационных комплексов возникла задача разработки модели автономной АСЭС, учитывающей: достаточно детальный график нагрузок потребителя, стохастичность интенсивности солнечного излучения, температуры окружающей среды, электрические потери, основные эксплуатационные параметры АСЭС и более детально учитывающей случайный характер динамики скорости ветра.

Реализация подобной модели позволяет решать более качественно следующие задачи:

1. Выбор вспомогательного оборудования.

2. Определение оптимального соотношения генерирующих мощностей.

3. Выбора оптимального типоразмера оборудования.

Актуальность разработки подобной модели состоит в том, что еще на стадии проектирования реальной АСЭС становится возможным не только решить задачу выбора оптимального соотношения генерирующих мощностей, но и выполнить проверку работоспособности АСЭС. Автором была разработана модель АСЭС, использующей ВИЭ и НЭ. Реализована модель в среде имитационного моделирования МайаЬ^тиИпк, так как это наиболее подходящая графическая среда, позволяющая при помощи блок-диаграмм в виде направленных графов строить модели элементов АСЭС.

Описание рабочих параметров АБ с учетом мгновенных режимов и электрических потерь выполняется по моделям, представленным в [3], а ДЭС по методике, изложенной в [4].

Математическое описание представленного принципа распределения нагрузок по элементам АСЭС имеет следующий вид.

Максимально возможная выработка электроэнергии ВЭУ и ФЭП

РвэуГО^РВЭУ

где р© - плотность воздуха, кг/м3; Vв(t) - скорость ветра на высоте установки ветроколеса, м/с; FВЭУ - ометаемая площадь ВЭУ, м2; Ср - коэффициент мощности ВЭУ, о.е; - текущий момент времени.

рфэапх=1с©^кр^

где 1с© - интенсивность солнечного излучения, Вт/м2 8 - площадь фотоэлемента, м2; кр - коэффициент, учитывающий влияние температуры для мощности, о.е.; п -номинальный КПД солнечного элемента, о.е.; - текущий момент времени.

Функция мощности находится как:

р2

где РН© - нагрузка потребителя, кВт.

ЕДР© - суммарные электрические потери СЭС.

ЕДРа)=ДРтр-фэпа)+ДРтр-вэуа)+ЛРиша)+ЛРвл-Фэп+ЛРвл-вэуа)+ЛРтр-обща)+ +дрАБа)+дРша)+лРиш1а),

где ДРТР-ФЭП, ДРТР-ВЭУ0), ДРТР-общ(1) - электрические потери в трансформаторах, кВт; ДРВЛ-ФЭП, ДРВЛ-ВЭУ - электрические потери в воздушных линиях, кВт; АРИНВ(1), ДРщшО) - электрические потери в инверторах, кВт; ДРАБ(1) - электрические потери в аккумуляторных батареях, кВт; ДРСН(1) - электрические потери в стабилизаторе напряжения, кВт.

Функция мощности Р^О) является знакопеременной функцией. Если Р^О) имеет положительный знак, следовательно, генерируемой мощности от источников использующих ВИЭ достаточно для прямого снабжения потребителя и заряда АБ.

Ps(t)+

'Pz (t) ; (Pz (t) > 0) Л ( Qabax - Qam (t) ) > ПАБ  пвып " (t) "

0 ;

Если же Pc(t) имеет отрицательный знак, то генерируемой мощности недостаточно для потребителя и остаток недостающей мощности извлекается из АБ.

Pz (t) ; (Pz (t) < 0) Л ( Qaбx - Qam (t) ) >

' '4 <

Pc(t)-

Q-x^AM

0; ( Р2 (Г) > 0 ) где выражение фактической емкости АБ

раб(1)=рАБ(1-1)+(р2(1)++р^(1)-)  Д1 (7) Выходная мощность ДЭС при выполнении (8) и (9) равна максимальной мощности ДЭС до тех пор, пока (5) и (9) не выполнятся [2, 5].

Выходная мощность ВЭУ и ФЭП с учетом регулирования мощности: В случае недостатка мощности от источников, использующих ВИЭ и АБ, в работу включается ДЭС. Для определения момента включения ДЭС и регулирования выходной мощности ВЭУ и ФЭП вводится понятие «балансовой мощности системы (БМС)».

РБМС(1)=Ри(1)+ЕДР(1)- Рвэу©- Рфэп© -(Р2а)++Р2(Ю (8) В зависимости от «балансовой мощности системы» генерируемые мощности ВЭУ, ФЭП и ДЭС определяются из выражений.

0 ; рбмс (I) < 0 ,

рДЭС

Рдст

рВЭУ а) ;рБМС а)>0,

рВЭУ(1)= \ Рвэу (I) + рБМС (I); ( рбмс (I) < 0) Л ( ( Рвэу а) + рБМС (I) ) > 0) , (10) 0 ; ( рБМС а) < 0 ) Л ( ( Рвэу а) + рбмс а)) < о) рФЭП (I) ;рВЭУ (1)>0

Рфзп

(Рвэу (Г) = 0) ; (-Рвэу (I) - рБМС (I) ) ; По генерируемой мощности ДЭС определяется его часовой расход топлива. Представленные расчеты проводятся для каждого часа расчетного периода, для которого имеются замеры автоматическими метеостанциями. Затем определяются среднегодовые показатели (расход топлива, выработка электроэнергии ДЭС, ВЭУ и ФЭП). На их основе проводятся расчеты критерия экономической эффективности. Примечания

ВИЭ - возобновляемые источники энергии ТР - трансформаторы

АСЭС - автономная система электроснабжения

АБ - аккумуляторные батареи

ФЭП - фотоэлектрические преобразователи

ВЛ - воздушные линии

ВЭУ - ветроэнергетические установки

НЭ - накопители энергии

СИН - силовые инверторы ВП - выпрямители

ДЭС - дизельные электростанции

Заключение

Представлена методика оптимизации АСЭС, использующей ВИЭ и АБ. На основании описанной методики реализована математическая модель АСЭС. Разработанная модель позволяет решать задачи оптимизации, а именно, нахождение оптимального соотношения генерирующих мощностей, выбора оптимального единичного типоразмера оборудования, выбора установленных мощностей вспомогательного оборудования.

Литература

1. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении: монография / Б. В. Лукутин, О. А. Суржикова, Е. Б. Шандарова. -М.:Энергоатомиздат, 2008. - 231 с.

2. Rodolfo Dufo-Lopez, Jose L. Bernal-Agustin, Jose M. Yusta-Loyo, Jose A. Dominguez-Navarro, Ignacio J. Ramirez-Rosado, Juan Lujano, Ismael Aso / Multi-objective optimization minimizing cost and life cycle emissions of stand-alone PV-wind-diesel systems with batteries storage/Applied Energy / 2011 / том 88 / стр. 4033 -4041.

3. Tremblay O., Dessaint L. / Experimental validation of a battery dynamic model for EV application / World Electric Vehicle Journal / № 3 / 2009 / с. 1-10.

4. Erkan Dursun, Osman Kilic / Comparative evaluation of different power management strategies of a stand-alone PV/Wind/PEMFC hybrid power system/ International Journal of Electrical Power & Energy Systems / 2012 / том 34 / стр. 81-89.

5. Salas V., Alonso-Abella M., Chenlo F., Olias E. / Analysis of the maximum power point tracking in the photovoltaic grid inverters of 5kW / Renewable Energy / 2009 / том 37 / стр. 2366-2372.

Solving problems using coordinate planes Raximov N.

Рахимов Насриддин Номозович /Raximov Nasriddin - заведующий кафедрой, кафедра математики и информатики, академический лицей № 2, Самаркандский государственный университет, г. Самарканд, Республика Узбекистан

Аннотация: в статье показано решение некоторых задач с использованием координатных плоскостей Декарта.

Abstract: the article shows the solution of some problems using coordinate planes Descartes.

Ключевые слова: система координат, прямоугольник, вектор, функции, значения. Keywords: system of coordinate, rectangular, vector, function, meaning.

В этой статье мы хотим показать решение некоторых задач с помощью координат системы Декарта. Решение задач этим способом будет занимательно для учеников.

= 4, угол между векторами a и b равен 600. Если

1-задача. Дано

a

= 3,

b

(a+ lb) ^ b, то требуется найти l.