Ondřej Novák Katedra řídicí techniky FEL ČVUT

ONDŘEJ NOVÁKKATEDRA ŘÍDICÍ TECHNIKY FEL ČVUT

Ondřej Novák, Č[email protected]

Řízení spotřeby domácností s ohledem na bezpečnou integraci OZE

Koncept řídicího systému a představení pilotního projektu

České vysoké učení technické v Praze

Projekt BIOZE

České vysoké učení technické v Praze,fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky

Projekt BIOZE

Společný projekt FAV ZČU, FEL ČVUT, FEL ZČU, Pontech s.r.o. a Cygni spol. s r.o.

Grant TAČR projekt Alfa TA01020865

Dílčí projekt: řízení spotřeby s ohledem na integraci OZE

Projekt BIOZE


Skupina řízení energetických systémů

Výzkumná skupina při Katedře řídicí techniky Elektrotechnické fakulty ČVUT zabývající se modelováním, simulacemi a optimalizacemi v energetice

Spoluřešitel projektu BIOZE Od roku 2005 spoluřešitel projektu SESyS –

Spolehlivost a ekonomika systémových služeb pro ČEPS, a.s.

Modelování dispečerského řízení v přenosové soustavě Simulační optimalizace regulačních rozsahů podpůrných

služeb rutinní nasazení jako analytický nástroj pro přípravu

podkladů k roční přípravě provozu přenosové soustavy

Projekt BIOZE


Řízení spotřeby

Projekt BIOZE

Cíl: minimalizace negativních dopadů instalovaných OZE (FVE) na DS Přetok do DS

Přepětí v síti

Idea: spotřebovat energii v místě, kde se vyrobila

Akumulace výroby FVE do bojlerů v domácnostech


Cíle řízení spotřeby

Projekt BIOZE

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Dny

Výk

on [k

W]

Maximální import a export

S řízením spotřeby

Bez řízení spotřeby

impo

rt

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Dny

Ene

rgie

[kW

h]

Importovaná a exportovaná energie

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11-100

-50

0

50

100

Dny

Výk

on [k

W]

Výkonová bilance trafostanice

Bilance po optimalizaciPůvodní bilance

expo

rt


Princip řídicího algoritmu

2. fáze: Dodržení vypočtené reference z

1.fáze Optimalizace spínání jednotlivých bojlerů Výpočet každých 5 minut Optimalizační omezení:

Kapacita bojlerů (dostatek teplé vody) Omezení spínání bojlerů (zamezení

nadměrnému opotřebení)

OptimalizátorOvládaná spotřeba

++

-

Výsledná bilance

Predikceneovládané

spotřeby


výroby

Dvoufázový výpočet časů spínání bojlerů: 1. fáze: Minimalizace toků výkonu z a

do oblasti (= maximalizace využití lokálně vyrobené energie)

Podle predikované výroby a spotřeby v řízené oblasti na 12 hodin

Výsledek: referenční výkonová bilance oblasti na následujících 12hodin

Projekt BIOZE

Predikce neovládané spotřeby

Predikce neovládané

výroby


Princip řídicího algoritmu

2. fáze: Dodržení vypočtené reference z

1.fáze Optimalizace spínání jednotlivých bojlerů Výpočet každých 5 minut Optimalizační omezení:

Kapacita bojlerů (dostatek teplé vody) Omezení spínání bojlerů (zamezení

nadměrnému opotřebení)

OptimalizátorOvládaná spotřeba

Neovládaná spotřeba

Neovládaná výroba

++

-

Výsledná bilance


spotřeby


výroby

Dvoufázový výpočet časů spínání bojlerů: 1. fáze: Minimalizace toků výkonu z a

do oblasti (= maximalizace využití lokálně vyrobené energie)

Podle predikované výroby a spotřeby v řízené oblasti

Výsledek: referenční výkonová bilance oblasti na následujících 12h

Projekt BIOZE


Implementace řídicího algoritmus měřením výkonové bilance na DTS

Projekt BIOZE

předpověď oblačnosti (t : t + TP )

typická výroba FVE (t : t + TP )

„DD“ FVE

predikce průběhu spotřeby (t : t + TP )

Ovládaná spotřeba

příkazy pro ovládáníbojlerů (t)

Optimalizátor

saldo výkonuDTS (t)

TDD

denní diagram spotřeby (t : t + TP)


výroby (FVE) a spotřeby

predikce průběhu výroby FVE (t : t + TP )

Měření výkonového toku DTS

TP – predikční horizont výpočtu = 12 hodin

Meteodata

Neovládaná výroba a spotřeba

příkon ovládanéspotřeby (t)

bilanceneovládanéspotřeby (t)

měřenípředávaná data


Implementace řídicího algoritmus modelovanou výkonovou bilancí DTS (bez on-line měření bilance)

Projekt BIOZE

předpověď oblačnosti (t : t + TP )

typická výroba FVE (t : t + TP )

„DD“ FVE

denní diagramyspotřeby(t)a typickávýroba FVE (t) korigovanépodle aktuálního počasí

TDD

predikce průběhu spotřeby (t : t + TP )

„DD“ FVE

změřený příkon a napětí v místech ovládání spotřeby (t)

Ovládaná spotřeba

příkazy pro ovládáníbojlerů (t)

Optimalizátor

saldo výkonuDTS (t)

TDD

denní diagram spotřeby (t : t + TP)


výroby (FVE) a spotřeby

predikce průběhu výroby FVE (t : t + TP )

Load Flow model sítě

TP – predikční horizont výpočtu = 12 hodin

Meteodata


Pilotní projekt Horušany

Horušany (Plzeňský kraj) malá obec připojená k

DS jednou napájecí TS (250kVA)

instalované zdroje FVE 120 kWp

problémy se s dodržováním napěťových limitů

„exportní saldo“ obce

Projekt BIOZE


Simulační výsledky řízení

Prováděna za předpokladu možnosti řízení všech bojlerů v oblasti (40 domácností)

Prováděna pro období duben-květen 2011 (dostupná měření toku výkonu na DTS)

Spotřeba vody v domácnostech simulována na základě dat z projektu IEA ECBS – nemáme k dispozici měření spotřeby TUV

Simulace podle měřené bilanci na DTS

Projekt BIOZE


Simulační výsledky řízení

Simulovány 3 scénáře demonstrující vliv informace o stavu bojleru (množství teplé vody): Scénář 1:

bojlery bez měření množství teplé vody objem teplé vody nesmí klesnout pod 45% celkové kapacity nutno zajistit alespoň 1x denně nahřátí na 100% kapacity (pro

synchronizaci odhadu stavu a skutečného stavu bojleru) Scénář 2:

bojlery vybaveny senzorem detekujícím vybití na 25% kapacity teplé vody objem teplé vody nesmí klesnout pod 20% celkové kapacity

Scénář 3: bojlery vybaveny senzorem detekujícím stav, kdy je objem teplé vody

menší než 25%, nebo větší než 75% celkové kapacity objem teplé vody nesmí klesnout pod 20 % celkové kapacity

Projekt BIOZE


Simulace řízení - výsledky

Scénář 1 2 3

Snížení exportu [%] 42,4 46,9 51,1

Snížení importu [%] 26,5 25,3 24,9

Snížení rozsahu min-max výkon [%] 34,7 36,4 38

Snížení přenášené energie (za 4 dny) [MWh]

24,1 26,5 26,7

1,13 1,25 1,26

Projekt BIOZE


Simulace řízení – detail 24h, scénář 1

Projekt BIOZE

0 5 10 15 20

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

t [h]

kWh

Spotreba bojlery

SpotrebaFVE vyroba

Bilance

0 5 10 15 20

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

t [h]

kWh

Spotreba bojlery

SpotrebaFVE vyroba

Bilance

EMAX = 65 kWh (maximální import)

EMIN = -84 kWh (maximální export)

SE+ = 608 kWh (celková spotřeba)

SE- = -503 kWh (celková výroba)

EMAX = 58 kWh

EMIN = -56 kWh

SE+ = 496 kWh SE- = -418 kWh


Výsledky řízení spotřeby v reálném provozu

00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00

-100

-50

0

50

Čas

Výk

ony

[kW

]Výkon na trafostanici

řízení bojlerů

bez řízení bojlerů

K řízení k dispozici 6 bojlerů ~ 13kW

Projekt BIOZE


Výsledky řízení spotřeby v reálném provozu

20:00 20:30 21:00 21:30 22:0030

40

50

60

70

Čas

Výk

on [k

W]

07:30 08:00 08:30 09:000

5

10

15

20

25

Čas

Výko

n [k

W]

Detail vlivu řízení spotřeby na výkonovou bilanci DTS Sepnutí 13 kW na 15 minut

Projekt BIOZE


Shrnutí

navržený algoritmus umí potlačit až na polovinu exportní charakter oblasti

řešení nabízí lepší využití přenosových kapacit DS

zlepšení kvality dodávky (stabilizace napětí) možné úspory investic do posilování sítě

Projekt BIOZE


Další vývoj

Implementace optimalizátoru jako embedded systém (na ARM architektuře)

Vývoj algoritmů pro odhad spotřeby TUV z příkonu bojleru

Rozšíření pilotního projektu o měření spotřeby vody (přinese zpřesnění řízení provozu bojlerů)

Extrapolace řídicího schématu pro regulace na VN úrovni optimalizace provozu VN oblasti generující žádané

hodnoty výkonu pro regulaci na NN úrovni decentralizovaná kooperace mezi více NN oblastmi

Projekt BIOZE

Date post:	01-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	jorden-alvarado
View:	42 times
Download:	2 times

Ondřej Novák Katedra řídicí techniky FEL ČVUT

Documents