Визначення оптимальної ємності акумулятора для індивідуального споживача-просьюмера

Abstract

With the deepening of the "renewable energy source-household load-energy storage system" interaction and the development of demand response technology, the emergence of prosumers has led to the need to optimize the microgrids operation. This paper proposes a new optimization technique using a linear programming method to solve the problem of optimal planning of distributed energy resources, including photovoltaic systems and energy storage systems. Optimization of the operation of energy storage systems is a complex problem as it has special limitations, such as requirements for depth of discharge, state of charge limitations, charge and discharge rates, etc. According to the level of generation and load, supplied by the microgrid, the costs of the energy storage system in the consumer, an objective function is established to optimize the capacity of the energy storage system. The purpose of the study is to find the balance of unused energy at the end of the simulated day. In this work, the main goal of optimization is to find the minimum value of the energy storage systems capacity, which provides all the needs of the consumer’s load for the given power of the photovoltaic systems. The strategy of electricity consumption has been developed, aimed at maximization of the the autonomy of the prosumer. The optimal values of battery capacities determined, using the direct search method were simulated and presented. The results of battery capacities are given for the same prosumer with different power values of the rooftop solar power plant. The analysis of the dependence of the battery capacity on the value of the installed power of the photovoltaic systems of the prosumer was carried out. The optimization problem is modeled and solved using Matlab optimization toolkit.

З поглибленням взаємодії «джерело відновлюваної енергії — побутове навантаження — системи зберігання енергії» та розвитком технології реагування на попит, поява просьюмерів призвела до потреби в оптимізації роботи мікромереж. У статті запропоновано нову техніку оптимізації з використанням методу нелінійного програмування для вирішення проблеми оптимального планування розподілених енергетичних ресурсів, включаючи фотоелектричні системи та системи накопичення енергії. Оптимізація роботи систем накопичення енергії є складною проблемою, оскільки вона має спеціальні обмеження, такі як вимоги до глибини розряду, обмеження стану заряду, швидкості заряду та розряду тощо. Відповідно до рівня генерації та навантаження, що видається мікромережею, витратами на системи накопичення енергії у споживача, встановлюється цільова функція для оптимізації ємності таких систем. В роботі головною метою оптимізації є пошук мінімального значення ємності систем накопичення енергії, що забезпечує всі потреби навантаження споживача для заданої потужності фотоелектричної системи. Розроблено стратегію споживання електроенергії, спрямовану на максимальну автономність просьюмера. Змодельовано та подано оптимальні значення ємності акумуляторів, визначених за допомогою методу прямого пошуку. Результати ємності акумуляторів подано для одного просьюмера з різними значеннями потужності дахової фотоелектричної системи. Проведено аналіз залежності ємності акумулятора від значення встановленої потужності дахової фотоелектричної системи просьюмера. Задачу оптимізації модельовано та розв’язано за допомогою оптимізаційного інструментарію Matlab.