Математична модель оптимізації процесу генерування електроенергії в мережу на фотоелектричній станції з використанням апарату нечітких множин

Abstract

Запропоновано математичну модель оптимізації процесу перетворення енергії фотоелектричної станції. Оскільки фотоелектричні станції є нестабільним джерелом енергії, в процесі експлуатації, відповідно до прогнозованого графіка генерування, можуть виникати провали генерування або перегенерування, що є похибкою генерування, обумовленою ймовірнісним характером кліматичних факторів, оскільки погодні умови суттєво впливають на генерування фотоелектричних станцій. Тому виникає необхідність оптимізації роботи фотоелектричних станцій під час передачі електричної енергії в мережу. Встановлено, що для реалізації математичної моделі оптимізації роботи нестабільних джерел електроенергії, зокрема фотоелектричних станції, підходить математичний апарат нечітких множин. В результаті синтезовано математичну модель оптимізації роботи фотоелектричних станцій, реалізовану з використанням математичного апарату нечітких множин. Застосування математичної моделі дозволяє враховувати вплив навколишнього середовища та розподільних електричних мереж на роботу фотоелектричних станцій в процесі генерування та передачі електричної енергії в мережу. Для забезпечення максимального відбору згенерованої енергії фотоелектричної станції та для уникнення аварійної ситуації, у разі виникнення перенапруги в локальній мережі, проведено аналіз факторів, які впливають на перетворення енергії на фотоелектричній станції та які є визначальними в процесі її передачі в мережу. На основі лінгвістичної оцінки факторів впливу на роботу фотоелектричної станції сформовано базу знань та нечіткі логічні рівняння для знаходження вагових коефіцієнтів. На основі отриманих рівнянь розроблено та відлагоджено комп’ютерну модель нечіткого регулятора за допомогою бібліотеки пакету прикладних програм Matlab Fuzzy Logic Toolbox. В результаті моделювання зміни вхідних величин, які характеризують фактори впливу на роботу фотоелектричної станції, на виході регулятора визначається коефіцієнт регулювання, який в подальшому необхідно використовувати для регулювання інвертора під час генерування електричної енергії у мережу

There has been proposed the mathematical model for optimizing the energy conversion of a photovoltaic station in this article. A photovoltaic power plant is an unstable source of energy. During operation, according to the predicted generation schedule, there may be dips in the generation or regeneration, which is the inaccuracy of generation that is caused by the probabilistic nature of climatic factors, since weather conditions have a significant effect on the generation of photovoltaic stations. Therefore, there is a need to optimize the work of photovoltaic power plants in the transmission of electrical energy to the network. It was found that the mathematical apparatus of fuzzy sets fits perfectly into the mathematical model for optimizing the operation of unstable power sources, in particular photovoltaic stations. As a result, a mathematical model for optimizing the operation of photovoltaic stations was synthesized, which was realized using a mathematical apparatus of fuzzy sets. The application of the mathematical model allows takes into account the influence of the environment and distribution electric networks on the operation of photovoltaic stations in the process of generating and transferring electrical energy to the grid. To ensure the maximum selection of the generated photovoltaic power and to avoid an emergency situation, in the event of overvoltage in the local network, an analysis was made of the factors affecting the energy conversion at the photovoltaic station and which are crucial in the process of this transmission to the network. Based on the linguistic evaluation of the factors influencing the operation of the photovoltaic power station, a knowledge base and fuzzy logical equations were derived to find the weight coefficients. Based on the equations, the computer model of the fuzzy controller was developed and debugged using the Matlab-Fuzzy Logic Toolbox software package library. As a result of modeling the change in the input values characterizing the influence factors on the operation of the photovoltaic station, a regulating factor is formed at the output of the regulator, which in the future must be used to control the inverter when generating electricity to the network.

Предложена математическая модель оптимизации процесса преобразования энергии фотоэлектрической станции. Поскольку фотоэлектрические станции являются нестабильным источником энергии, в процессе эксплуатации, в соответствии с прогнозируемым графиком генерации, могут возникать провалы генерирования или перегенерирование, что является погрешностью генерирования, обусловленной вероятностным характером климатических факторов, поскольку погодные условия существенно влияют на генерирование фотоэлектрических станций. Поэтому возникает необходимость оптимизации работы фотоэлектрических станций при передаче электрической энергии в сеть. Установлено, что для реализации математической модели оптимизации работы нестабильных источников электроэнергии, в частности фотоэлектрических станции, прекрасно подходит математический аппарат нечетких множеств. В результате синтезирована математическая модель оптимизации работы фотоэлектрических станций, которая реализована с использованием математического аппарата нечетких множеств. Применение математической модели позволяет учитывать влияние окружающей среды и распределительных электрических сетей на работу фотоэлектрических станций в процессе генерирования и передачи электрической энергии в сеть. Для обеспечения максимального отбора сгенерированной энергии фотоэлектрической станции и во избежание аварийной ситуации, в случае возникновения перенапряжения в локальной сети, в работе был проведен анализ факторов, влияющих на преобразование энергии на фотоэлектрической станции, и которые являются определяющими в процессе ее передачи в сеть. На основе лингвистической оценки факторов влияния на работу фотоэлектрической станции сформирована база знаний и нечеткие логические уравнения для нахождения весовых коэффициентов. На основе полученных уравнений разработана и отлажена компьютерная модель нечеткого регулятора с помощью библиотеки пакета прикладных программ Matlab – Fuzzy Logic Toolbox. В результате моделирования изменения входных величин, характеризующих факторы влияния на работу фотоэлектрической станции, на выходе регулятора формируется коэффициент регулирования, который в дальнейшем необходимо использовать для регулирования инвертора при генерировании электроэнергии в сеть.