Integrated Assessment of the Quality of Functioning of Local Electric Energy Systems

Abstract

Це дослідження демонструє можливість і доцільність формування локальних електроенергетичних систем (ЛЕС) на основі відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) як балансувальних груп в електроенергетичній системі (ЕЕС), які можуть зберігати ефективність і забезпечувати електропостачання споживачів в автономному режимі. ЛЕС є частиною ЕЕС теплових та атомних електростанцій і розглядається як окрема балансувальна група. ЛЕС проєктуються так, щоб вони могли працювати автономно як у нормальних, так і в екстремальних умовах в ЕЕС. Джерелами електроенергії в ЛЕС є малі гідроелектростанції (МГЕС), фотоелектричні станції (ФЕС) і вітрові електростанції (ВЕС), вироблення електроенергії яких нестабільне через залежність від природних умов. Тому структура ЛЕС з ВДЕ містить систему накопичення енергії із запасами, достатніми для компенсації нестабільної генерації та балансування режиму. ЛЕС можуть істотно відрізнятися за ключовими техніко-економічними показниками (надійність електропостачання, втрати потужності й якість електроенергії), а тому необхідно обирати оптимальну. Недоцільно оптимізувати якість електропостачання в ЛЕС за окремими показниками, оскільки поліпшення одного показника може призвести до погіршення іншого. Функціональну готовність ЛЕС слід оцінювати за якістю функціонування, яка залежить від надійності, втрат потужності та якості електроенергії. Щоб спростити задачу оцінювання якості функціонування, що є задачею векторної оптимізації, розроблено метод визначення інтегрального показника як числа, що характеризує ЛЕС і відображає компроміс між значеннями надійності, втрат потужності та якості електроенергії. Інтегральний показник функціонування складних систем ґрунтується на поєднанні теорії марковських процесів і критеріального методу теорії подібності. Значення інтегрального показника якості функціонування ЛЕС дає змогу порівнювати різні варіанти систем передавання й розподілу електроенергії без визначення окремих складових техніко-економічних показників — надійності, втрат потужності та якості електроенергії. Запропонований інтегральний показник якості функціонування ЛЕС з ВДЕ відповідає загальним вимогам до таких показників. Він відображає фактичні умови експлуатації; дає змогу оцінювати ефективність, якість і оптимальність систем електропостачання; і його можна легко розкласти на часткові показники.This research demonstrates the possibility and expediency of forming local electric energy systems (LEESs) based on renewable sources of energy (RSE) as balancing groups in the electric power system (EPS), which can maintain efficiency and provide power supply to consumers in an autonomous mode. The LEES is a part of the EPS of thermal and nuclear power plants and is considered as a separate balancing group. LEESs are designed in such a way that they can operate autonomously in both normal and extreme conditions in the EPS. The sources of electricity in LEESs are small hydroelectric power plants (SHPPs), photovoltaic power plants (PVPPs), and wind power plants (WPPs), whose electricity generation is unstable due to dependence on natural conditions. Therefore, the structure of a LEES with RSE includes an energy storage system with reserves sufficient to compensate for the unstable generation and balancing of the mode. LEESs can differ significantly in terms of key technical and economic indicators (power supply reliability, power losses, and power quality), and therefore, it is necessary to choose the optimal one. It is not advisable to optimize the quality of power supply in a LEES by individual indicators, as improvement of one indicator may lead to deterioration of another. The functional readiness of a LEES should be assessed by the quality of operation, which depends on reliability, power losses, and power quality. To simplify the task of assessing the quality of operation, which is a vector optimization problem, a method for determining the integral indicator as a number that characterizes the LEES and reflects the compromise between the values of reliability, power losses, and power quality has been developed. The integral indicator of the functioning of complex systems is based on a combination of the theory of Markov processes and the criterion method of similarity theory. The value of the integral indicator of the quality of operation of the LEES allows for comparing different variants of power transmission and distribution systems without determining individual components of technical and economic indicators—reliability, power losses, and power quality. The offered integral indicator of the quality of functioning of a LEES with RSE corresponds to the general requirements for such indicators. It reflects the actual operating conditions; allows for assessing the efficiency, quality, and optimality of power supply systems; and can be easily decomposed into partial indicators.