МОДЕЛЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ СУПЕРВІЗОРНОЇ СИСТЕМИ ЕНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТУ ГІБРИДНОЇ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ УСТАНОВКИ З АКУМУЛЯТОРНОЮ ПІДСИСТЕМОЮ

Анотація

У статті запропоновано й перевірено архітектуру супервізорної системи енергоменеджменту та моніторингу гібридної енергетичної установки, що об’єднує фотоелектричну підсистему, вітрову генерацію й акумуляторний накопичувач. Актуальність роботи визначається не лише потребою точніше відстежувати диспетчерський графік. Не менш важливо обмежувати дефіцит постачання, зменшувати скид надлишкової енергії ВДЕ та стримувати циклічне навантаження на акумулятор за змінної генерації й наявності затримок в інформаційних каналах. Мета дослідження – сформувати структуровану архітектуру системи і в дискретному часі перевірити працездатність резервно-орієнтованого алгоритму супервізорного енергоменеджменту з урахуванням часової синхронізації, фільтрації вимірювань, затримок датчиків і команд, а також обмежень за SOC і потужністю акумулятора. Наукова новизна полягає у поєднанні супервізорної SCADA/EMS-архітектури з резервно-орієнтованою rule-based логікою, яка враховує синхронізацію, затримки інформаційних каналів, межі SOC та потужності АКБ і оцінюється за сукупністю енергетичних, точнісних і ресурсних KPI у номінальних, сценарних і стохастично збурених режимах. Об’єкт дослідження – процеси розподілу енергетичних потоків у гібридній установці з накопичувачем; предмет – алгоритми супервізорного rule-based керування з резервуванням заряду на вечірні та нічні інтервали. Використано математичне моделювання, сценарний аналіз, імітацію добового циклу з кроком 60 с, 30 Monte Carlo реалізацій і порівняння запропонованого алгоритму з еталонним rule-based підходом без резерву, наївним bang-bang контролером, варіантом без акумулятора та додатковим offline-оптимізаційним baseline. У базовому сценарії з АКБ 240 кВт·год і обмеженням потужності 60 кВт запропонований контролер забезпечив 68,74 % відстеження енергії графіка, дефіцит 701,88 кВт·год, скид 1,74 кВт · год, RMSE 38,91 кВт та еквівалент глибоких циклів 0,387. Порівняно з еталонним алгоритмом без резерву він зменшує RMSE з 40,83 до 38,91 кВт і циклювання з 0,401 до 0,387, але водночас збільшує дефіцит на 6,12 кВт·год та знижує K_track на 0,27 в.п. Це вказує на компроміс між точністю відстеження, ресурсощадністю АКБ і збереженням резерву заряду. Збільшення енергоємності АКБ до 400 кВт·год зменшує дефіцит до 661,38 кВт·год, а сценарій підвищеної генерації дає 78,45 % відстеження графіка. У 30 Monte Carlo реалізаціях для запропонованого контролера одержано середні значення E_def = 783,84 ± 153,42 кВт · год, RMSE = 42,53 ± 5,99 кВт, K_track = 65,73 ± 6,51 % та N_cycle,eq = 0,292 ± 0,148; описове парне порівняння з еталонним контролером показало нижчий RMSE і менше циклювання у 100 % реалізацій, хоча дефіцит енергії виявився дещо більшим. Додатковий offline-оптимізаційний baseline з повною інформацією про профіль доби підтвердив чутливість висновків до вибору цільової функції й не може вважатися універсальною верхньою межею якості. Максимальний обчислювальний час керуючого циклу у середовищі імітації не перевищив 1,48 мс, що свідчить про низьку обчислювальну складність алгоритму для супервізорного циклу з інтервалом 60 с. Одержані результати мають імітаційний характер, оскільки дослідження виконано на репрезентативних профілях без виміряних або архівних часових рядів.