Забезпечення балансу потужностей в гібридній енергосистемі з резервним генератором

The combination of several non-guaranteed random energy sources (RES), conventional sources, and nonconstant consumer loads in a local system leads to stochastic power imbalances. This study objective consists in determining the possibilities of ensuring the power balance in a hybrid power generation system with a standby generator and a search for the methods of calculating the optimal parameters to achieve energy balance. This objective is achieved by simulating the processes inherent in wind and solar power engineering and the regimes of energy consumption through a combination of random functions with a standard probability distribution. Aggregated data on weather factors for several years in a region with a high renewable energy potential which can be used to describe the behavior of wind and solar energy over time were used as experimental data. The use of multiple simulations of random processes with calculated parameters has made it possible to draw conclusions about the presence of certain ratios of power and the generator control modes. These ratios can determine minimum energy and consumption losses, reduce the likelihood of energy imbalance, more efficiently use the reserved power. Specific features of the stochastic nature of RES related to the presence of trends and random fluctuations at short hourly intervals were additionally taken into account. Possibilities of varying the conditions of and switching on and off of the standby generator were provided. The existence of some ranges was established for the installed power of the generator outside which its use becomes inefficient. The proposed approach makes it possible to find the probability of various system states, assess the reliability of energy supply, and minimize unproductive losses.Сочетание нескольких негарантированных источников энергии (ВИЭ), традиционных источников и непостоянной нагрузки потребителей в локальной системе приводит к стохастическим нарушениям баланса мощностей. Целью данной работы является установление возможностей обеспечения баланса мощностей в гибридной энергосистеме с резервным генератором и поиск методов расчета оптимальных параметров энергетического баланса. Поставленная цель достигается путем имитационного моделирования процессов, свойственных ветровой и солнечной энергетике, а также режимов потребления энергии посредством сочетания случайных функций со стандартными распределениями вероятностей. В качестве экспериментальных данных использованы агрегированные данные по погодным факторам за несколько лет в регионе с высоким потенциалом возобновляемой энергии, по которым можно описать поведение во времени ветровой и солнечной энергии. Применение многократного моделирования случайных процессов с расчетными параметрами позволило сделать вывод о наличии определенных соотношений мощностей и режимов управления генератором. По этим соотношениям можно определить минимум потерь энергии и потребления, снизить вероятность небаланса энергии, более эффективно использовать резервную мощность. Дополнительно учтены специфические особенности стохастической природы ВИЭ, связанные с имеющимися трендами и случайными флуктуациями на коротких часовых интервалах. Предусмотрены возможности варьирования условий включения и выключения резервного генератора. Установлено существование некоторых диапазонов для установленной мощности генератора, вне которых его использование становится неэффективным. Предлагаемый подход позволяет определить вероятность различных состояний системы, оценить надежность обеспечения энергией и минимизировать потериПоєднання кількох негарантованих джерел енергії (ВДЕ), традиційних джерел та непостійного навантаження споживачів у локальній системі призводить до стохастичних порушень балансу потужностей. Метою даної роботи є визначення можливостей забезпечення балансу потужностей в гібридній енергосистемі з резервним генератором та пошук методів розрахунку оптимальних параметрів для досягнення енергетичного балансу. Поставлена мета досягається шляхом імітаційного моделювання процесів, властивих вітровій та сонячній енергетиці, а також режимів споживання енергії за допомогою комбінації випадкових функцій зі стандартними розподілами ймовірностей. Як експериментальні дані використано агреговані дані щодо погодних факторів за кілька років у регіоні з високим потенціалом відновлюваної енергії, за якими можна описати поведінку у часі вітрової та сонячної енергії. Застосування багаторазового моделювання випадкових процесів з розрахунковими параметрами дозволило зробити висновки про наявність певних співвідношень потужностей та режимів керування генератором. За цими співвідношеннями можна визначити мінімум втрат енергії та споживання, зменшити ймовірність небалансу енергії, більш ефективно використовувати резервну потужність. Додатково враховані специфічні особливості стохастичної природи ВДЕ, пов'язані з наявністю трендів та випадкових флуктуацій на коротких годинних інтервалах. Передбачені можливості варіювання умов включення та вимкнення резервного генератора. Встановлено існування деяких діапазонів для встановленої потужності генератора, поза якими його використання стає неефективним. Запропонований підхід дозволяє визначити ймовірність різних станів системи, оцінити надійність забезпечення енергією та мінімізувати непродуктивні втрат