Transcript 16_CVUT_Novak_CZ

Řízení spotřeby domácností s ohledem na
bezpečnou integraci OZE
Koncept řídicího systému a představení pilotního projektu
ONDŘEJ NOVÁK
KATEDRA ŘÍDICÍ TECHNIKY FEL ČVUT
České vysoké učení technické v Praze
Projekt BIOZE
Ondřej Novák, ČVUT
[email protected]
Projekt BIOZE



Společný projekt FAV ZČU, FEL ČVUT, FEL
ZČU, Pontech s.r.o. a Cygni spol. s r.o.
Grant TAČR projekt Alfa TA01020865
Dílčí projekt: řízení spotřeby s ohledem na
integraci OZE
Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Skupina řízení energetických systémů
Výzkumná skupina při Katedře řídicí techniky
Elektrotechnické fakulty ČVUT zabývající se modelováním,
simulacemi a optimalizacemi v energetice
Spoluřešitel projektu BIOZE
Od roku 2005 spoluřešitel projektu SESyS – Spolehlivost a
ekonomika systémových služeb pro ČEPS, a.s.






Projekt BIOZE
Modelování dispečerského řízení v přenosové soustavě
Simulační optimalizace regulačních rozsahů podpůrných služeb
rutinní nasazení jako analytický nástroj pro přípravu podkladů k
roční přípravě provozu přenosové soustavy
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Řízení spotřeby



Cíl: minimalizace negativních dopadů
instalovaných OZE (FVE) na DS

Přetok do DS

Přepětí v síti
Idea: spotřebovat energii v místě, kde se
vyrobila
Akumulace výroby FVE do bojlerů v
domácnostech
Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Cíle řízení spotřeby
Výkonová bilance trafostanice
Výkon [kW]
100
50
0
-50
Bilance po optimalizaci
Původní bilance
-100
1
2
3
4
5
6
Dny
7
Importovaná a exportovaná energie
import
800
10
11
Maximální import a export
80
600
60
40
Výkon [kW]
Energie [kWh]
9
100
400
200
0
20
0
-20
-40
-200
export
8
-60
-400
-80
-600
1
2
3
4
5
6
Dny
Projekt BIOZE
7
8
9
10
-100
Bez řízení spotřeby
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Dny
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
S řízením spotřeby
Princip řídicího algoritmu
Predikce
neovládané
spotřeby
Predikce
neovládané
spotřeby
Predikce
neovládané
výroby
Optimalizátor
Ovládaná
spotřeba
Predikce
neovládané
výroby
+ +
Výsledná bilance
Dvoufázový výpočet časů spínání
bojlerů:




1. fáze: Minimalizace toků výkonu z a
do oblasti (= maximalizace využití
lokálně vyrobené energie)
2. fáze: Dodržení vypočtené reference z
1.fáze

Optimalizace spínání jednotlivých bojlerů

Podle predikované výroby a spotřeby v
řízené oblasti na 12 hodin
Výpočet každých 5 minut

Optimalizační omezení:
Výsledek: referenční výkonová bilance
oblasti na následujících 12hodin
Projekt BIOZE

Kapacita bojlerů (dostatek teplé vody)

Omezení spínání bojlerů (zamezení
nadměrnému opotřebení)
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Princip řídicího algoritmu
Predikce
neovládané
spotřeby
Predikce
neovládané
výroby
Neovládaná
spotřeba
Optimalizátor
Ovládaná
spotřeba
Neovládaná
výroba
+ +
Výsledná bilance
Dvoufázový výpočet časů spínání
bojlerů:




1. fáze: Minimalizace toků výkonu z a
do oblasti (= maximalizace využití
lokálně vyrobené energie)
2. fáze: Dodržení vypočtené reference z
1.fáze

Optimalizace spínání jednotlivých bojlerů

Podle predikované výroby a spotřeby v
řízené oblasti
Výpočet každých 5 minut

Optimalizační omezení:
Výsledek: referenční výkonová bilance
oblasti na následujících 12h
Projekt BIOZE

Kapacita bojlerů (dostatek teplé vody)

Omezení spínání bojlerů (zamezení
nadměrnému opotřebení)
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Implementace řídicího algoritmu
s měřením výkonové bilance na DTS
Meteodata
„DD“ FVE
TDD
předpověď oblačnosti (t : t + TP )
typická výroba FVE (t : t + TP )
denní diagram spotřeby (t : t + TP)
Predikce
neovládané
výroby (FVE) a
spotřeby
predikce průběhu výroby
FVE (t : t + TP )
Optimalizátor
příkazy pro ovládání
bojlerů (t)
bilance
neovládané
spotřeby (t)
Ovládaná
spotřeba
příkon ovládané
spotřeby (t)
Neovládaná
výroba a
spotřeba
Měření
výkonového
toku DTS
saldo výkonu
DTS (t)
predikce průběhu
spotřeby (t : t + TP )
TP – predikční horizont výpočtu = 12 hodin
Projekt BIOZE
měření
předávaná data
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Implementace řídicího algoritmu
s modelovanou výkonovou bilancí DTS (bez on-line měření bilance)
Meteodata
„DD“ FVE
Predikce
neovládané
výroby (FVE) a
spotřeby
predikce průběhu výroby
FVE (t : t + TP )
TDD
předpověď oblačnosti (t : t + TP ) denní diagramy
spotřeby(t)
a typická
typická výroba FVE (t : t + TP )
„DD“ FVE
výroba
FVE
(t)
denní diagram spotřeby (t : t + TP)
korigované
podle aktuálního počasí
Optimalizátor
Ovládaná
spotřeba
příkazy pro ovládání
bojlerů (t)
změřený příkon a
napětí v místech
ovládání spotřeby (t)
Load Flow
model sítě
saldo výkonu
DTS (t)
predikce průběhu
spotřeby (t : t + TP )
TP – predikční horizont výpočtu = 12 hodin
Projekt BIOZE
TDD
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Pilotní projekt Horušany


malá obec připojená k
DS jednou napájecí TS
(250kVA)

instalované zdroje FVE
120 kWp

problémy se s
dodržováním napěťových
limitů

Projekt BIOZE
Horušany (Plzeňský kraj)
„exportní saldo“ obce
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Simulační výsledky řízení




Prováděna za předpokladu možnosti řízení všech
bojlerů v oblasti (40 domácností)
Prováděna pro období duben-květen 2011 (dostupná
měření toku výkonu na DTS)
Spotřeba vody v domácnostech simulována na základě
dat z projektu IEA ECBS – nemáme k dispozici měření
spotřeby TUV
Simulace podle měřené bilanci na DTS
Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Simulační výsledky řízení

Simulovány 3 scénáře demonstrující vliv informace o stavu
bojleru (množství teplé vody):

Scénář 1:




Scénář 2:



bojlery bez měření množství teplé vody
objem teplé vody nesmí klesnout pod 45% celkové kapacity
nutno zajistit alespoň 1x denně nahřátí na 100% kapacity (pro
synchronizaci odhadu stavu a skutečného stavu bojleru)
bojlery vybaveny senzorem detekujícím vybití na 25% kapacity teplé
vody
objem teplé vody nesmí klesnout pod 20% celkové kapacity
Scénář 3:


bojlery vybaveny senzorem detekujícím stav, kdy je objem teplé vody
menší než 25%, nebo větší než 75% celkové kapacity
objem teplé vody nesmí klesnout pod 20 % celkové kapacity
Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Simulace řízení - výsledky
Scénář
1
2
3
Snížení exportu
[%]
42,4
46,9
51,1
Snížení importu
[%]
26,5
25,3
24,9
Snížení rozsahu
min-max výkon
[%]
34,7
36,4
38
24,1
26,5
26,7
1,13
1,25
1,26
Snížení přenášené
energie
(za 4 dny) [MWh]
Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
60
60
40
40
20
20
0
0
kWh
kWh
Simulace řízení – detail 24h, scénář 1
-20
-20
-40
-40
-60
-60
-80
Spotreba bojlery
Spotreba
FVE vyroba
Bilance
-100
0
5
10
15
20
-80
Spotreba bojlery
Spotreba
FVE vyroba
Bilance
-100
0
5
10
t [h]
15
t [h]

EMAX = 65 kWh (maximální import)

EMAX = 58 kWh

EMIN = -84 kWh (maximální export)

EMIN = -56 kWh

SE+ = 608 kWh (celková spotřeba)

SE+ = 496 kWh

SE- = -503 kWh (celková výroba)

SE- = -418 kWh
Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
20
Výsledky řízení spotřeby v reálném provozu
Výkon na trafostanici
řízení bojlerů
Výkony [kW]
50
bez řízení bojlerů
0
-50
-100
00:00

03:00
06:00
09:00
12:00
Čas
15:00
18:00
21:00
K řízení k dispozici 6 bojlerů ~ 13kW
Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Výsledky řízení spotřeby v reálném provozu
25
70
60
Výkon [kW]
Výkon [kW]
20
15
10
50
40
5
0
07:30
08:00
08:30
Čas


09:00
30
20:00
20:30
21:00
21:30
Čas
Detail vlivu řízení spotřeby na výkonovou bilanci DTS
Sepnutí 13 kW na 15 minut
Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
22:00
Shrnutí




navržený algoritmus umí potlačit až na
polovinu exportní charakter oblasti
řešení nabízí lepší využití přenosových kapacit
DS
zlepšení kvality dodávky (stabilizace napětí)
možné úspory investic do posilování sítě
Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky
Další vývoj




Implementace optimalizátoru jako embedded
systém (na ARM architektuře)
Vývoj algoritmů pro odhad spotřeby TUV z
příkonu bojleru
Rozšíření pilotního projektu o měření spotřeby
vody (přinese zpřesnění řízení provozu bojlerů)
Extrapolace řídicího schématu pro regulace na
VN úrovni
optimalizace provozu VN oblasti generující žádané
hodnoty výkonu pro regulaci na NN úrovni
 decentralizovaná kooperace mezi více NN oblastmi

Projekt BIOZE
České vysoké učení technické v Praze,
fakulta elektrotechnická, katedra řídicí techniky