RYNEK ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Transkrypt

1 POLITECHNIKA LUBELSKA STOWARZYSZENIE ELEKTRYKÓW POLSKICH ODDZIAŁ LUBLIN XIX KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA RYNEK ENERGII ELEKTRYCZNEJ Kazimierz Dolny, 7-9 maja 2013 r. Zbiór prezenacji przedsawionych podczas Konferencji

2 PATRONAT HONOROWY Prezes Urzędu Regulacji Energeyki Prezes Sowarzyszenia Elekryków Polskich

3 SESJA PROBLEMOWA III TECHNICZNE PROBLEMY FUNKCJONOWANIA RYNKU ENERGII Maksymilian Przygrodzki (1), Rafał Gwóźdź (2) ( (1) Poliechnika Śląska, Gliwice, (2) PSE Innowacje Sp. z o.o.) Efekywność wykorzysania algorymów opymalizacji rozpływu mocy w planowaniu rozwoju sieci elekroenergeycznej Grzegorz Dudek (Poliechnika Częsochowska) Modele wygładzania wykładniczego do krókoerminowego prognozowania obciążeń sysemów elekroenergeycznych Sebasian Słabosz, Marian Sobierajski (Poliechnika Wrocławska) Meoda opymalizacji rozmieszczenia generacji nieregulowanej w sysemie elekroenergeycznym wykorzysująca zmodyfikowany algorym Tabu Search Andrzej Włóczyk (Poliechnika Opolska) Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi

4 XIX Konferencja Naukowo-Techniczna REE 2013 EFEKTYWNOŚĆ WYKORZYSTANIA ALGORYTMÓW OPTYMALIZACJI ROZPŁYWU MOCY W PLANOWANIU ROZWOJU SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ Maksymilian Przygrodzki, Rafał Gwóźdź Kazimierz Dolny, 7-9 maja 2013 r.

5 PYTANIA DO AUTORÓW REFERATÓW 2 W jaki sposób analizy OPF mogą poprawić w sosunku do radycyjnego podejścia ocenę efekywności poencjalnych inwesycji sieciowych? Czy Auorzy mogą pokusić się o zdefiniowanie odpowiednich mierników ilościowych akiej oceny, z uwzględnieniem koszów zapewnienia bezpieczeńswa dosaw? Celem prowadzonych prac jes modyfikacja meodyki planowania rozwoju długoerminowego KSE, w ym poprawa efekywności procesu m.in. przez wykorzysanie procedury OPF w budowie sraegii działań inwesycyjnych w obszarze KSP. Czy i jak uzyskiwane wyniki analiz zależą od założeń odnośnie poencjalnych zmian w obszarze generacji? Czy i w jaki sposób może być uwzględniany czynnik związany z niepewnością zmian w obszarze generacji? PSE Innowacje sp. z o.o.

6 PROCES PLANOWANIA ROZWOJU KSP 3 OTOCZENIE PLANOWANIA ROZWOJU STRONA POPYTOWA STRONA PODAŻOWA ROZWÓJ SYSTEMU PRZESYŁOWEGO Ooczenie makro kraj Moniorowanie popyu Rozwój zdeerminowany źródeł isniejących San wyjściowy sieci zamknięej Ooczenie międzynarodowe OSP Ooczenie sekorowe Ooczenie GK PSE Operaor Ooczenie Deparamenu DS Prognozy kraj Prognozy obszary Prognozy węzły Rozwój zdeerminowany źródeł nowych Analizy wysarczalności długoerminowej (wsępne) Dodakowe porzeby na nowe źródła Porzeby rozwoju sieci (ocena pracy, przyłączenia) Analizy OPF z opymalizacją rozwoju sieci Weryfikacja bezpieczeńswa pracy sieci obliczeniami SCOPF Dodakowe porzeby rozwoju sieci z opymalizacji Nakłady inwesycyjne na rozwój KSP Obliczenia echniczne sieciowe zmiennoprądowe (rozpływowe, zwarciowe, dynamiczne) Plan rozwoju sieci przesyłowej w zakresie rzeczowym BAZA DANYCH CATA Sp. z o.o. PSE Innowacje sp. z o.o.

7 POWIĄZANIE ANALIZ TECHNICZNYCH I EKONOMIKI PRACY KSE 4 Zmiany zdeerminowane Analizy echniczne Zmiany zdeerminowane Analizy echniczne Prognozy Prognozy Opcje rozwoju Scenariusze warunków rozwoju Opcje rozwoju Scenariusze warunków rozwoju Zmiany zdeerminowane Prognozy Opcje rozwoju Scenariusze warunków rozwoju Analizy echniczne Analizy ekonomiczne (rynkowe) Sany pracy sieci Analizy ekonomiczne Analizy ekonomiczne (rynkowe) Sany pracy (rynkowe) sieci Analizy ekonomiczne Obliczenia modułem opymalizacji Sany pracy sieci Obliczenia modułem opymalizacji Analizy ekonomiczne Analizy ekonomiczne PSE Innowacje sp. z o.o.

8 PRZYKŁAD WYKORZYSTANIA OPF 5 Program rozpływowy Program rozpływowy bez opymalizacji z opymalizacją Układ wejściowy: Odzwierciedla dany san sieci Sray mocy czynnej w układzie wynoszą 2,05 MW Kosz generacji wynosi zł PSE Innowacje sp. z o.o.

9 PRZYKŁAD WYKORZYSTANIA OPF ZWIĘKSZENIE OBCIĄŻENIA 6 Wniosek: Program rozpływowy Program rozpływowy bez opymalizacji z opymalizacją Zasosowanie procedury OPF opymalizuje rozdział mocy na źródła Redukcja sra mocy czynnej z 5,18 MW do 3,08 MW Zmniejszenie koszu generacji z zł do zł PSE Innowacje sp. z o.o.

10 PRZYKŁAD WYKORZYSTANIA OPF ZMIANY STRUKTURY 7 Wniosek: Program rozpływowy Program rozpływowy bez opymalizacji z opymalizacją Możliwa likwidacja przekroczeń po zasosowaniu SCOPF Redukcja sra mocy czynnej z 15,34 MW do 2,69 MW Zmniejszenie koszu generacji z zł do zł PSE Innowacje sp. z o.o.

11 WERYFIKACJA ANALITYCZNA - PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA W ramach pracy przyjęo nasępujące podsawowe założenia: 8 15-leni okres analiz, j. laa 2011 do Analizy były przeprowadzane dla każdego roku; analizie poddano układ sieci zamknięej 400/220/110 kv, przygoowany na bazie modelu sieci dla roku 2011; układ zosał uzupełniony o przewidywane w Planie Zamierzeń Inwesycyjnych (PZI) inwesycje sieciowe oraz zmiany w obszarze generacji; analizy sieciowe zosały przeprowadzone dla obciążenia KSE w dwóch sanach: szczy zimowy i szczy leni; PSE Innowacje sp. z o.o.

12 Zmiana koszu wywarzania, mld zł WERYFIKACJA ANALITYCZNA KOSZTY WYTWARZANIA 9 7 Wniosek: Warian I - Warian II Mniejszy kosz 3 generacji po zasosowaniu procedury OPF Koreka składu 2 jednosek wywórczych w zależności od porzeb KSE Szacunkowe 1 zmniejszenie rocznych koszów generacji o 2,8 mld zł Rok analizy PSE Innowacje sp. z o.o.

13 Kosz sra energii, mln zł WERYFIKACJA ANALITYCZNA KOSZTY STRAT ENERGII 10 Wniosek: Warian I Warian II Mniejsze sray przesyłowe po zasosowaniu procedury OPF Roczna oszczędność z yułu zmniejszenia sra o 58,9 mln zł Rok analizy PSE Innowacje sp. z o.o.

14 Koszy łączne, mld zł WERYFIKACJA ANALITYCZNA KOSZTY ŁĄCZNE Rodzaj koszu Kosz podsawowy Sopa 2% 11 Łączne koszy generacji i inwesycji oraz ich warości zdyskonowane, w mln zł Sopa 4% Kosz zdyskonowany Sopa 6% Sopa 8% Sopa 10% WI , , , , , ,5 WII , , , , , ,6 Δ(WI-WII) , , , , , , Warian I Warian II 0 0% 2% 4% 6% 8% 10% Sopa dyskona PSE Innowacje sp. z o.o.

15 EFEKTY WYKORZYSTANIA ZADANIA OPF 12 Wielkość Warian I Warian II Liczba opcji inwesycyjnych 37 9 Kompensacja mocy biernej 650 Mvar 350 Mvar Koszy inwesycji (6%) 562,4 mln zł 79,6 mln zł PSE Innowacje sp. z o.o.

16 HARMONOGRAM ROZWOJU KSP I OCENA ZASTOSOWANIA OPF 13 Wymiana ransformaora 220/110 kv w sacji Kopanina KOP-A2 na KOP-A3 o mocy 275 MVA Likwidacja rozdzielni 220 kv w sacji Skawina Zainsalowanie ransformaora 400/110 kv w sacji Wielopole o mocy 450 MVA Wymiana ransformaora 220/110 kv w sacji Blachownia BLA-A2 na BLA-A5 o mocy 275 MVA Wymiana ransformaora 220/110 kv w sacji Miłosna MIL-A1 na MIL- A6 o mocy 275 MVA bez OPF z OPF Insalacja nowego ransformaora 400/110kV w sacji Osrów o mocy 450 MVA Wymiana ransformaora 220/110 kv w sacji Pabianice PAB-A4 na PAB-A6 o mocy 275 MVA Zainsalowanie ransformaora 400/110 kv w sacji Wielopole o mocy 450 MVA po likwidacji ransformaora 220/110 kv Zwiększenie przepusowości linii 220 kv relacji Mory Ołarzew poprzez podniesienie dopuszczalnej emperaury przewodów Inwesycje związane z likwidacją przekroczeń (wspólne dla bez OPF i z OPF ) PSE Innowacje sp. z o.o.

17 DOCELOWY SCHEMAT KSP W BADANYCH WARIANTACH 14 ZRC ALY ZRC ALY SLK DRG GDA SLK DRG GDA PLC GLN POM MON VIE KRA DUN ZYD PKW GDP PLP JAS BYD TEL GBL GRU OLM OLS OST LMS ELK BIA NAR ROS PLC GLN POM MON VIE KRA DUN ZYD PKW GDP PLP JAS BYD TEL GBL GRU OLM OLS OST LMS ELK BIA NAR ROS HAG GOR LSN MIK ZUK CPC BOG PLE POL CRN SWI Legenda: 750 kv 400 kv 220 kv kabel sałoprądowy 450 kv KRM LES WPO ZBK CZE PPD PAS OSR PAT DBN ADA GRO BLA KED WIE MOS WLA KON TRE ANI HCZ WRZ ALB NOS LIS ROK LAG HAL KAT BIR KOP PBO KOM PAB ROG BEK PLO WYS PDE MSK OLT MIL SOC WTO STN MOR WSI ZGI PIA JAN TCN PRB CZT ZAP BYC JAM BUJ JOA LOS KHK SIE PIO LUA KIE WAN SKA KPK RAD KLA ROZ OSC PEL TAW KOZ CHM ATA PUL RZE SDU ABR BGC STW KRI ELW LSY CHS LEC MKR ZAM DOB CHA HAG GOR MIK LSN ZUK CPC BOG POL SWI PLE CRN Legenda: 750 kv 400 kv 220 kv kabel sałoprądowy 450 kv KRM LES WPO ZBK CZE PPD PAS OSR PAT ADA DBN GRO BLA KED WIE WLA KON TRE ANI HCZ WRZ MOS ALB NOS LIS ROK LAG KAT HAL KOP PBO KOM PAB ROG BEK BIR PLO PDE MSK OLT MIL WTO SOC WSI MOR ZGI PIA JAN TCN PRB CZT BUJ ZAP JAM BYC JOA LOS KHK SIE PIO LUA SKA KIE WAN KPK RAD KLA ROZ OSC PEL TAW KOZ ATA CHM PUL RZE BGC SDU ABR KRI STW ELW LSY CHS LEC MKR ZAM DOB CHA LEM LEM Rozmieszczenie inwesycji związanych z likwidacją przekroczeń wyznaczone bez OPF Rozmieszczenie inwesycji związanych z likwidacją przekroczeń wyznaczone z OPF PSE Innowacje sp. z o.o.

18 PODSUMOWANIE 15 Z punku widzenia użykowników sysemu elekroenergeycznego oraz operaora sysemu jako podmiou gospodarczego wykorzysanie OPF poprawia efekywność prowadzonych działań. Z punku widzenia odpowiedzialności za bezpieczeńswo KSE wykorzysanie OPF nie narusza poziomu bezpieczeńswa względem doychczas sosowanych meod. Zasosowanie programu z opymalizacją rozpływu sprawdza się przy znajdywaniu alernaywnych ścieżek rozwoju sysemu minimalizując nakłady inwesycyjne. Zasosowanie w procesie planowania długoerminowego rozwoju KSP nasępuje lepsze wykorzysanie sieci, co skukuje niższym koszem generacji oraz mniejszą liczbą inwesycji, a w efekcie niższymi nakładami inwesycyjnymi. Zmniejsza się ryzyko sranded coss. PSE Innowacje sp. z o.o.

19 Dziękuję PSE Innowacje PSE Innowacje sp. z sp. o.o. z o.o. PSE Innowacje sp. z o.o.

20 SESJA PROBLEMOWA III TECHNICZNE PROBLEMY FUNKCJONOWANIA RYNKU ENERGII Maksymilian Przygrodzki (1), Rafał Gwóźdź (2) ( (1) Poliechnika Śląska, Gliwice, (2) PSE Innowacje Sp. z o.o.) Efekywność wykorzysania algorymów opymalizacji rozpływu mocy w planowaniu rozwoju sieci elekroenergeycznej Grzegorz Dudek (Poliechnika Częsochowska) Modele wygładzania wykładniczego do krókoerminowego prognozowania obciążeń sysemów elekroenergeycznych Sebasian Słabosz, Marian Sobierajski (Poliechnika Wrocławska) Meoda opymalizacji rozmieszczenia generacji nieregulowanej w sysemie elekroenergeycznym wykorzysująca zmodyfikowany algorym Tabu Search Andrzej Włóczyk (Poliechnika Opolska) Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi

21 Modele wygładzania wykładniczego do krókoerminowego prognozowania obciążeń sysemów elekroenergeycznych Grzegorz Dudek Insyu Elekroenergeyki Wydział Elekryczny Poliechnika Częsochowska REE 2013

22 REE 2013 Meody krókoerminowego prognozowania obciążeń SE 1. Modele konwencjonalne Meody naiwne Meody auoregresji i średniej ruchomej (ARMA, ARIMA, ARMAX, SARIMA, ) Meody wygładzania wykładniczego Meody regresji wielorakiej, paramerycznej i nieparamerycznej Inne (saysyczne, filr Kalmana, ) 2. Modele niekonwencjonalne Meody ineligencji obliczeniowej sieci neuronowe i neuronowo-rozmye rozmye sysemy wnioskujące sysemy eksperowe szuczne sysemy immunologiczne Meody uczenia maszynowego i rozpoznawania obrazów maszyny wekorów podpierających drzewa regresyjne

23 REE 2013 Modele wygładzania wykładniczego Szeregi czasowe zawierają czery komponeny: rend, wahania sezonowe, wahania cykliczne i zakłócenia losowe. Komponeny szeregu czasowego mogą być połączone w sposób addyywny, muliplikaywny lub mieszany. Trend jes kombinacją poziomu l i przyrosu b. Te dwa komponeny mogą być połączone na pięć różnych sposobów, uwzględniając paramer łumienia [0, 1]: Brak : Addyywny: Addy.łumiony: Muliplikaywny: Muliplika.łum.: T T T T T h h h h h l, l bh, lb lb, 2 l (... ) b, h 2 h (... ), h l=10 b=1.07 f= Brak Addyywny Add. łumiony Muliplikaywny Mul. łumiony

24 Uwzględniając rzy wariany kombinacji składowej sezonowej z rendem: brak sezonowości, warian addyywny i warian muliplikaywny orzymujemy 15 modeli wygładzania wykładniczego. Najprosszy z nich zakłada brak rendu i sezonowości: Modele wygładzania wykładniczego y y y y y y ) (1 ) ( 1. ) (1 ) (1... ) (1 ) ( y y y y y y., ) (1 1 h l y l y l REE 2013

25 Model Hola - pozwala uwzględnić liniowy rend w posaci addyywnej Model Hola z łumionym rendem ma posać: Modele wygładzania wykładniczego., ) (1 ) ( ), )( ( b h l y b l l b b l y l h. )... (, ) (1 ) ( ), )( ( h h b l y b l l b b l y l REE 2013

26 Modele Hola-Winersa opisują szeregi czasowe z rendem i wahaniami sezonowymi: Modele wygładzania wykładniczego,, ) (1 ) (, ) (1 ) ( ), )( (1 ) ( h m m h m m s b h l y s b l y s b l l b b l s y l, ) (, ) (1, ) (1 ) ( ), )( ( h m m h m m s b h l y s b l y s b l l b b l s y l REE 2013

27 Model Hola-Winersa z podwójną sezonowością: Modele wygładzania wykładniczego ], ) ( [ ) (, ) (1, ) (1, ) (1 ) ( ), )( ( q m h h q h m h q m m q q m p s b l y p s b h l y p s l y p s p l y s b l l b b l p s y l q m REE 2013

28 Modele wygładzania wykładniczego zdefiniowane w kaegoriach przesrzeni sanów: x = [l, b, s, s 1,, s m+1 ] T - wekor sanu. Przykładowo model Hola opisany jes równaniami sanu: Modele wygładzania wykładniczego, ) ( ) (, ) ( ) ( g f r w y x x x x x, , 1] [1 1 1 y x x x, 1] [ ), (1 1] [ y x x x x REE 2013

29 REE 2013 Modele wygładzania wykładniczego Warości składowych wekora x 0 i paramerów = [,,, ] T esymuje się minimalizując kryerium: F( θ, x x n n 2 0 ) nlog 2log r( 1) 1 1 Kryerium selekcji modelu kryerium informacyjne Akaikego (AIC): AIC F( θ, x 0) 2v v jes sumą liczby składowych wekorów x 0 i.

30 REE 2013 Dekompozycja na szeregi czasowe dla każdej godziny 2.2 x x 104 Godzina x 104 Godzina Do prognozowania wykorzysuje się modele wygładzania wykładniczego z pojedynczą sezonowością (WW1)

31 daa seasonal rend remainder REE Dekompozycja za pomocą meody STL ime Do prognozowania wykorzysuje się modele wygładzania wykładniczego bez sezonowości (WW2)

32 REE 2013 Badania symulacyjne Prognoza dobowych przebiegów godzinowych obciążeń z wyprzedzeniem do 7 dni. KSE obciążenia godzinowe KSE w laach Próba esowa obejmowała dane z roku 2004 z wyjąkiem rzynasu dni nieypowych. SL1 obciążenia godzinowe sysemu lokalnego w okresie lipiec 2001 grudzień 2002 (średnie obciążenie ok MW). Próba esowa obejmowała dane z okresu lipiec grudzień 2002 z wyjąkiem ośmiu dni nieypowych. SL2 obciążenia godzinowe sysemu lokalnego w okresie (średnie obciążenie ok. 300 MW). Próba esowa obejmowała dane z roku 2001 z wyjąkiem rzynasu dni nieypowych.

33 REE 2013 Badania symulacyjne

34 P, GW REE 2013 Badania symulacyjne 18 KSE, ARIMA1 WW1 WP Przebieg rzeczywisy , h

35 REE 2013 Podsumowanie Dekompozycja zadania prognosycznego pozwala uprościć model prognosyczny, co zwykle przekłada się na dokładniejsze prognozy. ARIMA pozwala modelować liniowe zależności, podczas gdy wygładzania wykładniczego można użyć do zadań nieliniowych. Z uwagi na większą przesrzeń modeli ARIMA w sosunku do przesrzeni modeli wygładzania wykładniczego (ylko 30 modeli) selekcja opymalnego modelu ARIMA jes rudniejsza. Przy dłuższych horyzonach dokładność modeli wygładzania wykładniczego poprawia się w sosunku do sieci neuronowej, a nawe ją przewyższa. Zaleą meod wygładzania wykładniczego jes możliwość modelowania szeregów czasowych niesacjonarnych i heeroskedasycznych, wadą - brak możliwości wprowadzenia zmiennych egzogenicznych do modelu.

36 REE 2013 Podsumowanie 1. Średni procenowy błąd absoluny MAPE nie pokazuje z jakim maksymalnym błędem należy się liczyć przy prognozowaniu dobowym. Warość a jes isona z uwagi na ransakcje kupna/sprzedaży energii prowadzone według przewidywanych obciążeń w każdej godzinie doby. Ciekawym byłoby zaem podanie chociaż przedziałów błędu MAPE.

37 REE 2013 Podsumowanie 2. Warości średniego błędu procenowego MPE są znikomo małe? I znowu można nawiązać do pyania 1. Czy warość ego błędu, kóra uwzględnia warości dodanie i ujemne błędów godzinowych, może wskazywać na wysoką dokładność meody prognozy? 3. Auor referau podaje przykładowe błędy MAPE prognoz naiwnych. Są one nauralnie wyższe niż błędy zaproponowanej meody. A jakie warości dla ych prognoz miałyby błędy MPE? KSE 0,0079, SL1 0,0224, SL2 0,0175

38 REE 2013 Podsumowanie 4. Czy wysępują zasadnicze różnice między dokładnością prognozy dla dni roboczych a prognozą dla dni świąecznych, przed- i poświąecznych? MAPE s KSE WW1 WW2 HWPS ARIMA1 ARIMA2 WP Naiwny pn w śr cz p sb nd SL1 6 5 MAPE s pn w śr cz p sb nd

39 REE 2013 Podsumowanie 8 SL2 6 MAPE s pn w śr cz p sb nd

40 Dziękuję za uwagę REE 2013

41 SESJA PROBLEMOWA III TECHNICZNE PROBLEMY FUNKCJONOWANIA RYNKU ENERGII Maksymilian Przygrodzki (1), Rafał Gwóźdź (2) ( (1) Poliechnika Śląska, Gliwice, (2) PSE Innowacje Sp. z o.o.) Efekywność wykorzysania algorymów opymalizacji rozpływu mocy w planowaniu rozwoju sieci elekroenergeycznej Grzegorz Dudek (Poliechnika Częsochowska) Modele wygładzania wykładniczego do krókoerminowego prognozowania obciążeń sysemów elekroenergeycznych Sebasian Słabosz, Marian Sobierajski (Poliechnika Wrocławska) Meoda opymalizacji rozmieszczenia generacji nieregulowanej w sysemie elekroenergeycznym wykorzysująca zmodyfikowany algorym Tabu Search Andrzej Włóczyk (Poliechnika Opolska) Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi

42 Kazimierz Dolny, r. METODA OPTYMALIZACJI ROZMIESZCZENIA GENERACJI NIEREGULOWANEJ W SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM WYKORZYSTUJĄCA ZMODYFIKOWANY ALGORYTM TABU SEARCH prof. Marian Sobierajski, mgr inż. Sebasian Słabosz Insyu Energoelekryki Poliechniki Wrocławskiej Zakład Sieci i Sysemów Elekroenergeycznych

43 Plan prezenacji 1. WSTĘP 2. OPTYMALIZACJA NIELINIOWA Z WYKORZYSTANIEM TABU SEARCH 3. PRZYKŁADOWA OPTYMALIZACJA GENERACJI NIEREGULOWANEJ W TESTOWYM SYSTEMIE C7M Opymalizacja zmodyfikowaną meodą Tabu Search Opymalizacja liniowa 4. PODSUMOWANIE

44 Wsęp Zgodnie z przyjęym w Kraju planem rozwoju Odnawialnych Źródeł Energii (OZE) ich udział bilansie energii finalnej ma wzrosnąć do 15% w roku 2020 i 16% w roku zmniejszenia generacji w elekrowniach cieplnych, co pociąga za sobą zmianę rozpływu mocy oraz poziomów napięć w sieciach przesyłowych oszacowanie dopuszczalnej generacji nieregulowanej powinno wynikać z rozwiązanie zadania opymalizacyjnego z ograniczeniami zaproponowane rozwiązanie nie może naruszać ograniczeń w sanach normalnych oraz w N-1

45 Wsęp 1. Sumaryczna moc przyłączanej generacji nieregulowanej powinna być możliwie największa. 2. Saldo wymiany zagranicznej powinno mieć warość bliską ej, kóra wysępowała przed przyłączeniem nieregulowanej generacji rozproszonej. 3. Przyłączana nieregulowana generacji rozproszona nie może naruszać minimum echnicznego sysemu wynikającego z wymogów regulacji częsoliwości. 4. Nieregulowana generacja rozproszona może być przyłączane ylko do węzłów wskazanych przez Operaora Sysemu Przesyłowego. 5. Opymalizowana jes zarówno moc nieregulowanej generacji rozproszonej już isniejących jak i możliwych do przyłączenia. Moc isniejącej generacji rozproszonej może ulec jedynie zwiększeniu.

46 OPTYMALIZACJA NIELINIOWA Z WYKORZYSTANIEM TABU SEARCH max P GNR PGNR przy ograniczeniach funkcyjnych dla wyłączeń N-1 f ( P GNR ) 0 rozpływ mocy I L ( P GNR ) I Ldop ograniczenie prądowe S T ( P GNR ) S TN U( P GNR ) U U( P GNR ) Umax min ograniczenie mocy ograniczenie napięcia PWYM ( PGNR ) P WYMplan ograniczenie mocy wymiany Pbil ( PGNR ) Pbil max Pbil ( PGNR ) Pbil min Qbil ( PGNR ) Qbil max Qbil ( PGNR ) Qbil min ograniczenie mocy węzła bilansującego

47 PRZYKŁADOWA OPTYMALIZACJA B02 G1 LIN4 ~ B02211 B01 G1 FW ~ LIN13 B11112 B10211 LIN20 B01112 LIN21 LIN22 B15112 LIN9 B05211 ~ B05-G1 LIN23 B4L112 B3L112 B4H211 LIN8 LIN28 TRA-1 B3H G1 FW ~ LIN26 LIN25 LIN24 ~ B4H-G1 TRA-2 B3H211 LIN27 LIN7 LIN2 B13112 B B12112 B06211 ~ FW B06-G1 LIN6 G-PFW ~ FW LIN11 B09211 B07211 LIN10 LIN12 B07-G1 B08211 ~ Tesowy zmodyfikowany sysem C7M obejmuje sieć 220/110 kv. Schema sysemu pokazano na Rys. 1. Napis FW oznacza możliwość przyłączenia nieregulowanej generacji do danego węzła. Węzłem bilansującym jes B Linie wymiany TRA-1 oraz TRA-2. Przyjęo +/-5 MW, jako dokładność realizacji salda wymiany, moc wymiany ekspor 130 MW.

48 PRZYKŁADOWA OPTYMALIZACJA Dane generaorów z dopuszczalnymi przedziałami mocy. Typ 1 oznacza elekrownię cieplną, Typ=10 nieregulowaną generację. Gen Wezel Sn Typ Pg Pmin Pmax - - MVA - MW MW MW B02_G1 B B05_G1 B B06_G1 B B07_G1 B B3H_G1 B3H B4H_G1 B4H B01_G1 B G-PFW B Przed opymalizacją generacja wiarowa wysępuje ylko w sieci 110 kv w węźle B01112 i wynosi 30 MW.

49 OPTYMALIZACJA NIELINIOWA Z WYKORZYSTANIEM TABU SEARCH Sar San począkowy Zmień moc +/- krok w węźle T Czy rozwiązanie na liście abu N Nieliniowy rozpływ mocy Wyklucza rozwiązanie N Czy rozwiązanie spełnia ogr. ech. T Czy T rozparzono wszyskie przypadki T N Wybór najlepszego rozwiązania Zapamięanie rozwiązania, umieszczenie na liście abu N Kryerium Sopu T STOP

50 PRZYKŁADOWA OPTYMALIZACJA Gen Węzeł Sn Typ Pgop Pmin Pmax - - MVA - MW MW MW B02_G1 B , B05_G1 B , B06_G1 B , B07_G1 B , B3H_G1 B3H , B4H_G1 B4H , B01_G1 B , G-PFW B , Po rozwiązaniu zadania opymalizacji bez sprawdzania kryerium N-1 generacja wiarowa zosała zwiększona w sysemie do 745,3 MW. Uzyskane z opymalizacji saldo wymiany wynosi 131,8 MW, przy planowanej warości 130 MW. Dokładność spełniania salda wymiany wynosi zaem 1,8 MW, przy dopuszczalnym odchyleniu +/-5MW. Po sprawdzeniu kryerium N-1 okazało się, że wiele gałęzi jes przeciążonych w sanach N-1.

51 PRZYKŁADOWA OPTYMALIZACJA W celu spełnienia kryerium N-1 dokonano ponownej opymalizacji, kórej sanem począkowym były wyniki z opymalizacji bez kryerium N-1. Nową funkcją celu było nie dopuszczenie do przeciążeń w sanach N-1, przy dodakowym nagradzaniu rozwiązań, w kórych suma mocy z nieregulowanych źródeł jes możliwie największa. Po rozwiązaniu zadania opymalizacji generacja wiarowa zosała zmniejszona w sysemie do 708,7 MW. Generaor Węzeł Sn Typ PgopTS Pmin Pmax - - MVA - MW MW MW B02_G1 B , B05_G1 B , B06_G1 B , B07_G1 B , B3H_G1 B3H , B4H_G1 B4H , B01_G1 B , G-PFW B ,

52 PRZYKŁADOWA OPTYMALIZACJA Gen Węzeł Sn Typ PgopTS PgopPL Pmin Pmax - - MVA - MW MW MW MW B02_G1 B ,3 214, B05_G1 B ,0 250, B06_G1 B ,9 351, B07_G1 B ,0 282, B3H_G1 B3H ,0 136, B4H_G1 B4H ,9 257, B01_G1 B ,0 118, G-PFW B ,8 122, Po zakończeniu opymalizacji liniowej, do zopymalizowanych węzłowych mocy czynnych dodano węzłowe moce bierne i obliczono rozpływy mocy czynnej i biernej z uwzględnieniem kryerium N-1. Swierdzono przekroczenie dopuszczalnej warości prądu w linii LIN7 o 2,7% po wyłączeniu linii LIN10.

53 Podsumowanie Meoda liniowa daje bardzo szybko rozwiązanie opymalne, co ma prakyczne znaczenie w przypadku sysemów elekroenergeycznych o kilku ysiącach węzłów. Jednakże pomijanie rozpływu mocy biernej prowadzi do zby dużej sumarycznej mocy nieregulowanej generacji i przeciążeń linii po uwzględnieniu rozpływu mocy biernej. Ponado meoda liniowa nie uwzględnia ograniczeń echnicznych w węźle bilansującym. Zmodyfikowana meoda Tabu Search jes pozbawiona wad meody liniowej, gdyż uwzględnia rozpływ mocy czynnej i biernych oraz ograniczenia echniczne w węźle bilansującym. Ponado meoda a nie dopuszcza przekroczenia dopuszczalnej obciążalności linii i ransformaorów. Jej wadą jes długi czas obliczeń.

54 Pyania 1. Wprowadzenie do sysemu elekroenergeycznego dużej mocy pochodzącej od nieregulowanych źródeł energii pociągnie za sobą konieczność zmniejszania generacji w innych elekrowniach, w ym okresowego odsawienia bloków cieplnych. Co do zasady nie może o naruszać ograniczeń związanych z prawidłową pracą sysemu elekroenergeycznego, akich jak zapewnienie odpowiednich poziomów rezerw mocy o różnym czasie dosępu, nie ylko regulacyjnych. W jaki sposób prowadzone analizy mogą uwzględniać ego ypu wymagania? Czy można rozszerzyć badany model ak, aby uzyskać korzyści dla procesu planowania rozwoju sieci elekroenergeycznej? 2. Auorzy piszą, że algorym Tabu Search bazuje na poszukiwaniu losowym i cechuje się sosunkowo krókim czasem obliczeń w porównaniu do innych algorymów geneycznych. To swierdzenie jes niesłuszne, gdyż Tabu Search nie należy do meod losowych. TS jes deerminisyczną, heurysyczną meodą ograniczonego przeglądu obszarów przesrzeni dopuszczalnych rozwiązań, kórej efekywność zależy od umiejęnego doboru ruchów zabronionych, czyli konsrukcji zw. lisy Tabu. W jaki sposób dobrano lisę Tabu, jaka jes efekywność opracowanej meody poszukiwania w jaki sposób zweryfikowano skueczność i efekywność meody?

55 Dziękuję za uwagę

56 SESJA PROBLEMOWA III TECHNICZNE PROBLEMY FUNKCJONOWANIA RYNKU ENERGII Maksymilian Przygrodzki (1), Rafał Gwóźdź (2) ( (1) Poliechnika Śląska, Gliwice, (2) PSE Innowacje Sp. z o.o.) Efekywność wykorzysania algorymów opymalizacji rozpływu mocy w planowaniu rozwoju sieci elekroenergeycznej Grzegorz Dudek (Poliechnika Częsochowska) Modele wygładzania wykładniczego do krókoerminowego prognozowania obciążeń sysemów elekroenergeycznych Sebasian Słabosz, Marian Sobierajski (Poliechnika Wrocławska) Meoda opymalizacji rozmieszczenia generacji nieregulowanej w sysemie elekroenergeycznym wykorzysująca zmodyfikowany algorym Tabu Search Andrzej Włóczyk (Poliechnika Opolska) Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi

57 Poliechnika Opolska Wydział Elekroechniki Auomayki i Informayki Insyu Elekroenergeyki i Energii Odnawialnej Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi dr inż. Andrzej Włóczyk REE 2013, Kazimierz Dolny 7-9 maja 2013

58 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi ZASTOSOWANIE PROFILU OBCIĄŻENIA W OBLICZENIACH INŻYNIERSKICH Znajomość profilu obciążenia jes isona w wielu różnorodnych obliczeniach inżynierskich. Do najważniejszych należy zaliczyć [3, 4]: obliczenia rozpływu mocy w sieci rozdzielczej, obliczenia sra energii elekrycznej, opymalizacja poziomów napięć, opymalizacja konfiguracji sieci, bilansowanie mocy i energii, kalkulacja cen za przesył i energię elekryczną. REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

59 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przykład uproszczonych obliczeń sra energii elekrycznej E P ) d P(( gdzie: ) - chwilowa warość sra mocy E P s gdzie: P s - względny czas obciążenia szczyowego s 1 - czas rwania sra maksymalnych REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

60 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Profil obciążenia w posaci abelarycznej (IRiESD) REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

61 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Aproksymacja wielomianem współczynniki wielomianu 9 sopnia: -2, e-07 3, e-0-0, , , , , , , , REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

62 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Kryeria wyboru modelu, opisu maemaycznego profilu poziom złożoności dokładność możliwość agregacji danych możliwość wykorzysania do obliczeń inżynierskich na eapie projekowania sieci i analizy jakości dysrybucji energii możliwość idenyfikacji rodzaju odbiorcy (grupy aryfowej), kreowania ceny za przesył i dosarczoną energię elekryczną REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

63 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Funkcje sigmoidalne i angensoidalne f. sigmoidalna y( x) 1 1 e x f. angensoidalna y( x) 1 1 e e x x REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

64 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Funkcja aproksymująca y i a 1 bi 1 exp x c i i 1, 2 a=1 b 1 =1 c 1 =2 b 2 =3 c 2 =8 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

65 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja gdzie: Ogólne równanie funkcji aproksymującej exp 1 1 exp 1 1 i i i i i i c x b c x b a Y N i i i i i i i d Y d c b c b a Y ,,,,, d c b c b a i i i i i,,,,, esymowane współczynniki funkcji aproksymującej N - liczba składowych funkcji aproksymującej x - rzeczywisa moc obciążenia Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi

66 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przykładowe profile obciążeń REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

67 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przebieg funkcji aproksymującej: profil LW, N=1 a= 372,02 b 1 = 1,47 c 1 = 7,03 b 2 = 2,11 c 2 = 24,05 d= 525,00 R2= 0,90 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

68 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przebieg funkcji aproksymującej: profil LM, N=1 a 210,36 b 1 0,21 c 1 12,99 b 2 0,92 c 2 24,22 d 120,00 R2 0,84 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

69 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przebieg funkcji aproksymującej: profil ZP SN, N=1 a 187,79 b 1 3,98 c 1-7,49 b 2 1,73 c 2 22,31 d 420,00 R2 0,33 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

70 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przebieg funkcji aproksymującej: profil ZP nn, N=1 a 201,75 b 1 7,27 c 1 5,75 b 2 1,85 c 2 19,53 d 1,20 R2 0,79 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

71 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przebieg funkcji aproksymującej: profil LM, N=2 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

72 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przebieg funkcji aproksymującej: profil LM, N=3 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

73 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przebieg funkcji aproksymującej: profil LW, N=2 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

74 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Przebieg funkcji aproksymującej: profil LW, N=3 REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

75 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Dokładność aproksymacji REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

76 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Ocena dokładności aproksymacji na podsawie błędów obliczeń sra energii E N EN E 100% E E - sray energii czynnej wg meody dokładnej N E N 1, 2, 3 - sray energii czynnej na podsawie funkcji aproksymującej - liczba składowych funkcji aproksymującej REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

77 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Podsumowanie Aproksymacja profilu obciążenia bazująca na funkcjach sigmoidalnch lub angensoidalnych pozwala na: - uzyskanie dokładności wymaganej w obliczeniach inżnierskich - warości współczynników charakeryzują profil obciążenia w określonych przedziałach czasowych REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

78 Aproksymacja profilu obciążenia funkcjami sigmoidalnymi i angensoidalnymi Dziękuję za uwagę REE 2013 Kazimierz Dolny 7-9 maja

79 SESJA PROBLEMOWA III TECHNICZNE PROBLEMY FUNKCJONOWANIA RYNKU ENERGII Barbara Kaszowska (1), Andrzej Włóczyk (1), Dariusz Jeziorny (2) ( (1) Poliechnika Opolska, (2) Tauron-Dysrybucja S.A.) Zasosowanie programu bilansowania sra energii Bi-Sun do wspomagania podejmowania decyzji w spółkach dysrybucyjnych Michał Wierzbowski, Błażej Olek (Poliechnika Łódzka) Akywne zarządzanie pracą sieci dysrybucyjnej średniego napięcia z generacją rozproszoną według zasad rynku energii elekrycznej Błażej Olek, Michał Wierzbowski (Poliechnika Łódzka) Lokalne obszary bilansowania w sieciach niskich napięć z generacją rozproszoną

80 KATEDRA SYSTEMÓW, SIECI I URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH Zasosowanie programu bilansowania sra energii Bi-Sun do wspomagania podejmowania decyzji w spółkach dysrybucyjnych Barbara Kaszowska, Andrzej Włóczyk Poliechnika Opolska Dariusz Jeziorny TAURON Dysrybucja S. A. Maj 2013

81 Aplikacja Bi-Sun: Obliczenie sra energii czynnej i biernej dla sieci WN, SN, nn dla różnych obszarów i przedziałów czasowych, Wyznaczanie sra uzasadnionych, Porównanie sra obliczonych z uzasadnionych.

82 Schema ideowy działania programu Bi-Sun

83 Zasosowanie: Wskazanie obszarów o zwiększonym poziomie sra w sosunku do sra uzasadnionych, Wskazanie rodzaju sra (echniczne, handlowe), Dokonanie podziału sra między sieci SN i nn, Wskazanie grupy elemenów sieci o zwiększonym poziomie sra w sosunku do sra uzasadnionych.

84 Wykorzysanie wyników obliczeń w działalności spółki dysrybucyjnej 1. Eksploaacja sieci dysrybucyjnej wskazanie obszarów oraz grup elemenów sieci, w kórych należy zinensyfikować zabiegi eksploaacyjne, prowadzące do zmniejszenia sra echnicznych, opymalizacja konfiguracji isniejącej sieci dysrybucyjnej w celu zminimalizowania sra energii przy zachowaniu wymaganej pewności pracy sieci (układy normalne pracy sieci), określenie obszarów poszukiwań sra handlowych.

85 Wykorzysanie wyników obliczeń w działalności spółki dysrybucyjnej 2. Działalność inwesycyjna w ym opracowanie planów rozwoju sieci dysrybucyjnej modernizacja isniejących sieci dysrybucyjnych i ich elemenów, budowa nowych linii i sacji elekroenergeycznych

86 Dane wykorzysywane przez program Bi-Sun 1. Do zamodelowania badanej sieci dysrybcyjnej (opracowanie zbiorów współczynników): Schemay sieci WN, SN i nn poszczególnych Oddziałów Informacje na ema paramerów echnicznych poszczególnych elemenów sieci (linii, ransformaorów, baerii kondensaorów, id.) 2. Comiesięcznie, w procesie obliczeniowym: Informacje zaware w sprawozdaniu G.10.5 (srukura mająku sieciowego) Informacje zaware w sprawozdaniu G.10.7 (przepływy energii elekrycznej miesięczne i roczne) Informacje na ema ilości energii elekrycznej dosarczanej odbiorcom poszczególnych grup aryfowych (miesięczne i roczne) zgodnie z G.10.4 Opracowane przez auorów programu zbiory współczynników opisujących badaną siec dysrybucyjną

87 Podsawowe funkcjonalności oprogramowania Zauomayzowane przygoowanie i wprowadzanie danych wejściowych do obliczeń (moduł: Kreaor szablonów) Pełna jawność danych wykorzysywanych w procesie obliczeniowym Kompleksowe wyznaczanie poziomów sra (wszyskie poziomy napięć, poszczególne elemeny sieci dysrybucyjnej, różne okresy czasowe, pełna srukura Spółki) Funkcjonalny moduł analizy wyników obliczeń (prezenacja abelaryczna, w posaci wykresów, porównanie analizowanych podobszarów (cała Spółka, Oddziały, RD, dowolnie zdefiniowane podobszary) Moduł pozwalający na wyznaczenie dodakowych wskaźników opisujących badaną sieć (np. współczynnik obciążenia ransformaorów, średnie obciążenia sacji 110/SN, średnie spadki napięć w orach nn i SN, gęsość linii nn, gęsości zabudowy sacji SN/nN, długość linii nn, SN przypadające na sacje SN/nN, 110/SN, ip.) Możliwość migracji hisorycznych danych wejściowych oraz wyników obliczeń przygoowanych przy pomocy doychczas wykorzysywanych w Oddziałach oprogramowań wyznaczających poziomy sra energii elekrycznej Praca programu w środowisku sieciowym (wspólna baza danych) z wykorzysaniem sysemu Windows

88 Korzyści z zasosowania oprogramowania Bi-Sun 1. Ujednolicenie w całej Spółce oprogramowania służącego do podziału RB na sray echniczne i handlowe informacja na ema udziału sra handlowych w RB wymagana jes przez URE. 2. Możliwość wyznaczania sra na dużym poziomie szczegółowości w podziale na sray obciążeniowe i napięciowe oraz w podziale na elemeny sieci: linie elekroenergeyczne, przyłącza, liczniki, ransformaory, baerie kondensaorów, id. 3. Możliwość wspomagania decyzji do. inwesycji i modernizacji sieci dysrybucyjnej wynikami obliczeń programu Bi-Sun opcja porównania sra obliczonych ze sraami uzasadnionymi* 4. Możliwość pełnego wglądu użykowników w algorym obliczeniowy oprogramowania oraz w warości współczynników wykorzysywanych do obliczeń - świadomość wykonywanych obliczeń, możliwość akualizacji warości współczynników oraz wykonywania symulacji obliczeń. 5. Możliwość pełnej weryfikowalności danych wejściowych - mechanizm sprawdzania poprawności zaczyania danych ze sprawozdań G.10.4, G.10.7 i G.10.5, sprawdzenie w poszczególnych sprawozdaniach pól wynikowych oraz zgodności danych zawarych w sprawozdaniach G.10.4 i G.10.7 w zakresie przepływów energii. * sray uzasadnione sray energii wyznaczone na podsawie danych wejściowych oraz opymalnych (możliwych do uzyskania) współczynników charakeryzujących elemeny sieci oraz ich konfiguracje.

89 Planowany przepływ informacji doyczących sra energii elekrycznej w spółce dysrybucyjnej

90 Planowane powiązanie sysemu Bi-Sun z innymi sysemami

91 Plany rozwojowe oprogramowania Bi-Sun 1. Wykorzysywanie w sposób on-line w procesie obliczeniowym programu Bi-Sun danych rzeczywisych do. mająku sieciowego (powiązanie z sysemem ZMS) 2. Wykorzysywanie w sposób on-line w procesie obliczeniowym programu Bi-Sun danych rzeczywisych z sysemu bilansującego przepływy energii elekrycznej dla sacji SN/nN (powiązanie z sysemem Smar meering/cbp). Powyższe powiązania pozwolą na dokładniejsze wyznaczanie poziomu sra echnicznych w elemenach sieci dysrybucyjnej i przez o dokładniejszy podział RB na sray echniczne i handlowe. 3. Uzupełnienie oprogramowania Bi-Sun o moduł pozwalający na przeprowadzenie analiz echniczno-ekonomicznych zrealizowanych i planowanych w Spółce działań w celu minimalizacji poziomu sra energii elekrycznej (np. opłacalność wymiany ransformaorów na jednoski bardziej energooszczędne, czas zwrou inwesycji ip.). Ponado wspomniany moduł powinien pozwolić na przygoowanie prognozy poziomów sra energii elekrycznej w perspekywie 3-5 la.

92 Dziękujemy za uwagę!

93 SESJA PROBLEMOWA III TECHNICZNE PROBLEMY FUNKCJONOWANIA RYNKU ENERGII Barbara Kaszowska (1), Andrzej Włóczyk (1), Dariusz Jeziorny (2) ( (1) Poliechnika Opolska, (2) Tauron-Dysrybucja S.A.) Zasosowanie programu bilansowania sra energii Bi-Sun do wspomagania podejmowania decyzji w spółkach dysrybucyjnych Michał Wierzbowski, Błażej Olek (Poliechnika Łódzka) Akywne zarządzanie pracą sieci dysrybucyjnej średniego napięcia z generacją rozproszoną według zasad rynku energii elekrycznej Błażej Olek, Michał Wierzbowski (Poliechnika Łódzka) Lokalne obszary bilansowania w sieciach niskich napięć z generacją rozproszoną

94 XIX Konferencja Naukowo-Techniczna Rynek Energii Elekrycznej 7 9 maja 2013r., Kazimierz Dolny AKTYWNE ZARZĄDZANIE PRACĄ SIECI DYSTRYBUCYJNEJ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA Z GENERACJĄ ROZPROSZONĄ M. Wierzbowski, B. Olek michal.wierzbowski@p.lodz.pl Insyu Elekroenergeyki Poliechniki Łódzkiej

95 BILANSOWANIE CENTRALNE VS. LOKALNE San obecny 1. Bilansowanie energii na poziomie sieci przesyłowych 2. Poliyka energeyczna UE oraz porzeba inegracji DG/RES 3. Niewysarczająca niezawodność pracy i zmniejszone bezpieczeńswo dosaw energii przy wysokiej peneracji DG/RES w sieci dysrybucyjnej Korzyści z bilansowania DG/RES na poziomie lokalnych sieci dysrybucyjnych 1. Zwiększone bezpieczeńswo dosaw i niezawodność pracy sieci poprzez możliwość bieżącego moniorowania sanu sieci 2. Lepsze, bardziej efekywne wykorzysanie lokalnych zasobów DG/RES 3. Odciążenie sysemu przesyłowego WN poprzez generację lokalną 4. Redukcja sra sieciowych 5. Uworzenie nowej plaformy dla rozwoju rynku i usług sysemowych + akywacja odbiorcy

96 OD SIECI PASYWNYCH DO SIECI AKTYWNYCH Transformacja

97 WARUNKI PRACY AKTYWNEJ SIECI DYSTRYBUCYJNEJ (1)

98 WARUNKI PRACY AKTYWNEJ SIECI DYSTRYBUCYJNEJ (2) 1. Przesrzeganie zasad prawnych: (a) unbundling (rozdział zarządzania pracą sieci od produkcji i handlu energią) (b) TPA swobodny dosęp do sieci i handel energią 2. Zachowanie niedyskryminowanego dosępu do sieci dla: operaorów sieciowych, producenów, firm obrou, końcowych odbiorców energii równe prawa w uczesnicwie w rynku energii elekrycznej 3. Spójne rozwiązania dla wszyskich poziomów sysemu elekroenergeycznego: od OSP, przez OSD do odbiorcy końcowego (rozwiązania prawne, organizacja rynku, spójność operaorów)

99 AKTYWNOŚĆ STRON W SIECI AKTYWNEJ Operaorzy sieciowi Dosawa energii: Zarządzanie siecią Zarządzanie sraami Bilansowanie zaporzebowanie i zużycia energii Producenci Generacja energii elekrycznej Świadczenie regulacyjnych usług sysemowych Spółki obrou Handel energią elekryczną Zarządzanie ryzykiem Użykownicy Pasywni Akywni Prosumenci Obciążenie akywne Produkcja energii elekrycznej

100 ZAŁOŻENIA DO KONCEPCJI ZARZĄDZANIA PRACĄ SIECI DYSTRYBUCYJNEJ SN (1) 1. Isnienie Operaora Sysemu Dysrybucyjnego z wydzielonymi (zadaniowo) według napięć sieci podoperaorami (Operaor Koordynacyjny Sieci i Operaor Obszaru Węzłowego). 2. Praca sieci i zarządzanie (rozdział obciążeń) są obowiązkami Operaora Sysemu Dysrybucyjnego i podoperaorów. 3. Wszelka akywność jes zgodna z zasadami TPA i unbundling. 4. Jako środek zapewnienia lokalnego bilansowania i zarządzania siecią przyjęo mechanizm rynku bilansującego. 5. Rynek dnia nasępnego, spójny z rynkiem bilansującym zarządzanym przez OSP. Sysem cenowy: Pay as bid.

101 ZAŁOŻENIA DO KONCEPCJI ZARZĄDZANIA PRACĄ SIECI DYSTRYBUCYJNEJ SN (2) 6. Uczesnicy rynku (ES, AL, GEN) zgłaszają ofery bilansujące na moc czynną oraz usługi sysemowe dla sieci SN: produkcja mocy biernej 7. Jednoski w sieci elekroenergeycznej są w pełni konrolowalne 8. Obciążenie sieci jes zamodelowane poprzez odpowiednie profile obciążeń: komercyjne, przemysłowe, komunalnobyowe 9. Implemenacja meod śledzenia rozpływów mocy pozwala na określenie srukury zasilania każdego odbioru i wykorzysanie ego do wyznaczenia cen energii na porzeby bilansowania

102 OPTYMALIZACJA I BILANSOWANIE ENERGII PRZEZ OPERATORA KOORDYNACYJNEGO SIECI Cel: Opymalizacja produkcji mocy czynnej i biernej w sieci z uwzględnieniem rozpływów mocy, sra i implemenacją śledzenia rozpływów mocy. (horyzon 24h) Wynik: Plan pracy jednosek (na 24h) Funkcja celu (nieliniowa): całkowiy kosz pracy sieci uwzględniający koszy produkcji energii i usług sysemowych Zmienne podlegające opymalizacji: ofery zgłaszane do operaora na produkcję P oraz Q (generacja / pobór / redukcja zaporzebowania) zmiennych Ograniczenia: paramery infrasrukury sieciowej, jednosek przyłączonych do sieci oraz warości napięć w węzłach sieci (3624) Power Flow Tracing : wyznaczenie cen energii na porzeby rozliczeń bilansujących

103 WYNIKI SYMULACJI (1) Bez bilansowania Bilansowanie lokalne

104 WYNIKI SYMULACJI (2)

105 WYNIKI SYMULACJI (3) H=9 Cena średnia ważona: 0,20 zł/kwh Rzeczywisa cena ze źródeł: 0,20 zł/kwh H=16 Cena średnia ważona: 0,45 zł/kwh Rzeczywisa cena ze źródeł: 0,35 zł/kwh

106 PODSUMOWANIE Możliwe jes zarządzanie pracą sieci dysrybucyjnej średniego napięcia w oparciu o bilansowanie energii oraz koordynację przepływów mocy i usług sieciowych przy wykorzysaniu meod nieliniowej opymalizacji z ograniczeniami Celem opymalizacji jes zapewnienie bilansu mocy w sieci oraz minimalizacja koszów bilansowania przy spełnieniu ograniczeń echnicznych Zasady akie jak TPA i unbundling muszą być zachowane Wprowadzenie bilansowania lokalnego w sieci SN pozwala na efekywne zarządzanie pracą sieci oraz umożliwia rozwój rozproszonych i odnawialnych źródeł energii

107 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ M. Wierzbowski, B. Olek Insyu Elekroenergeyki Poliechniki Łódzkiej

108 PYTANIA RECENZENTÓW (1) W jaki sposób z bilansowaniem mocy i zarządzaniem pracą sieci rozdzielczych radzą sobie krajowe sysemy, charakeryzujące się o wiele większym niż w Polsce udziałem energeyki rozproszonej? 1. Zniekszałcenie rynku Subsydiowanie echnologii Wysępowanie cen ujemnych (EEX, grudzień 2012) 2. Tworzenie przepływów kołowych 3. Przeciążanie sieci dysrybucyjnych i odwrone przepływy mocy Czy Smar Grid może być rozwiązaniem? NIE: jeśli ylko AMI TAK: pod warunkiem, że Sysemy będą akcepować obecną srukurę prawną Zosanie zaimplemenowane bilansowanie lokalne w sysemie hierarchicznym

109 Czy można oszacować korzyści finansowe proponowanych rozwiązań? TAK, ale : PYTANIA RECENZENTÓW (2) 1. Byłaby o analiza, w kórej w każdym symulowanym scenariuszu należałoby określać kosz poszczególnych elemenów np. kosz sra i dokonać porównania 2. Ocena korzyści finansowych płynących z poprawny jakości zasilania, napięć w sieci, czy uniknięych koszów rozbudowy sieci przesyłowej jes bardzo rudna do wykonania 3. Nie jes o przedmioem badań

110 PYTANIA RECENZENTÓW (3) Jaki jes zakres koniecznych zmian legislacyjnych w celu umożliwienia realizacji koncepcji zarządzania pracą sieci rozdzielczych? 1. Podsawowe zasady dla wprowadzenia lokalnego zarządzania siecią isnieją : TPA + unbundling 2. Wewnęrzna reorganizacja OSD 3. Rozwiązanie problemu małych jednosek generacji rozproszonej oraz prosumenów W pracy zajmujemy się określaniem zadań lokalnego bilansowania, a nie worzeniem organizacyjnych i prawnych ram jego funkcjonowania pozosaje o zaem problemem owarym, kóry może mieć wiele rozwiązań

111 SESJA PROBLEMOWA III TECHNICZNE PROBLEMY FUNKCJONOWANIA RYNKU ENERGII Barbara Kaszowska (1), Andrzej Włóczyk (1), Dariusz Jeziorny (2) ( (1) Poliechnika Opolska, (2) Tauron-Dysrybucja S.A.) Zasosowanie programu bilansowania sra energii Bi-Sun do wspomagania podejmowania decyzji w spółkach dysrybucyjnych Michał Wierzbowski, Błażej Olek (Poliechnika Łódzka) Akywne zarządzanie pracą sieci dysrybucyjnej średniego napięcia z generacją rozproszoną według zasad rynku energii elekrycznej Błażej Olek, Michał Wierzbowski (Poliechnika Łódzka) Lokalne obszary bilansowania w sieciach niskich napięć z generacją rozproszoną

112 XIX Konferencja Naukowo-Techniczna Rynek Energii Elekrycznej 7 9 maja 2013r. Kazimierz Dolny LOKALNE OBSZARY BILANSOWANIA W SIECIACH NISKICH NAPIĘĆ Z GENERACJĄ ROZPROSZONĄ B. Olek, M. Wierzbowski blazej.olek@p.lodz.pl Insyu Elekroenergeyki Poliechniki Łódzkiej

113 Cel Możliwa jes koordynacja bilansowania energii elekrycznej i regulacyjnych usług sysemowych w węzłach sieci niskiego napięcia poprzez wykorzysanie meod opymalizacji nieliniowej.

114 Eapy badań (1) 1. Określenie warunków pracy sieci elekroenergeycznej z uwzględnieniem współczesnych zasad działania elekroenergeyki a w szczególności rozdziału działalności ( unbundling ) oraz wolnego dosępu sron rzecich (TPA) 2. Zdefiniowanie modeli sieci i węzłów nn ze szczególnym uwzględnieniem możliwości regulacji źródeł wywórczych, magazynów energii i odbiorów 3. Sformułowanie zadań koordynacji pracy węzła nn, a w szczególności bilansowania energii, kompensacji mocy biernej, redukcji harmonicznych i asymerii 4. Zdefiniowanie funkcji Operaora Obszaru Węzłowego oraz sposobu ich realizacji biorąc pod uwagę dosępne zasoby oraz regulacje prawne

115 Eapy badań (2) 5. Sformułowanie modeli opymalizacyjnych w szczególności funkcji celu i ograniczeń 6. Analiza meod opymalizacji ze szczególnym uwzględnieniem meod opymalizacji nieliniowej 7. Wybór meod opymalizacji dla przeprowadzonych symulacji 8. Przygoowanie scenariuszy symulacyjnych 9. Przeprowadzenie symulacji dla zdefiniowanych scenariuszy i przyjęych meod 10. Analiza uzyskanych wyników i sformułowanie rekomendacji dla wdrożeń prakycznych i dalszych prac badawczych.

116 1. Określenie warunków pracy sieci elekroenergeycznej (1)

117 1. Określenie warunków pracy sieci elekroenergeycznej (2) Uwarunkowania prawne Unbundling Third Pary Access Uwarunkowania rynkowe Rynek Bilansujący dnia nasępnego Giełda Energii Zakup usług sysemowych

118 2. Określenie modelów sieci i węzłów Model sieci 4 przewodowa sieć rójfazowa (12 gałęzi) 13 węzłów Transformaor zasilający TNOSCT 160 kva, 21/0,4kV Yzn5 Modele jednosek G1 sysem PV sacjonarny AL grupa odbiorców akywnych G3 sysem PV sacjonarny G4 urbina wiarowa G5 mikrourbina gazowa S1 zasobnik energii

119 3. Określenie zadań koordynacji pracy węzła nn Zapewnienie zbilansowania lokalnej produkcji energii elekrycznej z obciążeniem (poborem energii) Minimalizacja sra przesyłowych Urzymanie odpowiednich poziomów napięć Zapewnienie odpowiedniej jakości energii elekrycznej, poprzez kompensację wyższych harmonicznych i asymerii Realizacja powyższych zadań musi odbywać się w ramach uwarunkowań prawnych (rynkowych) działania elekroenergeyki.

120 4. Określenie funkcji Operaora Obszaru Węzłowego Bilansowanie energii Lokalne bilansowanie energii w węźle odbywa się przy założeniu rozdziału działalności (unbundling) i swobodzie dosępu do rynku zarówno producenów jak i odbiorców (TPA) na podsawie: Informacji o zakupionej i sprzedanej energii (USE) Ofer bilansujących Zapewnienie sandardów pracy sieci Poprzez zakup regulacyjnych usług sysemowych (Ancillary Services) kompensacja mocy biernej (bilansowanie mocy biernej) Redukcja asymerii Redukcja harmonicznych

121 5. Sformułowanie modeli opymalizacyjnych f c pi Pi cp Pex c qi Qi cq Qex ca2 i2 c A0 i0 c Hi I3Hi i1 i1 i1 i1 Zmienne Jednoski wywórcze 3 Akywny odbiorca 1 Zasobnik energii 1 Ilość faz 3 Serowane paramery 4 Ograniczenia Napięcia węzłowe 1872 Przepusowości linii 864 Moce dyspozycyjne (576) Horyzon czasowy

122 6. Analiza meod opymalizacji Opymalizacja Sayczna Dynamiczna Szuczna ineligencja Programowanie liniowe Programowanie dynamiczne Sieci neuronowe Programowanie nieliniowe Serowanie opymalne Zbiory rozmye Opymalizacja nieliniowa Programy eksperckie Algorymy geneyczne

123 7. Wybór meod opymalizacji Środowisko Malab Inerior poin Acive-se Sequenial Quadraic Programming Rozszerzenie TOMLAB Moduł podsawowy nlpsolve consolve Kniro Inerior/Direc Inerior/CG Acive-se SLQP Sanford sysems Opimizaion Laboraory MINOS SNOPT NPSOL

124 8. Przygoowanie scenariuszy symulacyjnych Przygoowane scenariusze 1. Sieć z generacją rozproszoną (warian bazowy) 2. Sieć ze serowaną generacją rozproszoną (3 wariany) 3. Sieć ze serowaną generacją rozproszoną i sysemem regulacyjnych usług sysemowych (3 wariany)

125 9. Przeprowadzenie symulacji (1)

126 9. Przeprowadzenie symulacji (2)

127 9. Przeprowadzenie symulacji (2)

128 9. Przeprowadzenie symulacji (2)

129 10. Analiza uzyskanych wyników i sformułowanie rekomendacji (1) Aspeky prawne Zarządzanie pracą sieci dysrybucyjnej, koordynacja bilansowania i regulacyjnych usług sysemowych musi odbywać się zgodnie z zasadą o rozdzielności działalności i wolnego dosępu do rynku, przy założeniu spójności z zasadami eksploaacji sieci przesyłowej i dysrybucyjnej wyższych sieci. Aspeky rynkowe Lokalne bilansowanie oraz urzymanie sandardów zwiększają konkurencyjność źródeł generacji rozproszonej. Dodakowo zmniejszenie sra przesyłowych, pozwala zminimalizować kosz zarządzania siecią i uniknąć koszów rozbudowy sieci. Aspeky echniczne Możliwa jes poprawa jakości energii poprzez zakup przez Operaora Obszaru Węzłowego regulacyjnych usług sysemowych: mocy biernej, kompensacji harmonicznych i asymerii. Lokalne bilansowanie musi być spójne z nadrzędnie funkcjonującym rynkiem.

130 10. Analiza uzyskanych wyników i sformułowanie rekomendacji (2) Aspeky maemayczne Możliwe jes sosowanie meod opymalizacji saycznej - 24 godzinny plan pracy sieci i źródeł wywórczych Zasosowanie meod saycznych powoduje zwiększenie wymiaru problemu jedna zmienna dla każdego przedziału czasowego Różne meody w różny sposób są odpowiednie do sformułowanego problemu opymalizacji Czas obliczeń może być skrócony poprzez zasosowanie obliczeń równoległych i dodakowo procesorów z wieloma rdzeniami Do rozważenia w przyszłości jes zasosowanie meod binarno-liniowych Możliwa jes koordynacja bilansowania energii elekrycznej i regulacyjnych usług sysemowych w węzłach sieci niskiego napięcia poprzez wykorzysanie meod opymalizacji nieliniowej.

131 PYTANIA RECENZENTÓW Ile wynosił czas obliczeń opymalizacyjnych? Czy czas obliczeń nie wyeliminuje sosowania akiego sposobu bilansowania sieci nn z generacją rozproszoną? 1. Typowym dla meod opymalizacji nieliniowej jes wrażliwość na paramery i zmienne wejściowe 2. Czas obliczeń nie był kryerium branym pod uwagę 3. Rozważane jes zasosowanie meod binarnoliniowych

132 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ