Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach elektroenergetycznych

Transkrypt

1 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach elektroenergetycznych Zbigniew Nahorski, Weronika Radziszewska, Mirosław Parol Piotr Pałka Instytut Badań Systemowych, Polska Akademia Nauk Instytut Elektroenergetyki, Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, 17 lutego 2012 r. Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 1/13

2 Smart-grids i mikrosieci Charakterystyka mikrosieci Zmiana organizacji sieci Sieci zasilane przez duże elektrownie zawodowe jednokierunkowy przepływ mocy; Rozproszone zasilanie przez małe źródła, najczęściej odnawialne dwukierunkowy przepływ mocy; Idea sieci prosumenckich pobierają / generują moc. Poszukiwanie nowych rozwiązań na zarządzanie Organizacja stosowana w klasycznych sieciach klasyczne układy automatyki regulacyjnej przestaje odpowiadać współczesnym wymaganiom; Potrzeba innego rozwiązania; Rozwiązania oparte o systemy wieloagentowe obiecujące. Cel pracy: Analiza inteligentych rozwiązań zarządzania mikrosieciami, w szczególności wykorzystujące systemy wieloagentowe. Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 2/13

3 Smart-grids i mikrosieci Charakterystyka mikrosieci Co to są sieci smart-grid Brak doprecyzowanej definicji od małych sieci domowych po duże sieci przesyłowe; Połączenie sieci energetycznej i telekomunikacyjnej; Dwukierunkowy przepływ energii i danych; Często rozproszona generacja; Infrastruktura umożliwia zastosowanie inteligentnych algorytmów analizy danych i podejmowania decyzji; Co to są mikrosieci Wydzielona sieć (zazwyczaj niskiego napięcia); Posiada własne źródła zasilania (mikroźródła); Może okresowo pracować w trybie wyspowym; Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 3/13

4 Smart-grids i mikrosieci Charakterystyka mikrosieci Charakterystyka mikrosieci Mała liczba źródeł i odbiorników; Duża zmienność obciążenia; Problem utrzymanie ciągłości zasilania; Konieczność stosowania zaawansowanych systemów zarządzania energią; Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 4/13

5 Zadanie i rozdzaje systemów zarządzania Sterowanie zapotrzebowaniem na moc Systemy zdecentralizowane Rodzaje systemów EMS (ang. Energy Management Systems) EIS (ang. Energy Information Systems) SCADA (ang. Supervisory Control and Data Acquisition) Zazwyczaj są to systemy scentralizowane F. Giraud, Z. M. Salameh. Steady-state performance of a grid-connected rooftop hybrid wind-photovoltaic power system with battery storage. IEEE Transactions on Energy Conversion, 16(1):1-7, F. Fernandes, T. Sousa, M. Silva, H. Morais, Z. Vale, P. Faria. Genetic algorithm methodology applied to intelligent house control. In 2011 IEEE Symposium on Computational Intelligence Applications in Smart Grid (CIAGS 2011), IEEE Symposium Series on Computational Intelligence, , J. Granderson, M. A. Piette, G. Ghatikar. Building energy information systems: user case studies. Energy Efficiency, 4:17-30, A. Hajizadeh, M. A. Golkar. Intelligent power management strategy of hybrid distributed generation system. Electrical Power & Energy Systems, 29: Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 5/13

6 Zadanie i rozdzaje systemów zarządzania Sterowanie zapotrzebowaniem na moc Systemy zdecentralizowane Większość systemów EMS stara się tak wykorzystać źródła energii i zasobniki, aby w pełni pokryć zapotrzebowanie nie zawsze jest to możliwe! Ograniczenia zapotrzebowania DSM (ang. Demand-Side Management) wyłączanie odbiorników zgodnie z zadanymi priorytetami; DSB (ang. Demand-Side Bidding) odbiory i wytwórcy zgłaszają oferty; R. Palma-Behnke, C. Benavides, E. Aranda, J. Llanos, and D. Sáez. Energy management system for a renewable based microgrid with a demand side management mechanism. In 2011 IEEE Symposium on Computational Intelligence Applications in Smart Grid (CIAGS 2011), IEEE Symposium Series on Computational Intelligence, , A. G. Tsikalakis, N. D. Hatziargyriou. Centralized control for optimizing microgrids operation. IEEE Transactions on Energy Conversion, 23(1): , D. Westermann, A. John. Demand matching wind power generation with wide-area measurement and demand-side management. IEEE Transactions on Energy Conversion, 22(1): , Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 6/13

7 Zadanie i rozdzaje systemów zarządzania Sterowanie zapotrzebowaniem na moc Systemy zdecentralizowane Zdecentralizowane decyzje Zastosowanie systemów wieloagentowych; Podejście aukcyjne (handlowe); Inteligente decyzje agentów; A. L. Dimeas, N. D. Hatziargyriou. Operation of a multiagent system for microgrid control. IEEE Transactions on Power Systems, 20(3): , J. Lagorse, M. Simoes, A. Miraoui. A multiagent fuzzy-logic-based energy management of hybrid systems. IEEE Transactions on Industry Applications, 45(6): , L. J. Ricalde, E. Ordońez, M. Gamez, E. N. Sanchez. Design of a smart grid management system with renewable energy generation. In 2011 IEEE Symposium on Computational Intelligence Applications in Smart Grid (CIAGS 2011), IEEE Symposium Series on Computational Intelligence, , Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 7/13

8 Definicja systemu wieloagentowego Społeczności agentów Organizacja agentów i ich powiązania Algorytmy działania agentów System wieloagentowy System złożony z wielu agentów, które komunikują się między sobą; Każdy z agentów posiada cele indywidualne, definiowane przez jego zarządcę; System wieloagentowy posiada pewne cele nadrzędne powinien funkcjonować zgodnie z intencjami projektanta; Nie realizuje ich bezpośrednio ale poprzez indywidualne działania agentów i ich wzajemne interakcje; Skalowalność systemu usunięcie lub dodanie agenta jest podstawową operacją nie wpływa na działanie systemu; Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 8/13

9 Definicja systemu wieloagentowego Społeczności agentów Organizacja agentów i ich powiązania Algorytmy działania agentów Społeczność agentów Grupa agentów wykonujących podobne zadania. Społeczności agentów Nadzorcy broker, tablica, zarządca, dyspozytor, agent sieci; Źródła agenty wytwarzania (panel fotowoltaiczny, turbina wiatrowa); Odbiorcy agenty odbioru; Zasobniki energii baterie akumulatorów, ogniwa paliwowe; M. Cirrincione, M. Cossentino, S. Gaglio, V. Hilaire, A. Koukam, M. Pucci, L. Sabatucci, G. Vitale. Intelligent energy management system. In Proc. IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN 2009), Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 9/13

10 Definicja systemu wieloagentowego Społeczności agentów Organizacja agentów i ich powiązania Algorytmy działania agentów Agent turbiny wiatrowej Zarządca zagospodarowanie energii (sprzedaż); Symulator oblicza generowaną moc; Prognostyk przewidywanie czynnika atmosferycznego. Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 10/13

11 Definicja systemu wieloagentowego Społeczności agentów Organizacja agentów i ich powiązania Algorytmy działania agentów Agent baterii akumulatorów Sprzedawca zagospodarowanie zgromadzonej energii; Kupiec pozyskanie energii; Zarządca ustala wytyczne dla sprzedawcy i kupca; Symulator ustala parametry baterii; Optymalizator ładowania dba o właściwą pracę baterii. Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 11/13

12 Modele aukcji Wstęp Definicja systemu wieloagentowego Społeczności agentów Organizacja agentów i ich powiązania Algorytmy działania agentów Model aukcji dwustronnej (ciągłej) Przy ograniczeniach przepustowości linii przesyłowych; Przed każdą transakcją sprawdza się dopuszczalność rozpływu mocy; Model scentralizowany Optymalna alokacja ofert; P. Vytelingum, S. D. Ramchurn, T. D. Voice, A. Rogers, N. R. Jennings. Trading agents for the smart electricity grid. Proc. 9th Int. Conf. on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS 2010), van der Hoek, Kaminka, Lespérance, Luck, Sen (Ed.), pp , Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 12/13

13 Trendy występujące w projektowaniu systemów zarządzających bilansowaniem mocy w mikrosieciach; Zdecentralizowane zarządzanie z użyciem systemów wieloagentowych; Zarządzanie z użyciem SWA Skalowalność; Elastyczność; Szybka reakcja na zmiany w sieci; Proaktywność wykorzystanie modeli i prognoz; Zarządzanie Energią i Teleinformatyka, Nałęczów, lutego 2012 Inteligentne systemy bilansowania mocy w mikrosieciach 13/13