Electrical power and energy balance in the local electrical system by using reconciliation of the generation and consumption schedules

• Autorzy: Lezhniuk Petro , Kozachuk Oleh , Komenda Natalia , Malogulko Juliya

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.09.10

Warianty tytułu

PL

Bilans mocy i energii elektrycznej w lokalnym systemie elektroenergetycznym za pomocą uzgadniania harmonogramów wytwarzania i zużycia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper considers the problem of balancing power and electricity in a local electric power system (LES), in which electricity consumption and its generation by renewable energy sources (RES) are proportional to each other. In the LES, the principle is implemented - what is generated is consumed by its own consumers. The LES is considered as part of an electric power system (EPS) with large power plants, but which can operate in an autonomous mode. The sources of electricity in the LES are small hydroelectric power plants (SHPP), photovoltaic and wind power plants (PV, WPP), the production of which is unstable due to dependence on natural conditions. That is why the LES provides for reserve existing maneuvering capacity, electrochemical storage, hydrogen technologies and biogas plants in the UES. To assess the possibility and effectiveness of methods and means of reserving the instability of RES electricity production, the criterion method of the similarity theory was used. From the analysis of the proportionality and sensitivity of the relative costs of RES reserve capabilities and means, it is shown that the best are hydrogen technologies and the coordination of electricity generation and consumption schedules in the RES. First of all, we recommend to use the possibility of using electricity generation and consumption schedules in the LES. For the amount of electricity that remained unbalanced after such reconciliation, it is advisable to use the hydrogen produced in the LES for full balancing. Coordination of generation and consumption schedules in the LES for balancing electricity in it is carried out using a morphometric apparatus, which is based on the transition from the Cartesian to the polar coordinate system. It is shown that the use of a morphometric apparatus for analyzing the unevenness of graphs has a number of advantages and allows for a comprehensive and detailed assessment of the graphs shape. Conditions are created for monitoring the dynamics of changes in consumption and generation schedules in the LES and assessing the impact on the technological processes of electricity consumers.

PL

W artykule rozpatruje się problem balansowania mocy i energii elektrycznej w lokalnym systemie elektroenergetycznym (LSE), w którym zużycie energii elektrycznej i jej generowanie przez odnawiane źródła energii (OZE) są dostosowane do siebie. W LSE realizuje się zasadę: to, co zostało wyprodukowane, jest spożywane przez jej własnych użytkowników. LSE jest rozpatrywana jako część składowa systemu elektroenergetycznego (SEE) z dużymi elektrowniami, ale posiadająca możliwość pracy autonomicznej. Żródłami energii elektrycznej w LSE są małe hydroeletrownie (MHE), fotoelektrownie I elektownie wiatrowe (FE, EW), produkowanie energii elektrycznej przez które nie jest stabilne ze względu na zależność od warunków pogodowych. Przeto w LSE są przewidziane rezerwowe moce manewrowe, zbiorniki elektrochemiczne, technologie wodorowe i urządzenia biogazowe. Dla oceny możliwości i skuteczności sposobów i metod rezerwowania niestabilności generowania energii elektrycznej OZE wykorzystano metodę kryterialną teorii podobieństwa. Analiza proporcjonalności i wrażliwości kosztów względnych do ewentualnych sposobów i srodków rezerwowania OZE pokazała, że najlepsze są technologie wodorowe i uzgodnienie wykresów generowania i zużycia energii elektrycznej w LSE. W pierwszej kolejności zaleca się wykorzystanie możliwości uzgadniania w LSE wykresów generowania I zużycia energii elektrycznej. Do ilości energii elektrycznej, która nie jest balansowanie po takim uzgodnieniu, dla pełnego wyrównania zalecane jest wykorzystanie wyprodukowanego w LSE wodoru. Uzgodnienie wykresów generowania i zużycia w LSE w celu wyrównania w nim energii elektrycznej jest realizowane przy użyciu aparatu morfometrycznego, zasadą którego jest przejście od kartezjańskiego do biegunowego układu współrzędnych. Zademonstrowano, że wykorzystanie aparatu morfometrycznego w celu analizy nierównomierności wykresów ma szereg przewag i pozwala na przeprowadzenie wszechstronnego i szczegółowego oceniania formy wykresów. Stwarza się warunki dla śledzenia dynamiki zmian wykresów zużycia i generowania w LSE i oceniania wpływu na procesy technologiczne konsumentów energii elektrycznej.

Słowa kluczowe

EN

local electric power system; renewable energy sources; instability of generation; redundancy; reconciliation of generation and consumption schedules; similarity theory; criterion method

PL

lokalny system elektroenergetyczny; odnawiane źródła energii; niestabilność generowania; rezerwowanie; uzgodnienie wykresów generowania i zużycia; teoria podobieństwa; metoda kryterialna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 9
• Strony: 57--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Lezhniuk Petro

• Department of Electrical Stations and Systems, Vinnytsia National Technical University, Khmelnytsky highway 95, 21021 Vinnytsya, Ukraine
• Department of Wind Power, Head of Institute of Renewable Energy of the National Academy of Sciences of Ukraine, Hnata Khotkevycha St., 20а, 02094

• https://orcid.org/0000-0002-9366-3553

autor

Kozachuk Oleh

• Department of Electrical Stations and Systems, Vinnytsia National Technical University, Khmelnytsky highway 95, 21021 Vinnytsya, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-7143-3530

autor

Komenda Natalia

• Department of electrical engineering, Lutsk National Technical University, Lvivska St, 75, Lutsk, Volyn Oblast, Ukraine, 43000

• https://orcid.org/0000-0002-5944-8665

autor

Malogulko Juliya

• Department of Electrical Stations and Systems, Vinnytsia National Technical University, Khmelnytsky highway 95, 21021 Vinnytsya, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-6637-7391

Bibliografia

• [1] Basok B.I., Butkevich O.F., Dubovsky S.V. Technical and economic aspects of evaluating prospects decarbonization of the unified energy system of Ukraine. Technical electrodynamics. 2021, 5, 55–62. https://doi.org/10.15407/techned2021.05.055
• [2] O.S. Yandulskyi, A.B. Nesterko, G.O. Trunina Determining the value of the active power reserve of TPPs and HPPs for regulating frequency and flows in UES of Ukraine // Technical electrodynamics. 2020, 1, 58–63. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2020.01.058
• [3] Towards a 100% renewable energy future. URL: https://www.wartsila.com/energy/vision (accessed 15.01.2021).
• [4] Kudrya S. O., Repkin O. O., Rubanenko O. O., Yatsenko L. V., Shynkarenko L. Ya. Development stages of green hydrogen energy of Ukraine. Renewable Energy. 2022, 1, 5–16. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022. 1(68)840
• [5] Kan Z. et al., Research on Grid-Connected/Islanded Control Strategy of PV and Battery Storage Systems as Emergency Power Supply of Pumping Storage Power Station, 2020 IEEE 3rd International Conference on Electronics Technology (ICET), Chengdu, China, 2020, 457-462. doi: 10.1109/ICET49382.2020.9119658.
• [6] Zhu Z., Liu Z., Duan Q., Xu Z., Sun B. and Mei H., Capacity Allocation of Energy Storage and Synchronous Condenser for Wind-photovoltaic-thermal-storage Combined Transmission System, 2021 IEEE Sustainable Power and Energy Conference (iSPEC), Nanjing, China, 2021, 239-244, doi: 10.1109/iSPEC53008.2021.9735446.
• [7] M. P. Bolotny, Yu. G. Loyenko, O. O. Karmazin. The application of energy storage systems for the tasks of managing the modes of the UES of Ukraine: state and prospects for development // Renewable Energy. 2022, 3, 28–35. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.3(70).
• [8] S.P. Denisyuk, D.G. Derevyanko, H.S. Beloha Synthesis of models of local electric power systems with sources of distributed generation // Technical electrodynamics. 2022, 4, 48-53. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2022.04.048
• [9] Tomashevskyi, Y., Burykin, O., Kulyk, V., Malogulko, J. Estimation of the dynamics of power grid operating parameters based on standard load curves / Tomashevskyi, Y., Burykin, O., Kulyk, V., Malogulko, J. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologiesthis link is disabled, 2019, 6(8-102), pp. 6–12.
• [10] S. Yin, M. Jin, X. Chen, X. Guo and J. Feng, "Modeling and Simulation of Optimal Configuration of Virtual Power Plant Oriented to Power Internet of Things," 2021 IEEE 4th International Conference on Automation, Electronics and Electrical Engineering, Shenyang, China, 2021, pp. 751-754, doi: 10.1109/AUTEEE52864.2021.9668812.
• [11] M. P. Kuznetsov, O. O. Karmazin. Optimal planning of the hybrid energy system at different electricity tariffs // Renewable energy. 2022, 3, 6–18. https://doi.org/10.36296/1819- 8058.2022.3(70)
• [12] Jaesung Jung, Michael Villaran. Optimal planning and design of hybrid renewable energy systems for microgrids // Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 75/ 2017, 180-191.
• [13] Lezhniuk, P., Komar, V., Hunko, I., Jarykbassov, D., Tussupzhanova, D., Yeraliyeva, B., & Katayev, N. (2022). NATURAL-SIMULATION MODEL OF PHOTOVOLTAIC STATION GENERATION IN PROCESS OF ELECTRICITY BALANCING IN ELECTRICAL POWER SYSTEM. Informatyka, Automatyka, Pomiary W Gospodarce I Ochronie Środowiska, 12(3), 40-45. https://doi.org/10.35784/iapgos.3030.
• [14] Amendments to the resolution of the National Commission that carries out state regulation in the spheres of energy and communal services No. 641 of April 26, 2019 (Approved by Resolution of the National Committee of the NERCEP No. 46 of January 15, 2021)
• [15] Petro Lezhniuk, Vyacheslav Komar, Serhii Kravchuk, Volodymyr Netrebskiy, Vladyslav Lesko. Optimal Integration of Photoelectric Stations in Electric Networks. – LAP LAMBERT Academic Publishing, 2019. – 210 p.
• [16] M. Malvoni and N. Hatziargyriou, "One-day ahead PV power forecasts using 3D Wavelet Decomposition", 2019 International Conference on Smart Energy Systems and Technologies (SEST), 2019, pp. 1-6, doi: 10.1109/SEST.2019.8849007.
• [17] Stepan Kudria, Petr Lezhniuk, Oleksandr Riepkin, Olena Rubanenko. Hydrogen technologies as a method of compensation for inequality of power generation by renewable energy sources // Przegląd Elektrotechniczny, issn 0033-2097, r. 98 nr 10/2022. doi: 10.15199/48.2022.10.01
• [18] Venikov V. A. Theory of similarity and modeling. - Moscow: Higher School, 1976. - 479 p.
• [19] Astakhov Y.N., Lezhniuk P.D. Application of the criterion method in the energy power system. - Kyiv: UMK VO, 1989. - 140 p.
• [20] Handbook of Operations. Foundations and Fundamentals. Edited by Joseph J. Moder, and Salah E. Elmaghraby. – Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1978.
• [21] Butkevych O.F., Yuneeva N.T., Gureeva T.M., Stetsyuk P.I. The problem of electric power storage placement in the IPS of Ukraine taking into account its influence on power flows transmitted by controlled cutsets // Technical electrodynamics. – 2020. – No. 4. - pp. 46–50. URL: https://doi.org/10.15407/techned2020.04.046
• [22] Taras Komenda, Nataliya Komenda, Yuriy Vagapov. Criteria of morphometric analysis of a daily load profile // Electrical Energy Systems. Volume 29, Issue 5, May 2019. https://doi.org/10.1002/2050–7038.2847.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).