Сеть электроснабжения острова Русский как экспериментальная площадка для отработки технологий Virtual Power Plant, MicroGrid, и MultiAgent

В представленных в группе статьях описано использование обычных фаззи-контроллеров с данными заранее правилами.

Были ли уже какие-нибудь эксперименты или теоритические прикидки на счет использования ИНС(или каких-либо иных обучаемых/самообучающихся моделей) в качестве фаззи-контроллеров? Каковы планы на этот счет?

Комментарии

Владислав Шипилов До сих пор наши интересы не распространялись за пределы Fuzzy Logic Tool из состава Matlab/Simulink, но по собственному опыту мы убедились, что выбирать функции принадлежности для фаззи-контроллеров в сложной энергосистеме следовало более совершенными способами, чем это допустимо в пакете Fuzzy Logic. Мы подходим к проблеме управления только как инженеры, а для корректного ее решения нужны еще и математики. И не случайно организаторы конкурса Энергопрорыв обращают внимание на необходимость мультидисциплинарных команд в проектах. В этом смысле у нас большие надежды на тебя, Дмитрий, в том числе - предложение сформулировать, с точки зрения математика, необходимые направления исследований, позволяющие усовершенствовать способы управления, которые мы уже освоили и которые могут быть востребованы в рамках настоящего проекта. Кроме того, было бы очень полезно, на тот случай, если проект пройдет первый круг конкурсного отбора, чтобы ты поделился своими соображениями относительно организации мультиагентных систем управления применительно и к виртуальной станции на базе сети электроснабжения о. Русский, и к возможной Micro Grid кампуса или лабораторного корпуса ДВФУ. На наш взгляд, опыт ИПУ РАН в этой области должен быть очень востребован в команде проекта.
Ответить 0 6 мая 2013 в 06:30
Дмитрий Катаев В статьях описан, на сколько я понял, SISO контроллер ВПТ, регулирующий переток мощности в зависимости от скорости генератора, т.е. избытка/недостатка мощности с передающей стороны. <какие-то мои предположения> В нашем же проекте нам будут всегда (?) нужны MIMO контроллеры, вероятно еще и разной конфигурации(/размерности). Выходы могут потребоваться не только управляющие, но и коммуникационные (хотя не ясно меняет ли это что-то). А главное нам нужно много разных контроллеров, "собирать" которые вручную категорически не стоит. В общем, я бы тогда хотел получить представление о нескольких типовых задачах, которые должны решать контроллеры в нашем проекте. Тогда уже смогу что-то более конкретное сказать.
Ответить 0 6 мая 2013 в 13:31
Владислав Шипилов Эффективная работа возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в составе, например, виртуальной электростанции, может быть достигнута только в случае обеспечения возможности накопления энергии и, при необходимости, выдачи ее в сеть. Принципы накопления энергии таковы, что связь накопителей энергии с энергосистемой происходит в большинстве случаев через AC\DC конверторы. Управляя активной и реактивной мощностью накопителей (в зависимоти от их приниципа действия), выдаваемой в сеть или потребляемой из сети, можно воздействовать на частоту и напряжение виртуальной электростанции, в том числе, в темпе переходного процесса. Последнее обстоятельство может позволить управлять динамическими переходами, вызванными аварийными возмущениями, таким образом, чтобы предотвратить нарушение динамической устойчивости, возникновения лавины частоты или лавины напряжения. Если предположить, что когда-нибудь экспериментальная площадка на о. Русский будет располагать тремя-четырьмя накопителями энергии, то, например, интеллектуальная система противоаварийного управления виртуальной электростанцией, может состоять из трех-четырех нейро-фаззи контроллеров. Входными параметрами для них будут частота и напряжение. Выходными - сигналы управления на уменьшение или увеличение двунаправленной активной или реактивной мощности накопителей, которые системой управления последних будут преобразованы в сигналы управления углами гашения или зажигания тиристоров в AC/DC конверторах. Если рассматривать, например, Micro Grid лабораторного корпуса или кампуса ДВФУ, эскиз которой приведен на рис. 2 доступной в Материалах группы статьи " Power Network Model for Investigation of Distributed Generation in Russia", то количество нейро-фаззи контроллеров будет равно количеству AC/DC конверторов в Micro Grid плюс AC/DC/AC конвертор для связи с сетью виртуальной станции о. Русский. Входными сигналами для них могут быть также частота и напряжение, а выходными - сигналы управляющих воздействий для систем управления конверторами. Это, на наш взгляд, только одна из возможных сфер применения нейро-фаззи технологий на экспериментальной площадке о. Русский. Два других примера возможного применения нейро-фаззи и мультиагентных технологий будут приведены через день-два.
Ответить 0 7 мая 2013 в 17:29
Владислав Шипилов Одним из наиболее тяжелых аварийных возмущений для виртуальной электростанции может стать внезапное отделение ее от энергосистемы в условиях, когда переток мощности направлен из энергосистемы в сеть виртуальной электростанции и составляет соизмеримую величину с мощностью генерации последней. В этой ситуации, в большинстве случаев, неизбежно действие устройств противоаварийной автоматики (ПА), а именно: автоматической частотной разгрузки (АЧР). Непрерывное изменение нагрузки потребителей в течение дней недели и времени суток, с одной стороны, и необходимость надежного выполнения функций ограничения снижения частоты и последующего ее восстановления, с другой, обусловили основной принцип действия устройств АЧР-Iи АЧР-II, состоящий в многоступенчатой реализации управляющих воздействий очередями, отличающихся уставками по частоте срабатывания (АЧР-I) и временем их введения (АЧР-II). Однако сам принцип действия устройств (ступенчатость) не позволяет достичь отключения оптимального (минимально необходимого) объема нагрузки, допуская тем самым избыточность управляющих воздействий и увеличение ущерба от действия ПА. В тех случаях, когда для минимизации объема отключения нагрузки применяется так называемая дополнительная разгрузка, действующая однократно на отключение заранее рассчитанного объема потребителей, оптимального значения отключения также достичь не представляется возможным, во-первых, из-за неопределенности относительно действительного объема нагрузки на фидере, назначенного для отключения, и во-вторых, из-за отсутствия достоверной информации о составе нагрузки, от которого существенным образом зависит так называемый регулирующий эффект нагрузки. Smart технологии, основанные, в том числе, на Smart Metering (интеллектуальных измерениях) позволяют усовершенствовать технику выполнения и дополнительной разгрузки, и, если потребуется, АЧР-I и АЧР-II вместе с их модификациями, использующими также скорость изменения частоты и скорость изменения напряжения в качестве входной информации. Уже существуют технологии, позволяющие получить информацию о составе нагрузки, подключенной к фидеру, с тем чтобы, например, отключение выполнять с учетом возможного регулирующего эффекта нагрузки. Такие технологии, среди прочих, могли бы быть отработаны на экспериментальной площадке о.Русский. Принципиально новое устройство ПА (с условным названием "Smart АЧР"), на наш взгляд, могло бы быть создано средствами нейро-фаззи технологий в рамках настоящего проекта . Количество таких устройств, применительно к существующей сети электроснабжения о. Русский и ее возможной схеме развития, должно, на первый взгляд, быть равно количеству подстанций 35/10-6 кВ или 5-7 комплектов. Входными параметрами устройства (агента, в данном случае) должны стать частота сети, скорость изменения частоты, напряжение, скорость изменения напряжения, активная и реактивная мощность нагрузки на фидерах, назначенных к отключению, состав нагрузки (влияющей и не влияющей на регулирующий эффект нагрузки). Выходными параметрами Smart АЧР должны стать число и номер отключаемого фидера. В зависимости от принципов организации системы ПА, устройства Smart АЧР могут, например, взаимодействовать друг с другом, создавая схемы резервирования, дублирования и т. д. Эти направления могли бы стать предметом экспериментальных исследований деятельности команды проекта на последующих этапах развития виртуальной электростанции и Micro Grid на о. Русский.
Ответить 0 8 мая 2013 в 05:06
Владислав Шипилов Пока не существует отечественных стандартов и отраслевых документов относительно терминологии, относящейся к ИЭС ААС (SmartGrid), виртуальным электростанциям (VirtualPowerPlant), энергокластерам (MiniGrid), микросистемам (MicroGrid) и т.д., мы условно относим к микросистемам сети электроснабжения 0.4 - 10 кВ, а к мини-системам (энергокластерам) сети 35 - 110 кВ, при условии, что те и другие могут работать параллельно или автономно с сетями более высокого класса напряжения и, в зависимости от конъюнктуры на рынке электроэнергии, продавать или покупать электроэнергию. Если эти две категории сетей отвечают указанным критериям и в своем составе имеют нетрадиционные, в том числе возобновляемые, источники энергии, то они могут выступать в исследованиях в качестве виртуальной электростанции. Таким образом, к категории виртуальных электростанций мы относим и энергокластер о. Русский, и возможную Micro Grid кампуса или лабораторного корпуса ДВФУ. Следовательно, разнообразные задачи, которые могли бы быть решены средствами ИНС, относятся в равной мере и к виртуальной электростанции о. Русский, и к возможной Micro Grid ДВФУ. На наш взгляд, существенный интерес в рамках инициативы Энергопрорыв может вызвать возможность рассмотрения виртуальной электростанции в качестве управляемой нагрузки (demand-side responce). Наличие в составе виртуальной электростанции накопителей энергии, а также возможность ее присоединения к энергосистеме через AC/DC/AC интерфейс открывает перспективы управления и установившимися режимами, и переходными, в том числе, аварийными. Один из основанных на этом принципе пример действия противоаварийной автоматики при внезапном отделении энергокластера о. Русский от ОЭС Востока, когда в качестве управляемой нагрузки выступает сеть 10 кВ, приведен в статье "Power Network Model for Investigation of Distributed Generation in Russia", доступной в материалах настоящей группы. Представляется, что и эти системы управления также должны быть основаны на технологии ИНС." Таким образом, все или, по крайней мере, часть из накопителей электроэнергии виртуальной станции могут принимать участие в противоаварийном управлении. Особое внимание следует уделить, с этой точки зрения, например, аккумуляторным батареям большой мощности, разрядные характеристики которых позволяют использовать их для противоаварийного управления в условиях возникновения дефицита мощности. Как известно, конверторы, основанные на преобразовании напряжения, позволяют управлять и активной и реактивной мощностью в темпе переходного процесса, что делает виртуальную станцию еще одним средством борьбы с нарушением динамической устойчивости, возникновением лавины частоты и лавины напряжения. Таким образом, с точки зрения управления переходными режимами виртуальной электростанции можно говорить о мультиагентной системе противоаварийного управления, входными параметрами агентов которой станут параметры режима, такие как частота и напряжение, активная и реактивная (если есть такая возможность) мощность конвертеров, а выходными - сигналы для штатных систем управления накопителями энергии.
Ответить 0 10 мая 2013 в 05:40
Дмитрий Катаев

Я так понимаю, в случае контроллеров накопителей и конвертеров, для начала подойдёт адаптивный аналог описанного в приведённых статьях фаззи-контроллера ВПТ. Далее есть две основных проблемы:

  1. Какие показатели сети и в какой форме следует подавать для получения оптимальных результатов
  2. Как и зачем следует объединять их в МАС.

Первую проблему можно приблизительно решить "в лоб". Для нахождения же реального оптимума понадобится отдельная НИР. Хотя у меня есть почти рабочая программа, способная автономно решать такие задачи, ее доводка до применимого в нашем случае состояния тоже потребует значительных усилий.

Вторая проблема состоит в следующем: при возмущении сети, например, если все, допустим, 4 накопителя начнут его компенсировать каждый, как будто, он в системе единственный, вероятно может стать только хуже. То есть контроллеры еще на стадии синтеза должны учитывать действия друг друга, которые, в свою очередь, на момент синтеза не определены. Это ставит под огромное сомнение саму возможность использования каких-либо алгоритмов машинного обучения с учителем (включая большинство ИНС). Мультиагентное обучение вообще крайне нетривиальная задача, я в ближайшее время посмотрю чего на сегодняшний день в этой области достигли.

 

 

Контроллер АЧР уже гораздо интереснее и сложнее.

Основным преимуществом предложенного контроллера должно быть то, что принятие решения производится по реальным данным, а не заранее рассчитаным? И, скажем, это открывает дорогу к тому, чтобы АЧР срабатывала в одну ступень, а не две, как в текущих системах? 

 

Ответить 0 11 мая 2013 в 17:21
Владислав Шипилов На самом деле, эта проблема носит гораздо более серьезный характер, чем может показаться на первый взгляд. В отечественной практике принято делить способы автоматического предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ) в энергосистемах на несколько категорий, а именно: II-ДО, II-ПОСЛЕ, I-ДО, I-ПОСЛЕ, каждая из которых по-разному организует формирование управляющих воздействий противоаварийной автоматики (ПА). Кроме того, система (или устройства) АПНУ характеризуются принципами действия - централизованная или децентрализованная система, многоуровневая иерархическая или одноуровневая. Наконец, обязательно указание на тип входной информации для системы (устройства) АПНУ - локальная или глобальная, собственные параметры переходного процесса или взаимные, и т.д. Поэтому, на настоящем этапе, корректно ответить на поставленные тобою вопросы не представляется возможным. Для этого необходимо проведение большого числа вычислительных экспериментов на адекватных моделях конкретной сети, силового оборудования и систем управления. Именно это и предстоит сделать на первом этапе настоящего проекта, если он окажется востребованным инвесторам, и лишь на следующих этапах отвечать на вопрос "Как и зачем объединять их (средства АПНУ) в мультиагентную систему". На наш взгляд, заслуживающими внимания в этом смысле могут быть предложения, сделанные и в настоящем конкурсе " Энергопрорыв" относительно: 1) иерархической МАС ( рук. А. Волошин), 2) одноуровневой WAMS (рук. К. Герасименко), и 3) распределенной MAC (рук. А. Иванов). Критериев оптимальности управляющих воздействий ПА для виртуальной электростанции, сформированных системами АПНУ, несколько. В зависимости от схемно-режимной ситуации, предшествующей аварийному возмущению, характера переходного процесса и т.д.. такими критериями могут быть: 1) минимум объема отключения потребителей действием устройств АПНУ, 2) минимум колебательности параметров режима энергосистемы в переходном процессе, 3) предотвращение условий возникновения низкочастотных колебаний частоты и мощности в послеаварийном режиме и т.д. Какой из перечисленных критериев брать в качестве основного, а какие - в качестве второстепенных, также зависит от многих факторов, которые, в свою очередь, требуют математического моделирования и исследования их влияния на результат противоаварийного управления.
Дмитрий Катаев

Не думаю, что эти два вопроса действительно можно решить полностью раздельно. Но раз уж у вас есть план и знание предметной области, то ок.

Тогда пока буду читать литературу.

Ответить 0 13 мая 2013 в 16:16
Анна Арестова Пока наш план опирается на недавно полученный опыт моделирования применения электропередач и вставок постоянного тока (ВПТ) для демпфирования низкочастотных колебаний в протяженном энергообъединении стран Европейского Союза и СНГ, полученный нами в рамках проекта ICOEUR (http:// icoeur.eu). Один из выводов проекта состоял в том, что воздействующие на мощность ВПТ фаззи-контроллеры, входным параметром для которых было назначено собственное скольжение ближайшей к ВПТ синхронной машины (локальная информация о параметрах переходного процесса), могут запускаться одновременно, по факту возникновения аварийного возмущения, но основное влияние на качество переходного процесса оказывают только некоторые из них - ближайшие к месту аварийного возмущения. Выходной управляющий сигнал остальных контроллеров пренебрежимо мал. Там же был сделан вывод, что могут возникать ситуации, когда выбор конкретного контроллера (контроллеров) для выполнения их функций может оказаться затруднительным, если их число больше одного. Поэтому твое сомнение относительно возможности разделения двух вышеуказанных процессов не лишено смысла, и с этим, если дело дойдет до моделирования виртуальной электростанции на о. Русский, будем разбираться в первую очередь.
Ответить 0 13 мая 2013 в 17:42

Добавление комментария