Optimalizace Off-Grid systému z hlediska kvality elektrické energie a její predikce

Jakub Kosmák

Doctoral thesis

Power quality prediction and optimization in Off-Grid systems

Abstract:

Zadáním disertační práce je provést obecnou charakteristiku, popis a vlastnosti systému Off-Grid, jehož testovací platforma byla vystavěna v areálu VŠB-TUO, dále pak popis parametrů kvality elektrické energie (dále PQ parametry) a následovně provést analýzu kvalitativních parametrů v systému Off-Grid, nalézt vazby mezi PQ parametry a meteorologickými veličinami. Dalším krokem bylo navrhnout algoritmus PQ Managementu, který bude predikovat kvalitu elektrické energie v Off-Grid systému, a ten následně implementovat do ADSM systému řízení v Off-Grid systému, díky čemuž bude možno upravovat plán spotřeby pro dodržení PQ parametrů v normou dovolených mezích. V teoretické části je popsána základní specifikace systému Off-Grid včetně fyzikálních principů, dále jsou popsány typy obnovitelných zdrojů, jednotlivých spotřebičů, vlastní konstrukce systému Off-Grid. Nedílnou součástí práce je definice jednotlivých kvalitativních parametrů elektrické energie, jejich vliv na síť a vlastní komponenty, jakožto prvky energetické sítě, jejich vztah na legislativu, jejich vlastnosti a význam. V praktické části jsou popsána měření jednotlivých parametrů kvality elektrické energie v systému Off-Grid v porovnání s pevnou instalací (TN-sítí). Jsou zde popsány jednotlivé naměřené výsledky formou grafických znázornění a jak tato měření byla provedena. Dalším postupem v praktické části je návrh a implementace algoritmu PQ Managementu do ADSM s využitím umělé inteligence, a jeho ověření v rámci predikce PQ parametrů, a dodržení kvalitativních parametrů v normou povolených mezích. V závěru disertační práce jsou na základě měření popsány výsledky implementace PQ Managementu do ADSM v Off-Grid systému a zhodnocena predikce kvality a schopnost systému upravit plán spotřeby, aby PQ parametry byly zachovány v limitech. Cílem této práce je vysvětlit obecný princip Off-Grid systému, kvalitativních parametrů elektrické energie, avšak hlavním cílem je popsat způsob predikce PQ parametrů, jejich vlivu na elektrizační soustavu a dále jejich dodržení formou adaptace plánu spotřeby prostřednictvím ADSM.

Abstract:

The task of the dissertation thesis is to perform the general characteristics, description and characteristics of the Off-Grid system, the test platform, which was built on the VŠB-TUO premises, the description of the Power Quality parameters (hereinafter PQ parameters) and to carry out the analysis of the qualitative parameters in the Off-Grid system, to find links between PQ parameters and meteorological variables. The next step was to propose a PQ Management (PQM) algorithm that will predict the power quality in the Off-Grid system and then to implement the PQM in the ADSM (Active Demand Side Management) in the Off-Grid system, thereby adjusting the consumption plan to keep PQ parameters within the allowed limits. The basic specifications of the Off-Grid system including physical principles, as well as the types of renewable sources, individual appliances, and the structure of the Off-Grid system are described in theoretic parts. An integral part of the thesis is the definition of individual PQ parameters, their influence on the network and the network‘s components, as an elements of the energy network, the relation of PQ parameters to the legislation, their characteristics and importance. Practical part of thesis describes the measurement of the individual PQ parameters (related to each appliance) in the Off-Grid compared to the fixed installation (TN-network). Here are the individual measured results in graphical representations and there is described, how these measurements were performed. Another practical part is the proposal and the implementation of the PQ Management algorithm into ADSM using artificial intelligence and its verification in the framework of prediction of PQ parameters and the observance of PQ parameters within the allowed limits. In conclusion of this thesis, there are described results of PQ Management implementation into ADSM in the Off-Grid system, the PQ parameters prediction and the ability of the system to adjust the consumption plan to keep the PQ parameters within limits are evaluated. The purpose of this thesis is to explain the general principle of the Off-Grid system, the Power Quality parameters, but the main aim is to describe the way of the PQ parameters prediction, their influence on the electrical network system and to adhere the PQ parameters within allowed limits by the adaptation of consumption plan through ADSM.

Keywords

Fotovoltaické, Off-Grid, On-Grid, PQ Management, PQM, PQ, kvalita elektrické energie, ADSM, akumulace, Active Demand Side Management, By-Pass, PV, MPPT, Centrální střídač, FSPC, PQ parametry, PQ algoritmus, LiFEPO4, Celkové harmonické zkreslení napětí, frekvence, změny napětí, THD, korelační analýza, meteorologické, GSR, prediktor, ANN

Keywords

Photovoltaic, Off-Grid, On-Grid, PQ Management, PQM, PQ, Power Quality, ADSM, Accumulation, Active Demand Side Management, By-Pass, PV, MPPT, Central Inverter, FSPC, PQ Parameters, PQ Algorithm, LiFEPO4, Total Harmonic Distortion, Power frequency, voltage changes, THD, correlation analysis, meteorological, GSR, predictor, artificial neural network

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2018
• Supervisor: Stanislav Mišák
• Reader: Jindřich Stuchlý, Lukáš Prokop, Peter Braciník

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doctoral programme / field:
Elektrotechnika / Elektroenergetika