Проаналізовано сучасний стан використання паливних енергетичних ресурсів, графіків електричних навантажень та питання стійкості малих електростанцій. Розглянуто взаємозв'язок цих параметрів у сенсі їх впливу на оптимізацію завдань енергопостачання.

Розглянуто особливості побудови автоматизованої системи диспетчерського керування районом електромереж, її функціональні можливості й обладнання. Така система дозволяє побудувати автоматизовану систему контролю та керування в системах електропостачання. Наведено технічні параметри цієї системи.

Рассмотрены принципы построения автономных систем электроснабжения и приведены основные требования, предъявляемые к таким системам. Проведен анализ этапов проектирования автономных систем и их основных функциональных узлов - источников механической и электрической энергии, а также устройств преобразования и согласования.

Представлена методика определения оптимальной структуры генерирующих мощностей локальных систем электрообеспечения по критерию минимума цены электрической энергии с учетом фактора надежности. Приведен пример оптимизации типичной системы автономного электроснабжения бытовых потребителей с ненадежным питанием от централизованной сети.

Розглянуто проблеми ефективного використання енергетичних ресурсів в Україні. Визначено переваги створення інтелектуальних мереж з технологією Smart Grid, застосування відновлюваних джерел енергії в локальних енергетичних системах. Сформовано вимоги до розподільних мереж, найбільш розповсюджених на території нашої країни. Проаналізовано питання техніко-економічного аналізу ефективності комбінованих технологій в електроенергетиці. Розглянуто питання застосування кластерного аналізу у процесі моделювання локальної електроенергетичної системи. Узагальнено процес моделювання локальної електроенергетичної системи. Виділено ряд критеріїв оцінки оптимальності локальної електроенергетичної системи, що є базовим елементом у процесі підвищення енергоефективності системи. Показано застосування міри близькості між різними варіантами розподілу скінченної множини об'єктів на підмножини, які перетинаються. Запропоновано алгоритм формування оптимальної структури локальної електроенергетичної системи.

Запропоновано метод узгодження графіків генерування фотовольтаічних електричних станцій та споживачів. Відмінною особливістю цього методу є застосування морфометричного аналізу для оцінювання нерівномірності сумарного графіка електроспоживання, оптимальних коефіцієнтів струморозподілу, що дозволяє шляхом уточнення потужностей, які переміщуються по графіку, забезпечити зниження втрат електроенергії в мережі, і транспортної задачі як інструмента оптимізації.

Досліджено доцільність оцінки неоптимальності електроспоживання. Отримано аналітичні формули для оцінки оптимальності електроспоживання на інтервалах часу. Представлено спосіб кількісної оцінки різниці поточного рівня електроспоживання відносно оптимального з врахуванням контрольованого рівня неоптимального споживання. Розроблено показники оптимальності регулювання режимів електропостачання та системи акумуляції електроенергії. Наведено графіки залежності зміни показників потужності Фризе для двох та чотирьох інтервалів.

Запропоновано математичну модель показника якості функціонування локальної електричної системи, яка враховує балансову надійність та якість напруги. За запропонованим показником виконано оцінювання впливу відновлюваних джерел електричної енергії на функціональну готовність розподільної електричної мережі забезпечити надійне і якісне електропостачання.

Досліджено можливості формування мультиагентної системи управління конфігурацією розподільних електричних мереж в режимі реального часу. Розроблений математичний апарат підтримки рішень локальної системи управління оптимальним розмиканням розподільних електричних мереж, які дозволяють адаптувати конфігурацію електричної мережі відповідно до поточних умов функціонування електричної системи.

Наведено методику щодо обгрунтування побудови математичної моделі процесу енергопостачання споживачів АПК від місцевих джерел за детермінованої вихідної інформації. Цільовою функцією математичної моделі є мінімізація грошових вкладень у побудову та експлуатацію місцевої системи енергопостачання. Дослідження відповідної моделі надасть змогу обгрунтувати комбінації складу місцевої системи енергопостачання, за яких споживач буде мати економічну доцільність від її експлуатації у порівнянні до варіанта енергопостачання від централізованої системи.

Наведено методику щодо оптимізації розмірів компонентів місцевої системи енергопостачання, що надасть змогу визначити умови вибору або вдосконалення технічних параметрів пристроїв.

На основі аналізу зарубіжних літературних джерел виконано їх класифікацію за основними задачами модернізації локальних енергосистем згідно положень концепції Smart Grid. Надано стислу характеристику розвитку локальних електроенергетичних систем з наявністю розосередженої генерації та активних споживачів, а також наслідків їх взаємодії з центральною енергосистемою. Розглянуто роль активного споживача як суб'єкта електроенергетичної системи, який спроможний своїми діями суттєво впливати на її стан. Досліджено методи побудови локальних електроенергетичних систем та особливості їх функціонування. Проаналізовано можливості впровадження результатів розвитку локальних електроенергетичних систем з точки зору їх керування, схемних рішень, оптимізації енергетичних процесів та взаємовпливу елементів електричних мереж за умов України. Наведено моделі ринкових процесів на локальних лібералізованих ринках електроенергії та механізм проведення аукціону на ринку електроенергії. Розкрито роль агрегатора як суб'єкта локального енергетичного ринку та його можливостей в керуванні попитом на енергоресурси та запропоновано оптимальні рішення з модернізації енергетичних процесів на різних ієрархічних рівнях електричної системи. З точки зору керування кінцевим споживачем розглянуто чотирьохшарову структуру взаємодії споживачів електроенергії з елементами електромережі на соціальному, інформаційному та технологічному рівнях. Наведено принцип компенсації реактивної потужності з метою підвищення надійності мережі та показників якості електроенергії. Розглянуто принципи побудови мультиагентних систем керування, її переваги у порівнянні з іншими системами інтелектуального керування енергетичними процесами, можливості й архітектуру побудови.

Досліджено можливості складових якості електропостачання, які адекватно відображають процеси, що відбуваються в локальних електричних системах.

Розглянуто проблему підвищення балансової надійності локальних електричних систем (ЛЕС) і покращення якості їх функціонування шляхом розробки моделей і методів оптимальних потужностей генерування фотоелектричних станцій (ФЕС). Досліджено взаємовплив режимів ФЕС і споживачів електроенергії на основі аналізу графіків їх функціонування. Проаналізовано методи оцінювання балансової надійності розподільних електричних мереж в умовах розбудови розосередженого генерування. Розроблено метод оцінювання стабільності джерел розосередженого генерування в задачах оцінювання балансової надійності та метод визначення оптимальної потужності резерву для забезпечення балансової надійності ЛЕС. Удосконалено узагальнений показник якості функціонування ЛЕС для оцінювання режимної та балансової надійності. Розроблено метод визначення оптимальної встановленої потужності на підставі аналізу якості функціонування ЛЕС, а також метод узгодження графіків генерування ФЕС і навантаження в ЛЕС. Виконано алгоритмічну та програмну реалізацію розроблених методів, проведено перевірку їх ефективності.

Розглянуто питання інтегрування фотоелектричної станції в локальну електричну систему. Представлено варіант керування потоками потужності для зменшення втрат електроенергії в СЕП з ФЕС.

Розглянуто структуру локальних електроенергетичних систем з джерелами Розосередженої Генерації. Представлено основні моделі зазначених систем. Представлено детальну класифікацію ланки генерації локальних електроенергетичних систем з джерелами розосередженої генерації, котра містить основні характеристики генераторів. Проаналізовано різнотипні засоби нагромадження електроенергії та особливості їх застосування. Виокремлено основні типи накопичувачів, котрі містять пристрої нагромадження електричної енергії з використанням конденсаторів та суперконденсаторів, пристрої механічного нагромадження енергії, пристрої нагромадження хімічної енергії, пристрої зберігання теплової енергії. Ретельно проаналізовано енергетичні процеси у електроенергетичних системах з джерелами розосередженої генерації та накопичувачами електричної енергії шляхом оцінювання величин і знаків обмінних потужностей у перетинах цих систем. Серед вищевказаних процесів: несинусоїдні режими у перетинах локальних електроенергетичних системах та відхилення частоти за синусоїдних та несинусоїдних режимів роботи. Для оптимізації енергетичних процесів у зазначених системах запропоновано метод візуального відображення технічних та економічних показників, котрий надає змогу комплексно оцінити системи з джерелами розосередженої генерації та різнотипними накопичувачами електричної енергії та процеси в них. Враховуючи особливості структури та процесів функціонування систем з джерелами розосередженої генерації обрано такі критерії, як економічна складова вартості елементів системи, її доступність у зазначеному регіоні, екологічність і термін служби. Для поєднання технічних та економічних критеріїв запропоновано використовувати їх графічне відображення.

Здійснено комплексний аналіз особливостей функціонування локальних систем електропостачання (ЛСЕП) з врахуванням сучасних вимог концепції Smart Grid та виконано співставний аналіз методів оцінки обмінних процесів у ЛСЕП з джерелами розосередженої генерації (РГ). На основі експертного аналізу виділено основні проблеми роботи ЛСЕП у вітчизняних системах електропостачання та енергозабезпечення. Розширено відому систему якості електроенергії ПЯЕ для адекватного оцінювання рівнів електромагнітної сумісності (EMC) в ЛСЕП з дотриманням вимог концепції Smart Grid та оцінювання рівнів перетоків енергії на основі відомих показників. Розроблено та апробовано спеціалізований програмний модуль та нормативно-методичне забезпечення розширеного енергетичного аудиту з використанням обмінної потужності, яке дає змогу: визначити обмінну потужність та частку взаємного впливу в довільному перетині ЛСЕП з врахуванням особливостей їх конфігурації, режимів роботи окремих елементів та ЛСЕП в цілому, а також отримати інформацію про обмінні процеси в ЛСЕП з різним рівнем інформаційного забезпечення і адекватно враховувати особливості протікання режимів у ЛСЕП, зокрема, двонаправленість потоків електроенергії та визначити реальний їх розподіл в елементах ЛСЕП.

Проаналізовано сучасні тенденції розвитку систем розподіленої генерації, запропоновано загальний підхід до забезпечення надійної та стабільної роботи децентралізованих енергетичних систем, побудованих на основі відновлюваних джерел електричної енергії, з урахуванням можливостей систем накопичення енергії та кліматичного прогнозування генерації. На підставі аналізу особливостей технологічного процесу вироблення електричної енергії альтернативними джерелами живлення, притаманними українським реаліям, проведено їх класифікацію за ознаками керованості та прогнозованості. На підставі вказаної класифікації запропоновано узагальнений підхід до побудови комбінованої локальної енергетичної системи, яка б відповідала вимогам надійності електроспоживання. Запропоновано умовний розподіл елементів локальної енергетичної системи на інформаційно-логічні складові та технологічні підсистеми. Визначені інформаційні та технологічні зв'язки між елементами локальної енергетичної системи. Проведено попередній аналіз маневрових можливостей наявних потужностей альтернативних джерел електричної енергії. На підставі проведеного аналізу до подальшого використання запропоновано застосовувати метод суміщення графіків генерації та споживання електричної енергії для формування графіка невідповідності балансу споживаної та виробленої електроенергії. Запропоновано застосовувати графік невідповідності споживаної та генерованої потужностей як математичну функцію управління процесом генерації та споживання електричної енергії в локальних електричних мережах. Вказано на необхідність застосування засобів регулювання не лише для об'єктів генерації, а й для споживачів та систем накопичення енергії з метою усунення невідповідностей балансів виробленої та спожитої електричної енергії.

Досліджено проблему взаємної інтеграції локальних електроенергнетичних систем Microgrid з джерелами РГ та НВДЕ з централізованими електроенергетичними системами, котра полягає в узгодженні цілей та параметрів режимів функціонування означених систем. Проаналізовано основні етапи та завдання синтезу моделей зазначених систем. Запропоновано моделі систем, що синтезуються, будувати на основі теорії ігор з урахуванням інтересів (цільових функцій) моделей кожної з систем. Такий спосіб дає можливість відображення різносторонньої взаємодії систем з джерелами РГ і НВДЕ та централізованими електроенер-гетичними системами. На основі запропонованого способу формалізовано постановку задачі багатокритеріальної оптимізації для моделей зазначених систем у рамках теорії ігор. Запропоновано процедуру оптимізації моделі синтезованої системи у вигляді формалізованої гри, котра грунтується на механізмах динамічної тарифікації та дає змогу знайти найоптимальніше рішення поставленої ігрової задачі.

Роботу присвячено підвищенню енергоефективності систем електроживлення локальних об'єктів з накопичувачами енергії на базі акумуляторних батарей, до складу яких входять двонаправлені перетворювачі з живленням струмом. Проведено огляд особливостей та обрано складові системи електроживлення локальних об'єктів, синтезовано нову ієрархічну класифікацію перетворювачів постійної напруги, що живляться струмом, та мають режим м'якої комутації. Проаналізовано роботу базової повномостової та синтезовано низку нових топологій перетворювачів напруги, які мають меншу кількість силових ключів. На основі аналітичних розрахунків електромагнітних процесів у системах електроживлення з базовою та запропонованими топологіями визначено коефіцієнти передавання по напрузі та діапазони роботи, у яких забезпечується м'яка комутація силових ключів. Запропоновано новий метод оцінки перетворювачів постійного струму з м'якою комутацією для систем живлення локальних об'єктів зі зберіганням енергії в акумуляторах, який дозволяє провести оцінку в усьому діапазоні робочих режимів на основі трьох нормованих величин: параметрів навантаження первинного інвертора, високочастотного трансформатора та вторинного випрямляча. Оцінено ефективність запропонованої системи електроживлення локальних об'єктів порівняно з централізованою та комбінованою системами електроживлення. Розроблено розподілені системи електроживлення локальних об'єктів зі збереженням енергії в акумуляторних батареях з вихідною потужністю до 1 кВт на базі повномостового та запропонованих двонаправлених перетворювачів напруги зі зменшеною кількістю силових ключів, які рекомендовані до впровадження.