Прогнозирование электропотребления в агрегированных группах, ансамблевые модели и модели селективного выбора
Improving the quality of electricity load forecasting in aggregated groups through the use of ensemble and selective choice model
Автор: А.В. Кычкин, Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики, филиал в г. Перми, кафедра информационных технологий в бизнесе
Author: A.V. Kychkin, National research university Higher school of economics, Department of information technologies in business
Ключевые слова: машинное обучение; управление спросом на электроэнергию; электропотребление; краткосрочное прогнозирование; нейросетевые модели; ансамблевые модели; модели селективного выбора.
Key words: machine learning; demand response; electricity consumption; short term load forecasting; neuron nets; ensemble models; selective choice models.
Аннотация: В работе рассматривается задача краткосрочного прогнозирования (на сутки вперед) электрической нагрузки агрегированной группы потребителей. Такие прогнозы, как правило, требуют постоянной подстройки коэффициентов расчетных моделей, что вызвано несистематическими изменениями в характере нагрузок одиночных потребителей. Для повышения качества прогнозирования предложено использовать ансамблевые модели на основе линейной регрессии, нейронной сети в виде многослойного персептрона, взвешенного среднего. Рассматривается сезонная устойчивая регрессионная модель (SPR), обеспечивающая оптимальный выбор между низкочастотными и высокочастотными устойчивыми и временными зависимостями, характерными для профиля нагрузки на производственных объектах или зданиях, и сезонная устойчивая модель на основе нейронной сети (SPNN), предназначенная для обнаружения нелинейных зависимостей между прогнозом и признаками модели SPR. C учетом того что точность модели прогнозирования может меняться в течение года и что для моделей может потребоваться разное время на обучение, в статье также исследуются различные вариации ансамблевых моделей (т. е. сочетания ранее рассмотренных моделей) и стратегий переключения между моделями. Предложено несколько моделей селективного выбора.
Проведенные эксперименты с использованием реальных данных о группе зданий демонстрируют высокую точность прогнозирования. Показано, как предлагаемые модели адаптируются под изменяющиеся условия агрегированного энергопотребления в течение года. Способность к адаптации и робастность прогнозных моделей всегда обеспечивают более высокие результаты по сравнению со стандартными методами прогнозирования. Исследование выполнено при финансовой поддержке правительства Пермского края в рамках проекта Международной исследовательской группы «Разработка цифровой модели прогнозирования и ценозависимого управления спросом на электроэнергию, потребляемую подземными горнодобывающими предприятиями» (2020).
Abstract: Problem of short-term forecasting (one day ahead) of the electric load of an aggregated group of consumers is considered. Such forecasts, as a rule, require constant adjustment of the coefficients of calculation models, which is caused by non-systematic changes in the nature of loads of single consumers. To improve the quality of forecasting, we propose to use ensemble models based on linear regression, a neural network in the form of a multilayer perceptron, and a weighted average. Seasonal stable regression model (SPR) is considered, it provides optimal choice between lowfrequency and high-frequency stable and temporal dependences, typical for load profile at buildings or production facilities, and seasonal stable neural network based model (SPNN), designed to detect nonlinear dependences between the forecast and the SPR model features. Given that the accuracy of the prediction model can vary throughout the year, and that models may require different training times, the paper also explores different variations of ensemble models (i. e., combinations of the models previously discussed) and switching strategies between models. Several selective choice models are proposed. The conducted experiments using real data obtained from group of buildings demonstrate high prediction accuracy. It is shown how the proposed models adapt to the changing energy consumption conditions of the aggregate group during the year. The adaptability and robustness of the predictive models ensures always better results compared to standard predictive methods. The research was carried out with the financial support of the Government of the Perm region within the framework of the project of the International Research Group “Development of a digital model for forecasting and price-dependent management of demand for electric power consumed by underground mining enterprises”, 2020.
Цифровые имитационные средства устройств противоаварийного управления для диагностических систем реального времени
Digital simulation tools of emergency control devices for real-time diagnostic systems
Авторы: М.Г. Попов, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», А.С. Зеленин, АО «НТЦ ЕЭС Противоаварийное управление»
Authors: M.G. Popov, «Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University», A.S. Zelenin, JSC «STC UPS— Emergency control»
Ключевые слова: релейная защита и противоаварийная автоматика; режимное противоаварийное управление энергосистемами; диагностика и испытания устройств противоаварийного управления; цифровизация энергетики; цифровые технологии и системы реального времени.
Key words: relay protection and emergency automation; emergency; mode control of power systems; diagnostics and testing of emergency control devices; digitalization of energy industry; digital technologies and systems of real time.
Аннотация: В статье изложены основные принципы создания микропроцессорных средств моделирования и имитации серийно выпускаемых средств регулирования и противоаварийной автоматики. К обсуждению предложена усовершенствованная структурная схема стендовых испытаний в реальном времени устройств локальной и системной режимной автоматики с использованием микропроцессорных средств моделирования. Выполнен анализ достоверности воспроизведения переходных характеристик исследуемой тестовой схемы электроэнергетической системы, а также произведена оценка эффективности микропроцессорных средств моделирования устройств противоаварийной автоматики.
Разработанные микропроцессорные средства моделирования и имитации устройств противоаварийного управления энергосистемами рекомендованы для испытаний и внедрены в состав цифро-аналого-физического комплекса.
Abstract: The article describes the basic principles of creating microprocessorbased modeling and simulation tools for mass-produced control devices and emergency automation. An improved block diagram of real-time bench tests of local and system mode automation devices using microprocessorbased modeling tools is proposed for discussion. The reliability of reproducing the electric power system test circuit transient characteristics under study is analyzed, and the efficiency of microprocessor-based simulation tools for emergency automation devices is evaluated. For this purpose, a measure for evaluating the quality of transient reproduction is proposed and justified, which is determined by the root-meansquare values of the relative reduced error.
The developed microprocessor-based tools for modeling and simulating emergency control devices for power systems are recommended for testing and implemented in the digital-analogphysical bench.
Синхронная коммутация выключателей
Synchronous switching of circuit breakers
Автор: Р.Н. Шульга, ВЭИ — Филиал ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина»
Author: R.N. SHULGA, VEI — Branch “RFNC–VNIITF named after E.I. Zababakhina“
Ключевые слова: синхронная коммутация; батарея конденсаторов; вакуумная дугогасительная камера; вакуумный управляемый разрядник; гибридный генераторный выключатель.
Key words: synchronous switching; capacitor bank; vacuum arcextinguishing chamber; vacuum controlled spark gap; hybrid generator circuit breaker.
Аннотация: Рассмотрены вопросы реализации схемотехники синхронных (управляемых) выключателей для коммутации батарей конденсаторов и генераторных выключателей с учетом наработок ВЭИ. Синхронная коммутация батарей конденсаторов наиболее распространена в России и мире, дает очевидные эффекты применения за счет снижения импульсного тока разряда конденсаторов примерно на порядок. Синхронная коммутация генераторных выключателей затруднена большой массой их контактов, особенно при токах в десятки килоампер, инертностью привода, а также наличием апериодической составляющей и разбросом фаз при несимметричных режимах работы генераторных выключателей. В качестве средств реализации рассмотрено применение вакуумной техники в виде вакуумных дугогасительных камер, вакуумных управляемых разрядников, тиристорных коммутаторов, модульных принципов построения выключателей с использованием как вакуумных, так и элегазовых выключателей для создания гибридных генераторных выключателей. В последних предусмотрена реализация трех контуров: первый — с главными контактами низкого сопротивления для протекания номинального тока, второй — с вакуумной дугогасительной камерой для создания значительного падения напряжения на дуге, третий — с вакуумным управляемым разрядником для запирания при первом переходе тока через нуль и выдерживании переходного восстанавливающегося напряжении с высокой скоростью восстановления.
Abstract: The issues of implementation of circuit design of synchronous (controlled) circuit breakers for switching batteries of BC capacitors and generator circuit breakers of GW are considered, taking into account the experience of their operation in the VEI. Synchronous switching of the BC is most common in Russia and in the world, it gives obvious application effects by reducing the pulse current of the discharge of capacitors by about an order of magnitude. Synchronous switching of the GW is complicated by the large mass of the GW contacts, especially for currents of tens of kiloamperes, the inertia of the drive, as well as the presence of an aperiodic component and phase spread in unbalanced modes of operation of the GW. As a means of implementation, the use of vacuum technology in the form of vacuum arc-extinguishing chambers (VDC), vacuum controlled spark arresters (RVD), thyristor switches (TC), modular principles of circuit-breaker construction using both vacuum and gas-phase switches for creating hybrid generator circuit breakers (НGВ) is considered. In HGB provides for the implementation of the three circuits: the first — with the main contacts of low resistance to the flow of the rated current, the second-of VDK to create a significant voltage drop on the arc, the third — RVD for locking the first transition of current through zero and maintaining recovering transient voltage with high recovery rate.
Системы управления и регулирования вставок и передач постоянного тока
Control and regulation systems for inserts and dc transmissions
Авторы: Р.Н. Шульга, ВЭИ — Филиал ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина», П.М. Стальков, ВЭИ — Филиал ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина»
Authors: R.N. Shulga, P.M. Stalkov, VEI — Branch “RFNC–VNIITF named after E.I.Zababakhina“
Ключевые слова: система управления и регулирования; вставка и передача постоянного тока; статический преобразователь тока и напряжения; структура регулятора.
Key words: control and regulation system; insert and direct current transmission; static current and voltage converter; regulator structure.
Аннотация: Выполнен анализ структуры и особенностей построения систем управления и регулирования вставок и передач постоянного тока с использованием статических преобразователей тока и напряжения.
Приведены внешние характеристики преобразователей с учетом регуляторов тока и напряжения, а также структурные схемы их аппаратного исполнения. Описана реализация программного микропроцессорного комплекса управления и регулирования для Выборгской вставки постоянного тока, приведены осциллограммы его функционирования при аварии в примыкающей энергосистеме. Анализируется структура регуляторов мощности, тока и напряжения применительно к накопителям электроэнергии на основе литий-ионных аккумуляторных батарей и топливных элементов большой мощности.
Abstract: The analysis of the structure and design features of control and regulation systems for DC inserts and transmissions using static current and voltage converters is carried out. The external characteristics of the converters are given, taking into account the current and voltage regulators, as well as the structural diagrams of their hardware design.The implementation of a software microprocessor control and regulation complex for the Vyborg DC link is described, oscillograms of its operation in the event of an accident in the adjacent power system are presented.
The structure of power, current and voltage regulators is analyzed in relation to energy storage devices based on lithium-ion storage batteries and high-power fuel cells.
Подстанция малой мощности 110/0,4 кВ как элемент электроснабжения зарядной инфраструктуры
Substation of low power 110 / 0.4 kV, as an element of power supply of the charging infrastructure
Авторы: А.А.Кудрявцев, М.А. Бабушкин, ИК ООО «Экспертный центр»
Authors: A.A. Kudryavtsev, M.A. Babushkin, “Expert center»
Ключевые слова: электромобили; инфраструктура; зарядные станции; воздушные линии 110 (220) кВ; подстанции 110/0,4 кВ или 220/0,4 кВ.
Аннотация: В настоящий момент во всем мире идет бурное развитие электромобильного транспорта. В России, как и во всем остальном мире, это развитие сдерживается отсутствием соответствующей зарядной инфраструктуры. В статье обсуждаются варианты создания такой инфраструктуры на основе ПС 110/0,4 или 220/0,4 кВ. Предлагается использовать ВЛ 110 (220) кВ, которые пересекают или проходят поблизости с автодорогами, в таких местах есть возможность устанавливать зарядные станции, которые обеспечат отбор мощности от ВЛ на основе ПС 110/0,4 или 220/0,4 кВ без дополнительной трансформации.
Abstract: Presently, all over the world there is a rapid development of electric vehicles. In Russia, as in the rest of the world, this development is constrained by the lack of an appropriate charging infrastructure.
The article discusses options for creating such an infrastructure based on 110 / 0.4 kV or 220 / 0.4 kV substations. It is suggested to use 110 (220) kV overhead lines that intersect or pass close to highways, in such places it is possible to install charging stations that will provide power takeoff from overhead lines based on 110 / 0.4 kV or 220 / 0.4 kV substations without additional transformation. This will provide highways with charging stations for electric vehicles and will significantly reduce the reduction in capital investments for the arrangement of the charging station. The structure and options for the location of the charging station are discussed.
Памяти Юрия Гевондовича Шакаряна
Автор: П.В. Сокур, к.т.н., «НТЦ Россети ФСК ЕЭС»
Аннотация: 1964 г. во Всесоюзном научно-исследовательском институте электроэнергетики (ВНИИЭ) была образована лаборатория «Асинхронизированные машины». Первым ее заведующим стал Михаил Моисеевич Ботвинник, теоретически обосновавший принципы работы асинхронизированной машины. М.М. Ботвинник руководил лабораторией с 1964 по 1974 г. Затем, с 1974 по 1987 г., лабораторию возглавлял Юрий Гевондович Шакарян. К этому времени завершились теоретические исследования по асинхронизированным машинам, которые были обобщены им в монографии.
Системы генерирования на основе электромашиновентильных комплексов
Автор: Ю.Г. Шакарян , д.т.н., «НТЦ Россети ФСК ЕЭС»
Ключевые слова: электромашиновентильные комплексы; электрические машины переменного тока; вентильные преобразователи частоты; устойчивость работы электроэнергетических систем.
Аннотация: В статье обсуждаются вопросы применения Электромашиновентильных комплексов (ЭМВК), состоящих из электрических машин переменного тока и вентильных преобразователей частоты в энергетике при использовании как традиционных, так и нетрадиционных источников энергии. Показано, что ЭМВК способны повысить экономичность, надежность и устойчивость работы электроэнергетических систем, улучшить маневренные характеристики оборудования. Вместе с тем создание и применение ЭМВК требует развития современной базы силовой электроники и преобразователей частоты на их основе.
Памяти наших товарищей
