» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Декабрь, 2017 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №9 2017

Автор: Черногорова Юлия Викторовна, студентка магистратуры
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Эволюционный анализ теории игр между микрогридом и обычной сетью

Статья просмотрена: 114 раз

УДК 519.837.4

ЭВОЛЮЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ТЕОРИИ ИГР МЕЖДУ МИКРОГРИДОМ И ОБЫЧНОЙ СЕТЬЮ

Черногорова Юлия Викторовна

магистр кафедры Прикладной математики и информатики

Северо-Кавказский федеральный университет, г.Ставрополь

 

Аннотация. Теория игр является современным разделом теории принятия решений, имеющим разнообразные приложения в социально-экономических, политических, организационных, экологических процессах. Предмет ее изучения – конфликтные ситуации, в которых сталкиваются интересы участников. По существу все аспекты человеческой деятельности затрагивают в той или иной степени интересы разных сторон и поэтому относятся к области теории игр. Однако в настоящее время методы теории игр в реальных процедурах управления (в первую очередь при построении организационных систем, формировании хозяйственного механизма и процедур политических переговоров, социально-экономического планирования и прогнозирования) широко не используются.

Ключевые слова: микрогрид, теория игр, оптимизация энергетических затрат.

 

 С середины 20-го века, на волне большого спроса на электроэнергию, промышленное производство и потребности в дешевых ископаемых источниках энергии в крупных странах и даже на международном уровне [1, 2] были построены централизованные, унитарные системы электропитания, которые могут иметь высокую пропускную способностью, а также высокое напряжение. Электрические сети растут день ото дня, недостатки обычной сети, такие как высокая стоимость и сложность операций, становятся более заметными и больше не может удовлетворить растущие потребности пользователей для обеспечения безопасности, надежности и разнообразия [3-6]. В то же время, дефицит энергии и ухудшения состояния окружающей среды в результате быстрого развития энергетики создают вопросы, которые необходимо срочно решать. Таким образом, развитие низкоуглеродной экономики характеризующейся низким потреблением энергии, низким уровнем выбросов, а также низким уровнем загрязнения, сократит выбросв углерода в электротехнической промышленности, а также улучшит структуру источника питания.

На этом фоне, исследователи в 21-м веке предложили концепцию микрогрида, которая определяется как группа взаимосвязанных нагрузок и распределенных энергетических ресурсов в пределах четко определенных электрических границ, которая действует как единая управляемая система, обеспечивающая тепловой и электрической энергией местный регион. Самое главное, что микросетью можно реализовать надежное снабжение энергией в различных формах, особенно распределенной и чистой энергией [3]. Микросеть, сотрудничая с обычной сетью, может распределить электроэнергию в рамках более широкого области и увеличить коэффициент использования экологически чистой энергии[ 4]. С другой стороны, если обычная сеть подключена к микросети, она может позволить построить интеллектуальную сеть электроснабжения и технологических инновации в этой области, что поможет решить проблемы энергоснабжения в отдаленных районах и автономных регионах [3]. Кроме того, координация между микросетью и обычной сетью поможет увеличить долю распределенной энергии и экологически чистых источников энергии в энергетике, которые являются определяющими для оптимизации энергетической структуры, энергосбережения и сокращения выбросов в атмосферу [5].

В настоящее время научные исследования в строительстве микросетей занимают лидирующие позиции в большом числе стран. Принимая во внимание практические аспекты внутренних энергетических систем, эти страны активно участвуют в строительстве проектов микростей, а также в создании микросетевых технических стандартов и норм управления. В Соединенных Штатах, первый микросетевой проект, Madriver, выполнял последовательность демонстрационных команд микросетей, был внедрен в Университете Висконсин-Мэдисон, Сандийской Национальной Лаболатории, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и других местах. Развитие микросетей в Соединенных Штатах направлено на увеличение надежности электроснабжения к критическим нагрузкам, обеспечение настраиваемых уровней высококачественной электрической энергии, что позволит снизить затраты, и сделать производство и передачу электроэнергии действительно «интеллектуальной»  [6]. Микросети в Европе представлены Борнхольмской Микросетью в Дании, микросетью в Национальном Технический университете Афин и  Бронсбергсой  Микросетью в Нидерландах. Основная цель этих пилотных проектов состоит в проверке способности микросетей переключаться между режимом острова и режимом подключенния к сети, проверке протокола связи и управления со стороны спроса [7]. Типичные микросети в Японии включают в себя демонстрационные проекты в Киото и Сендае, а также один, осуществляющийся в Tokyo Gas. Oни направлены на тестирование контроля качества мощности, для оптимальной работы и прогнозирования нагрузки микросетей [8]. Другие пилотные проект микросетей в настоящее время тестируются в Канаде, Австралии и некоторых других странах.

В Китае, с введением стандартов и мер стимулирования, связанных со строительством микросетей, повышаются и улучшаются микросетевые конструкции, которые пойдут на пользу развитию микросетевых демонстрационных проектов по всей стране. В соответствии с планом 12-й пятилетки развития возобновляемых источников энергии, разрабатываемой при Национальной энергетической администрации, 30 новых энергетических демонстрационных проектов микросетей, должны быть завершены к 2017 году. В настоящее время, некоторые проекты уже были завершены и введены в практику, например, первая фаза показательного проекта передачи гибридного накопления энергии и демонстрационный проект Чэнь-Барга-Ци микросети.

Можно с уверенностью сказать, что институциональные конструкции микросетей становятся все более зрелыми. Ограничения естественных монополий обычных сетей как в нашей стране, так и за рубежом уже давно не регулируются в академических кругах. В последние годы, однако, с развитием распределенной энергетики и строительством микросетей, исследования в сетях с сотрудничеством с технической точки зрения, дали плодотворные результаты. С целью достижения плавного перехода от основной микросети к присоединенной в островном режиме предлагают совместный способ управления, который состоит из координации микросетей центрального управления и микросетей локального управления и сможет повысить стабильность частоты микросети во время первичного и вторичного регулирования. Был придуман механизм формирования оптимальной микросетевой коалиции в интеллектуальной системе распределения мощности, то есть коалиции, которая может похвастаться замечательной эффективностью вычислений и применима к широкому спектру микросетей. Этот механизм является благоприятным для обработки в реальном времени и может снизить потери мощности присоединенной сети на 26% -80%. В то же время, для того, чтобы уменьшить изменение во времени и прерывистость, введенные на обычной сети возобновляемой энергии, выяснили, что сети могут достичь максимальной выгоды от сотрудничества, если имеются ограниченные устройства хранения данных, но при наличии высокой емкости устройства хранения данных, выгоды, получаемые от сотрудничества небольшие. Кроме того, на основе возобновляемых источников энергии изучили управление энергией в реальном времени в рамках сотрудничества между двумя микросетями. В работе [3] можно заметить взаимосвязь между расстоянием в сети и стоимостью выработки электроэнергии. Так как существуют различные стратегии управления координацией для функционирования микросетей при режиме подключения к сети, и острова, в работе [3] представляют стратегию для координации и контроля различных частей микросети и оценивают эффективность управления этой стратегией через микросеть экспериментальных проектов. Результаты показывают, что эта стратегия может гарантировать стабильность микросети, работающей в островном режиме, сохраняя напряжение в точке соединения с общей сетью в разумных пределах.

Эволюционная теория игр, основанная на ограниченной рациональности, динамически анализирует стратегию поведения человека с помощью метода изучения эволюции и стабильности биологической популяции. В эволюционной игре, человек будет получать соответствующую степень «пригодности» при различных стратегиях поведения. Когда приспособленность стратегии выше, чем в среднем приспособленность населения, эта стратегия будет разработана в популяции. 1970-е годы являются критическим периодом для становления и развития эволюционной теории игр. Смит и Прайс ввели понятие эволюционной теории в теории игр и выдвинули концепцию эволюционной теории игр и стратегии эволюционной устойчивости (ESS) в своей статье «Логика конфликтов животных" в 1973 году, который знаменует рождение эволюционной теории игр. В 1978 году, Тейлор и Йонкер инициировали основную динамику концепции репликатора так, что эволюционная теория игр имеет четкую цель исследования. Таким образом, исследование по теории и применении эволюционной теории игр стремительно развивается. Исследования по применению эволюционной теории игр, в ретроспективе, в основном включает в себя такие области, как управление логикой поставок, корпоративное управление и финансовые инвестиции. В работе [6] анализируется взаимосвязь игр между правительством и основными предприятиями в цепи поставок. Показывается, что правительство, чтобы добиться результата, должно принять и обеспечить соблюдение более жестких экологических норм, увеличить соответствующие надбавки и штрафы, в то время как основные активные проекты должны быть посвящены управлению окружающей средой. При разработке отношений между поставщиком и покупателем в обрабатывающей промышленности, мы находим, что путем создания динамических моделей игры и наблюдения тенденций сотрудничества между заинтересованными сторонами покупки, поведение покупателя и поставщика может быть устроено политическим путем, регулируя функции поставщиков и производителей.

В работе [3] обсуждается, как воспользоваться преимуществами инновационных финансовых инструментов для того, чтобы помочь предприятиям повысить уровень охраны окружающей среды и  исследования технологий. Делается вывод, что до тех пор, пока доход предприятия больше, чем средний доход, финансовый рынок может быть построен между экономическими агентами и государственными администрациями. Создание такого финансового рынка не только добавит общественных благ, но и простимулирует все предприятия принять экологически чистые технологии. Из обзора выше, можно увидеть, что взаимосвязь между микросетью и обычной сетью редко изучали, также есть небольшие исследования об эволюционном анализе игры выбора стратегии в отношении сотрудничества между микросетью и обычной сетью. Однако, в направлении подключения микросети разработка проектов идет полным ходом, вопрос о сотрудничестве между микросетью и традиционной сетью вызывает большой академический интерес.

Большую перспективу представляет использование теории эволюции игры для моделирования выбора стратегий сотрудничества между микросетью и обычной сетью. На основании результатов исследований, могут быть выделены следующие предложения:

Правительство должно не только сформулировать нормы управления для планирования, проектирования, строительства, эксплуатации и технического обслуживании микросетей, но и улучшить технические стандарты и правила для подключения сетей, в целях создания более благоприятных условий политики для сотрудничества между микросетью и глобальной сетью.

Создавать резервные копии микросетей и проводить реформирование большой сети для того, чтобы увеличить готовность к возможным подключениям. Ряд мер, таких как снижение цен на электроэнергию, льготное налогообложение, а также пособия для научных исследований и разработок могут быть приняты, чтобы мотивировать энергетическую сеть для транспортировки возобновляемых источников энергии и экологически чистой энергии, и углубить сотрудничество в области технологических инноваций и освоения различных видов сотрудничества.

Связи внутри энергосети, механизмы ее координации и предотвращения рисков сотрудничества между микросетью и большой сетью, должны быть созданы для устранения асимметрии информации, повышения взаимного доверия, снижения риска ошибок, а также снижения затрат на сотрудничество.



Список литературы:

  1. S. M. Amin and B. F. Wollenberg, “Toward a smart grid: Power delivery for the 21st century,” IEEE Power Energy Mag., vol. 3, no. 5, pp. 34–41, Sep./Oct. 2005.
  2. Ipakchi and F. Albuyeh, “Grid of the future,” IEEE Power Energy Mag., vol. 7, no. 2, pp. 52–62, Mar./Apr. 2009.
  3. H. Farhangi, “The path of the smart grid,” IEEE Power Energy Mag., vol. 8, no. 1, pp. 18–28, Jan./Feb. 2010.
  4. V. C. Gungor, D. Sahin, T. Kocak, S. Ergut, C. Buccella, C. Cecati, and G. P. Hancke, “A survey on smart grid potential applications and communication requirements,” IEEE Trans. Ind. Informat., vol. 9, no. 1, pp. 28–42, Feb. 2013.
  5. D. Lindley, “Smart grids: The energy storage problem,” Nature, vol. 463, no. 7277, pp. 18–20, Jan. 2010.
  6. S. Vazquez, S. M. Lukic, E. Galvan, L. G. Franquelo, and J. M. Carrasco, “Energy storage systems for transport and grid applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 12, pp. 3881–3895, Dec. 2010.
  7. C. Cecati, C. Citro, A. Piccolo, and P. Siano, “Smart operation of wind turbines and diesel generators according to economic criteria,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 10, pp. 4514–4525, Oct. 2011.
  8. J. M. Carrasco, L. G. Franquelo, J. T. Bialasiewicz, E. Galv´an, R. C. P. Guisado, M. A. M. Prats, J. I. Le´on, and N. Moreno-Alfonso, “Powerelectronic systems for the grid integration of renewable energy sources: A survey,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 53, no. 4, pp. 1002–1016, Aug. 2006.
  9. B. K. Bose, “Global energy scenario and impact of power electronics in 21st century,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 7, pp. 2638–2651, Jul. 2013.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: