ARRS projekti

Razvoj platform za lokalni trg prožnosti na področju distribucijskih omrežij (DN-FLEX)

Dolgoročna vizija EU predvideva podnebno nevtralno gospodarstvo do leta 2050, kar bo zahtevalo znatno znižanje emisij. Z velikimi spremembami se posledično sooča tudi elektroenergetski sistem. Na področju proizvodnje električne energije je tako končni cilj oblikovanje novega energetskega koncepta, v katerem v veliki meri prevladujejo obnovljivi viri energije (OVE), ki večinoma temeljijo na razpršeni proizvodnji. Na strani porabe električne energije pa smo priča elektrifikaciji prometa in ogrevanja. Električna vozila naj bi v prihodnjih desetletjih imela pomembno vlogo pri razogljičenju prometa tako v Evropi kot po svetu. Energija za ogrevanje in hlajenje bivalnih in delovnih okolij pa predstavlja 40 % končne porabe energije v Evropi, zato je tudi elektrifikacija ogrevanja ena od glavnih poti do razogljičenja. Prenosna in distribucijska omrežja se tako soočajo z izzivi velikega deleža obnovljivih virov energije (OVE), električnih vozil (EV) in toplotnih črpalk (TČ), ki znatno vplivajo na delovanje teh omrežij.

Namen projekta je reševanje predstavljenih izzivov z razvojem platformza lokalni trg prožnosti za distribucijska omrežja. Predlagani sistem bo omogočal izvajanje omrežnih storitev ob upoštevanju obratovalnih omejitev distribucijskega omrežja. Na strani operaterja distribucijskega omrežja so predvideni trije računski moduli, ki skupaj tvorijo platformo za obratovalne omejitve distribucijskega omrežja. Na strani agregatorja platforma za agregacijo prožnosti vključuje modul za agregacijo prožnosti, ki združuje in aktivira potencial prožnosti aktivnih uporabnikov na optimalen način, ob upoštevanju obratovalnih omejitev distribucijskega omrežja. Na strani trga platforma operaterja trga vsebuje modul za alokacijo storitev z namenom zagotavljanja storitev različnim deležnikom v elektroenergetskem omrežju na podlagi povpraševanja po storitvah in ponudbe prožnosti. Platforme bodo testirane v sklopu pilotnega projekta na realnem nizkonapetostnem (NN) omrežju.

Projekt (Razvoj platform za lokalni trg prožnosti na področju distribucijskih omrežij (DN-FLEX), L2-3162) je sofinancirala Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije iz državnega proračuna. Trajanje projekta je 1.10.2021 – 30.9.2024.

Sestava raziskovalne skupine

Fakulteta za elektrotehniko (UL FE):
Prof. dr. Boštjan Blažič (SICRIS), ki je tudi vodja projekta, Janja Dolenc (SICRIS) in Marjan Ilkovski (SICRIS).

GEN-I:
dr. Rok Lacko (SICRIS),  Luka Nagode, Jan Tršinar in Matej Malenšek

Elektro Gorenjska (EG):
Anže Vilman (SICRIS) in Nejc Petrovič (SICRIS)

Faze projekta in njihova realizacija

Projekt je razdeljen na šest delovnih sklopov.

Delovni sklop 1: Razvoj platforme za obratovalne omejitve distribucijskega omrežja
V prvem delovnem sklopu bodo razviti in testirani algoritmi za napovedovanje visoko variabilnega odjema NN uporabnikov in algoritmi za napovedovanje stanja NN omrežja, ki omogoča robustno in natančno napovedovanje stanja za bližnjo prihodnost (dan vnaprej). Razvit bo modul za izračun obratovalnih omejitev distribucijskega omrežja (DNNC) za določitev maksimalne dopustne porabe oz. proizvodnje v vozlišču, ki ne bo povzročila kršitve obratovalnih omejitev.  Testiranje razvitih algoritmov se bo izvedlo s simulacijami.

Delovni sklop 2: Razvoj platforme operaterja trga
Nadgradnja obstoječe platforme za agregacijo prožnosti, da bo upoštevala tudi obratovalne omejitve distribucijskega omrežja. Razvita bo platforma operaterja trga s ciljem zagotavljanja storitev operaterjem distribucijskega omrežja. Testiranje predlaganih algoritmov se bo izvedlo s simulacijami.

Delovni sklop 3: Razvoj naprednega orodja za načrtovanje omrežja
Cilj tretjega delovnega sklopa je statistično modeliranje proizvodnje OVE in porabe bremen s poudarkom na sončnih elektrarnah, električnih vozilih in toplotnih črpalkah. Predlagana bo metodologija za načrtovanje distribucijskega omrežja. Izdelabi bo orodje za načrtovanje omrežja, ki omogoča analizo spremenljivih obratovalnih razmer v distribucijskem omrežju in simulacijo rešitev pametnih omrežij (vključno z zagotavljanjem prožnosti).

Delovni sklop 4: Demonstracija delovanja platform za lokalni trg prožnosti in ocena rezultatov
Glavni cilj je prikazati delovanje razvitih platform v realnih NN omrežjih, kjer bodo aktivni uporabniki sodelovali pri vodenju omrežja s prilagajanjem porabe. Izbrano bo ustrezno NN omrežje za demonstracijo. Izvedena bo analiza izbranega omrežja, v katerem bodo nato nameščene merilne naprave. Definirani bodo primeri uporabe storitev za operaterje distribucijskih in prenosnega omrežja. Izvedba demonstracije bo zagotovila povratne informacije o delovanju algoritma in pridobila praktične rezultate.

Delovni sklop 5: Študija razširljivosti in ponovljivosti, regulatorna priporočila
Na podlagi rezultatov demonstracije bo izvedena študija razširljivosti, ki bo podala oceno implementacije lokalnega trga prožnosti na nacionalnem nivoju. Ugotovljene bodo tehnične, sociološke in regulatorne ovire za implementacijo lokalnega trga prožnosti. Predlagane bodo spremembe, ki bodo omogočile uporabo trga storitev na ravni celotne distribucije.

Delovni sklop 6: Komunikacija, razširjanje in uporaba rezultatov
Zagotovljena bo komunikacija z vsemi vpletenimi deležniki, vključno z uporabniki in Agencijo za energijo. Komunikacija bo prilagojena vsaki ciljni skupini. Strokovnost komunikacije z odjemalci bo zagotovljena z angažiranjem podizvajalca. Rezultati projekta bodo predstavljeni in razširjeni z objavami v obliki sporočil, na konferencah in v znanstvenih revijah. Sestavljen bo načrt uporabe rezultatov projekta.

Ostali sofinancerji projekta

Optimizacija obratovanja nizkonapetostnega distribucijskega omrežja z integrirano fleksibilnostjo v realnem času s pomočjo globokega spodbujevanega učenja (DRIFT)

Velika spremenljivost obratovalnih pogojev distribucijskega omrežja zaradi stohastične proizvodnje iz OVE že dandanašnji vzbuja skrb. Razmere se bodo še poslabšale z naraščajočim deležem novih bremen, predvsem toplotnih črpalk (TČ) in električnih vozil (EV), saj gre za bremena povezana z navadami uporabnikov in njihovim udobjem, kar je še vedno slabo analizirano. Vse večja proizvodnja in naraščajoča poraba, ne nujno hkrati, vodita v preobremenitev elementov omrežja (običajno transformatorjev) in odstopanja napetostnih profilov od zahtevanih nivojev (visoke napetosti zaradi proizvodnje in nizke napetosti zaradi porabe). Pozitivna stran učinkov zelene transformacije na omrežje je, da obnovljivi viri energije, nova bremena (EV, TČ) in baterijski hranilniki predstavljajo tudi vir prožnosti, ki lahko predstavlja dodano vrednost elektroenergetskemu sistemu tako z upravljanjem proizvodnih virov kot s prožnostjo odjema. OVE običajno lahko generirajo jalovo moč ali omejujejo delovno moč, bremena lahko zagotovijo določeno stopnjo prilagajanja porabe, ne da bi to bistveno vplivalo na udobje uporabnika, baterijski hranilniki pa so najbolj vsestranska naprava v smislu prožnosti. Povečana prožnost, ki jo lahko nudijo aktivni uporabniki, je ključna lastnost elektroenergetskega sistema prihodnosti. Storitve prožnosti zagotavljajo jasne koristi za operaterje distribucijskih omrežij (DSO) v smislu regulacije napetosti in upravljanja zamašitev, kar povečuje zmožnost za integracijo OVE, EV in TČ. Razpoložljivo prožnost lahko, na primer, uporabijo bilančne skupine (BRP) za izravnavo portfelja ali operater prenosnega omrežja za sistemske storitve. Aktivna vloga uporabnikov omrežja je jasno izražena tudi v paketu politik »Čista energija za vse Evropejce« (predlagala ga je EK 30. novembra 2016), v katerem je navedeno, da proces transformacije elektroenergetskega sistema prinaša odjemalcem električne energije povsem novo vlogo: od perifernih uporabnikov do ključnih akterjev elektroenergetskega sistema.

Projekt (Optimizacija obratovanja nizkonapetostnega distribucijskega omrežja z integrirano fleksibilnostjo v realnem času s pomočjo globokega spodbujevanega učenja (DRIFT, L2-4436)) je sofinancirala Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije iz državnega proračuna. Trajanje projekta je 1.10.2022 – 30.9.2025.

Sestava raziskovalne skupine

Fakulteta za elektrotehniko (UL FE):
Prof. dr. Boštjan Blažič (SICRIS), ki je tudi vodja projekta in Janja Dolenc (SICRIS)

Fakulteta za računalništvo in informatiko (UL FRI):
dr. Jure Žabkar (SICRIS),

Elektro Gorenjska (EG):
Nejc Petrovič (SICRIS) in Blaž Dobravec (SICRIS)

Faze projekta in njihova realizacija

Projekt je razdeljen na šest delovnih sklopov.

Delovni sklop 1: Določitev izhodišč projekta
V prvem delovnem sklopu bo izveden pregled stanja tehnike uporabe AI na področju obratovanja elektroenergetskih omrežij. Določieni bodo primeri uporabe in kazalniki učinkovitosti (KPI). 

Delovni sklop 2: Razvoj algoritma za vodenje omrežja na osnovi globokega spodbujevanega učenja
V delovnem sklopu dve bo razvita metodologija, ki uporablja globoko spodbujevalno učenje za izgradnjo agentov, ki delujejo kot operaterji za vodenje omrežja v realnem času. Ustvarjeni bodo podatki za proces strojnega učenja. Razvita metodologija bo preizkušena s simulacijami.

Delovni sklop 3: Nadgradnja Simulacijske platforme za distribucijska omrežja
Cilj tretjega delovnega sklopa je izdelava digitalnega dvojčka pilotnega omrežja (TP Srakovlje). Izdelani bodo referenčnih simulacijski modeli slovenskega omrežja na NN nivoju. Izvedla se bo nadgradnja orodja za simulacijo distribucijskega omrežja za testiranje algoritma vodenja omrežja.

Delovni sklop 4: Pilotna izvedba in testiranje razvitih algoritmov vodenja omrežja
 V sklopu štiri bo izvedeno testiranje delovanja algoritma za vodenje omrežja s simulacijami v realnem času (RTDS testiranje). Sledilo bo testiranje delovanja razvitega algoritma vodenja v pilotnem NN omrežju, kjer bodo porabniki sodelovali pri vodenju omrežja s prilagajanjem porabe. Izvedba demonstracije bo zagotovila povratne informacije o delovanju algoritma.

Delovni sklop 5: Študija razširljivosti in ponovljivosti, regulatorna priporočila
Na podlagi rezultatov demonstracije bo izvedena analiza, ki bo podala oceno implementacije algoritma za vodenje distribucijskega omrežja na nacionalnem nivoju.

Delovni sklop 6: Komunikacija, razširjanje in uporaba rezultatov
Zagotovljena bo komunikacija z vsemi vpletenimi deležniki, vključno z uporabniki in Agencijo za energijo. Komunikacija bo prilagojena vsaki ciljni skupini. Strokovnost komunikacije z odjemalci bo zagotovljena z angažiranjem podizvajalca. Rezultati projekta bodo predstavljeni in razširjeni z objavami v obliki sporočil, na konferencah in v znanstvenih revijah. Sestavljen bo načrt uporabe rezultatov projekta.

Ostali sofinancerji projekta