Аналіз глобальних практик впровадження інтелектуальних енергомереж та оцінка потенціалу їх адаптації в українських електросистемах

Щербак, Оксана Миколаївна

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7115

Title:	Аналіз глобальних практик впровадження інтелектуальних енергомереж та оцінка потенціалу їх адаптації в українських електросистемах
Authors:	Ключка, Костянтин Миколайович Щербак, Оксана Миколаївна
Keywords:	розумні мережі;блок-схема;інформаційно-комунікаційні технології;інтелектуальна електроніка;математичні моделі
Issue Date:	Dec-2025
Abstract:	Метою магістерської роботи є дослідження пріоритетних напрямків світового досвіду інтелектуальних енергомереж та визначення доцільних способів їх адаптації в енергетику України. Для розв’язування поставлених задач у магістерській роботі використовувалися методи аналізу наукової та технічної літератури, методи порівняльного та системного аналізу, методи організації роботи зі штучним інтелектом. Практичною цінністю магістерської роботи є те, що отримані результати нашої магістерської роботи дозволяють ефективніше використовувати технологію інтелектуальних мереж Smart Grid для організації роботи з децентралізації енергосистем в Українських електросистемах.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7115
Appears in Collections:	141 Електрична інженерія (Електротехнічні системи електроспоживання)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
ВКРМ_Щербак.pdf Restricted Access		2.03 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(назва факультету)
Кафедра електротехнічних систем
(повна назва кафедри)

«До захисту допущено»
Завідувач кафедри ЕТС
Валентин ТКАЧЕНКО
______________________
“_____” __________2025 р.

Кваліфікаційна робота
на здобуття ступеня вищої освіти магістра

на тему:
«Аналіз глобальних практик впровадження інтелектуальних енергомереж
та оцінка потенціалу їх адаптації в українських електросистемах»

Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи мЕСЕ–44
Спеціальності: 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Щербак Оксана Миколаївна ____________
(прізвище, ім’я, по-батькові здобувача вищої освіти ) (підпис)

Науковий керівник к.т.н., доцент Костянтин КЛЮЧКА ____________
(наук. ступінь, вчене звання власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)

Нормоконтроль к.т.н., доцент Костянтин КЛЮЧКА ____________
(наук. ступінь, вчене звання власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)

Засвідчую, що у цій кваліфікаційній роботі немає запозичень з праць інших авторів
без відповідних посилань.
Здобувач вищої освіти ______________
(підпис)

Черкаси 2025 р.
3
РЕФЕРАТ

Повний обсяг магістерської роботи складає 105 сторінок, у тому числі
9 рисунків і 1 блок-схема таблиць, список використаних джерел, що містить
90 найменувань на 9-ти сторінках.
Метою магістерської роботи є дослідження пріоритетних напрямків
світового досвіду інтелектуальних енергомереж та визначення доцільних
способів їх адаптації в енергетику України.
Для розв’язування поставлених задач у магістерській роботі
використовувалися методи аналізу наукової та технічної літератури, методи
порівняльного та системного аналізу, методи організації роботи зі штучним
інтелектом.
Практичною цінністю магістерської роботи є те, що отримані
результати нашої магістерської роботи дозволяють ефективніше
використовувати технологію інтелектуальних мереж Smart Grid для
організації роботи з децентралізації енергосистем в Українських
електросистемах.
Ключові слова: розумні мережі, інформаційно-комунікаційні
технології, інтелектуальна електроніка, математичні моделі, блок-схема
4

ЗМІСТ
стор.
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ,
СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ……………………………………………..…… 6
ВСТУП……………………………………………..………………………… 7
РОЗДІЛ 1
РЕАЛІЗАЦІЯ ПРИНЦИПІВ SMART GRID У СУЧАСНИХ СИСТЕМАХ
ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ………………………………..……………....... 13
1.1 Теоретичні засади технології Smart Grid, історія її розвитку та
специфіка імплементації в національній системі електричних
мереж України………………………………………..……..……..…… 13
1.2 Характеристики технології Smart Grid ………………….……….. 27
1.3 Визначення пріоритетних напрямів розвитку електромереж в
контексті запровадження інтелектуальних систем Smart Grid …….. 32
Висновки до розділу 1…………………………………………………. 36
РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНЦЕПЦІЇ, ТЕХНОЛОГІЇ ТА МЕТОДІВ
ВПРОВАДЖЕННЯ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ SMART
GRID…………….…………………………………………………………… 37
2.1 Елементна база інтелектуальної мережі Smart Grid …………… 37
2.2 Інтегрування нових розробок силової електроніки в
інтелектуальні мережі …………………………………………..……. 40
2.3 Цифрова підстанція як основа структури інтелектуальної
мережі…………………………………………………………………... 45
2.4 Ключова роль засобів інтегрованих комунікацій в побудові
сучасних енергосистем на базі концепції Smart Grid……………….. 50
2.5 Вплив проблем стандартизації на інтенсивність впровадження
концепції Smart Grid…………………………………………………... 56
2.6 Перспективи розвитку концепції Smart Grid в
електроенергетиці України…………………………………………… 60
Висновки до розділу 2………………………………………………… 67
5

РОЗДІЛ 3
НОВІТНІ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ
ЯК ЗАПОРУКА УСПІШНОГО ЗАПРОВАДЖЕННЯ
ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ SMART GRID………………………….... 68
3.1 Про важливість застосування бездротових технологій
передавання даних при функціонуванні інтелектуальних мереж.…. 68
3.2 Огляд сучасних інформаційно-комунікаційні технологій, та
оцінка можливості їх застосування у складі інтелектуальної
мережі ……………………….…………….….….................................. 70
3.3 Порівняльний аналіз можливостей інформаційно-
комунікаційних технологій, що можуть інтегруватися в мережі
Smart Grid ………………….………………………………………….. 72
Висновки до розділу 3………………………………………………... 77
РОЗДІЛ 4
РОЗРОБКА ПЕРСПЕКТИВНОЇ МОДЕЛІ СИСТЕМ МІКРОГЕНЕРАЦІЇ
В КОНТЕКСТІ ВПРОВАДЖЕННЯ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИХ МЕРЕЖ
(SMART GRID)……………………………………………………………… 79
4.1 Загальна архітектура розроблюваної системи мікрогенерації в
Smart Grid ……………………………………………………………… 79
4.2 Перспективна модель систем мікрогенерації в контексті
впровадження інтелектуальних мереж Smart Grid……………….…. 81
4.3 Блок схема моделі системи мікрогенерації …...………………… 86
Висновки до розділу 4………………………………………………… 94
ВИСНОВКИ………………………………………………………………….. 95
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………… 97

6

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ,
СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ

АРЗ автоматичне регулювання збудження
ЕРС електромагнітна самоіндукція
КУ конденсаторна установка
КРП компенсація реактивної потужності
КБ конденсаторні батареї
МЕК міжнародна електротехнічна комісія
НКРЕКП національна комісія, що здійснює державне регулювання у
сферах енергетики та комунальних послуг
ПРРЕЕ правила роздрібного ринку електричної енергії
РГ розподілена генерація
РЕК регіональна енергопостачальна компанія
САФ силові активні фільтри
СД синхронні двигуни
СКРП статичних компенсаторів реактивної потужності
ТП трансформаторна підстанція
ШНМ штучні нейронні мережі
ШІМ широтно-імпульсна модуляція
АІ artificial intelligence
DVR Dynamic Voltage Restorer
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
IEC International Electrotechnical Commission
FACTS Flexible AC Transmission Systems
SVC static VAR compensator
STATCOM Static synchronous compensator
TCR Thyristor Controlled Reactor
TSC Thyristor Switched Capacitor
THD Total Harmonic Distortion
7
ВСТУП

Актуальність теми. Сьогодні важливі виклики, що стосуються
енергопостачання всього людства та енергетичної безпеки окремих країн,
стають дедалі більш помітними. Такі фактори, як зростання населення, зміна
клімату, що призводить до збільшення споживання енергії, та виснаження
природних ресурсів для забезпечення енергетичної безпеки, загострили
актуальність цієї проблеми. Серед них виснаження запасів викопного палива
є найбільшою загрозою для енергетичного сектору, що також спонукало
людей активно проводити дослідження з пошуку нових альтернативних
джерел енергії. Як відомо, енергетична безпека значною мірою залежить від
запасів нафти. Однак запаси нафти Землі обмежені, а інтенсивність
видобутку нестабільна, частково через політичні чинники. Навіть якщо немає
проблем з видобутком нафти, зміна клімату (яка стала загрозою в останні
роки) змусила розвинені країни шукати інші способи забезпечення енергією,
що ще більше обмежує енергетичну безпеку. Як відомо, основним джерелом
парникових газів є спалювання викопного палива, а парникові гази є
основною причиною масштабних змін клімату, що загалом вважається
світовою науковою спільнотою. Тому люди приділяють все більше уваги
вирішенню проблеми енергопостачання шляхом розвитку систем
відновлюваної енергетики [1]. Крім того, багато дослідників вважають, що
розвиток та використання відновлюваної енергії може створити велику
кількість робочих місць, особливо в малонаселених районах, що сприятиме
покращенню ситуації з безробіттям у багатьох країнах.
Основою національної енергетичної безпеки є забезпечення
постачання електроенергії в економіку. Постійно зростаючий попит на
електроенергію став проблемою як для країн, що розвиваються, так і для
розвинених країн. У країнах, що розвиваються, більшість жителів
8
проживають у сільській місцевості. Централізоване енергопостачання є
дорогим і недоступним для місцевих жителів, що призводить до загострення
соціальних конфліктів та труднощів із задоволенням попиту на
електроенергію. Наприклад, згідно з [14], понад 70% населення Індії
проживає в сільській місцевості, і проблема дефіциту електроенергії є для
них особливо гострою. Крім того, понад 40% жителів Індії взагалі не мають
доступу до електроенергії. Згідно з [12], для задоволення постійно
зростаючого попиту на електроенергію необхідно збільшити постачання
електроенергії втричі, тоді як потенційний показник зростання виробництва
електроенергії може сягнути навіть п'ятикратного. Наразі близько 3%
світового ВВП необхідно інвестувати у вирішення проблеми постачання та
попиту на електроенергію. Якщо розглядати розвиток альтернативної
енергетики в цьому контексті, то темпи міграції з сільської місцевості до міст
сповільняться та досягнуть досить низького рівня. Дослідники [3] та [6]
зазначили, що одним із найкращих, найнадійніших та найекологічніших
способів задоволення попиту на електроенергію та зниження її вартості в
сільській місцевості є впровадження відновлюваної розподіленої енергетики
на основі малої та мікрогенерації. Цей метод виробництва електроенергії
може задовольнити зростаючий попит на електроенергію без застосування
нафти, газу, вугілля та інших природніх джерел. Для ефективної інтеграції
малих та мікроенергетичних установок в єдині системи енергопостачання
різних країн все частіше застосовується концепція технології
інтелектуальних мереж (Smart Grid), що розвивається [27]. Згідно з [12],
термін «інтелектуальна мережа» переважно стосується саме енергомережі.
Таким чином Smart Grid це мережа, яка може «інтелектуально» доставляти
електроенергію від місця виробництва до споживача, враховуючи поступове
збільшення генеруючої потужності малих та мікроелектростанцій.
9
Використовуючи цю концепцію, споживачі можуть коригувати свої
моделі споживання електроенергії на основі інформації, що надається
інтелектуальною мережею, відповідно до власних потреб. У посиланнях [9]
та [14] порівнюються традиційні централізовані енергомережі та
інтелектуальні мережі. У посиланнях зазначається, що інтелектуальні мережі
в основному складаються з цифрового інноваційного комунікаційного
обладнання, комутаторів та трансформаторів, які можуть покращити безпеку,
ефективність та експлуатаційні характеристики енергомережі. Окрім самих
каналів передачі електроенергії, інтелектуальні мережі також повинні мати
повноцінну інформаційно-комунікаційну мережу, також рекомендується
використовувати високонадійні мережеві з'єднання. Ці канали є критично
важливими, оскільки вони підтримують взаємодію між прикладним
програмним забезпеченням та пов'язаними з ним послугами, тим самим
забезпечуючи передачу електроенергії. Крім того, у посиланням [16]
зазначається, що повна інтеграція інтелектуальних мереж вимагає
спеціалізованих мікроконтролерів, автоматизованих систем вимірювання,
датчиків, систем зв'язку та інтелектуальних пристроїв. Вищезазначені методи
та технології управління енергією допомагають економити енергію та
ефективно використовувати відновлювану енергію з малих та
мікроенергетичних установок. У посиланні [28] зазначається, що залежність
від централізованих систем виробництва електроенергії призводить до
високих втрат електроенергії та не має гнучкості при перемиканні режимів
роботи. Централізовані системи переважно використовують викопне паливо
та потребують величезних капіталовкладень для будівництва ліній
електропередачі та розподільчих мереж у віддалених районах. Шкідливі
викиди газів від спалювання викопного палива можуть завдати шкоди
місцевому клімату та потенційно спричинити проблеми зі здоров'ям. Для
вирішення цих проблем необхідно розробляти альтернативні системи
10
виробництва та розподілу електроенергії, а саме розподілену генерацію.
Порівняно з централізованими системами виробництва електроенергії,
розподілені енергетичні системи використовують місцеві енергетичні
ресурси. Потужність цих енергетичних ресурсів може коливатися від сотень
до тисяч кіловат. Крім того, розподілені системи виробництва можуть
задовольнити місцевий попит на електроенергію, тим самим забезпечуючи
доступ до електроенергії у віддалених районах. Тому впровадження
розподілених малих енергетичних систем на основі концепції
інтелектуальної мережі може суттєво сприяти вирішенню проблем
національної енергетичної безпеки. Таким чином, у контексті впровадження
концепції інтелектуальної мережі Smart Grid до мережі енергопостачання,
дослідження того, як підвищити ефективність малих та мікрооб'єктів
виробництва електроенергії, є практично важливим та актуальним питанням
станом на зараз.
Мета та задачі дослідження. Метою магістерської роботи є
дослідження пріоритетних напрямків світового досвіду інтелектуальних
енергомереж та визначення доцільних способів їх адаптації в енергетику
України.
Для досягнення вказаної мети потрібно вирішення наступних
науково-технічних задач:
1. Виконати огляд і систематизацію світового досвіду впровадження
інтелектуальних електромереж (нормативно-правові підходи, технічні
рішення, типові архітектури, моделі мікрогенерації та мікромереж) з
виділенням пріоритетних напрямів, що мають потенціал для застосування в
Україні.
2. Ідентифікувати ключові технологічні компоненти Smart Grid,
зокрема: інтелектуальні вимірювальні системи (AMI), системи
автоматизованого керування мережами (DMS/SCADA), розподілену
11
генерацію та мікрогенерацію, системи накопичення енергії, елементи FACTS
та засоби керування попитом (Demand Response).
3. Проаналізувати сучасний стан електроенергетичної системи
України з погляду її готовності до впровадження концепції Smart Grid,
зокрема рівня інтелектуалізації мереж, наявної вимірювальної та
комунікаційної інфраструктури, структури генерації та характеру
споживання.
4. Розробити узагальнену структурно-функціональну модель
інтеграції систем мікрогенерації в інтелектуальні електромережі,
яка враховує ієрархію рівнів (просумер – мікромережа – агрегатор/VPP –
DSO/TSO) та потоки енергії й інформації між ними.
5. Обґрунтувати доцільні напрями адаптації світових рішень Smart
Grid до умов України, з урахуванням наявної технічної бази, регуляторного
середовища, структури генерації, рівня децентралізації споживання та стану
енергетичної інфраструктури.
Об’єктом дослідження є процеси, пов’язані з глобальними
практиками впровадження інтелектуальних енергомереж Smart Grid.
Предметом дослідження є оцінка потенціалу адаптації
інтелектуальних енергомереж Smart Grid в українських електросистемах.
Методи дослідження. Для розв’язування задач, що поставлені в
магістерській роботі, були використані методи аналізу наукової та технічної
літератури, методи порівняльного та системного аналізу, методи організації
роботи зі штучним інтелектом.
Наукова новизна одержаних результатів. Під час вирішення задач
дослідження було отримано такі наукові результати.
1. Проведено узагальнення сучасних практик Smart Grid та оцінено їх
придатність для умов України з урахуванням технічної бази, структури
генерації, рівня децентралізації споживання та регуляторного середовища.
12
2. Визначено ключові напрямки впровадження інтелектуальних
енергомереж в Україні, зокрема розподіленої генерації, цифровізацію мереж
та інтеграцію відновлюваних джерел.
3. Сформульовані рекомендації, які можуть слугувати основою для
стратегічного планування розвитку інтелектуальної енергетики в Україні.
4. Розроблено перспективну ієрархічну модель системи мікрогенерації
в контексті впровадження інтелектуальних мереж в енергетику України.
Практична цінність. Результати нашої магістерської роботи
дозволяють ефективніше використовувати технологію інтелектуальних
мереж Smart Grid для організації роботи з децентралізації енергосистем в
Українських електросистемах.
Апробація роботи. Основні засади роботи доповідалися, та
обговорювалися під час студентської науково-практичної конференції «Дні
студентської науки ЧДТУ» (Черкаси, 22–24 квітня 2025 р.).
Публікації. На основі отриманих результатів було опубліковано одну
наукову роботу [90].
Структура магістерської роботи. Магістерська робота складається з
вступу, 4-х розділів, висновку, списку використаних джерел. Робота містить
105 сторінок друкованого тексту, має 9 рисунків і 1 блок-схему.

13
РОЗДІЛ 1
РЕАЛІЗАЦІЯ ПРИНЦИПІВ SMART GRID У СУЧАСНИХ СИСТЕМАХ
ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ

1.1 Теоретичні засади технології Smart Grid, історія її розвитку
та специфіка імплементації в національній системі електричних мереж
України
Розумні мережі Smart Grid пропонують новий підхід до модернізації
традиційної інфраструктури в системах енергопостачання. Завдяки інтеграції
інноваційних технологій можна підвищити ефективність існуючих
енергомереж. Ці технології включають високотехнологічні системи
прогнозування ризиків та побічних збитків, цифрові інформаційні датчики,
високотехнологічні системи обміну інформацією та енергосистеми для
багатонаправленої передачі енергії. Розумні мережі встановлюють
двосторонній інтерфейс між енергетичними компаніями та споживачами.
Цей зв'язок допомагає споживачам використовувати енергію на основі
цінових переваг, екологічно чистих методів виробництва електроенергії та
уникнення технічних збоїв системи. Таким чином, розумні мережі є
безпечнішими, надійнішими та ефективнішими, а також вирішують
екологічні проблеми. В останні роки було опубліковано численні рецензовані
науково-технічні статті та урядові звіти, в яких досліджуються такі питання,
як використання екологічно чистого виробництва електроенергії, зниження
витрат, а також функціональність та дизайн традиційних та сучасних
розумних мереж, на основі аналізу технічних характеристик систем
виробництва електроенергії. У цій статті також детально аналізуються різні
інноваційні технології, які можуть ефективно інтегрувати розумні мережі з
розподіленими системами генерації в мережу. Багато досліджень показали,
що в сучасну епоху традиційні мережі намагаються задовольнити постійно
зростаючий попит на електроенергію, особливо враховуючи екологічні
14
вимоги виробництва електроенергії. Традиційні системи досі не можуть
ефективно інтегруватися з розподіленими та локалізованими системами
генерації та відновлюваними джерелами енергії. Огляд численних
досліджень [8, 10, 13-36] показує, що розподілені та локалізовані системи
генерації, будучи близькими до кінцевих користувачів, є високоефективними
та знижують витрати на передачу та постачання електроенергії. Сучасні
інноваційні технології успішно інтегрували розподілені та локалізовані
системи генерації з відновлюваними джерелами енергії, тим самим сприяючи
зниженню витрат на комунальні послуги та забезпечуючи чисту енергію.
Крім того, технологічний прогрес сприяв та був головним чинником
зростанню ефективності енергосистем. Інноваційні технології також
дозволяють інтегрувати розподілені та локалізовані системи генерації з
відновлюваними джерелами енергії, тим самим сприяючи зниженню витрат
на комунальні послуги та забезпечуючи чисту енергію.
У посиланні [18] автори зазначають, що світовий попит на
електроенергію стрімко зростає. Згідно з їхніми даними, прогнозується, що
попит на електроенергію зросте більш ніж на 120% з 2000 по 2050 рік. Далі
автори аналізують зростання попиту в різних регіонах споживання. Як
показано на рисунку 1.1, зростання попиту на електроенергію в країнах-
членах «організації економічного співробітництва та розвитку» (ОЕСР)
значно нижче, ніж у країнах, що розвиваються. Країни-члени ОЕСР мають
вищий попит на електроенергію, тому темпи їх зростання також вищі.
Технологія інтелектуальних мереж приносить багато переваг країнам-членам
ОЕСР, зменшуючи втрати під час передачі та розподілу, а також розвиваючи
інфраструктуру. Системи інтелектуальних мереж можуть стати частиною
нової інфраструктури в регіонах, що розвиваються, забезпечуючи ефективну
роботу та створюючи більше можливостей для функціонування ринку.

15

Рис. 1.1 Прогнозоване зростання споживання електроенергії протягом
періоду 2000-2050 років

Механічні та фізичні пошкодження традиційної мережі, брак
достатньої кількості електроенергії для задоволення зростаючого попиту,
нестабільність цін на паливо та відсутність універсальної системи
відновлення живлення стали причиною появи концепції «Smart Grid»
(інтелектуальний/розумний розподіл електроенергії). Розумна мережа здатна
використовувати передові технології та зможе задовольнити очікуване
зростання попиту на електроенергію. У [61] розумна мережа описується як
система, яка використовує інноваційні датчики, систему передачі інформації,
що є двонаправленою, автоматичне вимірювання та є повністю
комп'ютеризована. Розумна мережа може підвищити обізнаність споживачів,
регулювати постачання електроенергії та дозволити споживачам і
постачальникам самостійно приймати рішення щодо надання або прийняття
послуг.
До інших атрибутів Smart Grid належать інтерактивність, здатність до
саморегулювання та відновлення, а також слід зазначити важливий аспект
Smart Grid розумної мережі та майбутнього споживання енергії: схильність
16
брати до уваги потреби кінцевого споживача. Саме клієнтоорієнтований
підхід слугуватиме основним поштовхом для реалізації фундаментальних
принципів концепції. Досягнення цієї мети сприяє поширенню концепції
енергопостачання як послуги. Створення цього бачення також сприяє
використанню досвіду в галузі інформаційних технологій в енергетичному
секторі, цей розвиток повторюється подібним чином в електроенергетиці.
Як виявлено в проведеному дослідженні літературних джерел, останнім
часом більшість розвинених країн, а також багато країн, що розвиваються,
ініціювали програми та проекти, спрямовані на створення інтелектуальної
мережі (Smart Grid). Ці програми вирішують різноманітні проблеми та
завдання. Найбільш масштабні ініціативи та проекти були створені та
впроваджені в таких країнах, як США, Канада та Європейський Союз [13, 16]
Крім того, уряди кількох країн вирішили впровадити та розробити аналогічні
програми та проекти.
На рис. 1.2. наведено кількісні дані по капіталовкладеннях в розвиток
розумної енергетики.

Рис. 1.2 Капітальні витрати для стимулювання зростання Smart Grid в країнах світу
17
Масштаб, напрямок, інтенсивність та швидкість діяльності в галузі
Smart Grid різняться залежно від країни, значною мірою залежно від ступеня
гетерогенності компонентів енергетичної системи, розвитку таких функцій,
як взаємодія зі споживачами, унікальних підходів до інтеграції
маломасштабних джерел енергії (включаючи нетрадиційні джерела енергії) в
єдину енергетичну систему та інших факторів.
У більшості країн держава є одним з основних ініціаторів та інвесторів
розвитку мереж Smart Grid. Масштабні підприємства, такі як виробники
електрообладнання та компанії в галузі інформаційно-комунікаційних
технологій, виявили значний інтерес до участі в відповідних проєктах та
проводять дослідження та розробки в різних галузях, пов'язаних з
інтелектуальними мережами. Основні складові перспективної
інтелектуальної мережі наведені на рис. 1.3 [30].

Рис. 1.3 Елементи інтелектуальної мережі [30]

18
Традиційні електричні мережі були побудовані навколо концепції
централізованої генерації та односпрямованого потоку енергії: від великих
електростанцій до кінцевих споживачів через багаторівневу систему передачі
та розподілу. Такі мережі зазвичай характеризуються обмеженою кількістю
вимірювальних та керуючих приладів, розташованих переважно на ключових
підстанціях, а інформація про режими роботи надходить до них зі значними
затримками. Управління здійснюється переважно за допомогою
диспетчерських команд, часто в ручному режимі, що знижує швидкість
реагування на надзвичайні ситуації. Ці мережі страждають від підвищених
технічних втрат електроенергії, обмежених можливостей інтеграції
розподіленої генерації та відновлюваних джерел, а також недостатньої
гнучкості у зміні графіків навантаження.
Розумні мережі, такі як Smart Grids, базуються на принципах
двостороннього обміну енергією та інформацією, широкого використання
інформаційно-комунікаційних технологій (ІКТ) та розгалуженої системи
автоматичного моніторингу та управління. Такі мережі використовують
інтелектуальні лічильники, точні блоки фазового вимірювання (PMU) та
інтелектуальні електронні пристрої (IED), які забезпечують детальний збір
даних у режимі реального часу. Це дозволяє впроваджувати адаптивні
алгоритми управління, автоматичне виявлення, локалізацію та ізоляцію
несправних ділянок мережі, а також самовідновлювані енергетичні
структури.
Відрізняючись від традиційних мереж, Smart Grids мережі
забезпечують глибоку інтеграцію розподілених та відновлюваних джерел
енергії (сонячної, вітрової, ТЕЦ), систем накопичення енергії та активну
участь клієнтів в управлінні навантаженням (управління споживачами,
управління попитом та динамічне тарифне планування). Це дозволяє
підвищити надійність, стабільність та довговічність енергосистеми,
зменшити втрати одиниць, покращити якість електроенергії та оптимізувати
19
роботу генеруючих потужностей та мережевих пристроїв. Таким чином,
«розумні» мережі створюють кіберфізичну інфраструктуру, в якій
енергетичні процеси тісно інтегровані з системами цифрового вимірювання,
аналізу та прийняття рішень.
На рис 1.3 представлена ілюстрація, що дає змогу порівняти основні
аспекти традиційної мережі (поточний стан) та Smart Grids (майбутній стан)
[12].

Рис. 1.2 Порівняння традиційної системи (сьогодення) та інтелектуальної (майбутнє)

20
Розглянемо періоди становлення енергетичних систем в світі і,
зокрема, створення передумов до виникнення інтелектуаальних умов. Так,
перша енергосітка змінного струму в Сполучених Штатах була побудована в
1886 році в місті Грейт-Баррінгтон, штат Массачусетс [12]. У той час мережа
була централізованою, мала один напрямок передавання та розподілу
електроенергії, що керувалася залежно попиту соживачів. Локальні
енергомережі продовжували розвиватися та з'єднуватися у 20 столітті з
економічних причин та причин надійності. У 1960-х роках місцеві
енергомережі значно розширилися та з'єдналися з тисячами електростанцій,
які постачали електроенергію до великих осередків центрів споживання
через високовольтні лінії електропередачі, які потім розгалужувалися до
менших промислових та побутових користувачів по всій зоні постачання.
Топологія мережі в 1960-х роках була результатом цього розширення: значні
вугільні, газові та нафтові електростанції потужністю від 1 гігавата (1000
мегават) до 3 гігават були економічно вигідними лише у надто значних
масштабах. Теплові електростанції як правило будувалися поблизу ресурсів
викопного палива (шахт, портів або залізниць). Розташування гірських
гідроелектростанцій також мало значний вплив на структуру мережі. Атомні
електростанції розташовувалися в районах з великими ресурсами
охолоджувальної води. Теплові електростанції забруднюють навколишнє
середовище і тому розташовані подалі від густонаселених районів. До кінця
1960-х років електричні мережі в розвинених країнах охоплювали значну
частину населення та отримується можливість поєднати виробництво та
споживання енергії для максимальної ефективності. Розрахунок споживання
електроенергії кожним користувачем мав вирішальне значення для
забезпечення того, щоб виставлення рахунків базувалося на фактичному
використанні. Через обмежені можливості збору та обробки даних, на ранніх
етапах розвитку мережі широко застосовувалися механізми фіксованих
тарифів, а також угоди про подвійну ціну, де нічні ціни на електроенергію
21
були нижчими за денні. Метою угод про подвійну ціну було зменшення
попиту на електроенергію вночі. Механізм подвійної ціни дозволяв
отримувати електроенергію за нижчою ціною вночі, прагнучи згладити
денний попит і зменшити кількість газових турбін, які потрібно було
вимикати вночі. Таким чином, механізм подвійної ціни покращив
використання та прибутковість об'єктів виробництва та розподілу
електроенергії.
З 1970-х до 1990-х років зростання попиту на електроенергію
призвело до збільшення кількості електростанцій. У деяких районах
постачання електроенергії, особливо в години пік, не могло задовольнити
попит. Це призвело до масових відключень електроенергії та погіршення її
якості. Промисловість, опалення, зв'язок, освітлення та розваги стали дедалі
більше залежати від електроенергії. Як наслідок, споживачі ставили
підвищені вимоги до надійності електропостачання.
До кінця 20-го століття сформувалася певна схема попиту на
електроенергію: опалення та кондиціонування повітря в будинках
призводило до пікового споживання електроенергії протягом дня, що, у свою
чергу, призводило до пікового виробництва електроенергії, при цьому
генератори короткочасно запускалися в періоди пікового навантаження. Ці
«пікові» генератори (зазвичай газові турбіни, оскільки вони відносно
недорогі в придбанні та швидко запускаються) мають відносно низькі
навантаження, а необхідна резервна конструкція в мережі призводить до
високих витрат для енергетичних компаній. Ці витрати зрештою
перекладаються на споживачів у вигляді зростання цін на електроенергію. У
21 столітті кілька країн, що розвиваються, включаючи Південну Корею,
Китай, Індію та Бразилію, стали лідерами у впровадженні інтелектуальних
мереж. [12]

22
Розумні мережі підвищують ефективність системи в усіх сферах.
Розумні мережі також відіграють певну роль у зниженні попиту, надаючи
споживачам інформацію, яку вони можуть використовувати для більш
економного споживання електроенергії.
І навпаки, попит на альтернативні джерела енергії, які є
відновлюваними, також зростає, щоб вирішити проблему нестачі
електроенергії. Автор джерела зазначив, що постачання електроенергії,
ринок комунальних послуг та традиційні бізнес-моделі залежать від
уподобань споживачів. Наприклад, обсяг електроенергії, необхідної
енергетичним компаніям, зменшився через збільшення використання
енергоефективних приладів та зростання популярності фотоелектричних
панелей на дахах.
Перспективна загальна структура інтелектуальної мережі живлення
Smart Grid представлена на рис. 1.3.
Для технічно розвиненої держави впровадження інтелектуальної
мережі (Smart Grid) приносить низку ключових переваг:
• підвищення енергетичної безпеки – завдяки швидкому реагуванню
на перебої та забезпеченню безперебійного постачання електроенергії,
інтелектуальна мережа підвищує надійність енергопостачання, що має
вельми істотний вплив для національної безпеки;
• зменшення впливу на навколишнє середовище – інтеграція
відновлюваних джерел енергії і мінімізація втрат електроенергії буде
забезпечувати зменшення викидів парникових газів, а це буде сприяти
досягненню екологічних цілей країни;
• ефективне управління енергетичними ресурсами – використання
інтелектуальної мережі дозволяє країні оптимізувати використання існуючих
енергетичних ресурсів, зменшуючи потребу в будівництві нових
електростанцій.
23

Рис. 1.3 Перспективний загальний дизайн інтелектуальної енергетичної
мережі Smart Grid

Розглянемо, що може запропонувати інтелектуальна мережа
пересічним громадянам. Для суспільства використання інтелектуальної
мережі пропонує низку суттєвих переваг:
24
• економія енергії – інтелектуальні лічильники та системи
автоматизації дозволяють споживачам краще контролювати споживання
електроенергії, що спонукатиме зменшенню рахунків за електроенергію;
• висока надійність постачання – завдяки інтелектуальній мережі
громадяни матимуть менше перебоїв з електроенергією, що покращить якість
їхнього життя;
• доступ до відновлюваних джерел енергії – інтелектуальна мережа
сприяє ширшому використанню фотоелектричних модулів та інших
відновлюваних джерел енергії, при цьому громадяни зможуть обирати більш
екологічно чисті джерела енергії.
Подальшим кроком ми розглянемо та проаналізуємо сучасний стан
електроенергетики в Україні. Загальновідомо, що основними джерелами
електроенергії в Україні є так звані «традиційні» електростанції: атомні
електростанції, теплові електростанції та великі гідроелектростанції. Однак в
останні роки проблема економії енергоресурсів та впровадження
енергозберігаючих технологій для зменшення негативного впливу
традиційних електростанцій на оточуюче середовище (наприклад,
використання відновлюваної енергії та поєднання її з новітніми системами
управління енергією, що впроваджують технологію інтелектуальних мереж
тощо) стає дедалі актуальнішою. Через постійне виснаження власних
традиційних енергетичних ресурсів, Україні терміново потрібно вирішити
важливу стратегічну проблему, а саме підвищити ефективність виробництва,
перетворення та використання різних джерел енергії. Україна надає великого
значення розвитку відновлюваної енергетики, саме через визнання цього на
національному рівні. Цьому також сприяли кілька національних програм,
головною ціллю яких є побудова стабільної енергетичної бази. Практичний
досвід України у використанні відновлюваної енергії (вітрової, сонячної та
геотермальної енергії) повністю демонструє, що використання цих джерел
25
енергії буде досить ефективним зараз і в майбутньому [10]. Отже, порівняно
з іншими традиційними методами виробництва електроенергії, сучасні
гідроенергетичні системи є найбільш економічними та екологічно чистими
методами виробництва електроенергії. Мала гідроенергетика в цьому плані
ще краща. Малі гідроелектростанції можуть найбільшою мірою захистити
природний ландшафт, а вплив на оточуюче середовище найменший під час
експлуатації, будівництва та підготовки. За умови правильної експлуатації
вона майже не матиме негативного впливу на якість води. Водойма може
повністю зберегти свої первісні природні характеристики та властивості.
Рибні ресурси в річці можуть бути збережені, а сама вода може бути
ефективно використана для водопостачання житлових будинків [11]. Наразі
головною завадою для розвитку відновлюваної енергетики у нашій країні є
недостатня увага до стандартизації в розробці і експлуатації об'єктів
відновлюваної (малої) енергетики. Широка інтеграція відновлюваної
енергетики в мережі розподільчого рівня деякою мірою вплинула на режим
роботи та режим споживання електроенергії розподільчої мережі. Якщо
дрібномасштабна відновлювана енергетика буде скоординована та
інтегрована з традиційною централізованою енергосистемою, можна
покращити ефективність спільної експлуатації та покращити якість
електроенергії. Однак без належної модернізації та збільшення встановленої
потужності та кількості відновлюваної енергії нормальна робота розподільчої
мережі може бути порушена [12, 18]. Це пояснюється тим, що розподільча
мережа має обмежену потужність і не може забезпечити додаткові ресурси
виробництва електроенергії в різних вузлах мережі.
Тому для майбутнього успішного функціонування української
енергетики, Україна буде змушена поступово переходити до застосування
більш інтелектуальних енергетичних елементів. Рис. 1.4 ілюструє цей
перехідний процес, показуючи як сучасну традиційну централізовану
26
систему енергопостачання України, так і майбутню систему
енергопостачання, побудовану на технології інтелектуальних мереж.
Систематичне впровадження технології розумних мереж в Україні
розпочалося в жовтні 2022 року, коли уряд затвердив відповідні концепції
(дійсні до 2035 року). До цього в Україні було проведено кілька розрізнених
пілотних проектів. Зараз докладаються зусилля для оптимізації всіх процесів,
систематизації та уніфікації роботи різних операторів розподільчих систем у
цій сфері.

1 – Наш час; 2 – Майбутній період

Рис. 1.4 Структура традиційної системи електропостачання України та майбутні
системи з елементами інтелектуальної мережі Smart Grid

Ще до повномасштабного впровадження Україна стикалася з
численними проблемами у забезпеченні надійності електропостачання, що
негативно впливало на економіку в цілому. Індекси SAIDI та SAIFI, особливо
композитний індекс (не регуляторний), були значно нижчими за рівні країн
Центральної Європи, нагадуючи рівні менш розвинених країн. Тому
модернізація мереж давно була вкрай необхідною.
27
Розвиток розумних мереж створив величезні можливості для відродження
українських підприємств. Навіть в умовах глобалізації, хоча деякі
компоненти можуть вироблятися за кордоном, кінцеве обладнання все одно
збирається в Україні. Як правило, в країну імпортується не готове
електрообладнання, а обладнання, яке потребує максимальної модифікації та
технологічних удосконалень для відповідності вітчизняним умовам.
Загалом, «розумна мережа» – це перетин енергетики, інформаційних
технологій та комунікаційних технологій.
Компанії, що займаються будівництвом розумних мереж, тобто виробники
електрообладнання, повинні поєднувати власні технології з інформаційно-
технологічними рішеннями та робити їх сумісними з українськими
системами зв’язку та телекомунікацій.

1.2 Характеристики технології Smart Grid
На підставі аналізу різноманітних джерел [2], [11], [13], [43], [58], [64],
[69] та ін., стало можливим окреслити основні переваги та обмеження
інтелектуальних систем Smart Grid станом на сьогоднішній день.
Типові переваги включають: доступ до природних та інших
традиційних джерел енергії; збільшення числа доступних джерел
електроенергії; розширення управління енергією шляхом надання
споживачам різних даних про споживання електроенергії; потенціал для
зниження витрат на комунальні послуги для кінцевих користувачів завдяки
розвитку індустрії розумного розподілу; скорочення викидів парникових
газів черезеф сприяння використанню електроенергії в транспортних засобах.
Однак широке застосування розумних систем має й деякі нечисленні
недоліки. От, наприклад, хакери потенційно можуть «зламати» певні типи
лічильників, отримавши при цьому доступ до тисяч чи й навіть мільйонів
лічильників; загальна вартість встановлення та експлуатації «розумних
28
систем» є дещо зависокою, а це вимагає значних бюджетів і робить їх
доступними лише в економічно розвинених країнах.
Літературний аналіз також показав, що широке впровадження
розподіленої системи генерації є найперспективнішим рішенням для
виробництва електроенергії, оскільки вони розташовані якомога ближче до
кінцевих користувачів, що дозволяє заощаджувати на витратах на передачу
та постачання електроенергії. Відновлювані джерела енергії в недалекому
майбутньому будуть ефективно інтегровані з розподіленими системами,
допомагаючи забезпечувати чисту, економічну енергію без викидів
парникових газів. Застосовуючи новітні цифрові технології традиційні
електромережі можна перетворити на розумні мережі, що дозволить
розумним пристроям взаємодіяти один з одним, вимірювати та оцінювати
цілісність і продуктивність мережі. Smart Grid мережа – це система
двостороннього зв'язку, оснащена численними інноваційними технологіями,
які розширюють вибір та обізнаність споживачів, покращують стабільність
показників постачання електроенергії та надають постачальникам і
споживачам електроенергії можливість самостійно вирішувати питання
надання та отримання послуг. Крім того, технологія накопичення енергії
добре інтегрується з розумними мережами та відновлюваними джерелами
енергії, сприяючи зберіганню та розподілу електроенергії на основі
фактичного попиту. Встановлюючи розумні лічильники, застосовуючи
відповідні методи управління мережею та впроваджуючи механізми
ціноутворення на основі щоденного споживання, можна ефективно
пом'якшити зростання попиту на електроенергію. Це заохочує споживачів
використовувати електроенергію в години поза піковими навантаженнями,
тим самим заощаджуючи додаткові витрати. Накінець, Smart Grid розумні
мережі добре підходять для побудови інтелектуальних мереж зарядки
електромобілів, кількість яких постійно зростає й зростає через значне
29
збільшення кількості експлуатованих електромобілів в т.ч. й на теренах
України. Механізми роботи розумних мереж можуть підвищити ефективність
та зменшити споживання ресурсів, тим самим задовольняючи зростаючий
попит на електроенергію. Однак, розумні мережі все ще стикаються з
кількома викликами, такими як необхідність державної підтримки, що не
завжди легко, особливо в умовах воєнного стану; значні початкові інвестиції,
необхідні для встановлення систем автоматизації; та труднощі із заміною
застарілого обладнання новими цифровими системами. Аналіз літературних
джерел також показав, що технологічна основа концепції розумних мереж
базується на принципі розгляду окремих компонентів, технологій та
обладнання як складної системи взаємодіючих елементів, що забезпечують
необхідні функціональні характеристики, причому вибір їх складу та ієрархії
визначається користувачем. Враховуючи новизну розглянутих принципів,
різні фактори та умови, а також добре відому невизначеність результатів,
забезпечення технологічної безперервності при переході від існуючої
технологічної основи до нової технологічної основи в енергетичному секторі
з найнижчими можливими витратами є особливо важливим у
концептуальних рамках розумних мереж, що актуально також й для України.
Це має вирішальне значення для нашої держави, оскільки вона повинна
прискорити скорочення зростаючого технологічного розриву з провідними
промислово розвиненими країнами.
В промислово розвинених країнах, таких як, наприклад, Сполучені
Штати та Європейський Союз, вирішення таких завдань полягає у створенні
регуляторної бази, що складається з широких стандартів, що охоплюють
функції, компоненти, обладнання та інтерактивні системи. Наприклад, у
Сполучених Штатах наразі розробляється більше ніж 100 відповідних
стандартів. Розробники мають право пропонувати рішення, а користувачі
30
мають право будувати «свої власні» інтелектуальні мережі відповідно до
власних потреб.
Для побудови нової технологічної основи для енергетичної галузі на
основі філософії розвитку США було сформовано п'ять основних
технологічних промислових кластерів, що потребують інноваційного розвитку
[2]: 1) вимірювальні прилади та обладнання, головним чином включаючи так
звані інтелектуальні лічильники та інтелектуальні датчики; 2) удосконалені
методи керування: розподілені інтелектуальні системи керування та
інструменти аналізу для підтримки зв'язку на рівні об'єктів енергосистеми,
здатні працювати в режимі реального часу, і через це ефективно
впроваджуючи нові алгоритми та методи керування енергосистемою,
включаючи керування її активними компонентами; 3) модернізовані
компоненти мережі, включаючи: гнучкі системи передачі змінного струму
(FACTS), передачу постійного струму, надпровідні кабелі, мікромережі,
напівпровідникові силові електронні пристрої, накопичення енергії тощо; 4)
нові інтерфейси та методи забезпечення прийняття рішень; 5) технології та
інструменти для перетворення даних від різних об'єктів енергосистеми в
інформацію, необхідну для прийняття рішень агентами.
Інтегрований зв'язок, що дозволяє першим чотирьом групам
компонентів з'єднатися між собою, що по суті і є технологічною системою
інтелектуальної мережі. Структура розвитку технологічної інфраструктури,
запропонована Сполученими Штатами, чітко випливає з їхнього унікального
підходу до побудови нової енергетики на основі концепції інтелектуальної
мережі. Цей підхід передбачає побудову майбутньої інтелектуальної
енергетичної системи США як єдиної технологічної системи з серії
технологій, за принципом пазла. Ці технології та методи забезпечують як
сумісність інноваційних технологій (наприклад, засоби керування системою
розподілу повинні бути підключені до тих, що використовуються основною
мережею та користувачами), так і взаємозамінність інноваційних технологій
31
(технології слід розглядати як компоненти, які можна зібрати в цілісну
систему).
Тому можна сказати, що завдання США полягає в побудові системи,
подібної до Єдиної енергетична системи України (ЄЕС), але з повним
урахуванням нових технологічних можливостей.
Основна увага приділяється розвитку національної науки, технологій та
виробництва. У цьому контексті дослідження та інноваційні розробки
концепції інтелектуальних мереж гоовним чином здійснюються розробниками
технологій та виробниками обладнання. Їхня продукція часто охоплює весь
енергетичний ланцюг, від виробництва електроенергії до кінцевого
споживання.
Проведений аналіз показав, що якщо брати до уваги країни ЄС, то в
них є дещо інше бачення цього питання. Їхній підхід базується на більш
традиційному, сегментованому підході до технологій. У його рамках
технології структуровані відповідно до основних технологічних напрямків, які
забезпечують функціональні характеристики енергетичних систем на основі
концепції інтелектуальної мережі. У деяких літературних джерелах [69], [72]
зазначено, що Європейська платформа визначає такі основні напрямки:
виробництво, передача, розподіл, збут, споживачі, урядові та регуляторні
органи. Ці характеристики можна пояснити наступним чином. По-перше,
технологічна платформа інтелектуальної мережі має транснаціональний
характер, припускаючи, що енергетична система ЄС інтегруватиме
національні енергетичні системи, кожна з яких має свої особливості та рівень
розвитку. У цьому контексті очевидно, що хоча Європейська платформа має
спільну мету зосередитися, перш за все, на впровадженні Плану дій ЄС з
енергоефективності [72] (який чітко окреслює керівні принципи розвитку для
конкретних напрямків), кожна країна має свої власні національні пріоритети в
галузі науки і техніки, інновацій та промислового розвитку. Для впровадження
технологічної платформи встановлений план дій також передбачає поетапну
32
трансформацію енергетичної системи, спрямовану на адаптацію всіх
національних енергетичних об'єктів та ринків до нових умов експлуатації [81].
У плані також визначено основні напрямки та механізми модернізації та
інноваційного розвитку існуючих базових технологічних систем.

1.3 Визначення пріоритетних напрямів розвитку електромереж в
контексті запровадження інтелектуальних систем Smart Grid
За останні роки перлік застосовуваних типів електростанцій та систем
накопичення енергії (новітні типи акумуляторних батерей на основі літій-
залізо-фосфатних (LiFePO4) комірок), значно зросли у всьому світі. У роботі
[9] запропоновано оптимальну схему інтеграції для електростанцій та систем
накопичення енергії різних типів та потужностей, яка підключає їх до
енергосистеми за допомогою стандартизованих процедур технічного
підключення та зрештою створює так звану «мікромережу» (див. рисунок
1.5).
Модернізовані принципи та інструкції щодо технічного підключення в
інтелектуальних мережах дозволять джерелам енергії розподіленої генерації
підключатися до системи на будь-якому рівні напруги. Це ще більше
сприятиме розвитку малих та мікророзподілених джерел енергії. Для
споживачів, які надають пріоритет ефективності та практичності при виборі
постачальників енергії, необхідно створити всі умови, що дозволять їм
будувати власні об'єкти виробництва та накопичення енергії, особливо
екологічно чисті джерела енергії, такі як енергія вітру, біомаси та сонця, які
вважаються ключовими для майбутнього розвитку енергетики.
Системи електропостачання на основі «розумних мереж» повинні
спростити взаємозв'язок розподіленої генерації та систем накопичення
енергії шляхом встановлення стандартизованих взаємозв'язків «мережева
33
генерація», подібних до добре відомої концепції «підключи та працюй» (Plug
and Play) у сучасних комп'ютерних системах.

Рис. 1.5 Загальна структура розподіленої генерації у складі
інтелектуальної енергосистеми

Системи електропостачання на основі «розумних мереж» повинні
спростити взаємозв'язок розподіленої генерації та систем накопичення
енергії шляхом встановлення стандартизованих взаємозв'язків «мережева
генерація», подібних до добре відомої концепції «підключи та працюй» (Plug
and Play) у сучасних комп'ютерних системах. Широке впровадження
розподіленої генерації створить нові виклики для мережі через її більшу
мобільність але нижчу стабільність, що потенційно призведе до ймовірних
перебоїв у подачі електроенергії та падінь напруги. Ці проблеми можна
вирішити шляхом глибшого залучення інформації, двостороннього зв'язку,
«розумного» керування та раціональної конфігурації розподіленої генерації,
накопичення енергії та управління попитом на електроенергію.
34
Технологія «розумних мереж» дозволить енергетичним системам
краще адаптуватися до динамічної по своїй суті розподіленої генерації,
включаючи відновлювану енергію. У цьому контексті підприємства та
споживачі матимуть легший доступ до цих ресурсів та отримають значні
переваги, що є природнім наслідком застосування передових технологій.
Як відомо традиційні мережі вже тривалий період проектуються та
експлуатуються як для постачання електроенергії від централізованих
джерел живлення споживачам з певними, заздалегідь визначеними
навантаженнями. Використання великої кількості розподілених джерел у
такій системі є достатньо непростим завданням, через те, що часовий період
генерації відновлюваних джерел енергії (фотоелементів чи вітру) дуже
нерівномірний. У цьому випадку інтегровані функції моніторингу можуть
забезпечити більш стабільну роботу мережі. Автоматизація підстанцій може
контролювати планування вихідної потужності та, за необхідності, планувати
підключення резервних джерел енергії. Технологія інтелектуальних мереж
сприятиме контролю двосторонніх та багатосторонніх потоків енергії, а
також моніторингу, контролю та підтримці цих відновлюваних джерел
енергії.
Застосування нових принципів роботи енергосистеми дозволить
енергетичним компаніям та споживачам використовувати електроенергію
більш раціонально, зменшуючи попит та покращуючи екологічні умови.
Наприклад, сонячні панелі та вітрові турбіни є типовими прикладами
розподіленої генерації. Інші типи розподілених джерел енергії, такі як
геотермальна енергія, біомаса, водневі паливні елементи та акумулятори
високої ємності, також можуть бути ефективно використані.
Проведений аналіз сучасних тенденцій свідчить, що хоча вартість
традиційної енергії продовжує зростати, вартість розподіленої генерації
знижується, стаючи більш доступною навіть на рівні кінцевого споживача.
35
Відновлювана енергія по факту є не тільки екологічно чиста, але й пропонує
можливості економії коштів для споживачів, які можуть виробляти більше
електроенергії, ніж їм потрібно. Решта електроенергії продається
енергопостачальним компаніям. Загалом, впровадження концепції
інтелектуальної мережі може принести такі результати та переваги для
бізнесу [13]:
− підвищення надійності електропостачання та безпечніші виробничі
процеси; підвищення задоволеності споживачів;
− покращення обслуговування клієнтів та збільшення продажів;
− скорочення часу відключення енергосистеми та зниження
виробничих витрат;
− створення нових робочих місць та потенційного зростання ВВП;
− модернізація енергосистеми на основі інтеграції енергетичних
активів у таких сферах, як виробництво, передача, розподіл та зберігання.
Зарубіжні дослідження показують, що багатогранний вплив концепції
інтелектуальної мережі на всіх зацікавлених сторонах може бути
максимальним лише за умови поєднання всіх характеристик, методів та
елементів нової технологічної основи [15].
Для досягнення всіх вищезазначених результатів Сполучені Штати
(США) розробили стратегічну місію щодо розробки комплексної
національної інфраструктури енергетичного зв'язку та інформації, здатної
динамічно оптимізувати роботу системи (мережі) та ресурси, забезпечуючи
впровадження управління попитом та реагування на попит, а також
сприяючи активній участі споживачів. Для вирішення таких завдань до 2030
року мають бути досягнуті такі цілі концепції інтелектуальної мережі:
скорочення пікового навантаження на 20%; здатність забезпечувати 100%
усіх критичних потоків у будь-який час; підвищення ефективності системи
на 40% та коефіцієнт використання активів на 70%; а також коефіцієнт
36
використання розподілених енергетичних ресурсів (включаючи
відновлювану енергію) на 20% (200 ГВт) [11].

Висновки до розділу 1
1. Узагальнюючи викладене в першому розділі, можна прийти до
висновку, що в теперішніх умовах традиційна електрична мережа фактично
вичерпала свій функціональний та технологічний потенціал. Вона
характеризується низьким рівнем інтелектуалізації, обмеженими
можливостями оперативного управління режимами та недостатньою
адаптивністю до динамічних змін навантаження і структури генерації.
2. Традиційна система розподілу не забезпечує оперативного
контролю за споживачами та мережевими елементами, що ускладнює швидке
виявлення пошкоджень і збільшує час відновлення електропостачання. Вона
погано реагує на пікові навантаження та домінування великих
електростанцій, що призводить до втрат, зниження якості енергії та
підвищення ризику аварій.
3. Також, традиційна мережа є конструктивно малопридатною для
інтеграції децентралізованих і відновлюваних джерел електроенергії, які
мають змінний та стохастичний характер генерації (сонячної чи вітрової) і
вимагають гнучких засобів автоматизованого керування, балансування та
накопичення енергії. Відсутність розвинутого двостороннього обміну
потужністю та інформацією, а також механізмів активного керування
попитом зумовлює енергетичну й екологічну неефективність такої
інфраструктури.
4. У сукупності це свідчить про об’єктивну необхідність переходу до
концепції інтелектуальних електроенергетичних систем (Smart Grid), здатних
забезпечити надійне, гнучке й ресурсоефективне електропостачання в умовах
зростання попиту та широкої інтеграції відновлюваних джерел.
37
РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНЦЕПЦІЇ, ТЕХНОЛОГІЇ ТА МЕТОДІВ
ВПРОВАДЖЕННЯ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ SMART GRID

2.1 Елементна база інтелектуальної мережі Smart Grid
Для створення ефективної інтелектуаьлної мережі основна увага
повинна приділятися не модернізації та розвитку традиційних технологій,
обладнання та програмних продуктів, а глибокому переосмисленню принципів
розвитку енергетичної галузі та створенню абсолютно нової та інноваційної
технологічної основи. Ця основа спрямована на більш комплексне
задоволення потреб споживачів та інших зацікавлених сторін шляхом суттєвої
зміни фізичних та технічних характеристик усіх компонентів енергетичної
системи. Вимірювальні прилади та обладнання, поряд з інформаційно-
комунікаційними технологіями, що використовуються для зчитування та
вимірювання, є ключовими технологічними напрямками та вирішальними
компонентами сучасних енергетичних систем, що базуються на концепції
інтелектуальної мережі. Ці технології повинні мати такі можливості:
забезпечувати діагностику обладнання та рівні інтеграції мережі
(віддзеркалення міри централізації даних в єдиному центрі); забезпечувати
постійний моніторинг даних для мінімізації помилок у виставленні рахунків;
сприяти оптимізації структури мережі та зменшенню викидів, надаючи
споживачам можливість регулювати попит; підтримувати різноманітні та
складні вимірювання та давати можливість постійного моніторингу даних, що
зберігаються в пам'яті керуючого комп'ютера; а також забезпечувати постійну
пряму взаємодію між постачальниками послуг та споживачами.
Реалізація перелічених можливостей забезпечить виконання ряду
наступних задач, що розглядаються нижче.

38
Поперше, на рівні користувача, майбутні інтелектуальні мережі вже
більше не використовуватимуть електромеханічні лічильники та аналогові
(стрілочні) вимірювальні прилади. Натомість їх замінять модерні цифрове
вимірювальне, що матиме комунікації з іншими користувачами, а також
постачальниками послуг. Новітні мікропроцесорні вимірювальні засоби
нададуть широке коло можливостей, фіксуючи витрати під час усього
технологічного процесу виробництва, передачі та розподілу електроенергії.
Чимало користувачів матимуть доступ до інформації про очікувані критичні
умови, такі як пікові ціни на електроенергію та потенційні перебої в подачі
електроенергії через фактори навколишнього середовища. Вимірювальні
прилади також інформуватимуть користувачів про порогові значення
навантаження мережі.
Вказані вище новітні вимірювальні прилади матимуть можливість
контролювати необхідне споживання електроенергії. Користувачі також
зможуть попередньо встановлювати щоденні плани використання
електроенергії. Система автоматично контролюватиме навантаження
користувача відповідно до плану на основі щоденних змін вартості
електроенергії та матиме можливість «на ходу» робити корекції.
Також, вимірювальні засоби та пристрої управління повинні
розширити сферу існуючих комунальних послуг, наприклад, протипожежна і
охоронна сигналізація і т.п. Їх глибока інтеграція з системами безпеки
допоможе запобігти злому зі сторони хакерів.
По друге, якщо розглядати рівень компаній, що надаватимуть послуги
по енергозабезпеченню, новітні технології отримання результатів
вимірювання розширять спектр інформації, яка буду надходити диспетчерам
енергосистеми. Такий вид даних може включати, наприклад, інформацію про:
– коефіцієнт потужності системи;
– значення показників якості та потужності для всієї системи та
конкретних точок підключення;
39
– значення з широкомасштабних вимірювальних систем (розподілені
вимірювальні системи);
– діагностичні характеристики поточного стану електрообладнання;
експлуатаційна інформація з різних вимірювальних та датчикових даних;
– умови навколишнього середовища (вплив вітру, дощу, снігу, льоду,
екстремальних температур тощо);
– ідентифікація місць пошкодження ліній електропередач; –
навантаження на трансформатори та лінії електропередач; розподіл напруги
мережі;
– температури ключових компонентів;
– ідентифікація типів та причин несправностей;
– попередньо задані криві та прогнози споживання електроенергії.
Проєктування та розробка програмних продуктів нових програмних
повинно бути зосереджена на адаптивних алгоритмах, які могли б
акумулювати, аналізувати та здійснювати обробку значних обсягів даних, що
передаються сучасними засобами вимірювання та зчитування. Після
оброблення інформаційні дані будуть передаватися до існуючих та
новостворених інформаційних серверів сервісних компаній.
Одним із найскладніших питань, що буде ключовим і яке доведеться
вирішувати, буде проектування та розробка нових концепцій релейного
захисту та автоматики (РЗА) інтелектуальних мереж. Перспективним
виглядає використання цифрових реле, що значно підвищить надійність усієї
енергосистеми. Будуть застосовуватися різні схеми моніторингу, захисту та
керування, куди будуть інтегровані цифрові реле та термінали. У цій
інтегрованій, розподіленій системі захисту реле можуть автономно
взаємодіяти одне з одним. Ця гнучкість та автономність підвищують
надійність, оскільки навіть якщо деякі частини мережі вийдуть з ладу, інші
реле продовжуватимуть захищати енергосистему.

40
Потенційна сфера застосування вищегаданих технологій достатньо
різноманітна. Повна трансформація технологій отримання інформації при
вимірюваннях буде потребувати чималої кількості взаємопов'язаних
інтелектуальних лічильників.
Вищезгадані технології інтелектуальних мереж пропонують значні
переваги в сфері вимірювання. Далі проаналізуємо деякі з найважливіших
переваг.
Перетворення даних вимірювань у формат, придатний для
використання споживачами, забезпечить повне розуміння ситуації як
споживачами, так і енергопостачальними компаніями.
Переваги для споживачів включають: можливість виносити
обґрунтовані рішення стосовно управління навантаженням; прямий доступ до
ринку електроенергії в режимі реального часу; бути активним учасником
ринкових операцій; та зниження рахунків за електроенергію.
Енергопостачальні компанії отримують вигоду від: контрольованих
коливань навантаження; зменшення експлуатаційних витрат; підстраховки
коли будуть періоди перевантажень; та зменшення незаконного використання
електроенергії.

2.2 Інтегрування нових розробок силової електроніки в
інтелектуальні мережі
Компоненти та обладнання, необхідні для енергетичного сектору
інтелектуальної мережі, базуються на найновіших технологічних
досягненнях у таких галузях, як надпровідність, силова напівпровідникова
електроніка, накопичення енергії та діагностичні системи. Яскравими
прикладами цих найновіших технологій є відновлювана енергія, системи
передачі постійного струму, надпровідні компоненти в мережі та силова
електроніка на основі сучасних напівпровідникових приладів.

41
Наразі більшість електроенергії в промислово розвинених країнах все
ще виробляється на великих електростанціях. До цих електростанцій належать
вугільні та газові електростанції, атомні електростанції та гідроелектростанції.
Хоча ці електростанції є дуже економічними, відстані передачі електроенергії
є великими.
Як згадувалося раніше, іншим підходом є розподілена генерація, яка
розміщує генератори якомога ближче до користувачів. Деякі проекти мереж
навіть розміщують генератори в одній будівлі. Такий підхід зменшує втрати
під час передачі електроенергії та зменшує кількість і довжину ліній
електропередачі, необхідних для постачання електроенергії користувачам.
Необхідність розробки нових технологій випливає з потреби
покращення керованості енергосистем: недостатня потужність міжсистемних
та системних ліній електропередачі, слабка керованість мережі, недостатня
кількість апаратних засобів регулювання напруги і реактивної потужності,
необґрунтований розподіл потоків потужності вздовж паралельних ліній
електропередачі.
В останні роки на об'єктах об'єднаних енергетичних систем почали
впроваджуватися схеми управління, що враховують вимоги FACTS (Flexible
Alternative Current Transmission System). Запровадження методів та підходів
концепції інтелектуальної мережі зробило її однією з найбільш затребуваних
технологій у електроенергетиці. Сьогодні технології FACTS включають
традиційні поздовжні компенсаційні пристрої (компенсація реактивної
потужності) на основі конденсаторів та поздовжні компенсаційні пристрої з
використанням тиристорно-реакторних батарей, статичні тиристорні
компенсатори, секції вставок постійного струму та електромеханічні
перетворювачі частоти на основі синхронних двигунів, керованих реакторів та
синхронних компенсаторів. Загалом під пристроями FACTS зазвичай
розуміють сукупність пристроїв, встановлених в енергомережі, призначених
крім компенсації реактивної енергії, також і для стабілізації напруги,
42
покращення керованості, оптимізації розподілу потоків потужності,
зменшення втрат, придушення низькочастотних коливань та покращення
статичної та динамічної стійкості, тим самим збільшуючи пропускну здатність
мережі та зменшуючи втрати. У всіх пристроях FACTS вирішальну роль
відіграють силові електронні пристрої на основі різних типів та вдосконалених
керованих напівпровідникових вентильних перетворювачів напруги.
Швидке та широке розгортання обладнання на базі FACTS у поєднанні
з новими методами дистанційного керування, моніторингу та управління
забезпечує створення високоякісних нових систем передачі.
Як показано на рис. 2.1, пристрої накопичення енергії відіграють
вирішальну роль у роботі систем FACTS і будуть фактично незамінними про
побудові Smart Grid.
Ці пристрої накопичення енергії можуть виконувати такі функції:
− балансування навантаження мережі шляхом накопичення
електричної енергії в періоди надлишку та вивільнення її в періоди дефіциту;
− підвищення меж стабільності режимів роботи мережі при
використанні разом з обладнанням FACTS;
− забезпечення безперебійного електропостачання критично важливих
об'єктів та електростанцій;
− придушення коливань потужності в енергосистемі;
− стабілізація роботи розподілених джерел живлення.
Пристрої накопичення енергії, показані на рис. 2.1, поділяються на дві
категорії: електростатичні та електромеханічні. До електростатичних
пристроїв накопичення енергії належать високоенергетичні акумулятори,
пристрої накопичення енергії на основі молекулярних конденсаторів (тобто
суперконденсатори) та пристрої накопичення енергії на основі кріогенних
(охолоджених рідинним гелем) надпровідників.

43

Рис. 2.1 Системи накопичення енергії на основі інтелектуальних мереж

Усі типи пристроїв електростатичного накопичення енергії
підключаються до основної мережі за допомогою силових електронних
пристроїв (зарядних та перетворювальних інверторів).
Аналіз показує, що найвідомішими компаніями, які наразі виробляють
великоємні акумулятори у великих масштабах, є ZBB Energy (Австралія),
Premium Power (США) та NGK (Японія) [64].
Надпровідне індуктивне накопичення енергії – це метод створення
пристроїв накопичення енергії, заснований на ефекті надпровідності, і він має
вельми широкі перспективи. Наразі такі портативні пристрої накопичення
енергії вже впроваджені в практику, але їхня енергетична ємність відносно
низька (до 10⁶ Дж) [70]. Після успішної розробки високотемпературних
надпровідників може наступити більш широке використання таких пристроїв
накопичення енергії. За оцінками, їх практичне застосування розпочнеться з
2015 по 2020 рік [70].
44
Електромеханічні накопичувачі енергії в основному включають два
типи: один – синхронний двигун з маховиком, встановленим на валу, а в його
первинному колі встановлено перетворювач частоти; інший –
асинхронізований синхронний двигун з маховиком, встановленим на валу.
Наразі немає принципових обмежень або застережень щодо
конструкції першого типу накопичувачів енергії потужністю 300-400 МВт та
другого типу накопичувачів енергії потужністю 800-1600 МВт. Перший тип
накопичувачів енергії має більший діапазон швидкостей і може краще
використовувати кінетичну енергію обертового двигуна. Діапазон швидкостей
другого типу накопичувачів енергії становить ±50% від діапазону швидкостей
синхронного накопичувача енергії. Порівняно з першим типом накопичувачів
енергії, другий тип накопичувачів енергії має меншу потужність і нижчу
вартість перетворювача частоти і може бути розроблений для застосувань з
високою потужністю. У розвинених країнах розробляються маховикові
накопичувачі енергії на основі асинхронних вертикальних двигунів
потужністю 200 МВт [70].
Застосування технології накопичення енергії може принести значні
економічні вигоди як вказується в джерелі [70], зокрема: різниця в ціні між
купівлею електроенергії в непікові по навантаженню проміжки часу і далі її
продажем у години пікових навантажень; зберігання надлишкової
електроенергії в години непікового навантаження, наслідком буде економія
палива електростанціями; та економія палива електростанціями, оскільки
немає потреби розвантажувати електроенергію в години поза піковими
навантаженнями.
Крім того, технологія накопичення енергії може забезпечити швидкі
резерви потужності, коли генератори електростанцій або частини мережі
зазнають аварійних відключень, без необхідності самостійно накопичувати
електроенергію електростанціями або мережею. У цьому випадку технологія
накопичення енергії також може принести додаткові економічні вигоди, такі
45
як: надання послуг з регулювання напруги та частоти мережі; підтримка
прийнятних рівнів напруги в місці встановлення пристроїв накопичення
енергії; побудова локальних інтелектуальних енергетичних систем; купівля
електроенергії за пільговими цінами протягом дня, а потім її продаж за
вищими цінами в години пікових навантаження; стабілізація графіків
споживання електроенергії вітровими та сонячними електростанціями; та
відтермінування періоду капітальних інвестицій або масштабів модернізації
компонентів мережі.

2.3 Цифрова підстанція як основа структури інтелектуальної
мережі
Далі ми окреслимо один з ключових елементів технологічної основи
концепції інтелектуальної мережі – «цифрову» підстанцію. Принцип цифрової
підстанції полягає в заміні численних фізичних проводів, що
використовуються для передачі аналогових та дискретних сигналів, а також
з'єднань, що використовуються для обміну звичайними аналоговими і
дискретними сигналами, єдиною шиною обміну інформацією. Ці шини
обробляють лише цифрові сигнали, що дозволяє розподілено розгортати
функції системи автоматизації підстанції та дасть змогу забезпечити повну
функціональну сумісність між інтелектуальними електронними пристроями
різних виробників. Міжнародна електротехнічна комісія (IEC) навіть
розробила стандарт (IEC 61850), який надає найповніше на сьогоднішній день
пояснення щодо питань обміну інформацією в рамках цього стандарту для
таких пристроїв та підсистем підстанцій (зокрема, трансформаторів
вимірювання струму та напруги, розподільчих пристроїв, традиційних
призстроїв РЗА та мікропроцесорних терміналів автоматизації).
У роботі [16] досліджується, як інтегрувати складне електрообладнання
(насамперед силові трансформатори, автотрансформатори, шунтуючі реактори
46
та високовольтні перемикачі) до системи загального моніторингу
інтелектуальної мережі через їхні функції самодіагностики та аналізу даних.
Як свідчить з проведеного аналізу, дослідники вважають, що
«інтелектуальні» трансформатори будуть встановлені в «інтелектуальних»
мережах, обладнаних підстанціями. Ці трансформатори можуть максимально
контролювати стан усіх своїх компонентів, включаючи обмотки, оливу,
втулки, системи охолодження, системи RC, регулювання напруги тощо. Крім
того, коли виявляється пошкодження трансформатора або аномальні ефекти,
спричинені факторами навколишнього середовища, трансформатор повинен
виконати самодіагностику та генерувати подальші рекомендації щодо
експлуатації [16]. Найважливіше те, що трансформатор повинен забезпечувати
всі режими керування для всього свого керованого обладнання, включаючи
автоматичне, локальне ручне та дистанційне ручне керування. Ці режими
керування повинні бути доступні через центр дистанційного керування та
забезпечувати повний моніторинг виконання команд. Не менш важливо, що
такі трансформатори повинні забезпечувати всі режими керування для всього
свого обладнання для регулювання параметрів (наприклад, перемикачів
відгалужень, систем RC та систем охолодження), включаючи автоматичне,
локальне ручне та дистанційне ручне керування, доступне через центр
дистанційного керування. Ці критичні моменти є особливо важливими,
особливо коли трансформатори використовуються в «розумних» мережах з
використанням безпілотних підстанцій.
Отже, виходячи з цього концепція «розумного» трансформатора
повинна базуватися на таких принципах:
1) здатність виконувати превентивну діагностику (самодіагностику) за
допомогою програмного забезпечення на основі показань датчиків;
2) автоматичне керування системами охолодження та релейного
захисту;
47
3) можливість використання системи перемикання трансформатора під
навантаженням (РПН) [12].
Впровадження концепції інтелектуальних мереж відкрило багато
можливостей, однією з яких є розробка надпровідних кабельних ліній для
систем передачі електроенергії. Очікується, що ці лінії матимуть пропускну
здатність у кілька разів (3-5 разів) вищу, ніж звичайні кабельні лінії.
Надпровідні кабельні лінії можуть значно зменшити втрати потужності та
передавати потужну електроенергію за допомогою кабелів звичайних
розмірів. Крім того, вони можуть подовжити термін служби кабельних ліній,
зменшити площу землі, необхідну для будівництва кабельних ліній у
мегаполісах, та забезпечити, щоб напруга живлення для великих користувачів
у мегаполісах не перевищувала 20 кВ.
Інтелектуальні та інноваційні компоненти інтелектуальних мереж
відіграють вирішальну роль у задоволенні ключових потреб енергосистем,
включаючи: по-перше, покращення фізичних та технічних характеристик
енергосистем; та по-друге, значне покращення керованості активних
компонентів, що забезпечує великий потенціал для розширення та зміни
робочого стану енергосистем. Ці компоненти можуть використовуватися як в
автономних додатках, так і в складних системах, таких як малі мережі та
мікромережі [44]. Тому в літературі [65, 74] мікромережі часто називають
віртуальними електростанціями, оскільки вони по суті є комбінацією процедур
управління попитом та розподілених енергетичних ресурсів. Такий підхід
дозволяє диспетчерам моделювати їх як генеруючі ресурси, що дає змогу
енергетичним компаніям керувати великою кількістю користувачів з високим
споживанням електроенергії. Одночасно це також може впливати на опції,
пов'язані з бізнес-операціями. У цьому сенсі мікромережі зміцнюють зв'язок
між оптовими та роздрібними ринками, керуючи основними лініями передачі
та розподільчими системами. Крім того, це сприяє двонаправленому потоку
електроенергії та капіталу, забезпечуючи глибоко інтегровану систему, здатну
48
комплексно оптимізувати всі компоненти, необхідні для ефективного
управління складними мережами на основі технології інтелектуальних мереж.
Щодо програмних продуктів для управління інтелектуальними
мережами, слід зазначити, що вони багато в чому схожі на традиційні
процедури управління роботою виробництва електроенергії. Наприклад, у
рамках алгоритмів управління попитом користувачі можуть обумовити, що
енергетичні компанії не можуть вимикати свої системи кондиціонування
повітря частіше, ніж один раз на день. В іншому випадку, частіші відключення
електроенергії можуть змусити споживачів відмовитися від участі в таких
програмах. Споживачі також мають право звертатися до енергетичних
компаній з проханням постачати електроенергію певним користувачам
протягом певних періодів часу. Подібно до попереднього запиту, цей запит
відповідає мінімальному часу простою об'єктів виробництва електроенергії,
що робить багато параметрів планів управління попитом подібними до
параметрів традиційної експлуатації електростанцій. У цьому відношенні
мікромережі представляють собою нове покоління систем управління
попитом. Мікромережі – це комплексний стратегічний ресурс для
комунальних компаній. Оскільки ці програми розвиваються від ручних систем
управління попитом для промислових навантажень до прямого керування
навантаженням для житлових систем опалення та охолодження, зв'язок між
попитом клієнтів та здатністю комунальної компанії реагувати на зміни
параметрів у режимі реального часу стає все тіснішим. Мікромережі тепер
можуть допомогти встановити тісний зв'язок між споживачами та бізнес-
операціями.
У майбутньому очікується, що завдяки інтелектуальним мережам
функціонування енергосистем досягне тісної взаємодії між централізованими
та розподіленими генеруючими можливостями. Управління розподіленими
джерелами енергії може бути інтегроване в одиницю для формування
мікромережі або «віртуальної» електростанції [54] та підключене до мережі та
49
ринку потужності, що допоможе підвищити роль споживачів в управлінні
енергосистемою, як показано на рисунку 2.2.

Рис. 2.2. Приклад побудови мікромережі на базі Smart Grid

Водночас централізована мережа, мікромережа або віртуальна станція,
здатна виробляти, робити розподіл та регулювати потік електричної енергії
своїм споживачам. Інтелектуальні мікромережі вміщують місцеві джерела
резервного живлення та накопичення енергії, характеризуються значнішим
рівнем гнучкості та дають змогу підключати ширший діапазон генеруючих
джерел енергії, також і тих, інтеграція яких є проблемою для централізованої
енергетичної системи (фотоелектричні та вітрові електростанції).

50
2.4 Ключова роль засобів інтегрованих комунікацій в побудові
сучасних енергосистем на базі концепції Smart Grid
З технологічних областей, що необхідно розвивати для побудови
майбутніх перспективних електричних мереж, впровадження інтегрованих
комунікацій може бути підгрунтям для розвитку усього числа інших
комунікацій та основою для розвитку сучасної енергосистеми на базі
концепції Smart Grid. Працездатність таких ситем в значній мірі залежатиме
від збору даних, захисту та управління. Все це залежить від наявності
ефективно інтегрованої інфраструктури зв'язку. Таким чином, як свідчить з
багатьх джерел [6], [14], [16], методи та технології комунікацій мають
відіграти визначальну роль для запровадження модерної сучасної
енергосистеми.
У майбутньому при створенні розумних мереж інтегровані комунікації
створюватимуть динамічне, інтерактивне середовище для доступу до
інформації в режимі реального часу та обміну електричною енергією.
Інтегровані комунікації дадуть змогу користувачам мати взаємодію з різними
електронними засобами в складі інтегрованої системи.
Засоби комунікацій використовуються й станом на теперішній час, але
їх вплив носить характер скоріше інформаційної підтримки та локальних
керуючих ситем окремих пристроїв. Тому можна вважати, що в енергетиці
поки що інтегровані комунікації представлені досить слабко та їхня дія надто
локалізована. Крім того, стандарти для такої комунікації мають бути визначені
та узгоджені у всій галузі, чого на сьогоднішній день ще не зроблено.
Отже, спочатку необхідно сформулювати технічні вимоги до системи, а
саме її швидкість роботи, надійність, резервованість тощо. Оскільки різні
енергопостачальні компанії мають специфічні потреби, то вимоги до
інтегрованих комунікацій повинні бути повністю визначені заздалегідь.
Крім цього, розробка стандартів і вимог має бути серйозно розглянута і
заохочена. Не дивлячись на те, що технології засобів масової комунікації нині
51
розвиваються активно, їх широке використання буде серйозно утруднено,
якщо вчасно не розробити і прийняти відповідні стандарти.
Створення ефективної, повністю інтегрованої комунікаційної
інфраструктури є одним з гоовних напрямків розвитку компонентів сучасної
енергетичної системи з урахуванням концепції Smart Grid. Вказані інтегровані
комунікації з часом надаватимуть можливість стати динамічним,
інтерактивним інформаційним середовищем, здатним до роботи в режимі
реального часу. Тоді, коли інтегровані комунікації будуть вже повністю
розгорнуті, тоді вони оптимізують надійність системи та використання
активів, дозволяючи ринку електроенергії збільшувати резистентність мережі
до відображення реакцій на негативні впливи та загалом покращити цінову
пропозицію електроенергії.
Ще одним важливим моментом може бутитой факт, що за допомогою
передових комунікаційних інформаційних технологій, майбутня енергетична
система матиме здатність до самодіагностики та самовідновлювлення через
можливість постійного моніторингу, самоліквідації помилок для забезпечення
високої надійності електропостачання, буде в змозі до швидкого усунення
збоїв, переналаштування розподілу потоків електроенергії за для зниження та
запобігання можливим збиткам. В такій інтегрованій комунікаційній структурі
є потреба для різних інтелектуальних електронних пристроїв, smart-вимірних
осередків, осередків керування, спостереження за потоками електроенергії та
потужності, систем обліку та захисту тощо.
Інтеграція систем дасть змогу забезпечтити двох основних для
ефективної підтримки роботи сучасної енергетичної системи на основі Smart
Grid, а саме: відкриті стандарти зв'язку, що характеризуватимуться певним
необхідним «інтелектом», можливості того щоб інформація могла бути
розпізнана і зрозумілою широким колом відправників і одержувачів; мала
достатню медіапідтримку, що дасть змогу забезпечити відповідну
52
інфраструктуру стосовно передавання інформації більш точно, безпечно та
надійно, на потрібній швидкості та достатньою пропускною здатністю.
Важливо, що ці дві функції є критичними для інвесторів і стимулюють
їх до інвестування в інші ключові технологічні галузі, необхідні сучасної
мережі. Високошвидкісна, повністю інтегрована технологія, що має
двосторонню комунікацію, уможливить отримання необхідної інформації в
реальному часі та здійснення енергетичного обміну. Відкрита система
забезпечить виконання умови plug and play за для спільної роботи компонентів
мережі. Універсальні стандарти мають бути розроблені для всіх сенсорів та
програм для спілкування без завад то зі швидкістю, необхідною, щоб
підтримувати всі необхідні функції. Ці стандарти, у разі ухвалення їх усіма
сторонами, дасть впевненість інвесторам в тій частині, що їх інвестиції у
вказані інтегровані комунікації дадуть високий прибуток.
Однією з основних позитивних властивостей від запровадження
інтегрованих комунікацій стане можливість самодіагностики та
самовідновлення мережі.
Наближені до реального часу режими при отриманні та передачі даних
дадуть мождивість мережі виявляти, проводити аналіз і самостійно реагувати
на несприятливі сценарії та зовнішні збурення. Крім того, інтегровані
комунікації допоможуть розвитку нових аналітичних інструментів, що
працюють в режимі реального часу, в т.ч. числі широкому спектру
вимірювальних технологій, які дозволять операторам системи в прогнозуванні
та запобіганні ситуацій, що негативно впливають на надійність мережі та
надають допомогу при аналізі подій, що вже відбулися.
Також позитивною властивістю є те, що функціонування інтегрованих
комунікацій збільшить міру надійності мережі через більш широке
застосування альтернативних ресурсів, в т.ч. відновлюваних джерел енергії (в
такому випадку інтегровані комунікації забезпечать їхнє ефективне
вбудовування в функцонування системи електропостачання).
53
Через впровадження засобів інтегрованих комунікацій, розумна мережа
стане більш захищеною від зовнішніх загроз: інфраструктура безпеки зв'язку
забезпечуватиме виявлення та пом'якшення наслідків як інформаційних, так і
фізичних атак (хакерських атак). Інтегровані системи зв'язку мають сприяти
моніторингу безпеки навіть немережевої інфраструктури, оскільки електрична
мережа фізично доступна практично скрізь. Також, інтегровані комунікації
будуть своєчасно надавати ключові дані, необхідні у надзвичайних ситуаціях.
Такий підхід, що дозволить знизити час відновлення після великих подій із
мережею.
Як ще одну перевагу слід виділити істотне зниження впливу на
довкілля при виробництві електроенергії: широке використання
поновлюваних джерел залежить від здатності мережі реагувати на збої та
ефективно інтегрувати їх у мережу.
Відчутні економічні вигоди будуть за комплексним зв'язком та іншими
ключовими технологіями сучасної мережі, найбільш суттєвими з яких є:
загальна надійність розподілу та передачі даних буде покращена, що призведе
до зниження витрат та зростання доходів; ефективність роботи мережі для всіх
інвесторів істотно підвищиться за рахунок надання, отримання і передавання
інформації про ринок, ціни та умови для учасників; високошвидкісна передача
даних, необхідних для виявлення та усунення проблем якості електроенергії,
призведе до скорочення витрат, пов'язаних з якістю, які в даний час несуть
споживачі та мережеві оператори, водночас надання необхідних даних про
стан активів та обладнання, процеси управління призведе до скорочення
витрат з обслуговування збоїв у роботі мережі; потреба у нових та дорогих
матеріальних активах зменшиться, оскільки комплексні комунікаційні
технології забезпечать альтернативний спосіб підвищення надійності,
відмінний від залучення новітніх та дорогих матеріальних активів; надання
інформації споживачам щодо цін мотивуватиме їх до участі в роботі
електроенергетичних ринків з урахуванням впливу реального попиту та
54
пропозиції, а також інтегровані комунікації зв'яжуть кінцевих споживачів з
іншими опціями зв'язку, наприклад, такими як безпека будинку; основні
довгострокові інвестиції, необхідні підвищення пропускної спроможності
системи, можуть стати економічно більш ефективними за рахунок інтеграції
даних про активи в моделі планування розподілу та передачі електроенергії.
Запровадження інтегрованих комунікацій дасть змогу ефективного
контролю обладнання об'єктів енергосистеми в режимі реального часу, а
також інформаційний обмін та обмін даними з центрами управління,
реалізацію удосконалень локальної та централізованої протиаварійної
автоматики (самовідновлювальні мережі), управління споживанням
електроенергії тощо. Ця область технологій включає: автоматизацію
підстанцій на базі сучасних інтегрованих програмно-апаратних комплексів
АСУ ТП, побудованих на основі IEC 6185020; інтегровані системи
вимірювань та обліку споживання електроенергії; телекомунікаційні системи з
застосуванням волоконно-оптичних лінії зв'язку (ВОЛЗ) та високочастотного
зв'язку (ВЧ) по лініях електропередачі; запровадити систему WAMS (Wide
Area Protection System) − розподілені системи релейного захисту та
протиаварійної автоматики.
Як свідчить з джерела [12], основними областями, де найскоріше
необхідне впровадження чи модернізація інтегрованих комунікацій, є
автоматизація підстанцій та розподільчих мереж, програми керування
споживанням, системи електропостачання. Основні підвалини цього
представлені в таблиці 2.2.

55
Таблиця 2.2
Розширені засоби комунікацій у складі інформаційної частини
мережі Smart Grid
Назва
Основні компоненти
технології

• багатоканальна радіосистема;
• мережі оповіщення;
• широкосмугові радіосистеми;
• WiFi;
Бездротові
• WiMAX;
технології
• стільникова побудова майбутнього покоління (Next generation

cellular);
• множинний доступ з розподілом за часом;
• множинний доступ з кодовим розподілом (Code Division Multiple
Access − CDMA);
• малі супутникові термінали.

• Інтернет нового покоління (Internet − 2);
• ВЧ зв'язок по дротам ПЛ (Broadband over Power Line – BPL);
Інші
• мережі з доведенням ВОЛЗ до кінцевого споживача;
технології
• оптоволоконний коаксиальный кабель;

• радіочастотна ідентифікація (Radio Frequency Identification —
RFID ).

Значна кількість дослідників відмічають [43], [49], [60], що значно
суттєвими проблемними моментами при впровадженні інтелектуальних
пристроїв, які дозволяють безперервно здійснювати зв'язок у режимі
реального часу, буде їх висока вартість та поки, що нездатність виявляти
рівень корисності інформації та ступінь її важливості. Розв᾿язком при
вирішенні цієї проблеми є використання щільності споживачів електричної
електроенергії в якості критерію прийняття рішення про вибір розглянутих
56
технологій, оскільки застосування таких пристроїв насамперед визначається
саме цією характеристикою.

2.5 Вплив проблем стандартизації на інтенсивність впровадження
концепції Smart Grid
Як було зазначено раніше, інтенсивний розвиток інтелектуальної
енергетичної системи США, грунтується на концепції Common Infrastructure
[2]. В цій концепції, щоб забезпечити стикування та взаємодію передових
наукових та технологічних розробок різних компаній та інститутів у процесі
створення Smart Grid, було створено дорожню карту розробки міжнародної
системи стандартів, що визначає основні системні вимоги до компонентів та
технологій Smart Grid [24].
Технічний комітет Міжнародної електротехнічної комиссии IEC (МЕК)
TC57 − створив цілий перелік міжнародних стандартів, які можна вже зараз та
в перспективі використовувати як частину процесу стандартизації технологій
Smart Grid. Ці стандарти включають IEC 61850 – стандарт «Комунікаційні
мережі та системи підстанцій» та IEC 61970/61968 – стандарт для загальної
інформаційної моделі (CIM-Common Infrastructure Model) енергосистеми. CIM
визначає загальну семантику, яка буде використовуватися для того, щоб
перетворити дані про конфігурацію та обладнання мережі на інформацію.
Також IEEE був розроблений стандарт, який підтримує роботу пристроїв
моніторингу перехідних режимів PMU – C37.118.
Станом на тепер стандарт IEC 61850 дає відповіді на значну частку
питань, які виникають через ріноманітні цифрові перетворення, такі як
стандартизація імен даних, створення повного набору служб, запровадження
стандартних протоколів та технічних засобів тощо. Стандарт дає змогу
отримати функціональну сумісність обладнання різних виробників із
сертифікованими процесами. Він стає більш довершеним, так як мережеві
світові компанії здійснюють перехід до рішень на основі обчислювальних
57
мереж для підстанцій, і цей стандарт визначає магістральний шлях для
реалізації технологій Smart Grid на рівні управління їх обладнанням.
Наявність затверджених стандартів дає змогу закордонним компаніям
для поступового та осередкового запровадження технологій Smart Grid: на
початку встановлюючи smart-лічильники. Далі ці дії преходять до smart-
будинків, а ще далі − кварталів та міст з метою перевірки основних підходів та
методів реалізації Smart Grid та окремих, вже готові рішення. Так, за
інформацією з [24] у США рівень оснащеності технологіями Smart Grid різний
у різних штатах: в одних тільки розпочато встановлення нових приладів
обліку, а інші вже реалізують програми smart-міст та інші проекти. Наявність
єдиних стандартів дозволить згодом розширювати сферу застосування
технологій Smart Grid та зробити технологічний базис Smart Grid
взаємозамінним та доповнюваним.
Станом на теперішній час і за кордоном і в Україні сотні норм та
стандартів перебувають у стадії розробки чи перегляду. Можна виділити
кілька груп компаній у США, які створюють технології та норми для Smart
Grid: IntelliGrid24, The Modern Grid Initiative, GridWise, Power Systems
Engineering Research Center, Electric Reliability Technology Solutions, Нью-Йорк
State Energy Research and Development, Smart Energy Alliance та інші.
Кожна з цих компаній має свою специфічність. Аналогічно можна
говорити про розробку стандартів організаціями IEC, IEEE, PES, ANSI та
інших, що займаються стандартами та прагнуть взаємодії. При цьому у разі
реалізації Smart Grid мереж, де існує дуже багато об'єктів, можливе
виникнення ситуації, коли норми впливатимуть на функціонування інших
галузей промисловості.
Технічні комітети Міжнародної електротехнічної комісії (IEC)
працюють над питаннями, пов'язаними з реалізацією Smart Grid мереж [56].
Розроблювані стандарти в контексті запровадження концепції Smart
Grid можна про класифікувати за ознаками, а саме:
58
1. Стандарти за вихідною інформацією (Data Standards)
а) перший напрямок – розробка моделі CIM для енергетичних
компаній;
б) другий напрямок − обмін даними між інформаційними системами.
Ці норми у своїй основній, третій версії називаються Multispeak і є жорсткою
системою вимог у порівнянні з CIM, які носять в основному рекомендаційний
характер, є досить абстрактними і можуть по-різному інтерпретуватися. Багато
виробників, які працюють із технологіями концепції Smart Grid, вже
використовують норми Multispeak у своїй діяльності.
Вказані стандарти є обов'язковими для виконання у всіх сферах
промисловості, задіяних у реалізації Smart Grid мереж. Це в підсумку
дозволить отримати нижчу вартість інтеграції до нової енергетичної системи
для промислових споживачів. Вартість впровадження самої концепціїїї є
найвищою в її реалізації. Враховуючи, що CIM має на увазі велику кількість
інтерпретацій щодо обміну даними, робота з Multispeak дозволяє звести
кількість можливих проблем інтеграції до мінімуму.
2. Стандарти в галузі зв'язку
Організація зі стандартизації IEEE є головним органом, що просуває
стандарти в галузі зв'язку, основні з яких відносяться до 802 серії. Існує велика
кількість інших стандартів та протоколів виробників, які застосовувалися
раніше, для забезпечення сумісності технологічних рішень Smart Grid мереж з
основними системами зв'язку. Однак результати аналізу показують, що 802-а
серія може вважатися вважається найкращою.
Як основний орган, що займається стандартизацією, IEEE працює у
складі Організації з електроенергетики (Power Engineering Society − PES), де
формується підкомітет по Smart Grid. PES підтримується такими організаціями
як EPRI, CEA, CEATI, ЄС та багатьма іншими. Вона забезпечує сумісну
роботу та координацію дій, а також кооперацію в діяльності різних
організацій, які здійснюють розробки у рамках Smart Grid проєктів.
59
Як зазначається в джерелі [63], реалізація засад Smart Grid на основі
нового технологічного базису повинна забезпечити такі основні принципові
зміни в енергетиці якщо порівнювати з традиційною енергосистемою:
− перехід від централізованої генерації до розподіленої, з можливістю
забезпечення управління генерацією та топологією мережі у будь-якій точці,
включно зі споживачем;
− зміна централізованого прогнозування попиту до активного
споживача, який в свою чергу стає елементом та суб'єктом системи
управління;
− заміна жорсткого диспетчерського регулювання (управління) на
рівень взаємної координації всіх суб'єктів мережі;
− перехід на smart-технології контролю, обліку та моніторингу активів,
що дасть можливість самовідновленню активів, та їх ефективне
функціонування та експлуатацію;
− забезпечення можливості появи високопродуктивної інформаційно-
обчислювальної інфраструктури як основного елемента енергетичної системи;
− створення передумов для широкого впровадження нового
технологічного обладнання, що підвищує маневреність та керованість, у тому
числі пристроїв FACTS, накопичувачів електроенергії, надпровідності тощо;
− перехід до розподілених інтелектуальних систем управління та
аналітичних інструментів для підтримки вироблення та реалізації рішень у
режимі реального часу;
− створення операційних додатків нового покоління
(SCADА/EMS/NMS-системи), що дозволяють реалізувати нові алгоритми та
методи управління енергосистемою, включаючи її нові активні елементи.
Аналіз сукупності розглянутих положень Smart Grid мереж показів, що
поставлені питання та розв'язувані завдання торкаються різних сфер
діяльності (інформаційні технології, нові вдосконалені матеріали та
компоненти та ін.) та галузі промисловості та вимагають організації та
60
проведення наукових досліджень як з питань концептуального, наукового та
методичного плану, та у частині розробки відповідних інноваційних
технологій та обладнання.

2.6 Перспективи розвитку концепції Smart Grid в
електроенергетиці України
В Україні за останнє десятиліття спостерігається деякий рух
інноваційної активності, зокрема у електроенергетиці.
Як нормативи, цей процес закріплений в Енергетичній стратегії
України на період до 2035 року, затвердженої розпорядженням Кабінету
міністрів України від 18 серпня 2017 р. № 605-2017р, де як стратегічні
орієнтири довгострокової державної енергетичної політики були визначені:
− енергетична безпека;
− енергетична ефективність економіки;
− економічна (бюджетна) ефективність електроенергетики;
− екологічна безпека.
Інноваційна та науково-технічна політика в електроенергетиці увійшла
до основних складових державної енергетичної політики. В електроенергетиці
інвестиційно-інноваційне оновлення галузі, спрямоване на забезпечення
високої енергетичної, економічної та екологічної ефективності виробництва,
транспорту, розподілу та використання електроенергії, є одним із заявлених
стратегічних орієнтирів в даній стратегії.
Для виконання на практиці нвказаної стратегії, відомствам у межах
урядових доручень необхідно забезпечити підвищення енергоефективності
економіки зростання відсотку нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії
в енергетичному балансі.
У сфері технологічного вдосконалення ЄЕС україни Енергетичною
стратегією − 2035 передбачені для підвищення керованості та забезпечення
надійності функціонування електроенергетичних систем широке
61
впровадження гнучких систем передачі електроенергії (пристроїв FACTS) та
удосконалення систем РЗА та диспетчерського управління.
Запровадження технологій FACTS в Україні було раніше ініційовано
розпорядженням Міністерства енергетики та вугільної промисловості України
від 4 червня 2014 р. № 409-2014р.
Деякі елементи FACTS вже починають встановлюватися на низці
підстанцій. У сфері генерації як один із принципів перспективного розвитку
Енергетичної стратегії − 2035 заявлено максимальне використання потенціалу
малої енергетики за рахунок:
− будівництва ГТУ малої потужності (до 30 МВт) для комбінованого
електропостачання власних районів навантаження;
− стимулювання приватних інвестицій у будівництво малих
когенераційних електростанцій на місцевих видах палива, в першу чергу в
ізольованих системах.
Реформа електроенергетики зумовила курс на децентралізацію
генерації, при обґрунтуванні якої було здійснено оцінку потенціалу
когенерації, що виникає внаслідок заміни котелень на ГТУ-ТЕЦ.
За експертними оцінками, у перспективі частка розподіленої генерації
може досягти до 20% загального обсягу виробництва електроенергії.
Розподілена генерація має багато переваг перед централізованою: вона
технологічно гнучкіша, дозволяє вирішувати проблеми дефіциту
електроенергії в масштабах регіонів. «Аксіомою є те, що енергосистема, яка
має достатню кількість малих генераторів, здатна функціонувати з таким же
ступенем надійності, але з меншою сумарною потужністю, ніж енергосистема,
заснована виключно на генераторах великої потужності. При цьому високий
рівень автоматизації та простота в обслуговуванні роблять ці установки більш
вільними від «людського фактора» в експлуатації».
Водночас розвиток малої енергетики стикається з низкою проблем,
серед яких проблема обмежених можливостей розподільчих мереж. Справа в
62
тому, що в даний час електроенергія передається мережами в одному
напрямку − від великих установок, що генерують, до споживачів. А існування
розподіленої генерації передбачає встановлення невеликих джерел
електроенергії (генераторів) поряд з споживачами, що дозволяє продавати
електроенергію в систему аналогічно до великих енергокомпаній. Тому
використання розподіленої генерації передбачає технічне переоснащення
розподільчого мережного комплексу.
Крім генерації, в Енергетичній стратегії − 2035 означені орієнтири
розвитку мережної інфраструктури. Також срерд усього переліку завдань у ній
значиться застосування нового покоління пристроїв силової електроніки,
систем автоматичного управління та захисту для забезпечення
функціонування в режимі реального часу, що суттєво підвищить керованість
та ефективність ЄЕС та забезпечить підвищення надійності електропостачання
споживачів.
В Енергетичній стратегії − 2035 декларується вибір на користь
інноваційного спрямування розвитку електроенергетики України. Цей вибір
був, серед іншого, обумовлений світовою політико-економічною ситуацією:
розвинені країни взяли курс на інноваційний розвиток та забезпечення своєї
енергетичної незалежності, безпеки. Крім того, вплив низки факторів:
технологічного прогресу, підвищення вимог з боку споживачів, зниження
надійності електропостачання, зміни ринку, підвищення вимог у сфері
енергоефективності та екологічної безпеки – зумовлювало необхідність
масштабних перетворень у електроенергетичній галузі України [7].
Інноваційна концепція розвитку електроенергетики країни є, по суті,
правильною відповіддю на зазначені виклики світової економічної ситуації,
але має значні труднощі у реалізації. В Україні є технологічні передумови для
інноваційного розвитку: у нашій країні розроблено та освоєно промислове
виготовлення цілого ряду технічних засобів, що є елементами концепції Smart
Grid, причому деякі з них виробляються тільки в Україні (наприклад,
63
керований шунтуючий реактор з підмагнічуванням постійним струмом) [12] .
Реалізація інноваційного потенціалу в електроенергетиці нашої країни
пов'язана насамперед із значними одноразовими фінансовими витратами,
необхідний обсяг яких відсутній у компаніях галузі. Досвід розвинених країн
[61, 69] показує, що без активної державної участі реалізація інноваційних
завдань буде суттєво утруднена: необхідні заходи підтримки розвитку
російського технологічного потенціалу.
У поточній ситуації впровадження інновацій та розширення
номенклатури електроенергетичного обладнання, що випускається, можливі за
допомогою: переорієнтації генпідрядників на продукцію вітчизняного (у тому
числі ліцензійного) виробництва; завантаження потужностей та отримання
стійкого прибутку виробниками за рахунок збуту продукції за
довгостроковими контрактами; створення програми підтримки та розвитку
російських заводів-виробників, зокрема що спеціалізуються на виробництві
високовольтного електрообладнання; удосконалення законодавчої бази у
сфері захисту вітчизняних товаровиробників; всебічного стимулювання
російських розробників нової імпортозамінної продукції [1].
Станом на теперішній час в Україні політична ситуація у сфері
електроенергетики характеризується переорієнтацією на інноваційний шлях
розвитку. Слід зазначити, що цей перехід має високий рівень ризику,
пов'язаного з цілим переліком проблем, лише своєчасне вирішення яких
дозволить російській енергетиці розвиватися за інноваційним сценарієм:
високий знос енергетичного обладнання електростанцій всіх типів і систем
транспорту, передачі та розподілу електричної та теплової енергії, що
становить, за офіційними даними, в середньому 65%, а по обладнанню
електричних та теплових мереж − до 80…85%; низька інноваційно-
інвестиційна активність акціонованих та приватизованих енергетичних
підприємств внаслідок превалювання приватних інтересів над інтересами
корпоративними та громадськими, орієнтація насамперед на оперативні та
64
тактичні завдання; ослаблення технологічної дисципліни та порядку
дотримання регламентів, правил експлуатації та сервісного обслуговування
енергетичного обладнання, що призводить до зниження його надійності та
безпеки в експлуатації; невідповідна вимогам інноваційної економіки
структура генеруючих потужностей вітчизняної електроенергетики, у якій
протягом останніх двадцяти років не запроваджувалися потужності нових
типів АЕС, а лише модернізувалися старі їх типи, побудовані в 70−80-ті роки.
минулого століття, не будувалися нові ГЕС, які в масовому масштабі
вводяться на електростанціях Китаю, США та країн Європи, а також
великомасштабних парогазових і газотурбінних блоків, наслідком є старіння
структури існуючих потужностей ТЕС України, техніко-економічні параметри
яких не відповідають сучасним стандартам щодо енергетичної та екологічної
ефективності, а також гнучкості регулювання їх навантаження; дефіцит
інвестиційних ресурсів, що наростає, зумовлений, з одного боку, необхідністю
стримування зростання тарифів через соціальні фактори, а з іншого —
«нецільовим, непрофільним використанням фінансових коштів», що є у
розпорядженні енергетичних компаній; зниження рівня професійних
компетенцій технічного − персоналу енергетичних компаній з неефективної
кадрової політики у 90-ті рр. минулого століття − у результаті нині різко
збільшено середній вік технічного персоналу та порушено наступність
поколінь у передачі знань та професійних компетенцій; висока залежність
підприємств паливно-енергетичного комплексу від імпортних енергетичних
технологій та обладнання; низька енергетична та економічна ефективність
галузі (низький коефіцієнт корисної дії більшості теплових електростанцій,
високі втрати в електричних мережах, неоптимальне завантаження
генеруючих потужностей в ЄЕС України, у тому числі наявність «замкнених»
потужностей; наростаюче технологічне відставання у створенні та освоєнні
сучасних парогазових, екологічно чистих вугільних та електромережевих
технологій; суттєве ослаблення державних механізмів правового та
65
технологічного регулювання та контролю як за поточною виробничо-
технологічною діяльністю електроенергетичних компаній, так і за
перспективним плануванням комплексного інноваційно-технологічного
розвитку.
Сукупність розглянутих проблем часом збігається з основними
чинниками, що викликають постановку завдання корінних змін у
енергетичних галузях індустріально розвинених країн. Високий рівень
значущості даної сфери визначається інфраструктурним характером галузі та
прямою залежністю між економічним зростанням будь-якої країни та рівнем
ефективності розвитку електроенергетики. Очевидним висновком із
вищесказаного є необхідність невідкладних заходів щодо зміни існуючого
стану галузі та її розвитку.
У більшості індустріально розвинених країн, як було показано в
представленій роботі, як основне вирішення цих проблем прийнято перехід на
шлях інноваційного розвитку електроенергетики, який полягає в радикальній
зміні системи поглядів на її роль і місце в сучасному суспільстві та в
суспільстві майбутнього на базі концепції Smart Grid.
Поява нової концепції та широкомасштабні роботи з її реалізації в
індустріально розвинених країнах, які прийняли її за основу своєї національної
політики енергетичного та інноваційного розвитку, повинні, безсумнівно,
враховуватись при розвиткові вітчизняної енергетики. По суті, Україна
отримала як технологічний, так і політичний виклик з боку світової спільноти,
не реагувати на який у даній ситуації означатиме запрограмувати українську
енергетику на екстенсивний, неефективний шлях розвитку і втрату в
перспективі потенційних технологічних та економічних переваг, а також
потрапляння в ще більшу залежність від зарубіжних технологій та розробок.
Чинники, що визначають необхідність серйозних змін у розвитку
російської енергетики, і фактори, що визначили інноваційний прорив на
основі концепції Smart Grid в індустріально розвинених країнах, як
66
зазначалося в роботі раніше, багато в чому є схожими. Вихідними для такого
висновку є положення Енергетичної стратегії − 2035, відповідно до якої
основні цілі та завдання розвитку галузі:
− забезпечення енергетичної безпеки країни та регіонів;
− задоволення потреб економіки та населення країни в електричній
енергії (потужності) за доступними конкурентоспроможними цінами, що
забезпечують окупність інвестицій в електроенергетику;
− забезпечення надійності та безпеки роботи системи
електропостачання України у нормальних та надзвичайних ситуаціях;
− інвестиційно-інноваційне оновлення галузі, спрямоване на
забезпечення високої енергетичної, економічної та екологічної ефективності
виробництва, транспорту, розподілу та використання електроенергії;
− розширене будівництво та модернізація основних виробничих фондів
в електроенергетиці (електростанції, електричні мережі) для забезпечення
потреб економіки та суспільства в електроенергії;
− розширене впровадження нових, екологічно чистих та
високоефективних технологій спалювання вугілля, парогазових установок з
високим коефіцієнтом корисної дії, керованих електричних мереж нового
покоління та інших нових технологій для підвищення ефективності галузі;
− розвиток малої енергетики в зоні децентралізованого
електропостачання за рахунок підвищення ефективності використання
місцевих енергоресурсів, розвитку електромережевого господарства,
скорочення обсягів споживання світлих нафтопродуктів, що завозяться [12].
Сформульовані у межах аналізованої концепції ключові вимоги
(цінності) до електроенергетики майбутнього і нові функціональні властивості
(характеристики) енергосистеми, що розвиваються, значною мірою в цілому,
мабуть, відповідають потребам розвитку та вітчизняної електроенергетики. Не
викликає сумніву також, що цей підхід значною мірою відповідає заявленому
політичному курсу розвитку країни та стратегічним цілям, що визначає
67
доцільність розгляду положень цієї концепції та її адаптації для використання
та розвитку російської електроенергетики.

Висновки до розділу 2
1. Вимірювальні засоби та пристрої, інформаційні технології
зчитування та вимірювання є однією з ключових технологічних областей та
важливим компонентом сучасної енергетичної системи на базі концепції Smart
Grid і саме на їх розвиток потрібно приділяти ключову увагу.
2. Розвиток силової частини розумної мережі, базуюється на останніх
досягненнях науки та техніки у таких сферах, як надпровідність, силова
напівпровідникова електроніка, системи акумулювання електроенергії та
діагностики тощо.
3. Основними компонентами розумних мереж вже в недалекому
майбутньому стануть відновлювані джерела енергії, системи передачі
електроенергії на постійному струмі, надпровідникові елементи в ділянках
силових мереж, силова електроніка на базі сучасних напівпровідникових
приладів тощо.
4. Технолгії FACTS станом на сьогодні бачаться головним
інструментом для ефективної реалізації концепції Smart Grid. Одну з
ключових ролей у всьому переліку пристроїв FACTS відіграє силова
електроніка на основі різних типі та модифікацій перетворювачів напруги на
основі керованих напівпровідникових вентилів. Суттєву роль у
функціонуванні систем FACTS відіграють накопичувачі електричної енергії.
Тому розвиток технологій пов’язаних з пристроями типу FACTS, може бути
визначеним серед пріоритетних напрямків розвитку розумної енергетики.

68
РОЗДІЛ 3
НОВІТНІ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ
ЯК ЗАПОРУКА УСПІШНОГО ЗАПРОВАДЖЕННЯ
ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ SMART GRID

3.1 Про важливість застосування бездротових технологій
передавання даних при функціонуванні інтелектуальних мереж
Переваги вдосконалених процесів збору даних включають: більш
ефективне використання та обслуговування активів; постійний моніторинг та
оцінку стану та залишкового терміну служби працюючого обладнання;
виявлення та запобігання потенційним збоям, а також своєчасну оцінку та
усунення виникаючих проблем; та своєчасне повідомлення інформації
операторам щодо передаварійних ситуацій.
Контрольно-вимірювальне обладнання, що використовується в
передових системах моніторингу, управління та захисту, можна вважати
невід'ємною частиною надійної самовідновлюваної мережі. Далі ми
розглянемо деякі переваги, які може досягти енергосистема, що базується на
концепції інтелектуальної мережі. До них належать: зменшення каскадних
відключень електроенергії; запобігання аварійним відмовам обладнання, що
швидко зростає; контроль повільно зростаючих пошкоджень; оптимізація
використання існуючих активів; зменшення перевантажень; ефективніші
програми обслуговування активів; зменшення витрат на ліквідацію відмов
обладнання та ліквідацію інцидентів; мінімізація негативного впливу на
оточуючийпростір; повноцінне використання найефективнішого генеруючого
обладнання; та зменшення втрат під час електропостачання.
Інформація, отримана від інтелектуальних лічильників, може
передаватися через такі канали зв'язку:

69
− бездротовий зв'язок загального користування, який працює
аналогічно бездротовому інтернету;
− радіоканали виділених частот, які є надійнішими, ніж бездротовий
зв'язок загального користування; широкосмугові лінії електрозв'язку; та
енергомережі зі з'єднувальними пристроями, встановленими на обох кінцях
ліній, що дозволяє обмін інформацією між споживачами та компаніями, що
генерують електроенергію.
Впровадження інформаційних технологій у систему електропостачання
означає вдосконалення існуючих муніципальних інформаційних технологій та
побудову сервісно-орієнтованої інфраструктури, зосереджуючись на
використанні спільної інформаційної моделі та двосторонніх каналів передачі
інформації. Ця спільна інформаційна модель є міжнародним стандартом, який
забезпечує єдину модель обміну інформацією та усуває розрив між
лічильниками користувачів та системою передачі.
Існуючі інформаційні системи далеко не відповідають новим
функціональним можливостям, необхідним алгоритмам інтелектуальних
мереж; тому вдосконалення існуючих технологій має здійснюватися
одночасно з впровадженням нового обладнання та компонентів.
Надзвичайно широкі можливості до ефективного впровадження
інтелектуальних мереж відкриває застосування новітніх інформаціно-
комунікаційних технологій.
Найновіші сенсори з використанням новітніх комунікаційних
технологій (наприклад, ZigBee та подібних) збиратимуть необхідну
інформацію про стан енергетичної системи та всіх її компонентів.
Інтелектуальні системи обробки інформації аналізуватимуть робочий стан у
режимі реального часу і започатковуватимуть відповідні заходи, коли це
необхідно.
Мережа Smart Grid – це багаторівнева гібридна система управління і
моніторингу енергосистеми, яка вимагає великої кількості розподілених
70
низькошвидкісних сенсорів і виконавчих пристроїв. Малопотужні бездротові
технології забезпечують економічно ефективний спосіб підключення
розподілених датчиків, приладів обліку й вузлів керування (AMI, DER,
розподіл навантаження тощо). Інтеграція в Smart Grid вимагає узгодження на
рівнях фізичному, мережевому, транспортному та прикладному, а також
забезпечення вимог до надійності, часу реакції і безпеки.

3.2 Огляд сучасних інформаційно-комунікаційні технологій, та
оцінка можливості їх застосування у складі інтелектуальної мережі
Згідно з реультатами проведеного інформаційного пошуку до ZigBee за
ідеологією (малопотужні бездротові мережі, IoT, сенсорні/«розумні» пристрої)
близькі такі технології (і які можуть бути ефективно використані при побудові
інтелектуалних мереж):
1. Z-Wave
− Дуже поширений у системах «розумного дому», може
використовуватися в інтелектуальних мережах Smart Grid на рівні кінцевого
споживача.
− Працює зазвичай на досить низьких частотах ~868/915 МГц (менше
зашумлених, ніж 2,4 ГГц).
− Мережа типу mesh, низьке енергоспоживання, але закритіший
стандарт, ніж ZigBee.
2. Thread
− Розроблений спеціально для IoT, працює поверх IEEE 802.15.4 (як і
ZigBee).
− Підтримує IPv6 (6LoWPAN), добре інтегрується з екосистемами
Google, Apple, Matter тощо.
− Самовідновлювана mesh-мережа, низьке споживання енергії.
3. Bluetooth Low Energy (BLE)
− Орієнтований на короткі відстані та дуже мале енергоспоживання.
71
− Широко використовується у смартфонах, браслетах, маячках,
датчиках.
− Топологія здебільшого «зірка» (central–peripheral), але є варіанти
mesh.
4. WirelessHART
− Стандарт для промислових бездротових мереж (моніторинг,
керування), може бути ефективно використана в інтелектуальних мережах
Smart Grid на рівні міжвузлових зв’язків.
− Також побудований на основі IEEE 802.15.4.
− Орієнтований на високу надійність, часову синхронізацію та
захищеність.
5. 6LoWPAN
− Не стільки «конкурент», скільки технологія інкапсуляції IPv6 поверх
IEEE 802.15.4.
− Часто використовується разом з Thread, Contiki тощо.
− Дозволяє підключати «дрібні» датчики безпосередньо в IP-мережу.
6. EnOcean
− Бездротова технологія з наднизьким енергоспоживанням, часто з
енергозбиранням (energy harvesting) – вимикачі/датчики без батарейок.
− Використовується в будівельній автоматизації, системах освітлення,
HVAC.
7. LoRa / LoRaWAN
− Це вже LPWAN (Low Power Wide Area Network): низька швидкість,
але дуже велика дальність.
− Підходить для датчиків, які передають невеликі обсяги даних на
кілька кілометрів. Може бути ефективно використана в інтелектуальних
мережах Smart Grid на рівні міжвузлових зв’язків.
− Ближче до ZigBee за енергоспоживанням та призначенням (IoT), але
відрізняється за топологією і дальністю.
72
3.3 Порівняльний аналіз можливостей інформаційно-
комунікаційних технологій, що можуть інтегруватися в мережі Smart
Grid
Далі зробимо аналіз можливостей та наведемо порівняльні
характеристики цих технологій саме в контексті застосування їх в Smart Grid
мережах.
В таблиці 3.1. наведені дані порівняльних характеристик вказаних вище
інформаційно-комунікаційних технологій передавання даних на різних рівнях
інтелектуальних мереж Smart Grid.
Далі наведемо узагаьлнені результати інформаціно-наукового пошуку
стосовно інтеграції бездротових технологій низького енергоспоживання
(таких як ZigBee, Z-Wave, Thread, BLE, WirelessHART, EnOcean, LoRaWAN та
інших) у мережу Smart Grid.
Розглянемо основні аспекти, а саме: функціональні ролі технологій в
Smart Grid, моделі архітектурної інтеграції, проблеми, пов'язані з протоколами
та сумісністю, вимоги до надійності та безпеки, а також практичні
рекомендації та конкретні варіанти використання для кожної технології.
Функціональні ролі цих технологій у Smart Grid.
1. Метрологія й розумний облік (AMI) — вузькоспеціалізовані вузли
збору показань (щитові лічильники, домова телеметрія).
2. Моніторинг стану мережі — температури трансформаторів,
струми/напруги в «віддалених» ділянках, вібрації.
3. Керування навантаженням та DR (demand response) — керовані реле,
термостати, зарядні станції EV.
4. Інтеграція DER (розподіленої генерації) — стан і керування
інверторів, акумуляторів, PV-стрінгів.
5. Промислова телеметрія/SCADA на низькому рівні — додаткові
датчики у підстанціях/розподільчих мережах.

73
Таблиця 3.1
Порівняльна таблиця новітніх інформаційно-комунікаційних
технологій, що можуть інтегруватися в мережі Smart Grid

74
6. Автоматизація будівель/споживачів (BEMS) — для оптимізації
споживання і взаємодії з мережею.
Різні технології краще підходять під різні ролі через дальність,
енергоспоживання, латентність і модель топології тощо.
Архітектурні підходи інтеграції.
Трирівнева архітектура:
1. Польовий рівень (Edge / Field devices) — датчики/актюатори на
ZigBee, BLE, EnOcean, WirelessHART, LoRaWAN.
2. Шлюзи/агрегатори (Field gateway / Fog) — мультипротокольні
шлюзи, які переводять локальні протоколи у стандартизований канал (IPv6,
MQTT, CoAP, IEC 61850-GOOSE/ MMS) і виконують попередню агрегацію,
кешування і безпеку.
3. Центральні системи (Cloud/Control center) — платформи AMI/MDM,
системи аналізу даних, SCADA/DMS, EMS.
Локальні mesh-сегменти + магістральні канали:
Локальні mesh-мережі (ZigBee, Thread, WirelessHART) забезпечують
надійне самовідновлення й внутрішній ретрансфер; шлюз підключає такі
сегменти до магістральної мережі (LTE/5G/фіксований Ethernet/LoRaWAN-
gateway).
Для віддалених розосереджених сенсорів використовуються LPWAN
(LoRaWAN) з прямим підключенням до мережі оператора/платформи.
Edge-обробка та розподілений контроль:
Агрегатори виконують фільтрацію подій, локальні правила керування
(наприклад, автоматичне відключення побутових приладів при пік-
навантаженні), реалізують локальний DR без звернення до центра за
критичною латентністю.
4. Протокол- та інтероперабельні питання:
75
– IP-підходи: Технології, що підтримують IPv6/6LoWPAN (Thread,
6LoWPAN поверх IEEE 802.15.4), полегшують інтероперабельність і пряме
підключення до IT-інфраструктури Smart Grid.
– Переходи та шлюзи: Для ZigBee, Z-Wave, BLE, EnOcean і
WirelessHART потрібні шлюзи, які транслюють у промислові протоколи
(MQTT, CoAP, REST, DNP3 over TLS, IEC 61850). Шлюз має забезпечити:
адресацію, агрегацію, трансляцію форматів даних, чергування, шифрування і
автентифікацію.
– Модель даних: Рекомендовано використовувати уніфіковані моделі
(наприклад, COSEM/ DLMS для лічильників, або UML-подібні інформаційні
моделі) для уніфікації даних на верхніх рівнях.
Quality of Service (QoS).
Різні сервіси Smart Grid мають різні QoS — критичним є низька
латентність і висока надійність для функцій захисту/автоматики; сенсорні дані
можуть переноситись батчами. Сегментування мережі дозволяє виділяти
пріоритетні потоки.
Безпека й надійність.
1. Шифрування і автентифікація: Використовувати стандартні
криптостеки (AES-128/256 в рівні 802.15.4, DTLS/TLS для транспорту, PKI для
управління ключами). Забезпечити оновлення ключів та ротацію.
2. Аутентифікація пристроїв: Апарати повинні мати унікальні
сертифікати/ключі і механізм безпечного реєстрування (secure onboarding).
3. Фізична надійність: Обладнання для Smart Grid має витримувати
температурні/електричні режими; варто використовувати промислові класси
WirelessHART/EnOcean для підстанцій.
4. Резервування та самовідновлення: Mesh-топології + мультишлюзова
архітектура знижують ризик єдиної точки відмови.
5. Моніторинг безпеки: Логування подій, IDS/IPS на рівні шлюзів,
аналіз аномалій (наприклад, несподіваний трафік від лічильника).
76
Інтеграція по технологіям.
1. ZigBee
Сценарії: внутрішній AMI (домашні лічильники), керування
навантаженням (розетки, термостати), датчики якості енергії у будівлях.
Інтеграція: використовувати шлюз ZigBee → IPv6/MQTT; агрегація
даних, локальні політики DR; забезпечувати firmware-OTA через шлюз.
2. Z-Wave
Сценарії: домашня автоматизація, керування освітленням і охороною.
Інтеграція: аналогічно ZigBee, але врахувати закритість стека;
використання сертифікованих шлюзів.
3. Thread / 6LoWPAN
Сценарії: IoT-пристрої з прямою підтримкою IP, інтеграція з
Matter/Cloud.
Інтеграція: пряма адресація пристроїв з верхніми шарами; полегшує
мережеву оркестрацію та масштабування.
4. BLE
Сценарії: мобільні агрегатори, маячки, локальні діагностичні
інструменти; BLE Mesh — для деяких локальних мереж.
Інтеграція: застосування мобільних шлюзів (смартфон/роутер) для
«останньої милі» збору даних; обережність щодо безпеки і часу опитування.
5. WirelessHART
Сценарії: промисловий моніторинг, критичні технологічні процеси.
Інтеграція: шлюзи WirelessHART → DCS/SCADA; підтримка
синхронізації часу й детермінованої доставки.
6. EnOcean
Сценарії: безбатарейні сенсори у будівельній автоматизації.
Інтеграція: шлюзи EnOcean → BACnet/MQTT; перевага — відсутність
потреби у батареях, але враховувати енергоджерело й частоту.
7. LoRaWAN
77
Сценарії: телеметрія з великою дальністю (лічильники,
трансформатори у сільській місцевості).
Інтеграція: LoRa-gateway → Network Server → Application Server →
платформа Smart Grid; обмеження: невеликий payload, адаптована частота
оновлень.
Рекомендації для впровадження в проєкті Smart Grid.
1. Архітектурна модульність: проектувати з урахуванням розділення на
локальні сегменти (field), шлюзи (fog) і центр (cloud).
2. Уніфікація інтерфейсів: прийняти один або два протоколи верхнього
рівня (наприклад, MQTT + JSON/CBOR або IEC 61850 для підстанцій) і
забезпечити трансляцію в шлюзах.
3. Безпечне онбордингування: використовувати PKI і механізми
сертифікації пристроїв на вводі в експлуатацію.
4. План радіочастотного розгортання: врахувати щільність, перешкоди і
резервні маршрути; тестувати в реальних умовах перед масовим
розгортанням.
5. Політика оновлень: передбачити механізми OTA, стратегії ревізії й
відкату ПЗ.
6. Тестування QoS: симулювати навантаження, латентність, втрати
пакетів і відмови вузлів.

Висновки до розділу 3
1. Малопотужні бездротові технології є ключовим елементом для
масштабного і гнучкого розгортання Smart Grid на рівні споживачів,
диспетчеризації й розподіленої генерації.
2. Кожна технологія має свої сильні й слабкі сторони:
ZigBee/Thread/6LoWPAN — зручні для внутрішніх mesh-мереж і IP-інтеграції;
WirelessHART — для промислової надійності; LoRaWAN — для довгої
дистанції; EnOcean — для безбатарейних сенсорів.
78
3. Успішна інтеграція вимагає ретельного проєктування шлюзової
інфраструктури, уніфікації даних, забезпечення безпеки й резервування
каналів зв’язку з урахуванням конкретних вимог Smart Grid (латентність,
критичність, частота передач).

79
РОЗДІЛ 4
РОЗРОБКА ПЕРСПЕКТИВНОЇ МОДЕЛІ СИСТЕМ МІКРОГЕНЕРАЦІЇ
В КОНТЕКСТІ ВПРОВАДЖЕННЯ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИХ МЕРЕЖ
(SMART GRID)

4.1 Загальна архітектура розроблюваної системи мікрогенерації в
Smart Grid
Мікрогенерація – це сукупність малопотужних електричних (а часто й
теплових) установок, встановлених у місці споживання або поблизу нього
(фотоелектричні модулі, малопотужні вітрові турбіни, мікроТЕЦ, паливні
елементи, мікрогідроелектростанції тощо). У контексті інтелектуальних мереж
мікрогенерація вважається ключовим елементом розподіленої генерації (РГ),
яка створює локальні мікромережі та забезпечує двосторонній обмін енергією
та інформацією між виробником і споживачем.
Під мікрогенерацією зазвичай розуміють мало- та мікропотужні джерела
електричної енергії (часто з одночасним виробництвом тепла), встановлені
безпосередньо на стороні споживача або в безпосередній близькості до нього.
До таких джерел належать дахові фотоелектричні станції (PV), малопотужні
вітроустановки, мікро- та міні-ГЕС, мікро-когенераційні установки (micro-
CHP), паливні елементи тощо.
У традиційній енергосистемі домінує централізована генерація та
односпрямований потік потужності. У концепції Smart Grid мікрогенерація
виступає ключовим елементом розподіленої генерації (Distributed Generation,
DG) та основою для побудови мікромереж (microgrid), віртуальних
електростанцій (Virtual Power Plant, VPP) і локальних енергетичних спільнот.
(ResearchGate)
Мікромережі розглядаються як «будівельні блоки» Smart Grid: у
нормальному режимі вони працюють паралельно з основною мережею, а в
80
разі порушення живлення здатні переходити в автономний (islanded) режим,
забезпечуючи живлення критично важливих навантажень.
Далі розглянемо можливу технічну структуру систем мікрогенерації.
Джерела мікрогенерації та силова електроніка є невіддільними на сьогодні.
Розробка систем мікрогенерації в Smart Grid базується на широкому
використанні силової електроніки. Фотоелектричні модулі, вітрогенератори,
мікротурбіни, паливні елементи та micro-CHP, як правило, підключаються до
мережі через напівпровідникові перетворювачі (інвертори, DC/DC-конвертори
тощо), що:
− узгоджують параметри напруги й частоти з мережею;
− забезпечують керування активною та реактивною потужністю, участь у
регулюванні напруги та частоти;
− здійснюють фільтрацію гармонік і покращення якості електроенергії.
У цьому контексті особливого значення набувають так звані smart
inverters (розумні інвертори), які реалізують розширені функції підтримки
мережі: роботу при провалах напруги, режим «ride-through» (здатність
обладнання, наприклад, розподілених джерел живлення, витримувати
короткочасні збої напруги без зупинки), локальне регулювання U/f, участь у
протиаварійному керуванні.
Накопичувачі енергії в складі структури мікромережі є обов’язковою та
невіддільною частиною. Це обумовлюється тим, що через стохастичний
характер генерації з відновлюваних джерел (сонячна, вітрова) системи
мікрогенерації практично завжди доповнюються накопичувачами енергії
(Energy Storage Systems, ESS): акумуляторними батареями,
суперконденсаторами, маховиками, іноді водневими системами. Накопичувачі
виконують функції:
− згладжування коливань потужності ВДЕ;
− забезпечення резерву потужності та підтримки частоти;
81
− зменшення пікових навантажень і оптимізації графіків заряд/розряд з
урахуванням тарифів.

4.2 Перспективна модель систем мікрогенерації в контексті
впровадження інтелектуальних мереж Smart Grid
Огляд фундаментальної концепції моделі. Потенційна основа для
систем мікрогенерації в контексті розумної мережі базується на
децентралізованій кіберфізичній архітектурі. Ця архітектура інтегрує
локальні малопотужні джерела, системи накопичення енергії та керовані
навантаження в інтелектуальні мікромережі, які взаємодіють одна з одною та
з первинною енергетичною системою. Відмінною рисою цієї моделі є
двонаправлений потік енергії та інформації, поряд з активною участю
споживачів, яких називають «просьюмерами», у визначенні режимів роботи
мережі та енергетичного ринку.
Структура та рівні моделі. Потенційна система мікрогенерації
представлена як ієрархічна модель, що складається з кількох рівнів, яка
включає:
1. Рівень місцевості (рівень вузла/домогосподарства/закладу):
– мікрогенератори: фотоелектричні системи, встановлені на дахах, малі
вітрові турбіни, мікро- або міні-системи комбінованого виробництва тепла та
електроенергії (ТЕЦ), паливні елементи, мікрогідроелектричні системи тощо;
– накопичувачі енергії: літій-іонні акумулятори або альтернативні
технології акумуляторів, суперконденсатори та установки для виробництва
водню, якщо потрібно;
– керовані навантаження включають електричне опалення, теплові
насоси, зарядні станції для електромобілів та технологічні пристрої;
– локальна система управління (HEMS/BEMS) використовується для
оптимізації профілів споживання та виробництва з урахуванням тарифів та
уподобань користувачів.
82
2. Рівень мікромережі
– інтегрує набір локальних вузлів разом із мікрогенерацією,
накопиченням енергії та управлінням навантаженням (наприклад, у житлових
районах, кампусах та промислових зонах);
– центральна система управління енергією мікромережі (mg-ems)
виконує:
а) управління розподілом потужності між вузлами;
б) адміністрування режимів підключення до мережі та ізольованого
режиму роботи;
в) розподіл потоку потужності з урахуванням обмежень мережевого
обладнання;
г) координація резервів та підтримка якості електроенергії;
– захист та автоматизація виконуються за допомогою інтелектуальних
електронних пристроїв (ied), цифрових реле та інтелектуальних інверторів.
3. Рівень мережі розподілу та агрегаторів
Портфелі розподілених енергетичних ресурсів (портфелі DER)
складаються з мікромереж та окремих установок мікрогенерації, які
контролюються агрегаторами. Роль агрегатора включає:
– участь у ринку електроенергії та допоміжних послуг від імені малих
виробників;
– оптимізація графіків виробництва, управління циклами
заряджання/розряджання накопичувачів енергії та участь в ініціативах щодо
реагування на попит;
– створення «віртуальних електростанцій» (ВЕС) з використанням
систем мікрогенерації та мікромереж.
4. Системний рівень (оператор основної мережі/оператор розподільчої
мережі, ринок, регулятор). Агрегатори надають операторам розподільчих та
передаточних мереж (ОРС/ОПС) консолідовану інформацію, а також сигнали
щодо гнучкості та резервів. Механізми реалізуються на рівні ринку:
83
динамічні тарифні структури; системи нетто-облікування та нетто-біллінгу;
компенсація за гнучкість, резервну потужність, стабільність частоти та
послуги з регулювання напруги.
Далі розглянемо елементи функціональності у запропонованій моделі.
1. Підсистема живлення:
– основний інтерфейс, що з'єднує мікрогенерацію та накопичення
енергії з мережею, складається з інтелектуальних інверторів, які
забезпечують: - регулювання як активної, так і реактивної потужності;
– забезпечення підтримки напруги та участь у регулюванні частоти;
– реалізацію функцій компенсації реактивної потужності та фільтрації
гармонік;
– крім того, використовуються розподілені системи компенсації
реактивної потужності, такі як STATCOM, конденсаторні батареї та керовані
дроселі.
Модульні системи зберігання даних, розроблені для забезпечення
масштабованості операцій як на рівні вузлів, так і на рівні мікромережі.
2. Підсистема інформації та комунікації:
– високочастотний моніторинг параметрів у режимі реального часу
забезпечується за допомогою інтелектуальних лічильників, датчиків якості
електроенергії, блоків живлення (PMU) та інтелектуальних електронних
пристроїв (IED).
– сумісність обладнання різних виробників забезпечується завдяки
використанню стандартизованих протоколів, таких як IEC 61850, Modbus,
DNP3, MQTT та інших.
Застосування периферійних обчислень та хмарних платформ для
аналізу великих наборів даних, прогнозування виробництва та попиту на
відновлювані джерела енергії, а також виявлення аномалій та кіберзагроз.
3. Підсистема керування та оптимізації:

84
– HEMS/BEMS використовуються для локалізованої оптимізації
профілів споживання та виробництва, враховуючи умови комфорту,
технологічні характеристики та тарифні структури;
– MG-EMS сприяє координації мікромереж, керуючи як підключеними
до мережі, так і ізольованими режимами, оптимізуючи операції
мікрогенерації та зберігання енергії на основі технічних та економічних
міркувань;
– платформи для агрегації або віртуальні електростанції (ВЕС), що
об'єднують численні невеликі установки в єдиний керований ресурс, що
дозволяє брати участь у ринку балансування та допоміжних послуг;
– алгоритми прогнозування (генерація з відновлюваних джерел енергії,
навантаження та ринкові ціни) та методи оптимізації (математичне
програмування, стохастичні методи або еволюційні підходи).
4. Очікувані результати, цілі та критерії ефективності моделювання:
– підвищення надійності та сталості енергопостачання;
– мінімізація втрат з одночасним підвищенням енергоефективності;
– сприяння декарбонізації та розвитку відновлюваних джерел енергії
(вде) ;
– підвищення економічної привабливості для учасників ринку;
– адаптивність та розширюваність системи.
5. Ключові перешкоди та передумови для реалізації моделі:
− підтримка стабільності як напруги, так і частоти, одночасно
інтегруючи значну частку відновлюваних джерел енергії (вде);
− координація функціональності численних інверторних джерел
разом із пристроями зберігання енергії;
− надійність каналів зв'язку та безпека кіберсистем;
− створення регуляторної та ринкової бази для мікрогенерації;
− застосування цифрових двійників для цілей планування та
моделювання.
85
Таким чином можна стверджувати, що перспективною для
майбутнього впровадження в енергетику України є така парадигма систем
мікрогенерації в рамках Smart Grid, яка передбачає перехід від пасивної ролі
споживача до ролі активного учасника енергосистеми, інтегрованого в
мікромережу та віртуальні електростанції.
Об'єднуючи енергетичні, інформаційні, комунікаційні та керуючі
підсистеми в єдину ієрархічну структуру, цей підхід дасть можливість
підвищити надійність, енергоефективність, а також екологічні та економічні
показники сучасних енергомереж.

86
4.3 Блок схема моделі системи мікрогенерації

87

88

89

90

91

92

93

94
Висновки до розділу 4
1. Парадигма систем мікрогенерації в контексті концепції Smart Grid
ґрунтується на трансформації традиційної моделі пасивного споживача
електроенергії в модель активного учасника енергосистеми (просумера), який
бере участь у формуванні графіків навантаження, локального балансування
потужності та наданні допоміжних послуг мережі.
2. Інтеграція таких активних споживачів у складі мікромереж та
віртуальних електростанцій (Virtual Power Plants) забезпечує можливість
колективного управління розподіленою генерацією, системами накопичення
енергії та керованими навантаженнями, що підвищує гнучкість режимів
роботи розподільчих електричних мереж.
3. Об’єднання енергетичних, інформаційних, комунікаційних та
керуючих підсистем у єдину багаторівневу ієрархічну структуру Smart Grid
створює передумови для реалізації кіберфізичних енергосистем з
розширеними функціями моніторингу, діагностики, прогнозування та
оптимізації режимів роботи.
4. Зазначений підхід сприяє підвищенню показників надійності та
стійкості електропостачання, зниженню технологічних втрат і підвищенню
загальної енергоефективності електроенергетичних систем за рахунок більш
раціонального використання розподілених енергетичних ресурсів.
5. Реалізація концепції мікрогенерації в рамках Smart Grid забезпечує
покращення екологічних характеристик енергопостачання завдяки зростанню
частки відновлюваних джерел енергії та скороченню викидів парникових
газів, а також підвищує економічну ефективність функціонування
енергосистеми шляхом оптимізації витрат, гнучкіших тарифних підходів і
створення нових ринкових можливостей для учасників енергоринку.

95
ВИСНОВКИ

В магістерській роботі досліджено та зроблено порівняльний аналіз
та систематизовані способи підвищення ефективності функціонування
засобів малої та мікрогенерації у контексті запровадження концепції Smart
Grid в системах електропостачання.
Основні результати магістерської роботи подані нижче.
1. Традиційна електрична мережа в сучасних умовах практично
вичерпала свій функціональний і технологічний ресурс, має низький рівень
інтелектуалізації, обмежені можливості оперативного керування режимами
та недостатню адаптивність до змін навантаження й структури генерації.
2. Конструктивні та схемно-технічні особливості традиційної мережі не
відповідають вимогам інтеграції децентралізованих і відновлюваних джерел
електроенергії зі змінним та стохастичним характером генерації, що
потребують гнучких засобів автоматизованого керування, балансування та
акумулювання енергії, а також розвинутого двостороннього обміну
потужністю й інформацією.
3. Вимірювальні засоби, смарт-лічильники та супутні інформаційно-
вимірювальні технології є одним із ключових технологічних напрямів і
невід’ємним елементом енергетичних систем на основі концепції Smart Grid,
що зумовлює необхідність пріоритетного розвитку саме цієї підсистеми.
4. Еволюція силової частини інтелектуальних електромереж спирається
на новітні досягнення в галузях надпровідникових технологій, силової
напівпровідникової електроніки, систем акумулювання електроенергії та
сучасних методів технічної діагностики елементів мережі.
5. У перспективі основними складовими розумних електричних мереж
мають стати відновлювані джерела енергії, системи передачі електроенергії
постійним струмом, надпровідникові елементи в силових ланках, а також
96
високоефективні засоби силової електроніки на базі сучасних
напівпровідникових приладів.
6. Технології гнучких систем керування електропередачею (FACTS)
розглядаються як один із провідних інструментів реалізації концепції Smart
Grid, оскільки їх апаратна база ґрунтується на використанні різноманітних
напівпровідникових перетворювачів напруги та систем накопичення
електроенергії; у зв’язку з цим розвиток пристроїв класу FACTS слід
віднести до пріоритетних напрямів формування розумної електроенергетики.
7. Малопотужні бездротові технології є ключовим елементом для
масштабного і гнучкого розгортання Smart Grid на рівні споживачів,
диспетчеризації й розподіленої генерації.
8. Реалізація концепції мікрогенерації в рамках Smart Grid забезпечує
покращення екологічних характеристик енергопостачання завдяки зростанню
частки відновлюваних джерел енергії та скороченню викидів парникових
газів, а також підвищує економічну ефективність функціонування
енергосистеми шляхом оптимізації витрат, гнучкіших тарифних підходів і
створення нових ринкових можливостей для учасників енергоринку.
9. Сукупність виявлених обмежень та неефективностей традиційної
інфраструктури обґрунтовує необхідність переходу до концепції
інтелектуальних електроенергетичних систем (Smart Grid), орієнтованих на
забезпечення надійного, гнучкого та ресурсоефективного електропостачання
в умовах зростання попиту та широкомасштабної інтеграції відновлюваних
джерел енергії.

97
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Оцінка стану та реалізації концепцій розвитку
«інтелектуальних»електромереж у світовій практиці. URL:
https://ua.energy/wp-content/uploads/2018/01/3.-SmartGrid.pdf (дата звернення:
20.03.2021).
2. Положення про Державну інспекцію енергетичного нагляду
України : затв. постановою Кабінету Міністрів України від 14 лют. 2018 р. №
77. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/77-2018-%D0%BF#Text (дата
звернення: 20.03.2021).
3. Попадченко С. А. Ефективність електропостачання споживачів в
умовах Smart Grid / С. А. Попадченко // Вісн. Хар. нац. техн. ун-ту сільського
гос-ва ім. Петра Василенка. − Харків, 2014. − №22. - С. 17-19.
4. Про затвердження Кодексу систем розподілу: постанова Нац.
комісії, що здійснює регулювання у сфері електроенергетики та комунал.
послуг, від 14 берез. 2018 р. №310. URL
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/v0310874
5. Про затвердження Порядку забезпечення стандартів якості
електропостачання та надання компенсацій споживачам за їх недотримання :
постанова Нац. комісії, що здійснює регулювання у сфері електроенергетики
та комунал. послуг, від 12 черв. 2018 р. № 375. URL:
https//zakon.rada.gov.ua/laws/show/v0375874-18#Text
6. Руднєв Є., Романченко Ю. Комплексний аналіз стану та перспектив
розвитку енергетики України відповідно концепції Smart Grid // Енергетика:
економіка, технології, екологія. — 2020. — №4. — С. 45–55.
7. Кириленко О. В., Блінов І. В., Денисюк С. П., Зайцев Є. А.,
Васильченко В. І. Впровадження базових міжнародних стандартів Smart Grid
в Україні: сучасний стан справ // Енергетика: економіка, технології, екологія.
— 2021. — №2. — С. 23–34.
8. Кулик В. В., Магас Т. Є., Малогулко Ю. В. Оптимальне керування
98
розосередженими джерелами електроенергії засобами Smart Grid // Наукові
праці Вінницького нац. техн. університету. — 2020. — Вип. 9. — С. 112–124.
9. Кіншаков В. Ю., Рухлов А. В. Упровадження технологій Smart Grid
при модернізації електроенергетичних систем в Україні // Метінвест
Політехніка. — 2021. — Вип. 3. — С. 56–66.
10. Лободзинський В. Ю., Бурик М. П., Петрученко О. В., Ілліна О. О.
Вплив системи Smart Grid на національну енергетичну мережу // Енергетика:
економіка, технології, екологія. — 2020. — №5. — С. 88–99.
11. Бондаренко І. В. SMART GRID як основа інноваційних перетворень
на ринку електроенергії України // CyberLeninka. — 2021. — №1. — С. 45–57.
12. Стогній Б. С. Інтелектуальні електричні мережі
електроенергетичних систем. — Київ: Національна бібліотека, 2019. — 276 с.
13. Styczynski Z. A. Smart Grids: Fundamentals and Technologies in
Electric Power Systems of the Future. — Springer, 2018. — 412 p.
14. Fang X., Misra S., Xue G., Yang D. Smart Grids: Advanced
Technologies and Solutions. — 2nd ed. — Taylor & Francis, 2019. — 368 p.
15. Gómez O., Vicini R. Smart Grid: Fundamentos, Tecnologías y
Aplicaciones. — Springer, 2017. — 295 p.
16. Boyle G. Renewable Electricity and the Grid: The Challenge of
Variability. — Oxford: Oxford University Press, 2020. — 340 p.
17. Du D. Smart Grid and Cyber Security Technologies. — Springer, 2020.
— 285 p.
18. Rajkumar V., Tomar A., Divya A. Smart Grids for Renewable Energy
Systems, Electric Vehicles and Energy Storage Systems. — Routledge, 2021. —
312 p.
19. IRENA & ETSAP. Smart Grids and Renewables: A Guide for Effective
Deployment. — Abu Dhabi: IRENA, 2017. — 74 p.
20. Fredrik Ege Abrahamsen, Yun Ai, Michael Cheffena. Communication
Technologies for Smart Grid: A Comprehensive Survey // arXiv. — 2021. — P. 1–
25.
99
21. Cornelius Steinbrink, Sebastian Lehnhoff, Sebastian Rohjans et al.
Simulation-based Validation of Smart Grids – Status Quo and Future Research
Trends // arXiv. — 2017. — P. 1–18.
22. Mohamed Amine Ferrag, Leandros A. Maglaras, Helge Janicke, Jianmin
Jiang. A Survey on Privacy-preserving Schemes for Smart Grid Communications //
arXiv. — 2016. — P. 1–27.
23. David P. Chassin, Jason C. Fuller, Ned Djilali. GridLAB-D: An
agent-based simulation framework for smart grids // arXiv. — 2014. — P. 1–15.
24. Tianming Zheng, Ming Liu, Deepak Puthal et al. Smart Grid: Cyber
Attacks, Critical Defense Approaches, and Digital Twin // arXiv. — 2022. — P. 1–
20.
25. ABB, Pathway for Transmission & Distribution Sector, a report
submitted to the Business Roundtable Energy Task Force, 2006.
26. A multi-agent framework for power system automation / Yang Z., Ma
C., Feng J. Q. et all. // International Journal of Innovations in Energy Systems and
Power. 2006. Vol. 1, Iss. 1. P. 39-45.
27. A review of hybrid renewable / alternative energy systems for electric
power generation: configuration, control, and application / Nehrir M. H., Wang C.,
Strunz K. et al. // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2011. Vol. 2, Iss. 4.
P. 392-403.
28. Abido A. M. Multiobjective particle swarm optimization for
environmental/economic dispatch problem // Proceedings of the 8th international
power engineering conference (IPEC - 2007). Singapore, 2007. P. 1385-1390.
29. Abido M. A. Environmental/economic power dispatch using
multiobjective evolutionary algorithms // IEEE Transactions on Power Systems.
2003. Vol. 18, Iss. 4. P. 1529-1537.
30. Agbossou K., Kolhe M., Hamelin J., Bose T. K. Performance of a
standalone renewable energy system based on energy storage as hydrogen // IEEE
Transactions on Energy Conversion. 2004. Vol. 19, Iss. 3. P. 633-640.
31. Aghaei J., Akbari M. A., Roosta A., Gitizadeh M., Niknam T. Integrated
100
renewableconventional generation expansion planning using multiobjective
framework // IET Generation, Transmission & Distribution. 2012. Vol. 6, Iss. 8. P.
773-784.
32. Agugliaro F. M., Alcayde A., Montoya F. G., Sierraa A. Z., Gil C.
Scientific production of renewable energies worldwide: an overview // Renewable
and Sustainable Energy Reviews. 2013. Vol. 18, Iss. 1. P. 134-143.
33. Alam A., Upadhyay S., Murthy C. H., Reddy M. J. B., Jana K. C.,
Mohanta D. K. Reliability evaluation of solar photovoltaic microgrid //
Environment and Electrical Engineering (EEEIC) : proc. 11th intern. conf., 18-25
May 2012. P. 424-428.
34. Alawi A. A., Alawi S. M. A., Islam S. M. Predictive control of an
integrated PV-diesel water and power supply system using an artificial neural
network // Renewable Energy. 2007. Vol. 32, Iss. 8. P. 1426-1439.
35. Alrashidi A. M., Hawary E. M. Impact of loading conditions on the
emission economic dispatch // Proceedings of the world academy of science and
engineering and technology. 2008. Vol. 29. P. 148-151.
36. Alsayed M., Cacciato M., Scarcella G., Scelba G. Multicriteria optimal
sizing of photovoltaic-wind turbine grid connected systems // IEEE Transactions
on Energy Conversion. 2013. Vol. 28, Iss. 2. P. 370-379.
37. An Energy Agency of the United States, website: http://energy.gov.
38. ANSYS для вирішення високочастотних та низькочастотних
завдань, аналізу цілісності сигналів та електромагнітної сумісності та
перешкод, а також системного моделювання електроніки та електротехніки
https://www.ansys.com/products/electronics
39. Arabali A., Ghofrani M., Amoli M. E., Baghzouz Y. Genetic algorithm
based optimization approach for energy management // IEEE Transactions on
Power Delivery. 2013. Vol. 28, Iss. 1. P. 162-170.
40. Ardakani F. J., Riahy G., Abedi M. Optimal sizing of a grid-connected
hybrid system for north-west of Iran-case study // 9th International Conference on
Environment and Electrical Engineering, 16-19 May 2010. Prague, Czech
101
Republic, 2010.
41. Atmospheric science data center. URL: https://asdc.larc.nasa.gov (дата
звернення: 20.03.2021).
42. Atwa Y. M., El-Saadany E. F., Salama M. M. A., Seethapathy R.
Optimal renewable resources mix for distribution system energy loss minimization
// IEEE Transactions on Power Systems. 2010. Vol. 25, Iss. 1. P. 360-370.
43. Awerbuch S. Portfolio-based electricity generation planning: policy
implications for renewables and Energy security // Mitigation and Adaptation
Strategies for Global Change. 2006. Vol. 11. P. 693-710.
44. Aydin I., Karakose M., Akin E. A multi-objective artificial immune
algorithm for parameter optimization in support vector machine // Applied Soft
Computing. 2011. Vol. 11, Iss. 1. P. 120-129.
45. Azmy A. M., Erlich I. Online optimal management of PEM fuel cells
using neural networks // IEEE Transactions on Power Delivery. 2005. Vol. 29, Iss.
2. P. 1051-1058.
46. Bagul A. D., Salameh Z. M., Borowy B. Sizing of a stand-alone hybrid
wind photovoltaic system using a three-event probability density approximation //
Solar Energy. 1996. Vol. 56, No 4. P. 323-335.
47. Ball M., Wietschel M., Rentz O. Integration of a hydrogen economy into
the German energy system: an optimising modeling approach // International
Journal of Hydrog Energy. 2007. Vol. 32, Iss. 10/11. P. 1355-1368.
48. Bansal A. K., Kumar R., Gupta R. A. Economic analysis and power
management of a small autonomous hybrid power system (SAHPS) using
biogeography based optimization (BBO) algorithm // IEEE Transactions on Smart
Grid. 2013. Vol. 4, Iss. 1. P. 638-648.
49. Basu M. Artificial immune system for dynamic economic dispatch //
International Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2011. Vol. 33, Iss.
1. P. 131-136.
50. Beccali M., Cellura M., Mistretta M. Decision-making in energy
planning: application of the ELECTRE method at regional level for the diffusion
102
of renewable energy technology // Renewable Energy. 2003. Vol. 28. P. 2063-
2087.
51. Behave A. G. Hybrid solar-wind domestic power generating system: a
case study // Renewable Energy. 1999. Vol. 17, Iss. 3. P. 355-358.
52. Beyer G. H., Langer C. A method for the identification of configurations
of PV/ wind hybrid systems for the reliable supply of small loads // Solar Energy.
1996. Vol. 57, No 5. P. 381-391.
53. Billinton R. Power system reliability evaluation. New York : Gordon and
Breach, 1970. 299 p.
54. Blum C. Ant colony optimization: introduction and recent trends //
Physics of Life Reviews. 2005. Vol. 2, Iss. 4. P. 353-373.
55. Bo Z., Guo C., Cao Y. Dynamic economic dispatch in electricity market
using particle swarm optimization algorithm // Proceedings of the 5th world
congress on intelligent control and automation, 15-19 June 2004. Hangzhou,
China, 2004. P. 5050-5054.
56. Borowy B. S., Salameh Z. M. Methodology for optimally sizing the
combination of a battery bank and PV array in a wind/PV hybrid system // IEEE
Transactions on Energy Conversion. 1996. Vol. 11, Iss. 2. P. 367-373.
57. Bucciarelli L. L. J. Estimating loss-of-power probabilities of standalone
photovoltaic solar energy systems // Solar Energy. 1984. Vol. 32, No 2. P. 205-
209.
58. Bucciarelli L. L. J. The effect of day-to-day correlation in solar radiation
on the probability of loss-of-power in a stand-alone photovoltaic energy system //
Solar Energy. 1986. Vol. 36, No 1. P. 11-14.
59. Celik A. K. Techno-economic analysis of autonomous PV-wind hybrid
systems using different sizing methods // Energy Conversion and Management.
2003. Vol. 44, Iss. 12. P. 1951-1968.
60. Cha H. J., Enjeti P. N. A three-phase AC/AC high-frequency link matrix
converter for VSCF applications // Proceedings of the IEEE 34th Annual Power
Electronics Specialist Conference 2003 (PESC '03), June 2003. Vol. 4, No. 15-19.
103
P. 1971-1976.
61. Chauhan A., Saini R. P. Renewable energy based power generation for
standalone applications: a review // International Conference on Energy Efficient
Technologies for Sustainability : proc. of the IEEE conf. 2013. P. 424-428.
62. Chen F., Duic N., Alves L. M., Carvalho M. G. Renewislands -
renewable energy solutions for islands // Renewable and Sustainable Energy
Reviews. 2007. Vol. 11, Iss. 8. P. 1888-1902.
63. Chen S. X., Gooi H. B., Wang M. Q. Sizing of energy storage for
microgrids // IEEE Transactions on Smart Grid. 2012. Vol. 3, Iss. 1. P. 142-151.
64. Connolly D., Lund H., Mathiesen B. V., Leahy M. A review of computer
tools for analysing the integration of renewable energy into various energy systems
// Applied Energy. 2010. Vol. 87, P. 1059-1082.
65. Diaf S., Notton G., Belhamel M., Haddadi M., Louche A. Design and
technoeconomical optimization for hybrid PV/wind system under various
meteorological conditions // Applied Energy. 2008. Vol. 85, Iss. 10. P. 968-987.
66. Dimeas A. L., Hatziargyriou N. D. Operation of a multiagent system for
microgrid control // IEEE Transactions on Power Systems. 2005. Vol. 20, Iss. 3. P.
1447-1455.
67. Domnin I. F., Levon O. O., Varvyanskaya V. V. Fuzzy logic based
control system of converter for powerful sounding pulses generator // Вісн. Нац.
техн. ун-ту «ХПІ». Харків, 2014. № 47. P. 22-27.
68. Domnin I., Levon O., Kozlov S. Control system of the filter-
compensating device with the second-order fuzzy-regulator // Технічна
електродинаміка. 2018. Ч. 6. С. 30-33.
69. European Commission Directorate-General for Research Information
and Communication Unit European Communities: «European Technology
Platform Smart Grids, Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of
the future», European Communities, 2006.
70. Electric Power Research Institute, website: http://epri.com.
71. Electric Power Research Institute, Electricity Sector Framework for the
104
Future Volume I: Achieving the 21st Century Transformation/Washington, DC:
Electric Power Research Institute, 2003.
72. European Commission Directorate-General for Research Information
and Communication Unit European Communities, website: http://europa.eu.int.
73. Ekren O., Ekren B. Y. Size optimization of a PV/wind hybrid energy
conversion system with battery storage using simulated annealing // Applied
Energy. 2010. Vol. 87, Iss. 2. P. 592-598.
74. Ekren O., Ekren B. Y. Size optimization of a PV/wind hybrid energy
conversion system with battery storage using simulated annealing // Applied
Energy. 2010. Vol. 87, Iss. 1. P. 592-598.
75. Electric Distribution Utility Roadmap/CEATI Report. — January 2008.
76. Elhadidy M. A., Shaahid S. M. Parametric study of hybrid (wind + solar
+ diesel) power generating systems // Renewable Energy. 2000. Vol. 21, Iss. 2. P.
129-139.
77. Emelyanov L.Y., Zhivolup T.G. “History of the development of IS
radars and founding of the Institute of Ionosphere in Ukraine”. − History of Geo-
and Space Sciences. - Vol. 4. - 2013. - Pp. 7-17. doi:10.5194/hgss-4-7-2013
78. Farret F. A., Simoes M. G. Integration of alternative sources of energy.
Hoboken, NJ : Wiley - IEEE Press, 2006. 471 p.
79. Feasibility study of hybrid retrofits to an isolated off-grid diesel power
plant / Rehman S., El-Amin I. M., Ahmad F. et al. // Renewable and Sustainable
Energy Reviews. 2007. Vol. 11, Iss. 4. P. 635-653.
80. Fulzele J. B., Dutt S. Optimum planning of hybrid renewable energy
system using HOMER // International Journal of Electrical and Computer
Engineering. 2012. Vol. 2, No 1. P. 68-74.
81. Gabriel M. A. Visions for a sustainable energy future. — Lilburn, GA:
Fairmont Press, 2008. P. 211.
82. Gansler R. A., Klein S. A., Beckman W. A. Assessment of accuracy of
generated meteorological data for use in solar energy simulation studies // Solar
Energy. 1994. Vol. 53, No 3. P. 279-287.
105
83. «Grids 2030». A National Vision for Electricity’s Second 100 years.
Office ofElectric Transmission and Distribution of USA Department of Energy,
2003.
84. Gent R. M., Lamont W. J. Minimum emission dispatch // IEEE
Transactions on Power Apparatus and Systems. 1972. Vol. PAS-90. P. 2650-2660.
85. Goedeckeb M., Therdthianwong S., Gheewala S. H. Life cycle cost
analysis of alternative vehicles and fuels in Thailand // Energy Policy. 2007. Vol.
35, Iss. 6. P. 3236-3246.
86. Goletsis Y., Psarras J., Samouilidis J. E. Project ranking in the Armenian
energy sector using a multicriteria method for groups // Annals of Operations
Research. 2003. Vol. 120. P. 135-157.
87. Gong M., Jiao L., Zhang X. A population-based artificial immune
system for numerical optimization // Neurocomputing. 2008. Vol. 72, Iss. 1/3. P.
149-161.
88. Gordon J. M. Optimal sizing of stand-alone photovoltaic solar power
systems // Solar Cells. 1987. Vol. 20, No 4. P. 295-313.
89. Методичні рекомендації до підготовки магістерської роботи
бакалавра для здобувачів освітнього ступеня магістр спеціальності 141
«Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» усіх форм навчання
[Електронний ресурс] / [Упоряд.: Ситник О.О., Яценко І.В., Самойлик О.В.];
М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ,
2021. – 32 с.
90. Щербак О.М., Ситник О.О. «Головні напрями світового досвіду та
потенціал розвитку інтелектуаьлних енергомереж в Україні» // Збірник тез
доповідей студентської науково-практичної конференції ЧДТУ, 22-24 квітня,
Черкаси. 2025. – С. 127-128.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets