Огляд технологій керування режимами електричних мереж напругою 6...20 кВ з розосередженими джерелами енергії

А.Ф. Жаркін 1, чл.-кор. НАН України, В.О. Новський 1, д-р техн. наук,
В.А. Попов 2, д-р техн. наук, О.С. Ярмолюк 2, канд. техн. наук, Хавкар Ахмед Нурі 2
1 Інститут електродинаміки НАН України,
Україна, 03057, Київ, пр. Перемоги, 56,
+383662401, +383662690, zharkin@ied.org.ua, novsky@ied.org.ua,
2 Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського,
Україна, 03056, Київ, пр. Перемоги, 37,
+380669854888, +380662969593, tig@ukr.net, yarmolyuk.lena@gmail.com

Èlektron. model. 2021, 43(1):46-66

АНОТАЦІЯ

Відображено еволюцію розвитку постановок і методів реалізації задачі вибору опти­мальних місць розімкнення розподільних мереж. Показано, що у сучасних системах електропостачання в умовах широкого впровадження розосереджених джерел генерації й акумулювання енергії, масового застосування електромобілів дана задача, яка вирі­шується у рамках традиційного підходу, втрачає ефективність. Альтернативою може бути застосування дистанційно керованих комутаційних апаратів, що є обґрунтованим у випадку циклічних і досить тривалих змін навантаження, вихідної потужності розосе­реджених джерел енергії, при увімкнені (вимкнені) пристроїв акумулювання енергії. Показано, що наразі універсальним рішенням є використання засобів силової електро­ніки. Це дає змогу формувати, так звані, м'які точки розімкнення контурів розподільної мережі при керуванні потоками активної та реактивної потужності для забезпечення мінімуму втрат електричної енергії.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

розподільні електричні мережі, керування режимами, розосереджена генерація, дистанційно керовані комутаційні апарати, силова електроніка.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Малий Н.О. Методы оптимизации эксплуатационных режимов городских электрических сетей: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Київський політехнічний інститут, Київ, 1973. 32 с
  2. Попов В.А. Выбор схем резервируемых распределительных сетей по минимуму потерь электроэнергии // Энергетика и электрификация, 1982, № 4, с. 25—28.
  3. Фокин Ю.А., Хозяинов М.А. Метод поиска целесообразной топологии и планировании режимов распределительных сетей // Сб. науч. трудов Московского энергетического института: оптимизация режимов электроэнергетических систем. № 230, с. 175—180.
  4. Billinton R., Jonavithula S. Optimal switching devise placement in radial distribution systems// Proc. IEEE Transactions on Power Delivery, 1996, Vol. 11, № 3, рp. 1646—1651.
  5. Gelli G., Pilo F. Optimal sectionalizing switches allocation in distribution networks // Proc. IEEE Transactions on Power Delivery, 1999, Vol. 14, № 3, рp. 1167—1172.
  6. Экель П.Я., Попов В.А., Клюшник А.И. Учет реакции питающей сети в задачах оптимизации режимов распределительных сетей // Электрические сети и системы, 1986, №22, с. 65—72.
  7. Шидловский А.К., Тугай Ю.И. Координированная оптимизация режимов питающей и распределительной электрических сетей. Препринт. Ін-т електродинаміки АН України. Київ: 1981. 33 с.
  8. Boardman J.T., Meckiff С.С. A Branch and Bound Formulation to Electricity Distribution Planning Program // Proc. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1985, Vol. 104, рp. 2112—2118.
  9. Jabr R.A., Singh R., Pal B.C. Minimum loss network reconfiguration using mixed-integer convex programming // Proc. IEEE Transactions on Power Systems, 2012, Vol. 27, рp. 1106—1115.
  10. Glamokanin V. Optimal loss reduction of distribution networks// Proc. IEEE Transactions on Power Systems, 1990, Vol. 5, № 3, рp. 774—782.
  11. Sharatkhah M.M., Haghifam M.R., Arefi A. Load profile based determination of distribution feeder configuration by dynamic programming // Proc. IEEE Trondheim PowerTech Conference, 2011, Vol. 12, pp. 1–6.
  12. Broadwater R.P. Time varying load analysis to reduce distribution losses through reconfiguration // Proc. IEEE Transaction on Power Delivery, 2003, Vol. 8, № 1, рp. 294—300.
  13. Zhu J.Z. Optimal Reconfiguration of electrical distribution network using the refined genetic algorithm // Electric Power Systems Research, 2002, Vol. 62, № 1, pp. 37—42.
  14. Su C.-T., Chang C.-F., Chiou J.-P. Distribution network reconfiguration for loss reduction by ant colony search algorithm // Ibid, 2005, Vol. 75, Is. 2—3, pp. 190—199.
  15. Olamaei J., Niknam T., Arefi S.B. Distribution feeder reconfiguration for loss minimization based on modified honey bee mating optimization algorithm // Proc. the 2nd International Conference on Advances in Energy Engineering, 2011, Vol. 5, pp. 304–311.
  16. Young J.J., Chul K.J., Kim Jin-O. et ol. An efficient simulated annealing algorithm for network reconfiguration in large-scale distribution systems // Proc. IEEE Transactions on Power Delivery, 2002, Vol. 17, Is. 4, pp. 1070—1078.
  17. Abdelaziz A.Y., Mohamed F.M., Mekhamer S.F., Badr M.A.L. Distribution system reconfiguration using a modified Tabu Search algorithm // Electric Power Systems Research, 2010, Vol. 80, № 8, pp. 943—953.
  18.  Abdelaziz A.Y., Mohammed F.M., Mekhamer S.F., Badr M.A.L. Distribution Systems Reconfiguration using a modified particle swarm optimization algorithm// Ibid, 2009, Vol. 79, pp. 1521—1530.
  19. Kim H., Ko Y., Jung K.H. Artificial Neural-Network Based Feeder Reconfiguration for Loss Reduction in Distribution Systems // Proc. IEEE Transactions on Power Delivery, 1993, Vol. 8, pp. 1356—1366.
  20. Bernardon D.P., Sperandio M., Garcia V.J. et ol. AHP decision-making algorithm to allocate remotely controlled switches in distribution networks // Proc. IEEE Transactions on Power Delivery, 2011, Vol. 26, Is. 3, pp. 1884—1892.
  21. Ahuja A., Das S., Pahwa A. An AIS-ACO hybrid approach for multi-objective distribution system reconfiguration // Proc. IEEE Transactions on Power Systems, 2007, Vol. 22, pp. 1101—1111.
  22. Tulle D.P., Baldick R. The evaluation of plug-in electric vehicle-grid interactions // Proc. IEEE Transactions on Smart Grid, 2012, Vol. 3, № 1, pp. 500—505.
  23. ШидловськийА.К., Жаркін А.Ф., Новський В.О., Павлов В.Б. Вплив розвитку заряд­ної інфраструктури електромобільного і гібридного транспорту на режими елект­рич­них мереж // Технічна електродинаміка, 2018, № 3, c. 74—81.
  24. ПавловВ.Б., Новський В.О., Попов В.А., Палачов С.О. Особливості застосування зарядних станцій електромобілів у міських електричних мережах // Там же, 2018, № 6, c. 77—80.
  25. Wu Y., Lee C., Liu L., Tsai S. Study of Reconfiguration for the Distribution System With Distributed Generators // IEEE Transactions on Power Delivery, 2010, Vol. 25, № 3, рp. 1678—1685.
  26. Office of Gas and Electricity Markets. Losses incentive mechanism. URL: https://www. ofgem.gov.uk/electricity/distribution-networks/losses-incentive-mechanism дата звер­нен­ня: 25.08.2020.
  27. Xu Y., Liu C.C., Schneider K.P., Ton D.T. Placement of remote-controlled switches to enhance distribution systems restoration capability // Proc. IEEE Transactions on Power Systems, 2016, Vol. 31, рp. 1139—1150.
  28. Spitsa V., Ran X., Salcedo R., et ol. On the Transient Behavior of Large-Scale Distribution Networks During Automatic Feeder Reconfiguration // Proc. IEEE Transactions on Smart Grid, 2012, Vol. 3, № 2, pp. 887—896.
  29. ЖаркинА.Ф., Денисюк С.П., Попов В.А. Системы электроснабжения с источниками распределенной генерации. Київ: Наук. думка, 2017, 232 с.
  30. Garcia E.D., Pereira P.R., Canha L.N., Popov V. Grid functional blocks methodology to dynamic operation and decision making in Smart Grid // Electrical Power and Energy Systems, 2018, Vol. 103, pp. 267—276.
  31. Bloemink J.M., Green T.C. Benefits of distribution-level power electronics for supporting distributed generation growth // Proc. IEEE Transactions on Power Delivery, 2013, Vol. 28, pp. 911—917.
  32. Cao W., Wu J., Jenkins N., et ol. Benefits analysis of soft open points for electrical distribution network operation // Applied Energy, 2016, Vol. 165, pp. 36—47.
  33. Flourentzou N., Adelidis V.G., Demetriades C.D. VSC – based HVDC power transmission systems: an overview // Proc. IEEE Transactions on Power Electronics, 2009, Vol. 24, pp. 592—602.
  34. Daelemans G., Srivastava K., Reza M., et ol. Minimization of steady state losses in meshed networks using VSC HVDC // Proc. IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2009,pp. 1—5.
  35.  Powell M.J.D. An efficient method for finding the minimum of a function of several variables without calculating derivatives // Comput, 1964, Vol. 7, pp. 155—162.

ЖАРКІН Андрій Федорович, чл.-кор. НАН України, зав. відділу стабілізації параметрів електромагнітної енергії Інституту електродинаміки НАН України. У 1977 р. закінчив Київський політехнічний інститут. Область наукових досліджень — розвиток теорії електромагнітної сумісності в напрямку створення ефективних методів аналізу та розробки й використання нових моделей електричних мереж з нелінійними та неста­ціонарними навантаженнями, які враховують параметри основних елементів електрич­них мереж великих електроенергетичних об’єктів, а також розроблення теоретичних основ впровадження заходів і побудови технічних засобів підвищення якості електро­енергії та забезпечення електромагнітної сумісності споживачів електричних мереж різних рівнів напруги.

НОВСЬКИЙ Володимир Олександрович, д-р техн. наук, ст. наук. співроб., пров. наук. співроб. відділу стабілізації параметрів електромагнітної енергії Інституту електро­динаміки НАН України. У 1973 р. закінчив Київський політехнічний інститут. Область наукових досліджень — розвиток теорії швидкодіючої стабілізації параметрів елект­ричної енергії та динамічної компенсації неактивних складових повної потужності на основі результатів дослідження електромагнітних і енергетичних процесів у складних перетворювальних системах з ключовими і вентильними елементами та забезпечення електромагнітної сумісності в трифазних системах з нелінійними і нестаціонарними навантаженнями.

ПОПОВ Володимир Андрійович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедри електропоста­чан­ня Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського». У 1974 р. закінчив Київський політехнічний інститут. Область наукових досліджень — моделювання й оптимізація систем електропостачання, облік невизначеності вихідної інформації при керуванні режимами електричних мереж, по­будова систем електропостачання з джерелами розосередженої генерації, викорис­тан­ня методів багатокритеріального прийняття рішень при проєктуванні систем електро­постачання й оптимізації їх режимів.

ЯРМОЛЮК Олена Сергіївна, канд. техн. наук, ст. викладач кафедри електропостачан­ня Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського». У 2010 р. закінчила Національний технічний університет Украї­ни «Київський політехнічний інститут». Область наукових досліджень — оцінка стану інтегрованих систем електропостачання з альтернативними джерелами енергії й опти­мальне керування їх режимами за умови врахування недостатності та недос­то­вірності первинної інформації.

ХАВКАР Ахмед Нурі, студент-магістрант кафедри електропостачання Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорсь­кого». Область наукових досліджень — оптимізація систем електропостачання з дже­релами розосередженої генерації й акумулювання енергії.

Повний текст: PDF