Обоснование необходимости совершенствования систем противоаварийного управления для предотвращения нарушений устойчивости по напряжению в энергосистемах

   Цель – обоснование необходимости совершенствования существующих комплексов обеспечения устойчивости по напряжению в Единой энергетической системе России в условиях ее развития, усложнения структуры и активного внедрения распределенной генерации. В целях выявления необходимости совершенствования комплексов противоаварийной автоматики выполнялся анализ функционирования существующих систем противоаварийного управления Единой энергосистемы России в условиях протекания крупных системных аварий, в том числе в 2005 и 2017 гг., а также рассматривались особенности режимов северной части энергосистемы Иркутской области с точки зрения устойчивости по напряжению. В результате анализа работы систем противоаварийного управления по итогам системных аварий, а также возможных неправильных действий в рассмотренных ситуациях установлено, что основными их недостатками являются низкий уровень отказоустойчивости, слабая адаптивность к аварийным возмущениям (в том числе ненормативным), а также отсутствие координации локальных устройств и большая дискретность регулирования. Для устранения данных недостатков предложено внедрение в структуру противоаварийного управления Единой энергосистемы России интеллектуальных автоматик на основе искусственных нейронных сетей и машинного обучения, а также высокоэффективных мультиагентных систем. Проведенные в работе исследования свидетельствуют о необходимости модернизации существующих комплексов обеспечения устойчивости по напряжению в Единой энергосистеме России, как программно, так и аппаратно-технически. Предлагаемое внедрение интеллектуальных систем способно устранить недостатки существующих комплексов, однако оно не должно нарушать текущие эффективные иерархические принципы противоаварийного управления, а обязано дополнять их, способствуя комплексному развитию.

1. Müller S. C., Kubis A., Brato S., Häger U., Rehtanz C., Götze J. New applications for wide-area monitoring, protection and control // 3rd IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe. 2012. https://doi.org/10.1109/ISGTEurope.2012.6465657.

2. Lachs W. R. Controlling grid integrity after power system emergencies // IEEE Transactions on Power Systems. 2002. Vol. 17. No. 2. P. 445–450. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2002.1007916.

3. Герасимов А. С. Исследование режимов Московской энергосистемы в процессе развития аварии в мае 2005 г. / А. С. Герасимов [и др.] // Электричество. – 2008. – № 1. – С. 2–12.

4. Makarov Y. V., Reshetov V. I., Stroev A., Voropai N. I. Blackout prevention in the United States, Europe, and Russia // Proceedings of the IEEE. 2005. Vol. 93. Iss. 11. P. 1942–1955. https://doi.org/10.1109/JPROC.2005.857486.

5. Воропай Н. И. Комплекс интеллектуальных средств для предотвращения крупных аварий в энергосистемах: монография / Н. И. Воропай [и др.] – Новосибирск: Изд-во «Наука», 2016. – 332 с.

6. Allen E., Andersson G., Berizzi A., Boroczky S. Blackout experiences and lessons, best practices for system dynamic performance, and the role of new technologies. Final Report. IEEE, 2007. [Электронный ресурс]. URL: https://www.researchgate.net/publication/272482692 (14. 09. 2021).

7. Voropai N., Tomin N., Kurbatsky V., Panasetsky D., Sidorov D., Zhukov A. Development of computational intelligence-based algorithms of preventing voltage collapse in power systems with a complex multi-loop structure // IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. 2016. https://doi.org/10.1109/APPEEC.2016.7827553.

8. Воропай Н. И. Авария в объединенной энергосистеме Сибири 27 июня 2017 г. / Н. И. Воропай [и др.] // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: сб. науч. тр. ХХ Междунар. науч. cеминара (г. Иркутск, 6 августа 2018 г.). – Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН, 2018. – С. 208–218.

9. Совалов С. А. Противоаварийное управление в энергосистемах / С. А. Совалов, В. А. Семенов. – М.: Изд-во «Энергоатомиздат», 1988. – 416 с.

10. Жданов П. С. Вопросы устойчивости электрических систем / П. С. Жданов. – М.: Изд-во «Энергия», 1979. – 456 с.

11. Панасецкий Д. А. Интеллектуальное противоаварийное управление режимами энергосистем / Д. А. Панасецкий [и др.] // XII Всерос. совещание по проблемам управления: сб. тр. (г. Москва, 16–19 июня 2014 г.). – М.: Изд-во ИПУ РАН, 2014. – С. 4770–4782.

12. Воропай Н. И. Интеллектуальная система для предотвращения крупных аварий в энергосистемах / Н. И. Воропай [и др.] // Электричество. – 2014. – № 8. – C. 19–31.

13. Реуцкий И. С. Предотвращение неустойчивости по напряжению с использованием моделей искусственного интеллекта / И. С. Реуцкий, В. Г. Курбацкий, Н. В. Томин // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: сб. науч. тр. ХХ Междунар. науч. cеминара (г. Иркутск, 6 августа 2018 г.). – Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН, 2018. – С. 364–173.

14. Курбацкий В. Г. Исследование режимной надежности «узких» мест энергосистемы Иркутской области на примере Бодайбинского энергорайона / В. Г. Курбацкий, И. С. Реуцкий, Н. В. Томин // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: сб. науч. тр. ХХ Междунар. науч. семинара (г. Чолпон-Ата, 11–15 сентября 2017 г.). – Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН, 2017. – Вып. 68. – С. 413–420.

15. Реуцкий И. С. Исследование проблемы организации оперативно-диспетчерского управления при взаимодействии филиалов АО «СО ЕЭС» – РДУ и ЭССО / И. С. Реуцкий // Электроэнергетика глазами молодежи: сб. науч. тр. Х Междунар. науч. конф. (г. Иркутск, 20 сентября 2019 г.). – Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2019. – С. 231–234.

16. Baldick B., Chowdhury B., Dobson I., Dong Zhaoyang, Gou Bei, Hawkins D., et al. Initial review of methods for cascading failure analysis in electric power transmission systems IEEE PES CAMS task force on understanding, prediction, mitigation and restoration of cascading failures // IEEE Power and Energy Society General Meeting - Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century. 2008. https://doi.org/10.1109/PES.2008.4596430.

17. Tomin N. V., Kurbatsky V. G., Reutsky I. S. Hybrid intelligent technique for voltage/VAR control in power systems // The Institution of Engineering and Technology. 2019. Vol. 13. Iss. 20. P. 4724–4732. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2019.0214.

18. Zhukov A., Tomin N., Sidorov D., Kurbatsky V., Panasetsky D. On-line power systems security assessment using data stream random forest algorithm modification // Innovative Computing, Optimization and Its Applications / eds. I. Zelinka, P. Vasant, V. Duy, T. Dao. Cham: Springer, 2018. Vol. 741. Р. 183–200. https://doi.org/10.1007/978-3-319-66984-7_11.

19. Su Heng-Yi, Liu Tzu-Yi. Enhanced-online-random-forest model for static voltage stability assessment using wide area measurements // IEEE Transactions on Power Systems. 2018. Vol. 33. Iss. 6. P. 6696–6704. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2018.2849717.

20. Li Xuan, Li Zhaowei, Guan Linlin, Zhu Ling, Liu Fusuo. Review on transient voltage stability of power system // IEEE Sustainable Power and Energy Conference. 2020. P. 940–947. https://doi.org/10.1109/iSPEC50848.2020.9351059.

21. Aquino-Lugo A. A., Klump R., Overbye T. J. A control framework for the smart grid for voltage support using agent-based technologies // IEEE Transactions on Smart Grid. 2011. Vol. 2. Iss. 1. P. 173–180. https://doi.org/10.1109/TSG.2010.2096238.

22. Belkacemi R., Babalola A., Zarrabian S. Experimental implementation of multi-agent system algorithm to prevent cascading failure after N-1-1 contingency in smart grid systems // IEEE Power & Energy Society General Meeting. 2015. https://doi.org/10.1109/PESGM.2015.7286630.

23. Xu Yinliang, Zhang Wei, Liu Wenxin, Ferrese F. Multi-agent-based reinforcement learning for optimal reactive power dispatch // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C (Applications and Reviews). 2012. Vol. 42. Iss. 6. P. 1742–1751. https://doi.org/10.1109/TSMCC.2012.2218596.