Умные технологии и решения для будущих устойчивых и надежных энергетических систем

Цель исследования – провести анализ актуальных проблем и методов, предлагаемых для решения задач проектирования, эксплуатации и планирования развития будущих устойчивых электроэнергетических систем с учетом интеграции возобновляемых источников энергии, объединения тепловых и газовых сетей с использованием высокоскоростных каналов связи. Излагается авторский метод обеспечения устойчивости системы и защиты целостности электроэнергетических систем. Для обеспечения устойчивой работы будущих электроэнергетических систем предлагается использовать методы многоуровневой оптимизации и управления цифровыми энергосистемами, технологии интеллектуальных сетей и методы обработки векторных измерений на основе кибербезопасных каналов связи. Установлено, что предложенные схемы позволяют обеспечить устойчивость системы и защитить ее целостность. С целью демонстрации эффективности таких подходов приведен пример решения задачи предотвращения веерных отключений энергосистемы путем целенаправленного разделения/изоляции системы на основе авторского двухэтапного алгоритма управляемой изоляции. Показано, что для решения поставленных задач современной электроэнергетики является эффективным использование новых телекоммуникационных технологий, средств обеспечения ситуационной осведомленности и схемы защиты целостности систем, основанных на современных методах исследования операций и искусственного интеллекта. Предложенный авторами метод многокритериальной оптимизации использует минимизацию целевой функции нарушения перетока мощности и учитывает ограничения на согласованность работы генераторов. Метод был протестирован на тестовой схеме IEEE, состоящей из 118 узлов. Тестовые расчеты подтвердили, что метод позволяет обеспечивать минимальный дисбаланс мощности и минимальное нарушение перетоков мощности. Таким образом, результаты работы открывают новые возможности для улучшения мониторинга и защиты будущих устойчивых электроэнергетических систем, в том числе с учетом интеграции возобновляемых источников энергии, тепловых и газовых сетей.

1. Marvin A. Konzeptionierung und erprobung von dezentralen frequenzhaltungsmaßnahmen und leistungsflussorientierten lastabwurfverfahren im verteilnetz. Eldorado - Repositorium der TU Dortmund. 2021. http://doi.org/10.17877/DE290R-22255.

2. Bendong T., Zhao Junbo, Netto M., Krishnan V., Terzija V., Zhang Yingchen. Power system inertia estimation: Review of methods and the impacts of converter-interfaced generations. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2022;134:107362. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107362.

3. Ritchie H., Roser M., Rosado P. Renewable energy sources are growing quickly and will play a vital role in tackling climate change. Renewable Energy. Available from: https://ourworldindata.org/renewable-energy [Accessed 29th September 2023].

4. Zhao Junbo, Tang Yi, Terzija V. Robust online estimation of power system center of inertia frequency. IEEE Transactions on Power Systems. 2018;34(1):821-825. http://doi.org/10.1109/TPWRS.2018.2879782.

5. Sun M., Feng Y., Wall P., Azizi S., Yu J., Terzija V. On-line power system inertia calculation using wide area measurements. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2019;109:325-331. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2019.02.013.

6. Taylor P.C., Abeysekera M., Bian Y., Ćetenović D., Deakin M., Ehsan A., et al. An interdisciplinary research perspective on the future of multi-vector energy networks. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2022;135:107492. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107492.

7. Stankovic A. The definition and quantification of resilience. IEEE PES. Power & Energy Society. 2018. Available from: https://grouper.ieee.org/groups/transformers/subcommittees/distr/C57.167/F18-Definition&QuantificationOfResilience.pdf [Accessed 29th September 2023].

8. Panteli M., Mancarella P. The grid: stronger, bigger, smarter?: presenting a conceptual framework of power system resilience. IEEE Power and Energy Magazine. 2015;13(3):58-66. https://doi.org/10.1109/MPE.2015.2397334.

9. Bie Zhaohong, Lin Yanling, Li Gengfeng, Li Furong. Battling the extreme: а study on the power system resilience. Proceedings of the IEEE. 2017;105(7):1253-1266. https://doi.org/10.1109/JPROC.2017.2679040.

10. Wang Jiawei, Pinson P., Chatzivasileiadis S., Panteli M., Strbac G., Terzija V. On machine learning-based techniques for future sustainable and resilient energy systems. IEEE Transactions on Sustainable Energy. 2022;14(2):12301243. https://doi.org/10.1109/TSTE.2022.3194728.

11. Mohapatra P. Fitness project final report, network innovation and competition scheme, Ofgem. Future Intelligent Transmission NEtwork SubStation. 2015. Available from: https://www.ofgem.gov.uk/sites/default/files/docs/fitness_submission.pdf [Accessed 30th September 2023].

12. Clark S., Wilson D., Al-Ashwal N., Macleod F., Mohapatra P., Yu James, et al. Addressing emerging network management needs with enhanced WAMS in the GB VISOR project. In: Power Systems Computation Conference. 2016. https://doi.org/10.1109/PSCC.2016.7540948.

13. Wall P., Shams N., Terzija V., Hamidi V., Grant C., Wilson D., et al. Smart frequency control for the future GB power system. In: IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe. 2016. https://doi.org/10.1109/ISGTEurope.2016.7856265.

14. Terzija V., Valverde G., Cai D., Regulski P., Madani V. Fitch Jo., et al. Wide-area monitoring, protection, and control of future electric power networks. In: Proceedings of the IEEE. 2010;99(1):80-93. https://doi.org/10.1109/JPROC.2010.2060450.

15. Terzija V. Adaptive underfrequency load shedding based on the magnitude of the disturbance estimation. IEEE Transactions on Power Systems. 2006;21(3):1260-1266. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2006.879315.

16. Ding Lei, Gonzalez-Longatt F.M., Wall P., Terzija V. Two-step spectral clustering controlled islanding algorithm. IEEE Transactions on Power Systems. 2013;28(1):75-84. https://doi.org/10.1109/tpwrs.2012.2197640.

17. Dragosavac Ja., Janda Z., Milanovic Jо.V., Arnautovic D., Radojicic B. On-line estimation of available generator reactive power for network voltage support. In: 8th Mediterranean Conference on Power Generation, Transmission, Distribution and Energy Conversion. 2012. https://doi.org/10.1049/cp.2012.2014.

18. Azizipanah-Abarghooee R., Terzija V., Golestaneh F., Roosta A. Multiobjective dynamic optimal power flow considering fuzzy-based smart utilization of mobile electric vehicles. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2016;12(2):503-514. https://doi.org/10.1109/TII.2016.2518484.

19. Li Changgang, Zhang Yaping, Zhang Hengxu, Wu Qiuwei, Terzija V. Measurement-based transmission line parameter estimation with adaptive data selection scheme. IEEE Transactions on Smart Grid. 2017;9(6):57645773. https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2696619.

20. Shair Ja., Xie Xiaorong, Li Yunhong, Terzija V. Hardware-in-the-loop and field validation of a rotor-side subsynchronous damping controller for a series compensated DFIG system. IEEE Transactions on Power Delivery. 2020;36(2):698-709. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2020.2989475.

21. Ding Lei, Guo Yichen, Wall P., Sun Kai, Terzija V. Identifying the timing of controlled islanding using a controlling UEP based method. IEEE Transactions on Power Systems. 2018;33(6):5913-5922. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2018.2842709.

22. Ding Lei, Ma Zhenbin, Wall P., Terzija V. Graph spectra based controlled islanding for low inertia power systems. IEEE Transactions on Power Delivery. 2016;32(1):302-309. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2016.2582519.