ISSN 1991-346X Series physico-mathematical. 3. 2020 N E W S
OF T H E N A T IO N A L A C A D E M Y OF SCIEN C ES OF TH E R EPU B LIC OF K A ZA K H STA N P H Y S IC O -M A T H E M A T IC A L S E R IE S
ISSN 1991-346Х h ttp s://do i.o rg /1 0.3 201 4/20 20 .25 18 -17 26 .46
V olum e 3, N um ber 331 (2020), 135 - 141 УДК 528, 681.5.01, 621.316
МРНТИ: 20.23.27; 27.37.17; 44.29.29
D.V . P a n y u k o v a 1, A .B. K a ir a n b a y e v a 2, G .B . N u rp e isso v a 3, K .V . P a n y u k o v 4 1The Satbaev University, Almaty, Kazakhstan;
2Institute of the Ionosphere, National Center for Space Research and Technology, Almaty, Kazakhstan;
3The Caspian University, Almaty, Kazakhstan;
4The ITMO University, Saint Petersburg, Russia.
E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]
SMART GRIDS WITH GIS TECHNOLOGY
A bstract. Nowadays republican grid in Kazakhstan is regulated to have automated electric power accounting system for every energy supplying entity. However, with wide implementation of units on renewable energy sources (RES), especially in private sector, such measures will not be enough. World scientific community propose a number of methods to modernize grids on national or regional level. One of them is to transit from AC power transmission system to DC power transmission system. It leads to easier connection of plant on RES to the grid and cost- effectiveness in power transmission per each kilometer. Other modern approach is real-time digital simulation. Such simulation gives information on grid’s functioning after emergency switching to plan all necessary balancing measures. Next modernization step is in use of phasor measurement units in real-time monitoring for each element of the grid. All of previously specified methods can be developed into GIS on electric power supplement, consumption and transmission. A decentralization on the GIS basis can be implemented to the grid to minimize control delay for the whole system. Authors propose an optimization task for decentralized smart grid on the GIS basis. Such approach allows minimizing reaction time on emergency and power balancing. In addition, it gives opportunity for proper planning of future power construction.
Key words: smart grid, GIS, decentralization, optimization task, real-time digital simulation, HVDC.
In tro d u c tio n . The K egoc as a m ain regulatory authority in the K azakhstan stated th at every pow er suppling organizations have to im plem ent autom ated electric p ow er accounting system before connecting to the grid [1]. It becam e obligatory as a m ain instrum ent to support real-tim e capacity balancing in the electricity m arket. To the date, such balancing is a difficult bu t feasible task, as m ost p ow er generating facilities operate at the republican or regional level and are stations on traditional fuel o r H PP (plants w ith high production predictivity). K azakhstan governm ent w ants to support the w orldw ide ecological trend to sw itch at least partly pow er production in the republic to renew able energy sources (RES). W hile w ith the active im plem entation o f generating stations on RES, the issue o f balancing the energy m arket is becom ing m ore and m ore com plicated by the stochastic nature o f th eir production. E ven greater difficulties w ill arise i f plants on RES w ill be m ostly low -pow ered and privately ow ned [2]. So, new m odernization approaches should be considered.
S m a rt g rid a p p ro a c h e s . In the w orld, a num ber o f approaches for m odernization o f state-scale energy system s are proposed. One o f them is the transition from A C transm ission system s to DC transm ission system s [3-5]. Such transition allow s connecting sources on RES w ith m inim al com plex o f converting equipm ent. W hile now a sm all private pow er system w ith RES plants and accum ulators has to include inverters to convert pow er into A C form before supplying it into a central grid. Furtherm ore, high- voltage D C pow er transm ission system s (H V D C ) transm it electric p ow er over long distances w ith less cost and loss than A C transm ission lines. The difference in transm ission co st m akes possible even extra continental connection o f the grids. Transm ission so long could provide a possibility to balance stations on
RES by them selves w ith a change o f w eather w orldw ide. A nother advantage is in absents o f phases. It gives the ability to connect national grids w ith different nom inal frequencies. A lso opens a possibility for pow er producers and consum ers w ork in one grid w ithout first balancing them by phase. The m ain difficulty in im plem enting such transm ission system s is the high cost o f D C -to-A C conversion equipm ent.
This requires significant capital costs. Especially w ith the w idespread use o f A C netw orks in our republic and in m any other countries o f the w orld. H ow ever w ith developm ent o f the technology equipm ent price is dropping.
F or both DC and A C netw orks, real-tim e sim ulation system s (RTD S) becom e the prim ary control tool [6-8] as tim e o f reaction is becom ing crucial in proper dispatching o f a grid. Such system s are actively im plem ented in em ergency autom ation, frequency and voltage control o f generation units, pow er electronic’s m anagem ent, pow er dispatching and g rid ’s real-tim e and system atic m anagem ent systems.
R TDS allow real-tim e assessm ent o f the consequences after connection or em ergency shutdow n o f one o f the phases. R eal-tim e sim ulation lies at the heart o f the optim al decision on balancing a pow er system at different levels. Large-scale real-tim e digital sim ulators o r LSR TD S provide an opportunity to investigate even the launch o f district-scale netw orks from a fully de-energized state. A t the sam e tim e by LSRTD S technique one tool by 0-3 kH z frequency is sufficient for observation o f a g ird ’s operation in the w hole spectrum o f frequencies.
One o f m onitoring tools for em ergency autom ation is P hasor M easurem ent U nit (PM U ) [8-10]. These units send real-tim e inform ation about the state o f pow er objects to data hubs for use in g rid ’s control centers. The inform ation from PM U s can be obtained in tw o w ays. B y one w ay, the PM U is physically connected through current and voltage am plifiers to controlled points o f a pow er grid. In second case, the values are obtained from the special interface boards. A nyhow the inform ation consist no t only electric param eters, bu t also th eir synchronization to exact tim e code. The obtained data can be used to m onitor and visualize the state o f the pow er netw ork in real tim e and sim ulate the behavior o f the netw ork by R TDS in case o f possible outages or connections. B esides R TD S, PM U s are increasingly im plem ented to the em ergency autom ation equipm ent. The difficulties o f im plem enting PM U are in the novelty o f technology, w hich m eans th at the principle o f w ork is proprietary and the level o f standardization is still low.
D e c e n tra liz e d s m a rt g rid s. The previously described technologies can also be used in the classic centralized p ow er grid, w hich rem ains relevant in the case o f large governm ent and corporate pow er generating stations. W hile the w idespread im plem entation o f RES plants leads to a large num ber o f potential suppliers o f electricity from the private sector. M oreover, the probabilistic nature o f such p lan ts’
generation increases the probability o f critical delays in decision-m aking even for real-tim e m onitoring system s in centralized dispatching. Therefore, in parallel w ith the m odernization o f m onitoring and m odelling system s, the scientific com m unity propose to use the principles o f g rid ’s decentralization [11, 12]. B eside shorter period o f the reaction, decentralization increases the robustness o f the system as the controlling functions are no t tied only to the dispatching center bu t are parceled out to the spot. Such control distribution ensures p roper functionality in a grid even w ith com m unication failure betw een dispatching center and end units o f the grids.
W hile in centralized system all controlling and balancing is provided in republican or regional centers in decentralized grids such problem s are solved on the spot. O nly i f there is som e p ow er undersupply or surplus the local grid requests balancing from the dispatching center above. H ow ever, it becom e actual only w ith w ide im plem entation o f sm all pow er plants n ear private costum ers to m inim ize transm ission loss o f the energy.
B iggest challenge for decentralization is in proper dispatching w hile it is irrational to have hum an dispatcher at the sm allest units o f the grid. H ence dispatching should be provided autom atically. A t the sam e tim e, autom ation o f any entity dem ands proper m athem atical description o f it’s functioning th at is econom ically im practical.
The authors propose to use H olon m ethod for decentralization o f a grid. This concept assum es that som e p art o f the system or subsystem nam ed as H olon has the sam e character and m athem atical
ISSN 1991-346X Series physico-mathematical. 3. 2020 description as a w hole system nam ed H olarchy [13]. Furtherm ore, even low er subdivision o f the H olon has the sam e description too. This approach allow s im plem enting the sam e m athem atical calculation and optim ization process for a g rid ’s unit at any level resulting in sam e controlling basis for w hole system.
First step then is in form ulization o f the optim ization task for the decentralized grid on any level.
M ain econom ical goal for a g rid ’s elem ent - H olon - is to im port less and export m ore pow er to the external parts o f the grid. It leads to optim ization task o f m inim ization o f upload from outside (negative value m eans H olon is supplying the system):
t
j Pc ( t ) d t ^ m in , (1)
о or fo r discrete representation
^ m i n , (2)
w here Pc is the pow er uploaded from outside o f a H olon, t and T is a considered period in continuous and discrete form.
R equired pow er can be calculated as
Pc( t) = О Д + pb ( t) + Pt ( t , d ) - P s ( t) - C a Ua —dSoC (3)
w here P ;( t) is the sum o f pow er loads in a H olon, Pb ( t) is the sum o f pow er required for balancing, Pt (t, d ) is the sum o f pow er required fo r transm ission from supplying units to consum ers w ithin a H olon, Ps ( t) is the sum o f pow er generation, Ca , Ua and SoC are capacity, voltage and state o f charge o f accum ulators in a H olon, t is tim e, d is transm ission distance betw een exact consum er and supplier.
O ptim ization o f (1) and (3) w ill lead to p rop er control for a grid or its part. Some parts o f optim ization task can be reduced to zero. F or a high-level H olons accum ulators are absent and w ill be considered zero as pow er balancing could be provided by slow ing dow n stations w ith controllable production. W hereas for low er level H olons loads o r supply could be m issing and becom e zero.
S m a rt g rid w ith G IS . In any case, pow er transm ission, m onitoring and m odelling system s require data visualization and recording fo r hum ans use. U sually it is done by superim pose g rid ’s param eters on geographical m aps according to plants and con sum ers’ placing. N evertheless, such visualization is n o t a fully valid geographic inform ation system (GIS), as it does n o t use any o f geographical param eters accept for visual understanding o f g rid ’s zoning. W hile zoning also is provided by adm inistrative principles but no t by geographical placing.
P roper G IS for pow er grids can provide several undeniable advantages. Firstly, such GIS can stim ulate the reasonable zoning o f the R epublican pow er system into subsystem s, taking into account the pow er generated and consum ed in specific geographical locations. M oreover, GIS inform ation also can becom e key factor for optim izing the loss o f electricity transm ission betw een the supplier and the consum er. E specially w ith im plem entation o f decentralization concept. In addition, connection o f m eteorological GIS to the G IS for pow er grids w ill help w ith stochastic character o f pow er production from RES plants. Finally, such GIS for pow er grids can help in planning the location fo r the construction and launch o f new pow er plants and infrastructure for pow er transm ission system s.
H istorically g rid ’s zoning in K azakhstan w as based on adm inistrative principles, as m ain pow er supplying stations are state or public owned. W ith im plem entation o f sm all pow er p lan t’s in private sector zoning enforced to be done on geographical principle. Even m ore, zoning have to be periodically reconsidered because o f new plugging o f consum ers o r supplier.
D ecentralization o f a grid w ill not decrease an im portance o f GIS for pow er grids rather the opposite as the division into H olons should be provided on basis o f placing and connection. Furtherm ore,
optim ization task (1) and (3) takes into account, am ong other things, the distance fo r pow er transm ission betw een the netw o rk ’s facilities obtained from the GIS o f the pow er grid. Such a distance is the length o f all pow er transm ission lines through w hich electricity m ust pass to the consum er, other th an the shortest distance betw een objects.
The m ain problem s w ith balancing o f a grid w ith R ES plants is in th eir alm ost unpredictable pow er production. The integration o f real tim e m eteorological inform ation gives possibility to predict w ith high accuracy pow er production from RES or pow er consum ption in short-term [14]. T herefrom G IS fo r pow er grids needs to include process and visualization o f m eteorological inform ation to control and dispatching system w ith RES plants as can be seen on picture. It includes tem perature, pressure, w ind speed at several heights, solar radiation.
B eside real-tim e controlling, GIS inform ation should be used for planning o f grids further m odernization. G eographical param eters and landscape, closeness to the costum ers should be considered as m ain factors for choice o f placing for every planned new p ow er plan t or station. A bove th at for RES plants w ind o r solar potential at the exact spot should be considered. A ll o f these param eters can be presented on real-tim e GIS fo r p ow er grid.
GIS for power grid with real-time wind data
C o n c lu sio n . A ll over the w orld pow er plants on RES are represented m ore and m ore n o t only on governm ental and regional level, bu t also in private sector. It challenges pow er g rid ’s control and dispatching w ith high level o f uncertainty.
R TD S w ith PM U can be used for sim ulation and real-tim e decision-m aking w ithin a grid. Transition from A C pow er transm ission to H V D C eases R ES p lan ts’ connection and decrease p ow er transm ission loss. D ecentralization o f a grid leads to faster dispatching, robustness o f a system and reduces pow er transm ission distances. In addition, it gives possibility to scale autom ation solutions w ith less research.
D escribed approaches can answ er to the problem s o f m odern pow er grids both in classical form w ith centralized dispatching and public pow er plants and as an advanced grid w ith decentralization and wide private RES im plem entation. W hile GIS for pow er grid w ill m ake it possible to understand w hat is happening in the grid, to respond quickly to em ergencies and phase im balances, as w ell as to plan further expansion o f the grid and construction o f new plants and infrastructure.
ISSN 1991-346X Series physico-mathematical. 3. 2020 Д.В. Панюкова1, А.Б. ^айранбаева2, Г.Б. Нурейсова3, К.В. Панюков4
'Ионосфера институты, ¥лттьщ гарыштык зерттеулер мен технологиялар орталыгы, Алматы, Казакстан;
2 Сэтбаев университетi, Алматы, Казакстан;
3Каспий когамдык университетi, Алматы, ^азакстан;
4 ИТМО университет^ Санкт-Петербург, Ресей
ГАЖ ТЕХНОЛОГИЯЛАРЫН ЦОЛДАНАТЫН ИНТЕЛЕКТУЛДЫ ЭНЕРГОЖYЙЕЛЕР
Аннотация. К^азакстанныц заманауи энергетикалык жYЙесiнде барлык энергиямен жабдыктаушы уйымдар Yшiн электр энергиясын коммерциялык есепке алудыц автоматтандырылган жYЙелерi болу мiндет. Бул электр энергиясыныц нарыгында накты уакыт режимiнде тепе-тецджт колдау Yшiн жасалады. БYгiнгi мундай тецдестару киын мiндет, бiрак колдан келедi, электр энергиясын eндiретiн кондыргылардыц кeпшiлiгi республикалык немесе аудандык децгейде жумыс iстейдi жэне дэстYрлi отынды немесе гидроэлектростанцияны пайдаланатын станциялар болып табылады (eндiрудiц болжамдылыгы жогары). Жацартылатын энергия кeздерiн (ЖЭК) пайдаланатын генераторлык станцияларды белсендi тYрде енпзу нэтижесiнде, олардыц eндiрiсiнiц стохастикалык сипатына байланысты энергия нарыгын тецдестiру мэселес кYрделене тYсуде. Егер ЖЭК генераторларыныц кeбi куаты тeмен жэне жеке меншж болса, одан да Yлкен киындыктар туындайды.
Элемде мемлекеттiк энергетикалык жуйелерщ жетiлдiрудiц бiркатар тэсiлдерi усынылган. Солардыц бiрi айнымалы токтыц берЫс жYЙесiнен туракты ток беру жуйесше ауысу. Бундайы eзгерiс жацартылатын энергия тездерше ец аз тYрлендiргiш куралдар жиынтыгымен косуга мумкiндiк бередi. Бiрак, ец бастысы, Yлкен кашыктыкка электр энергиясын жогары вольтты туракты ток жYЙелерiнмен (HVDC) берудiц куны мен шыгыны айнымалы ток желiлерiне караганда тeмен. Тагы бiр артыкшылыгы - электр энергиясын eндiрушiлер мен тутынушыларды оларды фазалык тYрде тецгерiмсiз косу мумкшдЫ. Бундай тарату жYЙелерiн юке асырудагы негiзгi киындык - туракты токты ауыспалы токка турлендiруге арналган жабдыктыц кымбаттыгы. Бiздiц республикада жэне элемнщ кeптеген елдерiнде айнымалы ток желiлерi кец колданылады, сондыктан бул айтарлыктай теп шыгынды кажет етеда.
Туракты жэне ауыспалы ток желiлерi Yшiн негiзгi баскару куралы накты уакыт режимшде имиталяциялау жYЙелерi (RTDS) болып табылады. Мундай жYЙелер тeтенше жагдайларды жэне жалпы энергия жYЙелерiн баскаруда белсендi енгiзiлуде. RTDS бiр фазаны косу немесе апаттык турде eшiру салдарын накты уакыт режимшде багалауга жэне эртурлi децгейдегi энергия жуйесiн тецгеру туралы ец жаксы шешiм кабылдауга мумкiндiк бередi. Сонымен катар, 0-3 кГц ж и т к л колдануга байланысты, бYкiл жиiлiк спектрiнде куат жYЙесiнiц жумысын бакылау Yшiн бiр курал жеткiлiктi. Накты уакыттагы аукымды цифрлык симмуляторлар немесе LSRTDS тшп аймактык масштабтагы желiлердi толыгымен энергиясыз кYЙден iске косуды зерттеуге мумкiндiк бередi.
Тeтенше жагдайларды автоматтандыруды бакылау куралдарыныц бiрi - синхрофазорлар (PMU). Бул курылгылар накты уакыт режимiнде энергетикалык кондыргылардыц жай-кYЙi туралы акпаратты энергетикалык диспетчерлiк орталыктарда пайдалану Yшiн деректердi жинактагыштарга жiбередi. Алынган мэлiметтер электр желiсiнiц куйiн накты уакыт режимшде бакылау мен визуализациялау Yшiн жэне токтап калу немесе косылу жагдайында желiнiц эрекетiн модельдеу Yшiн колданыла алады. PMU енгiзудегi киындыктар технологияныц жацалыгында, олардыц жумыс принцип «жабык», ал стандарттауы элi де тeмен децгейде.
К^алай болганда да, электр энергиясын беру жуйелерi де, мониторинг жэне модельдеу жYЙелерi географиялык акпараттык жYЙелер (ГАЖ) аркылы визуализацияны жэне есепке алуды кажет етеда. Бул белгiлi бiр географиялык жерлерде eндiрiлген жэне тутынылатын куаттарды ескере отырып, республиканыц энергетикалык жуйесiн к ^ жYЙелерге саналы турде аудандастыру Yшiн кажет. Сондай-ак, ГАЖ-дан жеткiзушi мен тутынушы арасындагы электр энергиясын берудеп шыгынды оцтайландыру мiндеттерi туралы акпаратты ескеру керек. Дегенмен, одан баска, электр желшерше арналган мундай ГАЖ жаца электр станциялары мен электр беру жYЙелерi Yшiн инфракурылымныц курылысын жэне iске косылуын жоспарлауга темектеседг
Бурын сипатталган технологияларды iрi мемлекетлк жэне корпоративтi электр станциялары жагдайында eзектi болып кала беретiн классикалык орталыктандырылган электр желiлерiнде колдануга болады. Ал жацартылатын энергия кондыргыларын кещнен енгiзу жеке сектордан электр энергиясын жетюзушшердщ кeбеюiне экеледi. Осындай кондыргылардыц дамуын ескере отырып, орталыктандырылган жоспарлау накты уакыт режимшде бакылау жYЙелерi \таш де шешiм кабылдау кезшдеп мацызды кешiгулердiц ыктималдыгын арттырады. Сондыктан гылыми кауымдастык мониторинг жэне модельдеу ж'\гйелерш жетiлдiрумен катар энергети желшерщ орталыксыздандыру кагидаттарын колдануды усынады.
Авторлар эртYрлi децгейдегi орталыктандырылмаган энергия ж ^ е ^ н Холон эдiсi негiзiнде оцтайландыру мэселесш тужырымдады. Сонымен катар, энергия жYЙесiнiц ГАЖ-ден алынган желiлiк нысандар арасындагы электр энергиясын беру кашыктыкты ескередг Бул кашыктык нукте-объектiлер арасындагы ец кыска кашыктык емес, электр куаты тутынушыга eтуi керек барлык электр желшершщ узындыгы.
Сипатталган тэсiлдердi ГАЖ колданатын эенргия жYЙесiмен колдану энергия желЫнде не болып жатканын толык тYсiну Yшiн, тетенше жагдайлар мен фазалык тенгерiмсiздiктерге жылдам амал жасау Yшiн, сондай-ак желiнi одан эрi кенейту жэне жана нысандар мен инфракурылым салуды дурыс жоспарлау Yшiн кажет.
Тушн сездер: интеллектуалды энергия жYЙелерi, ГАЖ, орталыксыздандыру, онтайландыру мэселесi, электр жYЙелерiн модельдеу, туракты ток беру жYЙелерi.
Д.В. Панюкова1, А.Б. Кайранбаева2, Г.Б. Нуреисова3, К.В. Панюков4 1Университет им.К.И. Сатпаев, Алматы, Казахстан;
2Институт ионосферы, Национальный центр космических исследований и технологий, Алматы, Казахстан;
3Каспийский университет, Алматы, Казахстан;
4Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ С ГИС-ТЕХНОЛОГИЯМИ
Аннотация. В современной энергосистеме Казахстана регламентировано наличие автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии для всех энергоснабжающих организаций. Это сделано для поддержки балансирования мощностей на рынке электроэнергии в режиме реального времени. На сегодняшний день такое балансирование - задача сложная, но выполнимая, т.к. большинство энергогенерирующих объектов работают на республиканском или районом уровне и представляют собой станции на традиционном топливе или ГЭС (с высокой предикативностью выработки). При активном внедрении генераторных станций на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ) вопрос балансирования энергорынка резко усложняется в связи со стохастическим характером их выработки. Еще большие затруднения возникнут если генераторы на ВИЭ будут по большей части маломощные и в частном владении.
В мире для энергосистем государственного масштаба предлагается ряд подходов для модернизации. Один из них - переход с систем передачи электроэнергии переменного тока на системы передачи постоянного тока. Такой переход позволяет подключать источники на ВИЭ с минимальным комплексом преобразующего оборудования.
Но, что более важно, себестоимость и потери передачи электроэнергии на большие расстояния по высоковольтным системам постоянного тока (HVDC) ниже, чем по линиям передач переменного тока. Еще одно их достоинство в возможности подключать производителей и потребителей электроэнергии без предварительного выравнивания их по фазе. Основной сложностью для внедрения подобных систем передачи является дороговизна оборудования для преобразования постоянного тока в переменный. А, учитывая, повсеместное использование сетей переменного тока в нашей республике и во многих других странах мира, это требует существенных капитальных затрат.
Для сетей как постоянного, так и переменного тока основным инструментом управления становятся системы моделирования в реальном времени (RTDS). Такие системы активно внедряются в противоаварийную автоматику и системы управления энергосетями. RTDS позволяют в реальном времени оценить последствия подключения или аварийного отключения одной из фаз и принять оптимальное решение по балансированию энергосистемы разного уровня. При этом за счет частотной характеристики 0-3 кГц достаточно одного инструмента для наблюдения за работой энергосистемы во всем спектре частот. Крупномасштабные цифровые симуляторы реального времени или LSRTDS дают возможность для исследования пуска даже сетей районного масштаба из полностью обесточенного состояния.
Одним из инструментов мониторинга для противоаварийной автоматики являются синхрофазоры (PMU). Эти устройства отправляют информацию в реальном режиме времени о состоянии энергообъектов в концентраторы данных для использования в диспетчерских центрах энергосетей. Полученные данные могут быть использованы для мониторинга и визуализации состояния энергосети в режиме реального времени и моделирования поведения сети при возможных отключениях или подключениях. Сложности внедрения PMU - в новизне технологии, а значит -
«закрытости» принципа работы и пока еще низком уровне стандартизации.
В любом случае как системы передачи электроэнергии, так и системы мониторинга и моделирования систем требуют визуализации и учета данных через геоинформационные системы (ГИС). Это необходимо для обоснованного зонирования республиканской энергосистемы на подсистемы, учитывая вырабатываемые и потребляемые мощности в конкретных географических локациях. Так же необходимо принимать в расчет информацию с ГИС для задач оптимизации потерь на передачу электроэнергии между поставщиком и потребителем. Но, кроме этого, такая ГИС для энергосетей может помочь в планировании местоположения постройки и запуска новых энергостанций и инфраструктуры для систем электропередач.
Ранее описанные технологии могут быть использованы и в классической централизованной энергосети, которая остается актуальной в случае больших государственных и корпоративных энергогенерирующих станций.
ISSN 1991-346X Series physico-mathematical. 3. 2020 Тогда как повсеместное внедрение установок на ВИЭ приводит к появлению большого числа потенциальных поставщиков электроэнергии из частного сектора. А, с учетом вероятностного характера выработки таких установок, централизованная диспетчеризация повышает вероятность критических задержек в принятии решений даже для систем мониторинга реального времени. Поэтому параллельно с модернизацией систем мониторинга и моделирования научным сообществом предлагается использовать принципы децентрализации энергосетей.
Авторами сформулирована задача оптимизации для децентрализованной энергосистемы разного уровня на основе метода Холонов. В ней учитывается в том числе и расстояние для передачи электроэнергии между объектами сети, получаемая из ГИС энергосистемы. Такое расстояние представляет собой не кратчайшее расстояние между точками-объектами, а длину всех линий электропередач, по которым электроэнергия должна пройти до потребителя.
Реализация описанных подходов с ГИС энергосистемы даст возможность полного понимания происходящего в сети, оперативного реагирования на аварийные ситуации и фазовые дисбалансы, а также обоснованного планирования дальнейшего расширения энергосети и постройки новых объектов и инфраструктуры.
Ключевые слова: интеллектуальные энергосистемы, ГИС, децентрализация, задача оптимизации, моделирование энергосистем, системы передачи постоянного тока.
Information about authors:
Panyukova Dina Vasilyevna - The Satbayev University, The department of Automation and control, PhD candidate, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-2567-5106;
Kairanbayeva Ainur Berikkalievna, Institute of the Ionosphere, National Center for Space Research and Technology, Scientific secretary, PhD, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-9827-4082;
Nurpeissova Gulnara Baibolovna, The Caspian University, Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-4642- 3829;
Panyukov Kerey Vasilyevich, The ITMO University, master’s student, [email protected], https://orcid.org/0000-0001- 5461-7872
REFERENCES
[1] Electric energy of Kazakhstan: key facts. https://www.kegoc.kz/ru/elektroenergetika/elektroenergetika-kazahstana- klyuchevye-fakty. By the date 25.12.2019
[2] Crijns-Graus W., Renewable Energy: Past Trends and Future Growth in 2 Degrees Scenarios, Energy Procedia, 2016, I. 100, pp 14-21.
[3] Abdulrahman A., Santiago B., Omar E., Grain A., Callum M. HVDC Transmission: Technology Review, Market Trends and Future Outlook. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 112, September 2019, Pages 530-554.
[4] Andreas V., Lejla H., Adelie B., Line R., Spyros Ch.. Chance-constrained AC optimal power flow integrating HVDC lines and controllability. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. Volume 116, March 2020.
[5] Ruslan U., Alexandr G., Ahmed A. Zaki D., Aleksey S., Nikolay R., Mikhail A., Alisher A., Vladimir R., Omer A., Ziad M. Ali, Ahmed I., Raef A., Analysis of application of back-to-back HVDC system in Tomsk electric power system. Energy Reports. Volume 6, November 2020, Pages 438-444
[6] Bing L., Haoran Zh., Shuning G., Shuju H., Digital real-time co-simulation platform of refined wind energy conversion system. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. Volume 117, May 2020.
[7] Dalmo C. Silva J., Janaina G. O., Pedro M. de Almeida, Cecilia B. Control of a multi-functional inverter in an AC microgrid - Real-time simulation with control hardware in the loop. Electric Power Systems Research Volume 172, July 2019, Pages 201-212
[8] Chen H, et all. Integration of RTDS with RPG Synchrophasor Applications and Analysis of Simulation Scenarios at Southern California Edison, North America Power Symposium (NAPS) 2012, 9 - 11 September 2012.
[9] Pietro T., David M., Mario L., Davide B., Daniele G., A Tuned Lightweight Estimation Algorithm for Low-Cost Phasor Measurement Units. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2018Volume: 67 , Issue: 5 , Р. 1047 - 1057.
[10] Rafiullah K., Kieran M., David L., Sakir S. Design and Implementation of Security Gateway for Synchrophasor Based Real-Time Control and Monitoring in Smart Grid. IEEE Access, 2017, Volume: 5, Р. 11626-11644.
[11] Coelho V.N., Cohen M.W., Coelho I.M., Liu N., Guimaraes F.G., Multi-agent systems applied for energy systems integration: State-of-the-art applications and trends in microgrids, Applied Energy, 2017, I. 187, pp 820-832.
[12] Abidi M.G., Smida M.B., Khalgui M., Li Zh., Wu N., Multi-agent oriented solution for forecasting-based control strategy with load priority of microgrids in an island mode - Case study: Tunisian petroleum platform. Electric Power Systems Research, 2017, I. 152, pp 411-423.
[13] Panyukova D., Holarchy theory for small-sized power grids // GEOLINKS International Conference on Geoscience. - Athens, Greece, 26-29 March 2019. Т.2. pp.123-131.
[14] Son H., Kim Ch., Short-term forecasting of electricity demand for the residential sector using weather and social variables, Resources, Conservation and Recycling, 2017, I. 123, pp 200-207.
