Определение потоков мощности и температуры проводов электрической сети установившегося состояния энергосистемы

Максим Иванович Данилов; Ирина Геннадьевна Романенко

doi:10.34831/EP.2022.1092.7.005

Определение потоков мощности и температуры проводов электрической сети установившегося состояния энергосистемы

Максим Иванович Данилов, Ирина Геннадьевна Романенко

Аннотация

Рассматривается задача расчёта потоков мощности и температуры проводов питающей электрической сети при установившемся режиме энергосистемы. Считаются известными топология и параметры сети, потребление и производство электроэнергии, а также погодные факторы, воздействующие на линии электропередачи: температура окружающей среды, солнечная радиация, направление и скорость ветра. Проведён анализ предложенных ранее алгоритмов решения указанной задачи, основанных на учёте температурной зависимости активных сопротивлений линий. Показаны недостатки этих алгоритмов и предложен новый метод расчёта напряжений узлов, характеризующих активные сопротивления и температуру проводов линий, и потоков мощности в установившемся состоянии энергосистемы. Предлагаемый подход основан на учёте влияния напряжений узлов на активные сопротивления проводов и токи линий сети. Вычислительными экспериментами демонстрируется корректность предлагаемых расчётных выражений. Приведены результаты сравнения с расчётными данными, полученными по рассмотренным ранее алгоритмам. Предложенный метод можно использовать для оценки влияния погодных факторов на параметры установившегося режима, которые необходимы системным операторам при анализе текущих и перспективных схем развития электрических сетей, в том числе с учётом использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и распределённых генерирующих объектов.

Ключевые слова

электрическая сеть, расчёт установившегося режима, температура, провода, погодные воздействия, уравнения теплового баланса

Полный текст:

PDF

Литература

Karimi, M. Application of Newton-Based Load Flow Methods for Determining Steady-State Condition of Well and Ill-Conditioned Power Systems: A Review [Text] / M. Karimi, A. Shahriari, M.R. Aghamohammadi [et al.] // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. – 2019. – Vol. 113. – P. 298 -- 309.

Venikov, V.A. Estimation of electrical power system steady state stability in load flow calculations [Text] / V.A. Venikov, V.A. Stroev, V.I. Idelchik, V.I. Tarasov // IEEE Trans. on PAS. – 1975. – Vol. 94, No. 3. – P. 1034 -- 1041.

Ayuev, B.I. Fast and reliable method of searching power system marginal states [Text] / B.I. Ayuev, V.V. Davydov, P.M. Erokhin // IEEE Transactions on Power Systems. – 2016. -- Vol. 31, No. 6. – P. 4525 -- 4533.

Rahman, M. Temperature-dependent system level analysis of electric power transmission systems [Text]: A review / M. Rahman, F. Atchison, V. Cecchi // Electric Power Systems Research. – 2021. – Vol. 193,107033. – (doi: 10.1016/j.epsr.2021.107033).

Frank, S. Temperature-dependent power flow [Text] / S. Frank, J. Sexauer, S. Mohagheghi // IEEE Transactions on Power Systems. – 2013. – Vol. 28, No. 4. – P. 4007 -- 4018. – (doi: 10.1109/TPWRS.2013.2266409).

Rahman, M. Power handling capabilities of transmission systems using a temperature-dependent power flow [Text] / M. Rahman, V. Cecchi, K. Miu // Electric Power Systems Research. – 2019. – Vol. 169. – P. 241 -- 249. – (doi: 10.1016/j.epsr.2018.12.021).

IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature Relationship of Bare Overhead Conductors [Text]: IEEE Std 738-2012 (Revision of IEEE Std 738-2006 - Incorporates IEEE Std 738-2012 Cor 1-2013). -- Dec. 2013.

Ahmed, A. Weather-Dependent Power Flow Algorithm for Accurate Power System Analysis under Variable Weather Conditions [Text] / A. Ahmed, F.J.S. McFadden, R. Rayudu // IEEE Transactions on Power Systems. – 2019. – Vol. 34, No. 4, – P. 2719 -- 2729.

Voitov, O. Algorithms for Consid-ering the Temperature of Overhead Conductors in the Calculation of Steady States of an Electrical Network [Text] / O. Voitov, E. Popova, L. Semenova // Energy Systems Research. – 2019. – Vol. 2, No. 2 (6). – P. 19 -- 27.

Balametov, A.B. Simulation of Electric Net-works Modes Using Steady-State and Heat Balance Equations [Text] / A.B. Balametov, E.D. Halilov // Enеrgеtika. Proс. СIS Higher Educ. Inst. аnd Power Eng. Assoc. – 2020. – Vol. 63 (1). – P. 66 – 80. –(https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-1-66-80).

Girshin, S.S. Development of Improved Methods for Calculating Steady States of Power Systems Taking into Account the Temperature Dependence of the Resistances of the Overhead Transmission Lines [Text] / S.S. Girshin, A.O. Shepelev // Power Technology and Engineering. – 2020. – Vol. 54, No. 2. – P. 232 -- 241. – (https://doi.org/10.1007/s10749-020-01196-w).

Prusty, B.R. A sensitivity matrix-based temperature-augmented probabilistic load flow study [Text] / B.R. Prusty, D. Jena // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2017. – Vol. 53, No. 3. – P. 2506 -- 2516.

Pompodakis, E.E. A Three-Phase Weather-Dependent Power Flow Approach for 4-Wire Multi-Grounded Unbalanced Microgrids with Bare Overhead Conductors [Text] / E.E. Pompodakis, A. Ahmed, M.C. Alexiadis // IEEE Transactions on Power Systems. – 2021. – Vol. 36, No. 3. – P. 2293 -- 2303.

Wang, M. Contingency Analysis Considering the Transient Thermal Behavior of Overhead Transmission Lines [Text] / M. Wang, M. Yang, J. Wang [et al.] // IEEE Transactions on Power Systems. – 2018. – Vol. 33, No. 5. – P. 4982 -- 4993. – (doi: 10.1109/TPWRS.2018.2812826).

Talpur, S. Non-steady state electro-thermally coupled weather-dependent power flow technique for a geographically-traversed overhead-line capacity improvement [Text] / S. Talpur, T.T. Lie, R. Zamora // Electric Power Systems Research. – 2019. – Vol. 177,106017.

Zhou, S. Time-Process Power Flow Calculation Considering Thermal Behavior of Transmission Components [Text] / S. Zhou, M. Wang, J. Wang [et al.] // IEEE Transactions on Power Systems. – 2020. – Vol. 35, No. 6. – P. 4232 -- 4250.

Christakou, K. Voltage control in active distribution networks under uncertainty in the system model [Text]: A robust optimization approach / K. Christakou, M. Paolone, A. Abur // IEEE Transactions on Smart Grid. – 2018. – Vol. 9, No. 6. – P. 5631 -- 5642.

Ayuev, B.I. Models of closest marginal states of power systems in p-norms [Text] / B.I. Ayuev, V.V. Davydov, P.M. Erokhin // IEEE Transactions on Power Systems. – 2018. -- Vol. 33, No 2. – P. 1195 -- 1208.

Wang, C. SDP-Based Optimal Power Flow with Steady-State Voltage Stability Constraints [Text] / C. Wang, B. Cui, Z. Wang [et al.] // IEEE Transactions on Smart Grid. – 2019. – Vol. 10, No. 4. – P. 4637 -- 4647.

Matveev, A.S. Tool for Analysis of Existence of Equilibria and Voltage Stability in Power Systems with Constant Power Loads [Text] / A.S. Matveev, J.E. MacHado, R. Ortega [et al.] // IEEE Transactions on Automatic Control. – 2020. – Vol. 65, No. 11. – P. 4726 -- 4740.

Данилов, М.И. К проблеме определения векторов тока и напряжения в распределительной сети по данным АИИС КУЭ [Текст] / М.И. Данилов, И.Г. Романенко // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2019. – Т. 19, № 4. – С. 87 -- 94. – (doi: 10.14529/power190410).

Liu, Y. Bounding Regression Errors in Data-Driven Power Grid Steady-State Models [Text] / Y. Liu, B. Xu, A. Botterud [et al.] // IEEE Transactions on Power Systems. – 2021. – Vol. 36, No. 2. – P. 1023 -- 1033.

Kulikov, A.L. Еhe Wald sequential analysis procedure as a means of guaranteeing a high automatic under-frequency load-shedding response rate at deviations of unified power quality indices [Text] / A.L. Kulikov, A.A. Loskutov, A.A. Sevost'yanov [et al.] // Power Technology and Engineering. – 2021. – Vol. 55, No 3. – P. 467 -- 475.

Воротницкий, В.Э. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в распределительных электрических сетях нового технологического уклада [Текст] / В.Э. Воротницкий // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2021. -- № 4 (67). – С. 88 -- 96.

Туркина, О. Информационная система расчёта вероятностной модели незаконного энергопотребления [Текст] / О. Туркина, И. Волтов, Д. Иванов [и др.] // Энергетическая политика. – 2021. -- № 11 (165). – С. 56 -- 65.

Данилов, М.И. К проблеме определения параметров распределительной сети по данным АИИС КУЭ [Текст] / М.И. Данилов, И.Г. Романенко // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2020. – Т. 20, № 2. – С. 5 -- 14. – (doi: 10.14529/power200201).

Данилов, М.И. Метод идентификации одиночных утечек тока в фазах распределительной сети, контролируемой автоматизированной системой учёта [Текст] / М.И. Данилов, И.Г. Романенко // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2021. – Т. 21, № 2. – C. 41 -- 52. – (doi: 10.14529/power210205).

Данилов, М.И. О выявлении и расчёте потерь электроэнергии автоматизированными системами учёта распределительных сетей при несанкционированных потреблениях [Текст] / М.И. Данилов // Электричество. – 2021. – № 6. – C. 51 -- 61. – (doi: 10.24160/0013-5380-2021-6-51-61).

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2022.1092.7.005