Применение прогнозирующих моделей для управления напряжением и реактивной мощностью в реальном времени в сетях с ветроэнергетическими станциями

Вадим Игоревич Закутский; Магомед Гаджиевич Гаджиев; Владимир Николаевич Рябченко

Применение прогнозирующих моделей для управления напряжением и реактивной мощностью в реальном времени в сетях с ветроэнергетическими станциями

Вадим Игоревич Закутский, Магомед Гаджиевич Гаджиев, Владимир Николаевич Рябченко

Аннотация

Рассматривается применение системы управления напряжением и реактивной мощностью в сетях с ветроэнергетическими станциями (ВЭС) и средствами компенсации реактивной мощности (СКРМ) в режиме реального времени с использованием прогнозирующих моделей. Объект исследования -- электроэнергетическая система (ЭЭС) с динамическими моделями ВЭС и СКРМ. Сформулирована математическая модель системы управления и проведены расчёты на тестовой модели ЭЭС, демонстрирующие эффективность применения в темпе процесса. Показано, что при применении в системе управления двух режимов – нормального и корректирующего с прогнозирующими моделями – удаётся обеспечить более быстрое восстановление параметров режима ЭЭС в случае возникновения возмущений в сети, чем при отсутствии корректирующего управления.

https://doi.org/10.71841/ep.elst.2024.111.8.06

Ключевые слова

управление напряжением, возобновляемые источники энергии, СКРМ, СТАТКОМ, управление с прогнозирующими моделями, оптимальное распределение реактивной мощности.

Полный текст:

PDF

Литература

Информационный обзор рынка ВИЭ в России (октябрь – декабрь 2023г.) [Электронный ресурс] // rreda.ru: Ассоциация развития возобновляемой энергетики (АРВЭ). – (https://rreda.ru/products/quarterly-reviews/review-1552).

Папков, Б.В. Особенности управления объектами современной электроэнергетической системы [Текст] / Б.В. Папков, В.Л. Осокин, Д.Е. Дулепов, С.В. Осокин // Вестник НГИЭИ. – 2021. -- №7 (122).

Рубан, Н.Ю. Анализ влияния возобновляемых источников энергии с силовыми преобразователями на процессы в современных энергосистемах [Текст] / Н.Ю. Рубан, А.Б. Аскаров, М.В. Андреев, А.В. Киевец, В.Е. Рудник // Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управленияю – 2020. -- № 36.

Разживин, И.А. Оценка влияния ветроэлектростанций на изменение суммарной инерции электроэнергетической систем [Текст] / И.А. Разживин, Н.Ю. Рубан, В.Е. Рудник, А.С. Гусев // Вестник ИрГТУ. – 2021. -- № 2 (157).

Исмагилов, Ф.Р. Алгоритм управления микросетью с возобновляемыми источниками энергии с ю краткосрочного прогнозирования выработки СЭС [Текст] / Ф.Р. Исмагилов, И.Х. Хайруллин, В.Е. Вавилов, А.М. Якупов // Инновации и инвестиции. – 2018. -- № 4.

Елистратов, В.В. Оптимальные решения системы автоматического управления энергокомплексов средней мощности на основе возобновляемых источников энергии [Текст] / В.В. Елистратов // Силовое и энергетическое оборудование. Автономные системы. – 2019. -- № 2.

Шпенст, В.А. Повышение энергоэффективности автономного электротехнического комплекса с возобновляемыми источниками энергии на основании адаптивной регулировки режимов работы [Текст] / В.А. Шпенст, А.А. Бельский, Е.А. Орел // Записки Горного института. – 2023. -- № 261.

Закутский, В.И. К вопросу актуальности и необходимости автоматического координированного управления напряжением в магистральных сетях [Текст] / В.И. Закутский, М.Г. Гаджиев // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2020. -- № 6(63).

Закутский, В.И. Координированное управление напряжением и реактивной мощностью в сетях с ветроэнергетическими станциями [Текст] / В.И. Закутский, М.Г. Гаджиев // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2021. -- № 6(69).

Richalet, J. Model predictive heuristic control: Applications to industrial processes [Text] / J. Richalet, A. Rault, J.L. Testud, J. Papon // Automatica. – 1978. – Vol. 14, Is. 5. – P. 413 -- 428.

Cutler, C.R. Dynamic matrix control-a computer control algorithm [Text] / C.R. Cutler, B.C. Ramaker // Automatic Control Conference, 1980.

Bertsekas, D. P. Dynamic Progarmming and Optimal Control [Text] / D.P. Bertsekas // Athena Scientific, 3rd edition, 2000.

Красовский, А.А. Справочник по теории автоматического управления [Текст] / А.А. Красовский. – M.: Наука, 1987.

Мисриханов, М.Ш. Классические и новые методы анализа многомерных динамических систем [Текст] / М.Ш. Мисриханов. -- М.: Энергоатомиздат, 2004.

Мисриханов, М.Ш. Инвариантное управление многомерными системами: Алгебраический подход [Текст] / М.Ш. Мисриханов. -- М.: Наука, 2007.

Kouro, S. Model Predictive Control -- A Simple and Powerful Method to Control Power Converters [Text] / S. Kouro, P. Cortes, R. Vargas, U. Ammann, J. Rodriguez // Transactions on Industrial Electronics. – 2009. -- Vol. 56, No. 6. -- P. 1826 -- 1838.

Vazquez, S. Model Predictive Control: A Review of Its Applications in Power Electronics [Text] / S. Vazquez [et al.] // Industrial Electronics Magazine. 2014. -- Vol. 8, No. 1. – P. 16 -- 31.

Ouammi, A. Coordinated Model Predictive-Based Power Flows Control in a Cooperative Network of Smart Microgrids [Text] / A. Ouammi, H. Dagdougui, L. Dessaint and R. Sacile // Transactions on Smart Grid. – 2015. -- Vol. 6, No. 5. -- P. 2233 – 2244.

Kou, P. Stochastic Coordination of Plug-In Electric Vehicles and Wind Turbines in Microgrid: A Model Predictive Control Approach [Text] / P. Kou, D. Liang, L. Gao, F. Gao // Transactions on Smart Grid. – 2016. -- Vol. 7, No. 3. -- P. 1537 – 1551.

Zhao, H. Coordinated Voltage Control of a Wind Farm Based on Model Predictive Control [Text] / H. Zhao, Q. Wu, Q. Guo, H. Sun, S. Huang, Y. Xue // Transactions on Sustainable Energy. – 2016. -- Vol. 7, No. 4. -- P. 1440 – 1451.

Guo, Y. Enhanced Voltage Control of VSC-HVDC-Connected Offshore Wind Farms Based on Model Predictive Control [Text] / Y. Guo, H. Gao, Q. Wu, H. Zhao, J. // Transactions on Sustainable Energy. – 2018. -- Vol. 9, No. 1. -- P. 474 -- 487.

Camacho, E.F. Model Predictive Control [Text] / E.F. Camacho, C. Bordons. -- Springer publication, 2000.

Cole, S. Generalized Dynamic VSC MTDC Model for Power System Stability Studies [Text] / S. Cole, J. Beerten and R. Belmans // Transactions on Power Systems. – 2010. -- Vol. 25, No. 3. -- P. 1655 -- 1662.

Wu, Q. Modeling and Modern Control of Wind Power [Text] / Q. Wu, Y. Sun // Wiley-IEEE Press. – 2018. -- 280 p.

Opila, D.F. Wind farm reactive support and voltage control [Text] / D.F. Opila, A.M. Zeynu. I.A. Hiskens // IREP Symposium Bulk Power System Dynamics and Control-VIII (IREP)/ -- Rio de Janeiro, Brazil. – 2010. -- P. 1 -- 10.

Camm, E.H. Characteristics of wind turbine generators for wind power plants [Text] / E.H. Camm [et al.] // IEEE Power & Energy Society General Meeting. -- Calgary, AB, Canada. – 2009. -- P. 1 -- 5.

Beekmann, A. Wind energy converters with FACTS Capabilities for optimized integration of wind power into transmission and distribution systems [Text] / A. Beekmann, J. Marques, E. Quitmann, S. Wachtel // CIGRE/IEEE PES Joint Symposium Integration of Wide-Scale Renewable Resources Into the Power Delivery System. -- Calgary, AB, Canada. -- 2009.

Zimmerman, R.D. MATPOWER User’s Manual [Электронный ресурс] / R.D. Zimmerman, C. Murillo-Sanchez. – (https://matpower.org/doc/manuals/).

Aydin, O. Solving the Optimal Power Flow Quadratic Cost Functions using Vortex Search Algorithm [Text] / O. Aydin, S.S. Tezcan, I. Eke, M.C. Taplamacioglu // IFAC-PapersOnLine. – 2017. – Vol/ 50, Is. 1. – P. 239 -- 244.

Ghaddar, B. Optimal Power Flow as a Polynomial Optimization Problem [Text] / B. Ghaddar, J. Marecek, M. Mevissen // Transactions on Power Systems. – 2016. -- Vol. 31, No. 1. -- P. 539 -- 546.

Wang, H. On Computational Issues of Market-Based Optimal Power Flow [Text] / H. Wang, C. E. Murillo-Sánchez, R. D. Zimmerman, R. J. Thomas // Power Systems, IEEE Transactions. – 2007. -- Vol. 22, No. 3. -- P. 1185 -- 1193.

Zimmerman, R.D. MATPOWER Interior Point Solver (MIPS) User's Manual, Version 1.5. 2022. [Электронный ресурс] / R.D. Zimmerman, H. Wang. – (https://matpower.org/docs/MIPS-manual-1.5.pdf).

IEEE 9 Bus Transient Stability Analysis [Электронный ресурс]. – (https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/66018-ieee-9-bus-transient-stability-analysis?s_tid=srchtitle_support_results_4_ieee%209%20bus%20/).

WSCC 9-Bus System [Электронный ресурс]. – (https://harryskon.wordpress.com/2016/02/28/wscc-9-bus-system/).

Anderson, P.M. Power System Control and Stability [Text] / P.M. Anderson, A.A. // Fouad: 2nd ed. -- New York: IEEE Press, 2003.

Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies [Text] // IEEE, 2016.

Иванов, С.А. Схемно-режимные особенности работы ВЭС параллельно с мощной энергосистемой [Текст] / С.А. Иванов, А.А. Кузнецов, Г.А. Першиков, Ю.Г. Селезнёв // Известия НТЦ «Единая энергетическая система». – 2020. -- № 1(82). -- С. 95 -- 101.