Определение PV-кривых и пределов нагрузки шин электроэнергетических систем

Максим Иванович Данилов; Ирина Геннадьевна Романенко

Определение PV-кривых и пределов нагрузки шин электроэнергетических систем

Максим Иванович Данилов, Ирина Геннадьевна Романенко

Аннотация

Рукопись поступила в редакцию 7.05.2025, утверждена редколлегией в печать 16.09.2025.

Рассматривается задача вычисления пределов нагрузки шин (узлов) электроэнергетической системы при неизменной температуре проводов. Проведён анализ существующих подходов, методов и алгоритмов, применяемых при решении указанной задачи. Отмечаются работы и соответствующие методы, с помощью которых удаётся определить PV-кривые, проходящие через точку предельной нагрузки узлов энергосистемы, и получить решения из области неустойчивых состояний. Предлагается новый подход вычисления PV-кривых энергосистем, в котором реализована принципиальная невозможность получить мощности узлов, превышающие предельно допустимые. Необходимые при этом расчёты не сложнее, чем при обычном решении уравнений установившихся состояний потока мощности линий. Предлагаемый подход продемонстрирован на примере двух стандартных тестовых 5- и 30-узловой схем энергосистем IEEE с учётом ограничения реактивной мощности генераторов PV-типа. Полученные результаты полезны для создания принципиально новых методов расчёта предельных нагрузок установившихся режимов с учётом влияния температуры проводов линий электропередачи, которые необходимы системным операторам для обеспечения надёжности и безопасности работы энергосистемы.

DOI: 10.71841/EP.elst.2025.1132.11.04

Ключевые слова

электроэнергетическая система, предельная нагрузка, статическая устойчивость, обеспечение надежности и безопасности

Полный текст:

PDF

Литература

Venikov, V.A. Estimation of electrical power system steady state stability in load flow calculations / V.A. Venikov, V.A. Stroev, V.I. Idelchik, V.I. Tarasov // IEEE Trans. Power App. Syst. -- 1975. -- Vol. 94, No. 3. -- P. 1034 -- 1041.3.

Sauer, P.W. Power system steady-state stability and the load-flow jacobian / P.W. Sauer, M.A. Pai // IEEE Transactions on Power Systems. -- 1990. -- Vol. 5, No. 4. -- P. 1374 -- 1383.

Ajjarapu, V. The continuation power flow: a tool for steady state voltage stability analysis / V. Ajjarapu, C. Christy // IEEE Transactions on Power Systems. -- 1992. -- Vol. 7, No. 1. -- P. 416 -- 423.

Alves, D.A. Continuation fast decoupled power flow with secant predictor / D.A. Alves, L.C.P. da Silva, C.A. Castro [et al.] // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2003. -- Vol. 18, No. 3. -- P. 1078 -- 1085.

Milano, F. An open-source power system analysis toolbox / F. Milano // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2005. -- Vol. 20, No. 3. -- P. 1199 -- 1206.

Ghiocel, G. A Power Flow Method Using a New Bus Type for Computing Steady-State Voltage Stability Margins / S.G. Ghiocel, J.H. Chow // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2014. -- Vol. 29, No. 2. -- P. 958 -- 965.

Su, H.-Y. Estimating the Voltage Stability Margin Using PMU Measurements / H.-Y. Su, C. -W. Liu // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2016. -- Vol. 31, No. 4. -- P. 3221 -- 3229.

Gómez-Expósito, A. Factorized Load Flow / A. Gómez-Expósito, C. Gómez-Quiles // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2013. -- Vol. 28, No. 4. -- P. 4607 -- 4614.

Gómez-Quiles, C. Computation of Maximum Loading Points via the Factored Load Flow / C. Gómez-Quiles, A. Gómez-Expósito, W. Vargas // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2016. -- Vol. 31, No. 5. -- P. 4128 -- 4134.

Ayuev, B.I. Fast and Reliable Method of Searching Power System Marginal States / B.I. Ayuev, V.V. Davydov, P.M. Erokhin // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2016. -- Vol. 31, No. 6. -- P. 4525 -- 4533.

Ayuev, B.I. Models of Closest Marginal States of Power Systems in p-Norms / B.I. Ayuev, V.V. Davydov, P.M. Erokhin // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2018. -- Vol. 33, No. 2. -- P. 1195 -- 1208.

Trias, A. The holomorphic embedding load flow method. In: Power and energy society general meeting. -- 2012. -- IEEE, San Diego, California. -- P. 1 -- 8.

Trias, A. The Holomorphic Embedding Loadflow Method for DC Power Systems and Nonlinear DC Circuits / A. Trias, J.L. Marín // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. -- 2016. -- Vol. 63, No. 2. -- P. 322 -- 333.

Liu, C. Online Voltage Stability Assessment for Load Areas Based on the Holomorphic Embedding Method / C. Liu, B. Wang, F. Hu [et al.] // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2018. -- Vol. 33, No. 4. -- P. 3720 -- 3734.

Wang, B. Multi-stage holomorphic embedding method for calculating the power-voltage curve / B. Wang, C. Liu, K. Sun // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2018. -- Vol. 33, No. 1. -- P. 1127 -- 1129.

Zhang, W. A Novel FFHE-Inspired Method for Large Power System Static Stability Computation / W. Zhang, T. Wang, H.D. Chiang // IEEE Transactions on Power Systems. -- 2022. -- Vol. 37, No. 1. -- P. 726 -- 737.

Грязина, Е.Н. Исследование допустимых и предельных режимов работы энергетических систем / Е.Н. Грязина, Д.Ю. Балуев // Автоматика и телемеханика. -- 2024. -- № 5. -- С. 112 -- 128.

Ali, M. Transversality enforced Newton-Raphson algorithm for fast calculation of maximum loadability / M. Ali, A. Dymarsky, K. Turitsyn // IET Generation, Transmission & Distribution. -- 2018. -- Vol. 12, No. 8. -- P. 1729 -- 1737.

Ali, M. Calculating voltage feasibility boundaries for power system security assessment / M. Ali, E. Gryazina, A. Dymarsky [et al.] // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. -- 2023. -- Vol. 146, 108739.

Шаров, Ю.В. О развитии методов анализа статической устойчивости электроэнергетических систем / Ю.В. Шаров // Электричество. -- 2017. -- № 1. -- С. 12 -- 18.

Легкоконец, П.В. Об анализе пределов по апериодической устойчивости электроэнергетических систем / П. В. Легкоконец // Электричество. -- 2017. -- № 1. -- С. 18 -- 21.

Воропай, Н.И. Спектральный и модальный методы в исследованиях устойчивости электроэнергетических систем и управлении ими / Н.И. Воропай, И.И. Голуб, Д.Н. Ефимов [и др.] // Автоматика и телемеханика. -- 2020. -- № 10. -- С. 3 -- 34.

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

Исаев, Ю.Н. Голоморфное погружение как метод расчета установившихся режимов электрических сетей нефтяных и газовых месторождений и оценки их устойчивости / Ю.Н. Исаев, Д.А. Кабалин, А.А. Филипас // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. -- 2021. -- Т. 332, № 2. -- С. 214 -- 228.

Булатов, Ю.Н. Оперативное определение запасов статической устойчивости в системах электроснабжения с установками распределенной генерации / Ю.Н. Булатов, А.В. Крюков, К.В. Суслов [и др.] // Вестник Иркутского государственного технического университета. -- 2021. -- Т. 25, № 1(156). -- С. 31 -- 43.

Обоскалов, В.П. Определение предела мощности, передаваемой по линии электропередачи, при оценке балансовой надежности электроэнергетических систем / В.П. Обоскалов, А.А. Герасименко // Электричество. -- 2023. -- № 7. -- С. 6 -- 19.

Данилов, М.И. Об определении границы области, предшествующей предельным установившимся режимам электроэнергетических систем, методом анализа тропической геометрии уравнений балансов мощности / М.И. Данилов, И.Г. Романенко // Автоматика и телемеханика. -- 2024. -- № 1. -- С. 95 -- 109.

Шепелев, А.О. Анализ влияния климатических факторов на допустимые перетоки активной мощности в энергосистемах / А.О. Шепелев // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. -- 2024. -- Т. 67, № 1. -- С. 105 -- 114.

Паздерин, А.В. Метод поиска предельного режима в заданном контролируемом сечении с применением потоковой модели / А.В. Паздерин, П.Ю. Банных, П. И. Бартоломей [и др.] // Электричество. -- 2024. -- № 12. -- С. 49 -- 57.

Гиршин, С.С. Уточненный анализ предельных режимов воздушных линий электропередачи / С.С. Гиршин, В.А. Деев, Е.В. Петрова [и др.] // Омский научный вестник. -- 2024. -- № 4(192). -- С. 83 -- 90.

Осипов, Д.С. Уточненный метод расчета установившихся режимов с учетом тепловых режимов элементов для анализа устойчивости энергосистем / Д.С. Осипов, В.А. Ткаченко, А.О. Шепелев [и др.] // Электротехнические системы и комплексы. -- 2025. -- № 1(66). -- С. 4 -- 9.

Данилов, М.И. Определение потоков мощности и температуры проводов электрической сети установившегося состояния энергосистемы / М.И. Данилов, И.Г. Романенко // Электрические станции. -- 2022. -- № 7(1092). -- С. 25 -- 37.

Данилов, М.И. Математический метод контроля теплового состояния проводов воздушных линий питающих сетей / М.И. Данилов, И.Г. Романенко // Электрические станции. -- 2024. -- № 7(1116). -- С. 11 -- 19.

Power Systems Test Case Archive. [Электронный ресурс]. -- URL: http://www.ee.washington.edu/research/pstca/.

Данилов, М.И. Сравнительный анализ предельной точности расчётов установившихся режимов электрических энергосистем современными вычислительными комплексами / М.И. Данилов, И.Г. Романенко, Т.Ф. Морозова [и др.] // Электрические станции. -- 2024. -- № 3(1112). -- С. 38 -- 45.