On the Influence of Organizational and Technical Measures on the Cascade Evolvement of Accidents in Electric Power Systems with Heterogeneous Parameters

  • Bulat М. GAYSIN
  • Il'dar Z. SHAHMAEV
  • Pavel V. ILYUSHIN
  • Mark A. RABINOVICH
Keywords: cascade emergency process, heterogeneous parameters, distribution network, distributed generation facility, FACTS device, EPS survivability

Abstract

The aim of the study is to assess the effect of various organizational and technical measures on the evolvement of emergency cascade processes in electric power systems (EPS) with heterogeneous parameters and to determine the limits of the maximum permissible operation modes. The article presents the results of electrical operation mode calculations in the test configurations of 6, 35, 110, and 500 kV EPS containing 25, 36 and 40 nodes, which illustrate the influence of heterogeneity of the EPS parameters on the evolvement of cascade emergency processes. An approach to taking into account the heterogeneity of EPS parameters in planning and maintaining the EPS operation modes is presented. To enhance the EPS survivability and reduce the risk of cascade emergency processes to occur and evolve, distributed generation facilities of different capacities and FACTS devices were used in the EPS. In addition, power flows were redistributed by changing the loading of existing power plants with different electricity generation costs. The proposed approach was used to analyze the evolvement of a cascade-type system accident that occurred in the EPS of the Republic of Bashkortostan. By using the developed approach, the possibility of cascade emergency processes to occur and evolve can be evaluated in planning and maintaining the EPC operation modes, as well as to develop EPS configuration and operation mode adjustment measures aimed at preventing such emergencies from occurring.

Author Biographies

Bulat М. GAYSIN

(Ufa State Petroleum Technological University, Ufa, Russia) – Docent of the Electrical Engineering and Electrical Equipment of Enterprises Dept., Cand. Sci. (Eng.)

Il'dar Z. SHAHMAEV

(Ufa State Aviation Technical University, Ufa, Russia) – Docent of the Electromechanics Dept., Cand. Sci. (Eng.).

Pavel V. ILYUSHIN

(Energy Research Institute of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia) – Head of the Center for Intelligent Electric Power Systems and Distributed Energy, Dr. Sci. (Eng.).

Mark A. RABINOVICH

(JSC "Scientific and Technical Center of Rosseti FGC UES», Moscow, Russia) – Chief Scientific Officer of the Information Dept., Dr. Sci. (Eng.)

References

1. Алексеев Б.А. Системные аварии и меры по их предупреждению. – Электрические станции, 2005, № 4, с. 78–83.
2. Кудрявый В.В. Системные причины аварий. – Гидротехническое строительство, 2013, № 2, с. 29–37.
3. Удинцев Д.Н., Хлебнов А.В., Лукомец В.А. Оценка влияния аварий в электроэнергетических системах на функционирование инфраструктуры. – Стратегическая стабильность, 2022, № 1 (98), с. 67–69.
4. Воропай Н.И., Ефимов Д.Н., Решетов В.И. Анализ механизма развития системных аварий в электроэнергетических системах. – Электричество, 2008, № 10, с. 12–24.
5. Рабинович М.А. и др. Цифровая модель для анализа системных аварий. – Энергия единой сети, 2020, № 2 (51), с. 24–41.
6. Осак А.Б. и др. Комплекс интеллектуальных средств раннего выявления и предотвращения возникновения системных аварий в энергообъединениях. – Автоматика и телемеханика, 2018, № 10, с. 6–25.
7. Ковалев В.Д., Ивакин В.Н. О системной аварии в электрических сетях центрального региона России 25 мая 2005 г. – Электричество, 2006, № 9, с. 52–56.
8. Воропай Н.И., Осак А.Б., Смирнов С.С. Анализ системной аварии 2016 г. в ЕЭС России, вызванной повреждением оборудования на Рефтинской ГРЭС. – Электричество, 2018, № 3, с. 27–32.
9. Воропай Н.И., Чулюкова М.В. Анализ развития системной аварии в ОЭС востока 1 августа 2017 г. –Электричество, 2018, № 5, с. 28–32.
10. Арутюнян Р.В. и др. Системный анализ причин и последствий аварии на АЭС «Фукусима-1». М.: Ин-т проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, 2018, 408 с.
11. Воропай Н.И. и др. Два энергетических коллапса – в штате Техас, США, и в Приморском крае, Россия. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2021, № 4 (67), с. 166–174.
12. Министерство энергетики РФ. Статистика по аварийным отключениям в ЭЭС РФ [Электрон. ресурс], URL: https://minenergo.gov.ru (дата обращения 20.01.2023).
13. Надежность систем энергетики и их оборудования: т.1. Справочник по общим моделям анализа и синтеза надежности систем энергетики / под ред. Ю.Н. Руденко. М.: Энергоиздат, 1994, 480 с.
14. Шахмаев И.З. О способах предотвращения каскадных процессов в энергосистемах. – Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета, 2009, т. 13, № 1, с. 176–179.
15. Живучесть систем энергетики: сб. статей. Иркутск: СЭИ, 1980, 197 с.
16. Гук Ю.Б., Карпов В.В. Модели и методы анализа живучести электроэнергетических систем и объединений. – Проблема обеспечения надежности работы энергосистем, 1981, с. 3–6.
17. Зейлидзон Е.Д. О некоторых закономерностях цепочечного развития аварий в энергосистемах. – Труды ВНИИЭ, 1978, вып. 55, с. 17–26.
18. Мотовилов А.И., Соловьев И.И. Предотвращение каскадных аварий при управлении энергосистемой. – Евразийский союз ученых, 2019, № 3-3(60), с. 27–31.
19. Системный оператор единой энергетической системы [Электрон. ресурс], URL: http://so-ups.ru (дата обращения 20.01.2023).
20. Илюшин П.В., Суханов О.А. Структура систем противоаварийного управления распределительными сетями крупных городов. – Электротехника, 2014, № 3, с. 14–19.
21. Руденко Ю.Н., Семенов В.А. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике. М.: МЭИ, 2000, 648 с.
22. Бурман А.П., Розанов Ю.К., Шакарян Ю.Г. Управление потоками электроэнергии и повышение эффективности электроэнергетических систем. М.: Издательский дом МЭИ, 2012, 336 с.
23. Шахмаев И.З., Гайсин Б.М. Методика выявления (распознания) аварийных каскадных процессов в электроэнергетических системах. – Вестник УГАТУ. Электротехника, 2018, т. 22, № 2 (80), с. 97–104.
24. Беляев А.Н. и др. Анализ развития крупных системных аварий. СПб: СПбГПУ, 2006, 72 с.
25. Герасимов А.С. и др. Исследование режимов Московской энергосистемы в процессе развития аварии в мае 2005 г. – Электричество, 2008, № 1, с. 2–12.
26. Ананичева С.С., Мызин А.Л. Методы анализа и расчета замкнутых электрических сетей. Екатеринбург: УрФУ, 2012, 94 с.
27. Войтов О.Н. и др. Анализ неоднородностей электроэнергетических систем. Новосибирск: Наука, 1999, 256 с.
28. Шахмаев И.З., Гайсин Б.М., Новиков Н.Л. Методика обнаружения каскадных процессов в электроэнергетических системах. – Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики, 2019, с. 342–351.
29. Гайсин Б.М., Шахмаев И.З. Исследование возможности возникновения каскадных процессов на имитационных моделях тестовых и реальной электроэнергетических систем. – Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики, 2020, с. 290–299.
30. Илюшин П.В. Особенности противоаварийного управления при аварийных дефицитах мощности в автономных энергосистемах. – Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2016, № 5, с. 2–11.
31. Гайсин Б.М., Шахмаев И.З., Новиков Н.Л. Экономическая эффективность устройств FACTS при повышении живучести электроэнергетических систем. – Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики, 2020, с. 191–200.
32. СТО 56947007-29.240.019-2009. Методика оценки технико-экономической эффективности применения устройств FACTS в ЕНЭС России. М., 2009, 35 с.
33. ОАО «Администратор торговой системы оптового рынка электроэнергии» [Электрон. ресурс], URL: https://www.bitfinance.ru/clients/oao-administrator-torgovoy-sistemy-optovogo-rynka-elektroenergii/?ysclid=lgs5guy81v217776611 (дата обращения 20.01.2023).
34. Приказ Минэнерго России от 08.02.2016 № 75 «Об утверждении укрупненных нормативов цены типовых технологических решений капитального строительства объектов электроэнергетики в части объектов электросетевого хозяйства».
35. Илюшин П.В. Анализ влияния распределённой генерации на алгоритмы работы и параметры настройки устройств автоматики энергосистем. – Энергетик, 2018, № 7, с. 21–26.
#
1. Alekseev B.А. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Power Plants), 2005, No. 4, pp. 78–83.
2. Kudryavyy V.V. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo – in Russ. (Hydraulic Engineering Construction), 2013, No. 2, pp. 29–37.
3. Udintsev D.N., Hlebnov A.V., Lukomets V.А. Strategicheskaya stabil'nost' – in Russ. (Strategic Stability), 2022, No. 1 (98), pp. 67–69.
4. Voropay N.I., Efimov D.N., Reshetov V.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2008, No. 10, pp. 12–24.
5. Rabinovich М.А. et al. Energiya edinoy seti – in Russ. (Unified Grid Energy), 2020, No. 2 (51), pp. 24–41.
6. Osak A.B. et al. Avtomatika i telemekhanika – in Russ. (Automation and Telemechanics), 2018, No. 10, pp. 6–25.
7. Kovalev V.D., Ivakin V.N. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2006, No. 9, pp. 52–56.
8. Voropay N.I., Osak A.B., Smirnov S.S. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2018, No. 3, pp. 27–32.
9. Voropay N.I., Chulyukova M.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2018, No. 5, pp. 28–32.
10. Arutyunyan R.V. et al. Sistemnyy analiz prichin i posledstviy avarii na AES «Fukusima-1» (System Analysis of the Causes and Consequences of the Accident at the Fukushima-1 Nuclear Power Plant). М.: In-t problem bezopasnogo razvitiya atomnoy energetiki RAN, 2018, 408 p.
11. Voropay N.I. et al. Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie – in Russ. (Electric Power. Transmission and Distribution), 2021, No. 4 (67), pp. 166–174.
12. Ministerstvo energetiki RF. Statistika po avarijnym otklyucheniyam v EES RF (Ministry of Energy of the Russian Federation. Statistics on emergency shutdowns in the EES of the Russian Federation) [Electron. resource], URL: https://minenergo.gov.ru (Date of appeal 20.01.2023).
13. Nadezhnost' sistem energetiki i ih oborudovaniya: t.1. Spravochnik po obshchim modelyam analiza i sinteza nadezhnosti sistem energetiki (Reliability of Energy Systems and Their Equipment: vol.1. Handbook on General Models of Analysis and Synthesis of Energy Systems Reliability) / Ed. by Yu.N. Rudenko. М.: Energoizdat, 1994, 480 p.
14. Shahmaev I.Z. Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo avia-tsionnogo tekhnicheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of the Ufa State Aviation Technical University), 2009, vol. 13, No. 1, pp. 176–179.
15. Zhivuchest' sistem energetiki: sb. statey (Energy Systems Survivability: collection of articles). Irkutsk: SEI, 1980, 197 p.
16. Guk Yu.B., Karpov V.V. Problema obespecheniya nadezhnosti raboty energosistem – in Russ. (The Problem of Ensuring the Power Systems Reliability), 1981, pp. 3–6.
17. Zeylidzon E.D. Trudy VNIIE – in Russ. (Proceedings of the VNIIE), 1978, iss. 55, pp. 17–26.
18. Motovilov A.I., Solov'ev I.I. Evraziyskiy soyuz uchenyh – in Russ. (Eurasian Union of Scientists), 2019, No. 3-3(60), pp. 27–31.
19. Sistemnyy operator edinoy energeticheskoy sistemy (System Operator of the Unified Energy System) [Electron. resource], URL: http://so-ups.ru (Date of appeal 20.01.2023).
20. Ilyushin P.V., Suhanov О.А. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2014, No. 3, pp. 14–19.
21. Rudenko Yu.N., Semenov V.А. Avtomatizatsiya dispetchers-kogo upravleniya v elektroenergetike (Automation of dispatching control in the electric power industry). М.: МEI, 2000, 648 p.
22. Burman A.P., Rozanov Yu.K., Shakaryan Yu.G. Upravlenie potokami elektroenergii i povyshenie effektivnosti elektroener-geticheskih sistem (Managing Electricity Flows and Improving the Electric Power Systems Efficiency). М.: Izdatel'skiy dom MEI, 2012, 336 p.
23. Shahmaev I.Z., Gaysin B.M. Vestnik UGATU. Elektrotekhni-ka – in Russ. (Bulletin of the UGATU. Electrical engineering), 2018, vol. 22, No. 2 (80), pp. 97–104.
24. Belyaev A.N. et al. Analiz razvitiya krupnyh sistemnyh avariy (Analysis of the Development of Major System Accidents). SPb: SPbGPU, 2006, 72 p.
25. Gerasimov A.S. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2008, No. 1, pp. 2–12.
26. Ananicheva S.S., Myzin A.L. Metody analiza i rascheta zamknutyh elektricheskih setey (Methods of Analysis and Calculation of Closed Electrical Networks). Ekaterinburg: UrFU, 2012, 94 p.
27. Voytov O.N. et al. Analiz neodnorodnostey elektroenergeticheskih sistem (Analysis of Heterogeneities of Electric Power Systems). Novosibirsk: Nauka, 1999, 256 p.
28. Shahmaev I.Z., Gaysin B.M., Novikov N.L. Metodicheskie voprosy issledovaniya nadezhnosti bol'shih sistem energetiki – in Russ. (Methodological issues of reliability research of large energy systems), 2019, pp. 342–351.
29. Gaysin B.M., Shahmaev I.Z. Metodicheskie voprosy issledo-aniya nadezhnosti bol'shih sistem energetiki – in Russ. (Methodolo-gical issues of reliability research of large energy systems), 2020, pp. 290–299.
30. Ilyushin P.V. Elektro. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektrotekhnicheskaya promyshlennost' – in Russ. (Electro. Electrical Engineering, Electric Power Industry, Electrical Industry), 2016, No. 5, pp. 2–11.
31. Gaysin B.M., Shahmaev I.Z., Novikov N.L. Metodicheskie voprosy issledovaniya nadezhnosti bol'shih sistem energetiki – in Russ. (Methodological issues of reliability research of large energy systems), 2020, pp. 191–200.
32. SТО 56947007-29.240.019-2009. Metodika otsenki tekhniko-ekonomicheskoy effektivnosti primeneniya ustroystv FACTS v ENES Rossii (Methodology for Assessing the Technical and Economic Efficiency of Using FACTS Devices in the UNES of Russia). М., 2009, 35 p.
33. ОАО «Administrator torgovoy sistemy optovogo rynka elek-troenergii» (JSC "Administrator of the Wholesale Electricity Market Trading System") [Electron. resource], URL: https://www.bitfinance.ru/clients/oao-administrator-torgovoy-sistemy-optovogo-rynka-elektroenergii/?ysclid=lgs5guy81v217776611 (Date of appeal 20.01.2023).
34. Prikaz Minenergo Rossii ot 08.02.2016 № 75 «Ob utverzhdenii ukrupnennyh normativov tseny tipovyh tekhnologicheskih resheniy kapital'nogo stroitel'stva ob"ektov elektroenergetiki v chasti ob"ektov elektrosetevogo hozyaystva» (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation No. 75 dated 08.02.2016 "On Approval of Enlarged Price Standards for Standard Technological Solutions for Capital Construction of Electric Power Facilities in Terms of Electric Grid facilities").
35. Ilyushin P.V. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2018, No. 7, pp. 21–26
Published
2023-03-30
Section
Article