A Shift of the Electric Power System Control Paradigm
Keywords:
electric power systems, transformations, trends, control and management systems, operation, development, distributed structures with centralized supervisory control, active energy complex
Abstract
The article considers the transformation processes of modern electric power systems (EPSs) and their properties along with their future transformation into distributed cyber-physical systems with centralized supervisory control by increasing the role of microgrids (active energy complexes), including distributed energy resources like power generation, energy storage systems, active consumers, and wide-scale introduction of digital technologies. The systems for control of EPS operation and managing their development under the conditions of their innovative technological, organizational, and structural transformations are analyzed. The general principles, models and national practices of operational dispatch control and planning the development of power systems in different countries around the world, including Russia, are considered. It is shown that further modernization of systems for control of EPS operation and managing their development is required with taking into account the global trends in shaping a new image of electric power systems in the form of distributed structures with centralized supervisory control, including those in Russia.
References
1. Концепция «Цифровая трансформация 2030». М.: ПАО Россети, 2018, 31 с.
2. Muhanji S.O., Schoonenberg W.C.H., Farid A.M. Transforming the Grid’s Architecture. Enterprise Control, the Energy Internet of Things, and Heterofunctional Graph Theory. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17, No. 5, pp. 71–81, DOI:10.1109/MPE.2019.2921744.
3. Воропай Н.И., Осак А.Б. Электроэнергетические системы будущего. – Энергетическая политика, 2014, № 5, с. 60–63.
4. Системные исследования в энергетике: энергетический переход / Под ред. Н.И. Воропая и А.А. Макарова. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2021, 594 с.
5. Есяков С.Я. и др. Предложения по созданию целостной системы управления функционированием и развитием электроэнергетики России. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2019, № 1(52), с. 30–33.
6. Martini P.D. Operational Coordination Architecture: New Models and Approaches. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17, No. 5, pp. 29–39, DOI: 10.1109/MPE.2019.2921740.
7. Федеральный закон от 26.03.2003 № 35-ФЗ (ред. от 02.11.2023) "Об электроэнергетике".
8. Системный оператор Единой энергетической системы. О компании [Электрон. ресурс], URL: https://www.so-ups.ru/about/ (дата обращения 05.01.2024).
9. Михаленко О.И. Активные энергетические комплексы – новая отраслевая и правительственная инициатива, направленная на упорядочение отношений сетей и распределённой генерации. – РУМ, 2020, № 1(591), с. 8–16.
10. Oren S.S. Ensuring Generation Adequacy in Competitive Electricity Markets. California: University of California Energy Institute, Energy Policy and Economics, 2003 [Электрон. ресурс], URL: https://oren.ieor.berkeley.edu/pubs/adequacy.pdf (дата обращения 05.01.2024).
11. Moreno R. et al. Auction Approaches of Long-Term Contracts to Ensure Generation Investment in Electricity Markets: Lessons from the Brazilian and Chilean Experiences. – Energy Policy, 2010, No. 38, pp. 5758–5769, DOI:10.1016/j.enpol.2010.05.026.
12. Joskow P.L. Lessons Learned from Electricity Market Liberalization. – The Energy Journal, Special Issue, 2008, vol. 29 (2), pp. 9–42, DOI:10.5547/ISSN0195-6574-EJ-Vol29-NoSI2-3.
13. Caramanis M.C., Bohn R.E., Schweppe F.C. Optimal Spot Pricing: Practice and Theory. – IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1982, vol. 101(9), pp. 3234–3245, DOI:10.1109/TPAS.1982.317507.
14. Final Report of the Sector Inquiry on Capacity Mechanisms. Brussels: European Сommission, 2016, 212 p.
15. Simoglou C.K., Biskas P.N. Capacity Mechanisms in Europe and the US: A Comparative Analysis and a Real-Life Application for Greece. – Energies, 2023, 16(2): 982, DOI: 10.3390/en16020982.
16. Беляев Л.С. и др. Системный подход при управлении развитием электроэнергетики. Новосибирск: Наука, 1980, 240 с.
17. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 17.11.2008 г. № 1662-р о «Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 г.».
18. Волкова Е.Д. и др. Система и проблемы управления развитием электроэнергетики России. – Проблемы прогнозирования, 2012, № 4, с. 53–64.
19. Системный оператор Единой энергетической системы. Планирование развития энергосистем [Электрон. ресурс], URL: https://www.so-ups.ru/future-planning/ (дата обращения 05.01.2024)
20. Подковальников С.В., Хамисов О.В., Семёнов К.А. Концептуально-методологические и прикладные вопросы обоснования развития электроэнергетических систем в современных условиях. – Известия РАН. Энергетика, 2022, № 5, с. 3–21.
21. Neftegaz.ru. Договоры о предоставлении мощности [Электрон. ресурс], URL: https://neftegaz.ru/tech-library/economy/147940-dogovor-postavki-moshchnostey-dpm/ (дата обращения 05.01.2024).
22. Постановление Правительства РФ № 89 от 24.02.2010 «О некоторых вопросах организации долгосрочного отбора мощности на конкурентной основе на оптовом рынке электрической энергии (мощности)».
23. Постановление Правительства РФ № 738 от 07.12.2005 «О порядке формирования источника средств на оплату услуг по формированию технологического резерва мощностей по производству электрической энергии и финансирования объектов по производству электрической энергии в целях предотвращения возникновения дефицита электрической мощности».
24. Беляев Л.С. Проблемы электроэнергетического рынка. Новосибирск: Наука, 2009, 296 с.
25. Frankl P. Energy System Debate: What Lies Ahead for the Future. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17 (2), DOI:10.1109/MPE.2018.2884118.
26. Федеральный закон от 11.06.2022 № 174-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об электроэнергетике» и отдельные законодательные акты Российской Федерации».
---
Работа выполнена в рамках проекта государственного задания (№ FWEU-2021-0001) программы фундаментальных исследований РФ на 2021–2030 гг.
#
1. Kontseptsiya «Tsifrovaya transformatsiya 2030» (The Concept of "Digital Transformation 2030"). M.: PAO Rosseti, 2018, 31 p.
2. Muhanji S.O., Schoonenberg W.C.H., Farid A.M. Transforming the Grid’s Architecture. Enterprise Control, the Energy Internet of Things, and Heterofunctional Graph Theory. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17, No. 5, pp. 71–81, DOI:10.1109/MPE.2019.2921744.
3. Voropay N.I., Osak A.B. Energeticheskaya politika – in Russ. (Energy Policy), 2014, No. 5, pp. 60–63.
4. Sistemnye issledovaniya v energetike: energeticheskiy perekhod (Systemic Research in the Energy Sector: Energy Transition) / Ed. by N.I. Voropay and А.А. Makarov. Irkutsk: ISEM SО RАN, 2021, 594 p.
5. Esyakov S.Ya. et al. Elektroenergiya. Peredacha i rasprede-lenie – in Russ. (Electricity. Transmission and Distribution), 2019, No. 1(52), pp. 30–33.
6. Martini P.D. Operational Coordination Architecture: New Models and Approaches. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17, No. 5, pp. 29–39, DOI: 10.1109/MPE.2019.2921740.
7. Federal'nyy zakon ot 26.03.2003 № 35-FZ (red. ot 02.11.2023) "Ob elektroenergetike" (Federal Law No. 35-FZ dated 03/26/2003 (as amended on 11/22/2023) "On Electric Power Industry").
8. Sistemnyy operator Edinoy energeticheskoy sistemy. O kompanii (The System Operator of the Unified Energy System. About the Company) [Electron. resource], URL: https://www.so-ups.ru/about/ (Date of appeal 05.01.2024).
9. Mihalenko O.I. RUM – in Russ. (RUM), 2020, No. 1(591), pp. 8–16.
10. Oren S.S. Ensuring Generation Adequacy in Competitive Electricity Markets. California: University of California Energy Institute, Energy Policy and Economics, 2003 [Electron. resource], URL: https://oren.ieor.berkeley.edu/pubs/adequacy.pdf (Date of appeal 05.01.2024).
11. Moreno R. et al. Auction Approaches of Long-Term Contracts to Ensure Generation Investment in Electricity Markets: Lessons from the Brazilian and Chilean Experiences. – Energy Policy, 2010, No. 38, pp. 5758–5769, DOI:10.1016/j.enpol.2010.05.026.
12. Joskow P.L. Lessons Learned from Electricity Market Libe-ralization. – The Energy Journal, Special Issue, 2008, vol. 29 (2), pp. 9–42, DOI:10.5547/ISSN0195-6574-EJ-Vol29-NoSI2-3.
13. Caramanis M.C., Bohn R.E., Schweppe F.C. Optimal Spot Pricing: Practice and Theory. – IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1982, vol. 101(9), pp. 3234–3245, DOI:10.1109/TPAS.1982.317507.
14. Final Report of the Sector Inquiry on Capacity Mechanisms. Brussels: European Сommission, 2016, 212 p.
15. Simoglou C.K., Biskas P.N. Capacity Mechanisms in Europe and the US: A Comparative Analysis and a Real-Life Application for Greece. – Energies, 2023, 16(2): 982, DOI: 10.3390/en16020982.
16. Belyaev L.S. et al. Sistemnyy podhod pri upravlenii razvitiem elektroenergetiki (A Systematic Approach to Managing the Development of the Electric Power Industry). Novosibirsk: Nauka, 1980, 240 p.
17. Rasporyazhenie Pravitel'stva Rossiyskoy Federatsii ot 17.11.2008 g. № 1662-r (Decree of the Government of the Russian Federation No. 1662-r dated 17.11.2008).
18. Volkova E.D. et al. Problemy prognozirovaniya – in Russ. (Forecasting Problems), 2012, No. 4, pp. 53–64.
19. Sistemnyy operator Edinoy energeticheskoy sistemy. Planirovanie razvitiya energosistem (The System Operator of the Unified Energy System. Planning the Development of Energy Systems) [Electron. resource], URL: https://www.so-ups.ru/future-planning/ (Date of appeal 05.01.2024)
20. Podkoval'nikov S.V., Hamisov O.V., Semyonov К.А. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the Russian Academy of Sciences. Energy industry), 2022, No. 5, pp. 3–21.
21. Neftegaz.ru [Electron. resource], URL: https://neftegaz.ru/tech-library/economy/147940-dogovor-postavki-moshchnostey-dpm/ (Date of appeal 05.01.2024).
22. Postanovlenie Pravitel'stva RF № 89 ot 24.02.2010 (Decree of the Government of the Russian Federation No. 89 dated 02/24/2010).
23. Postanovlenie Pravitel'stva RF № 738 ot 07.12.2005 (Resolution of the Government of the Russian Federation No. 738 dated 07.12.2005).
24. Belyaev L.S. Problemy elektroenergeticheskogo rynka (Problems of the Electric Power Market). Novosibirsk: Nauka, 2009,
296 p.
25. Frankl P. Energy System Debate: What Lies Ahead for the Future. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17 (2), DOI:10.1109/MPE.2018.2884118.
26. Federal'nyy zakon ot 11.06.2022 № 174-FZ (Federal Law No. 174-FZ dated 06/11/2022)
---
The work was carried out within the framework of the state assignment project (no. FWEU-2021-0001) of the fundamental research program of the Russian Federation for 2021–2030.
2. Muhanji S.O., Schoonenberg W.C.H., Farid A.M. Transforming the Grid’s Architecture. Enterprise Control, the Energy Internet of Things, and Heterofunctional Graph Theory. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17, No. 5, pp. 71–81, DOI:10.1109/MPE.2019.2921744.
3. Воропай Н.И., Осак А.Б. Электроэнергетические системы будущего. – Энергетическая политика, 2014, № 5, с. 60–63.
4. Системные исследования в энергетике: энергетический переход / Под ред. Н.И. Воропая и А.А. Макарова. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2021, 594 с.
5. Есяков С.Я. и др. Предложения по созданию целостной системы управления функционированием и развитием электроэнергетики России. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2019, № 1(52), с. 30–33.
6. Martini P.D. Operational Coordination Architecture: New Models and Approaches. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17, No. 5, pp. 29–39, DOI: 10.1109/MPE.2019.2921740.
7. Федеральный закон от 26.03.2003 № 35-ФЗ (ред. от 02.11.2023) "Об электроэнергетике".
8. Системный оператор Единой энергетической системы. О компании [Электрон. ресурс], URL: https://www.so-ups.ru/about/ (дата обращения 05.01.2024).
9. Михаленко О.И. Активные энергетические комплексы – новая отраслевая и правительственная инициатива, направленная на упорядочение отношений сетей и распределённой генерации. – РУМ, 2020, № 1(591), с. 8–16.
10. Oren S.S. Ensuring Generation Adequacy in Competitive Electricity Markets. California: University of California Energy Institute, Energy Policy and Economics, 2003 [Электрон. ресурс], URL: https://oren.ieor.berkeley.edu/pubs/adequacy.pdf (дата обращения 05.01.2024).
11. Moreno R. et al. Auction Approaches of Long-Term Contracts to Ensure Generation Investment in Electricity Markets: Lessons from the Brazilian and Chilean Experiences. – Energy Policy, 2010, No. 38, pp. 5758–5769, DOI:10.1016/j.enpol.2010.05.026.
12. Joskow P.L. Lessons Learned from Electricity Market Liberalization. – The Energy Journal, Special Issue, 2008, vol. 29 (2), pp. 9–42, DOI:10.5547/ISSN0195-6574-EJ-Vol29-NoSI2-3.
13. Caramanis M.C., Bohn R.E., Schweppe F.C. Optimal Spot Pricing: Practice and Theory. – IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1982, vol. 101(9), pp. 3234–3245, DOI:10.1109/TPAS.1982.317507.
14. Final Report of the Sector Inquiry on Capacity Mechanisms. Brussels: European Сommission, 2016, 212 p.
15. Simoglou C.K., Biskas P.N. Capacity Mechanisms in Europe and the US: A Comparative Analysis and a Real-Life Application for Greece. – Energies, 2023, 16(2): 982, DOI: 10.3390/en16020982.
16. Беляев Л.С. и др. Системный подход при управлении развитием электроэнергетики. Новосибирск: Наука, 1980, 240 с.
17. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 17.11.2008 г. № 1662-р о «Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 г.».
18. Волкова Е.Д. и др. Система и проблемы управления развитием электроэнергетики России. – Проблемы прогнозирования, 2012, № 4, с. 53–64.
19. Системный оператор Единой энергетической системы. Планирование развития энергосистем [Электрон. ресурс], URL: https://www.so-ups.ru/future-planning/ (дата обращения 05.01.2024)
20. Подковальников С.В., Хамисов О.В., Семёнов К.А. Концептуально-методологические и прикладные вопросы обоснования развития электроэнергетических систем в современных условиях. – Известия РАН. Энергетика, 2022, № 5, с. 3–21.
21. Neftegaz.ru. Договоры о предоставлении мощности [Электрон. ресурс], URL: https://neftegaz.ru/tech-library/economy/147940-dogovor-postavki-moshchnostey-dpm/ (дата обращения 05.01.2024).
22. Постановление Правительства РФ № 89 от 24.02.2010 «О некоторых вопросах организации долгосрочного отбора мощности на конкурентной основе на оптовом рынке электрической энергии (мощности)».
23. Постановление Правительства РФ № 738 от 07.12.2005 «О порядке формирования источника средств на оплату услуг по формированию технологического резерва мощностей по производству электрической энергии и финансирования объектов по производству электрической энергии в целях предотвращения возникновения дефицита электрической мощности».
24. Беляев Л.С. Проблемы электроэнергетического рынка. Новосибирск: Наука, 2009, 296 с.
25. Frankl P. Energy System Debate: What Lies Ahead for the Future. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17 (2), DOI:10.1109/MPE.2018.2884118.
26. Федеральный закон от 11.06.2022 № 174-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об электроэнергетике» и отдельные законодательные акты Российской Федерации».
---
Работа выполнена в рамках проекта государственного задания (№ FWEU-2021-0001) программы фундаментальных исследований РФ на 2021–2030 гг.
#
1. Kontseptsiya «Tsifrovaya transformatsiya 2030» (The Concept of "Digital Transformation 2030"). M.: PAO Rosseti, 2018, 31 p.
2. Muhanji S.O., Schoonenberg W.C.H., Farid A.M. Transforming the Grid’s Architecture. Enterprise Control, the Energy Internet of Things, and Heterofunctional Graph Theory. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17, No. 5, pp. 71–81, DOI:10.1109/MPE.2019.2921744.
3. Voropay N.I., Osak A.B. Energeticheskaya politika – in Russ. (Energy Policy), 2014, No. 5, pp. 60–63.
4. Sistemnye issledovaniya v energetike: energeticheskiy perekhod (Systemic Research in the Energy Sector: Energy Transition) / Ed. by N.I. Voropay and А.А. Makarov. Irkutsk: ISEM SО RАN, 2021, 594 p.
5. Esyakov S.Ya. et al. Elektroenergiya. Peredacha i rasprede-lenie – in Russ. (Electricity. Transmission and Distribution), 2019, No. 1(52), pp. 30–33.
6. Martini P.D. Operational Coordination Architecture: New Models and Approaches. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17, No. 5, pp. 29–39, DOI: 10.1109/MPE.2019.2921740.
7. Federal'nyy zakon ot 26.03.2003 № 35-FZ (red. ot 02.11.2023) "Ob elektroenergetike" (Federal Law No. 35-FZ dated 03/26/2003 (as amended on 11/22/2023) "On Electric Power Industry").
8. Sistemnyy operator Edinoy energeticheskoy sistemy. O kompanii (The System Operator of the Unified Energy System. About the Company) [Electron. resource], URL: https://www.so-ups.ru/about/ (Date of appeal 05.01.2024).
9. Mihalenko O.I. RUM – in Russ. (RUM), 2020, No. 1(591), pp. 8–16.
10. Oren S.S. Ensuring Generation Adequacy in Competitive Electricity Markets. California: University of California Energy Institute, Energy Policy and Economics, 2003 [Electron. resource], URL: https://oren.ieor.berkeley.edu/pubs/adequacy.pdf (Date of appeal 05.01.2024).
11. Moreno R. et al. Auction Approaches of Long-Term Contracts to Ensure Generation Investment in Electricity Markets: Lessons from the Brazilian and Chilean Experiences. – Energy Policy, 2010, No. 38, pp. 5758–5769, DOI:10.1016/j.enpol.2010.05.026.
12. Joskow P.L. Lessons Learned from Electricity Market Libe-ralization. – The Energy Journal, Special Issue, 2008, vol. 29 (2), pp. 9–42, DOI:10.5547/ISSN0195-6574-EJ-Vol29-NoSI2-3.
13. Caramanis M.C., Bohn R.E., Schweppe F.C. Optimal Spot Pricing: Practice and Theory. – IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1982, vol. 101(9), pp. 3234–3245, DOI:10.1109/TPAS.1982.317507.
14. Final Report of the Sector Inquiry on Capacity Mechanisms. Brussels: European Сommission, 2016, 212 p.
15. Simoglou C.K., Biskas P.N. Capacity Mechanisms in Europe and the US: A Comparative Analysis and a Real-Life Application for Greece. – Energies, 2023, 16(2): 982, DOI: 10.3390/en16020982.
16. Belyaev L.S. et al. Sistemnyy podhod pri upravlenii razvitiem elektroenergetiki (A Systematic Approach to Managing the Development of the Electric Power Industry). Novosibirsk: Nauka, 1980, 240 p.
17. Rasporyazhenie Pravitel'stva Rossiyskoy Federatsii ot 17.11.2008 g. № 1662-r (Decree of the Government of the Russian Federation No. 1662-r dated 17.11.2008).
18. Volkova E.D. et al. Problemy prognozirovaniya – in Russ. (Forecasting Problems), 2012, No. 4, pp. 53–64.
19. Sistemnyy operator Edinoy energeticheskoy sistemy. Planirovanie razvitiya energosistem (The System Operator of the Unified Energy System. Planning the Development of Energy Systems) [Electron. resource], URL: https://www.so-ups.ru/future-planning/ (Date of appeal 05.01.2024)
20. Podkoval'nikov S.V., Hamisov O.V., Semyonov К.А. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the Russian Academy of Sciences. Energy industry), 2022, No. 5, pp. 3–21.
21. Neftegaz.ru [Electron. resource], URL: https://neftegaz.ru/tech-library/economy/147940-dogovor-postavki-moshchnostey-dpm/ (Date of appeal 05.01.2024).
22. Postanovlenie Pravitel'stva RF № 89 ot 24.02.2010 (Decree of the Government of the Russian Federation No. 89 dated 02/24/2010).
23. Postanovlenie Pravitel'stva RF № 738 ot 07.12.2005 (Resolution of the Government of the Russian Federation No. 738 dated 07.12.2005).
24. Belyaev L.S. Problemy elektroenergeticheskogo rynka (Problems of the Electric Power Market). Novosibirsk: Nauka, 2009,
296 p.
25. Frankl P. Energy System Debate: What Lies Ahead for the Future. – IEEE Power and Energy Magazine, 2019, vol. 17 (2), DOI:10.1109/MPE.2018.2884118.
26. Federal'nyy zakon ot 11.06.2022 № 174-FZ (Federal Law No. 174-FZ dated 06/11/2022)
---
The work was carried out within the framework of the state assignment project (no. FWEU-2021-0001) of the fundamental research program of the Russian Federation for 2021–2030.
Published
2024-01-25
Issue
Section
Article
