Mathematical Models for Optimal Distribution of Power Shortage in Calculating the Electric Power System Adequacy Indicators
Keywords:
electric power system, adequacy, indicators, power shortage, optimal distribution
Abstract
Existing approaches for calculating electric power system (EPS) adequacy indicators are more focused on determining the undersupply of electricity to consumers associated with random emergency disturbances in the power system. The main technique for calculating adequacy indicators is the statistical test method with a built-in procedure for selecting optimal control actions, which include partial limitation of generation and (or) load (the problem of optimal distribution of power shortage). To speed up calculations, a set of assumptions and constraints is adopted. It is noted that failure to take Kirchhoff’s second law into account leads to ambiguity and large errors in load flow estimates, which depreciates the identification of the most frequently overloaded electrical network elements. The article places emphasis on selecting a set of control variables that ensure the maximum speed of the computation procedure while ensuring acceptable accuracy of the EPS adequacy indicators of interest. It is shown that mathematical models based on defining a special slack node yield a significantly limited range of feasible solutions, which affects the resulting adequacy indicators.
References
1. Надежность электроэнергетических систем. Справочник / под ред. М.Н. Розанова, т. 2. М.: Энергоатомиздат, 2000, 568 с.
2. Приказ Минэнерго России от 06.12.2022 № 1286 «Об утверждении Методических указаний по проектированию развития энергосистем и о внесении изменений в приказ Минэнерго России от 28 декабря 2020 г. № 1195».
3. NERC. GA. Reliability Standards for the Bulk Electric Systems of North America. Atlanta, 30326. 2017.
4. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике / под ред. Ю.Н. Руденко, В.А. Совалова. М.: Издательство МЭИ, 2000, 648 с.
5. Куликов А.Л., Илюшин П.В. Статистические методы оценки параметров аварийного режима энергорайонов с объектами распределенной генерации. – Электричество, 2019, № 5, с. 4–11.
6. Дубицкий М.А., Руденко Ю.Н., Чельцов М.Б. Выбор и использование резервов генерирующей мощности в электроэнергетических системах. М.: Энергоиздат, 1988, 272 с.
7. Endrenyi J. Reliability Modeling in Electric Power Systems. New York: John Wiley & Sons, 1979, 338 p.
8. Billinton R., Allan R.N. Reliability Evaluation of Power Systems. New York: Plenum Press, 1996, 534 p.
9. Wood A.J., Wollenberg B.F., Sheblé G.B. Power Generation, Operation, and Control. John Wiley & Sons, 2013, 656 p.
10. Ковалев Г.Ф., Лебедева Л.М. Надежность систем электроэнерегтики. Новосибирск: Наука, 2015, 222 с.
11. Чукреев Ю.Я. Модели обеспечения надежности электроэнергетических систем. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1995, 173 с.
12. Чукреев Ю.Я. Сравнение отечественных и зарубежных вероятностных показателей балансовой надежности электроэнергетических систем. – Известия РАН. Энергетика, 2012, № 6, с. 27–37.
13. Billinton R., Wenyuan Li. Reliability Assessment of Electric Power Systems Using Monte Carlo Methods – Springer Science + Business Media, New York, 1994.
14. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надежность систем энергетики. М.: Наука, 1986, 252 с.
15. Обоскалов. В.П., Абдель Менаем А.С.Х. Моделирование редких событий при расчете показателей балансовой надежности ЭЭС. – Известия РАН. Энергетика, 2021, № 4, с. 1–18.
16. Обоскалов В.П., Герасименко А.А. Определение предела мощности, передаваемой по линии электропередачи, при оценке балансовой надежности электроэнергетических систем. – Электричество, 2023, № 7, с. 6–19.
17. Аюев Б.И. и др. Вычислительные модели потокораспределения в электрических системах. М.: Флинта; Наука, 2008, 256 с.
18. Надежность систем энергетики (Сборник рекомендуемых терминов). М.: Энергия, 2007, 192 с.
19. Зоркальцев В.И. и др. Минимизация дефицита мощности в ЭЭС с учетом потерь мощности в линиях электропередачи. –Электричество, 2010, № 9, с. 56–60.
20. Зоркальцев В.И., Пержабинский С.М. Модели оценки дефицита мощности электроэнергетической системы. – Сибирский журнал индустриальной математики, 2012, т. 15, № 1, с. 34–43.
21. Форд Л., Фалкерсон Д. Потоки в сетях. М.: Мир, 1966, 276 с.
22. Обоскалов В.П. Алгоритмические аспекты расчета вероятностных показателей дефицита мощности в задаче балансовой надежности ОЭС. – Известия РАН. Энергетика, 2020, № 2, с. 59–74.
23. Непомнящий В.А. Учет надежности при проектировании энергосистем. М.: Энергия,1978, 200 с.
24. Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии. Ростов н/Д.: Феникс, 2008, 715 с.
#
1. Nadezhnost' elektroenergeticheskih sistem. Spravochnik (Reliability of Electric Power Systems. Guide) / Ed. by М.N. Rozanov, vol. 2. М.: Energoatomizdat, 2000, 568 p.
2. Prikaz Minenergo Rossii ot 06.12.2022 № 1286 (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation dated 06.12.2022 No. 1286).
3. NERC. GA. Reliability Standards for the Bulk Electric Systems of North America. Atlanta, 30326. 2017.
4. Avtomatizatsiya dispetcherskogo upravleniya v elektroenergetike (Automation of Dispatching Control in the Electric Power Industry) / By ed. Yu.N. Rudenko, V.A. Sovalov. M.: Izdatel'stvo MEI, 2000, 648 p.
5. Kulikov A.L., Ilyushin P.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electri-city), 2019, No. 5, pp. 4–11.
6. Dubitskiy M.A., Rudenko Yu.N., Chel'tsov M.B. Vybor i ispol'zovanie rezervov generiruyushchey moshchnosti v elektroenergeticheskih sistemah (Selection and Use of Generating Capacity Reserves in Electric Power Systems). M.: Energoizdat, 1988, 272 p.
7. Endrenyi J. Reliability Modeling in Electric Power Systems. New York: John Wiley & Sons, 1979, 338 p.
8. Billinton R., Allan R.N. Reliability Evaluation of Power Systems. New York: Plenum Press, 1996, 534 p.
9. Wood A.J., Wollenberg B.F., Sheblé G.B. Power Generation, Operation, and Control. John Wiley & Sons, 2013, 656 p.
10. Kovalev G.F., Lebedeva L.М. Nadezhnost' sistem elektroeneregtiki (Reliability of Electric Power Systems). Novosibirsk: Nauka, 2015, 222 p.
11. Chukreev Yu.Ya. Modeli obespecheniya nadezhnosti elektroenergeticheskih sistem (Models for Ensuring the Reliability of Electric Power Systems). Syktyvkar: Komi NTS UrO RAN, 1995, 173 p.
12. Chukreev Yu.Ya. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the RAS. Power Engineering), 2012, No. 6, pp. 27–37.
13. Billinton R., Wenyuan Li. Reliability Assessment of Electric Power Systems Using Monte Carlo Methods – Springer Science + Business Media, New York, 1994.
14. Rudenko Yu.N., Ushakov I.А. Nadezhnost' sistem energetiki (Reliability of Energy Systems). M.: Nauka, 1986, 252 p.
15. Oboskalov. V.P., Abdel' Menaem A.S.H. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the RAS. Power Engineering), 2021, No. 4, pp. 1–18.
16. Oboskalov V.P., Gerasimenko А.А. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 7, pp. 6–19.
17. Ayuev B.I. et al. Vychislitel'nye modeli potokoraspredeleniya v elektricheskih sistemah (Computational Models of Flow Distribution in Electrical Systems). M.: Flinta; Nauka, 2008, 256 p.
18. Nadezhnost' sistem energetiki (Sbornik rekomenduemyh terminov) (Reliability of Energy Systems (Collection of Recommended Terms)). М.: Energiya, 2007, 192 p.
19. Zorkal'tsev V.I. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2010, No. 9, pp. 56–60.
20. Zorkal'tsev V.I. Perzhabinskiy S.M. Sibirskiy zhurnal in-dustrial'noy matematiki – in Russ. (Siberian Journal of Industrial Ma-thematics), 2012, vol. 15, No. 1, pp. 34–43.
21. Ford L., Falkerson D. Potoki v setyah (Flows in Networks). М.: Мir, 1966, 276 p.
22. Oboskalov V.P. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the RAS. Power Engineering), 2020, No. 2, pp. 59–74.
23. Nepomnyashchiy V.А. Uchet nadezhnosti pri proektirovanii energosistem (Taking into Account Reliability in the Design of Power Systems). M.: Energiya, 1978, 200 p.
24. Gerasimenko A.A., Fedin V.T. Peredacha i raspredelenie elektricheskoy energii (Transmission and Distribution of Electrical Energy). Rostov n/D.: Feniks, 2008, 715 p
2. Приказ Минэнерго России от 06.12.2022 № 1286 «Об утверждении Методических указаний по проектированию развития энергосистем и о внесении изменений в приказ Минэнерго России от 28 декабря 2020 г. № 1195».
3. NERC. GA. Reliability Standards for the Bulk Electric Systems of North America. Atlanta, 30326. 2017.
4. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике / под ред. Ю.Н. Руденко, В.А. Совалова. М.: Издательство МЭИ, 2000, 648 с.
5. Куликов А.Л., Илюшин П.В. Статистические методы оценки параметров аварийного режима энергорайонов с объектами распределенной генерации. – Электричество, 2019, № 5, с. 4–11.
6. Дубицкий М.А., Руденко Ю.Н., Чельцов М.Б. Выбор и использование резервов генерирующей мощности в электроэнергетических системах. М.: Энергоиздат, 1988, 272 с.
7. Endrenyi J. Reliability Modeling in Electric Power Systems. New York: John Wiley & Sons, 1979, 338 p.
8. Billinton R., Allan R.N. Reliability Evaluation of Power Systems. New York: Plenum Press, 1996, 534 p.
9. Wood A.J., Wollenberg B.F., Sheblé G.B. Power Generation, Operation, and Control. John Wiley & Sons, 2013, 656 p.
10. Ковалев Г.Ф., Лебедева Л.М. Надежность систем электроэнерегтики. Новосибирск: Наука, 2015, 222 с.
11. Чукреев Ю.Я. Модели обеспечения надежности электроэнергетических систем. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1995, 173 с.
12. Чукреев Ю.Я. Сравнение отечественных и зарубежных вероятностных показателей балансовой надежности электроэнергетических систем. – Известия РАН. Энергетика, 2012, № 6, с. 27–37.
13. Billinton R., Wenyuan Li. Reliability Assessment of Electric Power Systems Using Monte Carlo Methods – Springer Science + Business Media, New York, 1994.
14. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надежность систем энергетики. М.: Наука, 1986, 252 с.
15. Обоскалов. В.П., Абдель Менаем А.С.Х. Моделирование редких событий при расчете показателей балансовой надежности ЭЭС. – Известия РАН. Энергетика, 2021, № 4, с. 1–18.
16. Обоскалов В.П., Герасименко А.А. Определение предела мощности, передаваемой по линии электропередачи, при оценке балансовой надежности электроэнергетических систем. – Электричество, 2023, № 7, с. 6–19.
17. Аюев Б.И. и др. Вычислительные модели потокораспределения в электрических системах. М.: Флинта; Наука, 2008, 256 с.
18. Надежность систем энергетики (Сборник рекомендуемых терминов). М.: Энергия, 2007, 192 с.
19. Зоркальцев В.И. и др. Минимизация дефицита мощности в ЭЭС с учетом потерь мощности в линиях электропередачи. –Электричество, 2010, № 9, с. 56–60.
20. Зоркальцев В.И., Пержабинский С.М. Модели оценки дефицита мощности электроэнергетической системы. – Сибирский журнал индустриальной математики, 2012, т. 15, № 1, с. 34–43.
21. Форд Л., Фалкерсон Д. Потоки в сетях. М.: Мир, 1966, 276 с.
22. Обоскалов В.П. Алгоритмические аспекты расчета вероятностных показателей дефицита мощности в задаче балансовой надежности ОЭС. – Известия РАН. Энергетика, 2020, № 2, с. 59–74.
23. Непомнящий В.А. Учет надежности при проектировании энергосистем. М.: Энергия,1978, 200 с.
24. Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии. Ростов н/Д.: Феникс, 2008, 715 с.
#
1. Nadezhnost' elektroenergeticheskih sistem. Spravochnik (Reliability of Electric Power Systems. Guide) / Ed. by М.N. Rozanov, vol. 2. М.: Energoatomizdat, 2000, 568 p.
2. Prikaz Minenergo Rossii ot 06.12.2022 № 1286 (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation dated 06.12.2022 No. 1286).
3. NERC. GA. Reliability Standards for the Bulk Electric Systems of North America. Atlanta, 30326. 2017.
4. Avtomatizatsiya dispetcherskogo upravleniya v elektroenergetike (Automation of Dispatching Control in the Electric Power Industry) / By ed. Yu.N. Rudenko, V.A. Sovalov. M.: Izdatel'stvo MEI, 2000, 648 p.
5. Kulikov A.L., Ilyushin P.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electri-city), 2019, No. 5, pp. 4–11.
6. Dubitskiy M.A., Rudenko Yu.N., Chel'tsov M.B. Vybor i ispol'zovanie rezervov generiruyushchey moshchnosti v elektroenergeticheskih sistemah (Selection and Use of Generating Capacity Reserves in Electric Power Systems). M.: Energoizdat, 1988, 272 p.
7. Endrenyi J. Reliability Modeling in Electric Power Systems. New York: John Wiley & Sons, 1979, 338 p.
8. Billinton R., Allan R.N. Reliability Evaluation of Power Systems. New York: Plenum Press, 1996, 534 p.
9. Wood A.J., Wollenberg B.F., Sheblé G.B. Power Generation, Operation, and Control. John Wiley & Sons, 2013, 656 p.
10. Kovalev G.F., Lebedeva L.М. Nadezhnost' sistem elektroeneregtiki (Reliability of Electric Power Systems). Novosibirsk: Nauka, 2015, 222 p.
11. Chukreev Yu.Ya. Modeli obespecheniya nadezhnosti elektroenergeticheskih sistem (Models for Ensuring the Reliability of Electric Power Systems). Syktyvkar: Komi NTS UrO RAN, 1995, 173 p.
12. Chukreev Yu.Ya. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the RAS. Power Engineering), 2012, No. 6, pp. 27–37.
13. Billinton R., Wenyuan Li. Reliability Assessment of Electric Power Systems Using Monte Carlo Methods – Springer Science + Business Media, New York, 1994.
14. Rudenko Yu.N., Ushakov I.А. Nadezhnost' sistem energetiki (Reliability of Energy Systems). M.: Nauka, 1986, 252 p.
15. Oboskalov. V.P., Abdel' Menaem A.S.H. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the RAS. Power Engineering), 2021, No. 4, pp. 1–18.
16. Oboskalov V.P., Gerasimenko А.А. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 7, pp. 6–19.
17. Ayuev B.I. et al. Vychislitel'nye modeli potokoraspredeleniya v elektricheskih sistemah (Computational Models of Flow Distribution in Electrical Systems). M.: Flinta; Nauka, 2008, 256 p.
18. Nadezhnost' sistem energetiki (Sbornik rekomenduemyh terminov) (Reliability of Energy Systems (Collection of Recommended Terms)). М.: Energiya, 2007, 192 p.
19. Zorkal'tsev V.I. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2010, No. 9, pp. 56–60.
20. Zorkal'tsev V.I. Perzhabinskiy S.M. Sibirskiy zhurnal in-dustrial'noy matematiki – in Russ. (Siberian Journal of Industrial Ma-thematics), 2012, vol. 15, No. 1, pp. 34–43.
21. Ford L., Falkerson D. Potoki v setyah (Flows in Networks). М.: Мir, 1966, 276 p.
22. Oboskalov V.P. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the RAS. Power Engineering), 2020, No. 2, pp. 59–74.
23. Nepomnyashchiy V.А. Uchet nadezhnosti pri proektirovanii energosistem (Taking into Account Reliability in the Design of Power Systems). M.: Energiya, 1978, 200 p.
24. Gerasimenko A.A., Fedin V.T. Peredacha i raspredelenie elektricheskoy energii (Transmission and Distribution of Electrical Energy). Rostov n/D.: Feniks, 2008, 715 p
Published
2024-08-29
Issue
Section
Article
