vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2023_4_201vrgup-192Research ArticleТРАНСПОРТНАЯ ЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERING ON TRANSPORTМногокритериальная оптимизация распределения реактивных мощностей потребителей в энергосистемахMulti-criteria optimization of consumer reactive power distribution in power systemsМикаэльянЕ. Ю.MikaeliyanE. Yu.

Микаэльян Елена Юрьевна, кафедра «Теоретические основы электротехники», кандидат технических наук, доцент

Mikaeliyan Elena Yuryevna, Chair «Theoretical Foundations of Electrical Engineering», Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

elenamik23@gmail.comРостовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)20233012202304201210Copyright © Микаэльян Е.Ю., 20232023Микаэльян Е.Ю.Mikaeliyan E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/192

При решении задачи компенсации реактивной мощности следует отметить тесную взаимосвязь размещения компенсирующих устройств в узлах энергосистемы со снижением потерь активной мощности и повышения качества электроэнергии. Многолетние исследования в рассматриваемой области были в основном направлены на уменьшение размерности решаемой задачи и преодоление информационной разобщенности отдельных подсистем.

Целью исследования является разработка методологии расчета компенсации реактивной мощности потребителей в энергосистемах, устанавливающей принципы математического моделирования при наличии неопределенностей различного вида: по значениям параметров сети, «размытостью» некоторых технических ограничений и неопределенностью целей оптимизации при выборе и размещении компенсирующих устройств (КУ).

Оптимальное размещение КУ является по своей сути задачей многокритериальной. В работе сформулированы основные цели оптимизации: повышение экономических и технических показателей работы сети, оптимальное уменьшение технологических сложностей при реализации проекта КРМ и на их основе разработаны следующие критерии: максимальное снижение потерь активной и реактивной мощностей, оптимальный режим напряжения в узлах энергосистемы в часы ее наибольших нагрузок и минимум технологических сложностей. Дано математическое описание задачи по перечисленным критериям и разработана методика выделения области Парето по этим критериям в условиях ограниченного ресурса компенсирующих устройств. Поиск эффективного решения в области Парето использует теорию нечетких множеств и по своей сути субъективна. Поэтому такого рода модель построена на сочетании математических методов оптимизации и не вполне формальных процедур, выполняемых человеком на различных стадиях принятия решений (экспертные процедуры). Соответствующая экспертная процедура принятия решений требует определения режимных ущербов от неучастия группы потенциально пассивных подстанций в КРМ, что может быть сделано по рекомендованной в работе методике. 

When solving the problem of reactive power compensation, it should be noted that the placement of compensating devices in power system nodes is closely related to the reduction of active power losses and improvement of power quality. Many years of research in this area were mainly aimed at reducing the dimensionality of the problem to be solved and overcoming the information separation of individual subsystems.

The purpose of the research is to develop a methodology for calculating the reactive power compensation of consumers in power systems, which establishes the principles of mathematical modeling in the presence of uncertainties of various kinds: on the values of network parameters, "blurriness" of some technical limitations and uncertainty of optimization objectives in the selection and placement of compensating devices (CG).

Optimal placement of CHP is inherently a multicriteria problem. The main optimization objectives are formulated in the paper: increase of economic and technical indicators of network operation, optimal reduction of technological difficulties in the implementation of the PFC project and on their basis the following criteria are developed: maximum reduction of active and reactive power losses, optimal voltage regime in the power system nodes during the hours of its highest loads and minimum technological difficulties. A mathematical description of the problem according to the above criteria is given and a methodology for selecting the Pareto region according to these criteria under conditions of limited resource of compensating devices is developed. The search for an effective solution in the Pareto area uses the theory of fuzzy sets and is inherently subjective. Therefore, this kind of model is built on a combination of mathematical methods of optimization and not quite formal procedures performed by a person at different stages of decision making (expert procedures). The corresponding expert decision-making procedure requires determination of mode damages from non-participation of a group of potentially passive substations in PFC, which can be done according to the methodology recommended in the paper.

компенсация реактивной мощностиэнергосистемаобласть Паретонапряжениекритерии оптимизацииактивная мощностьреактивная мощностькомпенсирующие устройстваreactive power compensation power systempower systemPareto domainvoltageoptimization criteriaactive powerreactive powercompensating devicesReferencesМикаэльян, Е. Ю. Оптимизация распределения реактивных мощностей подстанций энергосистем / Е. Ю. Микаэльян, М. А. Трубицин // Инженерный вестник Дона. – 2021. – № 3. – URL: http://ivdon.ru›ru/magazine/archive/n3y2021/6 869 (дата обращения: 01.08.2023).Mikaelyan, E. Yu. Optimisation of reactive power distribution of substations of power systems / E. Yu. Mikaelyan, M. A. Trubitsin // Inzhenerny Vestnik Dona. – 2021. – No. 3. – URL: http://ivdon.ru›ru/magazine/archive/n3y2021/6869 (date of access: 08/01/2023).Концептуальное моделирование как основа проектирования сложных систем / В. А. Мохов, Д. В. Гринченков, Л. М. Власова [и др.] // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2018. – № 2(198). – C. 40–47. – DOI 10.17213/0321-2653-2018-2-40-47.Conceptual modelling as a basis for the design of complex systems / V. A. Mohov, D. V. Grinchenkov, L. M. Vlasova [et al.] // Izvestiya vysshestvennykh uchebnykh obrazovanii. Severo-Kavkazskiy region. Techn. nauki. – 2018. – No. 2(198). – P. 40–47. – DOI 10.17213/0321-2653-2018-2-40-47.Микаэльян, Е. Ю. К вопросу расчета установившихся режимов электроэнергетических систем / Е. Ю. Микаэльян, М. А. Трубицин // Инженерный вестник Дона. – 2020. – № 9. – URL: http://ivdon.ru›ru/magazine/archive/n9y2020/6593 (дата обращения: 01.08.2023).Mikaelyan, E. Yu. To the question of calculation of steady-state modes of electric power systems / E. Yu. Mikaeliyan, M. A. Trubitsin // Engineering Bulletin of Don. – 2020. – No. 9. – URL: http://ivdon.ru'ru/magazine/archive/n9y2020/6593 (date of access: 08/01/2023).Осипов, В. А. Сопротивление тяговой сети электрических железных дорог переменного тока с экранирующим проводом / В. А. Осипов, А. А. Капкаев // Вестник Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – № 2(54). – 2014. – С. 96–102. – ISSN 0201-727X.Osipov, V. A. Resistance of AC electric railroad traction network with shielding wire / V. A. Osipov, A. A. Kapkaev // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putey Soobshcheniya. – No. 2(54). – 2014. – P. 96– 102. – ISSN 0201-727X.Петров, Н. В. Принцип централизованного управления напряжением и реактивной мощностью энергосистем / Н. В. Петров // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2015. – № 2. – С. 56– 59. – DOI 10.17213/0136-3360-2015-2.Petrov, N. V. Principle of centralised control of voltage and reactive power of power systems / N. V. Petrov // Izvestia vysshee obrazovaniya vysshee obrazovaniya. Electromechanics. – 2015. – No. 2. – P. 56–59. – DOI 10.17213/0136-3360-2015-2.Молодцов, В. С. Адаптация формулы Фробениуса к матрицам узловых проводимостей и сопротивлений электрической сети / В. С. Молодцов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2015. – № 3. – С. 20–24. – DOI 10.17213/0136-3360-2015-3-20-2412.Molodtsov, V. S. Adaptation of Frobenius formula to the matrices of nodal conductivities and resistances of the electric network / V. S. Molodtsov // Izvestia vysshee obrazovaniya vysshee obrazovaniya. Electromechanics. – 2015. – No. 3. – P. 20–24. – DOI 10.17213/0136-3360-2015-3-20-2412.Савёлов, Н. С. Метод топологического анализа электрических цепей с изменяющейся топологией / Н. С. Савёлов, С. А. Гречаный // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2016. – No. 1. – C. 5–11. – DOI 10.17213/0136-3360-2016-1-5-11.Savelov, N. S. Method of topological analysis of electric circuits with changing topology / N. S. Savelov, S. A. Grechanyi // Izvestiya vysokikh uchebnykh obrazovaniya. Electromechanics. – 2016. – No. 1. – P. 5–11. – DOI 10.17213/0136-3360-2016-1-5-11.Соломин, В. А. Регулируемые трансформаторы для тяговых подстанций / В. А. Соломин, А. В. Костюков // Вестник РГУПС. – 2010. – № 1(37). – С. 127–131. –ISSN 0201-727X.Solomin, V. A. Adjustable transformers for traction substations / V. A. Solomin, A. V. Kostyukov // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putey Soobshcheniya. – 2010. – No. 1(37). – P. 127–131. – ISSN 0201-727X.Молодцов, В. С. Методы нахождения обратных матриц распределительных электрических сетей энергосистем / В. С. Молодцов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2018. – № 3. – С. 60–67. – DOI 10.17213/0136-3360-2018-3-60-67.Molodtsov, V. S. Methods of finding inverse matrices of distribution electric networks of power systems / V. S. Molodtsov // Izvestia vysshee obrazovaniya vysshee obrazovaniya. Electromechanics. – 2018. – No. 3. – P. 60–67. – DOI 10.17213/0136-3360-2018-3-60-67Сидорова, В. Т. Перераспределение потоков мощностей в сложнозамкнутых воздушных сетях 10 кВ для уменьшения потерь и улучшения качества электроэнергии / В. Т. Сидорова, В. В. Карчин // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2016. – № 11–12. – С. 51–55. – URL: https://doi.org/10.30724/1998-9903-2016-0-11-12-51-55 (дата обращения: 15.08.2023).Sidorova, V. T. Redistribution of power flows in complexly closed 10 kV overhead networks to reduce losses and improve power quality / V. T. Sidorova, V. V. Karchin // Izvestiya vysokikh uchebnykh uchebnykh obrazovaniye. Problems of power engineering. – 2016. – No. 11–12. – P. 51–55. – URL: https://doi.org/10.30724/1998-9903-2016-0-11-12-51-55 (date of access: 15.08.2023).Исследование влияния напряжения питания на энергоэффективность линий уличного освещения / А. И. Троицкий, С. С. Костинский, Н. Н. Власенко, Т. З. Химишев // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. – 2018. – № 1. – С. 56–60. – DOI 10.17213/0321-2653-2018-1-56-60.Investigation of the influence of supply voltage on the energy efficiency of street lighting lines / A. I. Troitsky, S. S. Kostinsky, N. N. Vlasenko, T. Z. Khimishev // Izvestiya vysshestvennykh uchebnykh obrazovanii. Severo-Kavkazskiy region. – 2018. – No.1. – P. 56–60. – DOI 10.17213/0321-2653-2018-1-56-60.Микаэльян, Е. Ю. Многокритериальный подход к решению балансовой задачи компенсации реактивной мощности в энергосистемах / Е. Ю. Микаэльян // Транспорт : наука, образование, производство. Сборник научных трудов. РГУПС. – Ростов-на-Дону, 2018. – С. 286–289.Mikaelyan, E. Y. Multicriteria approach to solving the balance problem of reactive power compensation in power systems. Collection of scientific papers / E. Y. Mikaelyan // Transport : science, education, production. Rostov State Transport University. – Rostov-on-Don, 2018. – P. 286–289.Комплексное решение прикладных технологических задач автоматизации тягового электроснабжения / Ю. И. Жарков, О. В. Кубкина, В. Г. Лысенко, Н. А. Попова // Вестник РГУПС. – 2021. – № 1. – С. 130–165. – DOI 10.46973/0201–727X_2021_1_130.Complex solution of applied technological problems of traction power supply automation / Yu. I. Zharkov, O. V. Kubkina, V. G. Lysenko, N. A. Popova // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putey Soobshcheniya. – 2021. – Nо. 1. – P. 130–165. – DOI 10.46973/0201–727X_2021_1_130.Коррекция коэффициента мощности в системах электроснабжения с многофазными нелинейными нагрузками / Д. Э. Егоров, В. П. Довгун, Н. П. Боярская, А. В. Ван // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – Т. 22. – № 6 (2020). – C. 3–15. – DOI:10.30724/1998-9903- 2020-22-6-3-15.Power factor correction in power supply systems with multiphase nonlinear loads / D. E. Egorov, V. P. Dovgun, N. P. Boyarskaya, A. V. Yan // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Problemy energetiki. – Vol. 22. – Nо. 6 (2020). – P. 3–15. – DOI 10.30724/1998-9903-2020-22-6-3-15.Вероятностное потокораспределение как реакция на стохастичность нагрузки в энергосистеме / А. М. Гашимов, Н. Р. Рахманов, Г. Б. Гулиев [и др.] // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энерг. объединений СНГ. – Т. 59. – № 6(2016). – C. 519–528. – DOI 10.21122/1029-7448-2016-59-6-519-528.Probabilistic flow distribution as a response to load stochasticity in a power system / A. M. Gashimov, N. R. Rahmanov, G. B. Guliev, R. N. Rahmanov [et al.] // Izv. of higher educational institutions and energy associations CIS. – Vol. 59. – No. 6 (2016). – P. 519–528. – DOI 10.21122/1029-7448-2016-59-6-519-528.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.