probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2023-25-6-3-13probener-2804Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICITYСогласованное управление накопителями электроэнергии и установкой распределенной генерации с прогностическими регуляторами в системе электроснабжения с пониженным качеством электроэнергииCoordinated management of electricity storages and distributed generation plant with predictive controllers in a power supply system with reduced electricity qualityБулатовЮ. Н.BulatovYu. N.

Булатов Юрий Николаевич – канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой энергетики

г. Братск

Yuri N. Bulatov

Bratsk

КрюковА. В.KryukovA. N.

Крюков Андрей Васильевич – д-р техн. наук, профессор кафедры электроэнергетики транспорта Иркутского государственного университета путей сообщения; профессор кафедры электроснабжения и электротехники Иркутского национального исследовательского технического университета

г. Иркутск

Andrey V. Kryukov

Irkutsk

СусловК. В.SuslovK. V.

Суслов Константин Витальевич – д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры гидроэнергетики и возобновляемых источников энергии Национального исследовательского университета «МЭИ»; профессор кафедры электроснабжения и электротехники Иркутского национального исследовательского технического университета

г. Иркутск

г. Москва

Konstantin V. Suslov

Moscow

Irkutsk

dr.souslov@yandex.ruКижинВ. В.KizhinV. V.

Кижин Вадим Владиславович – аспирант, ассистент кафедры энергетики

г. Братск

Vadim V. Kizhin

Bratsk

Братский государственный университетРоссияBratsk State UniversityRussian FederationИркутский национальный исследовательский технический университет; Иркутский государственный университет путей сообщенияРоссияIrkutsk State Transport University; Irkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationИркутский национальный исследовательский технический университет; Национальный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University "MEI"; Irkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202311012024256313Copyright © Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Суслов К.В., Кижин В.В., 20242024Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Суслов К.В., Кижин В.В.Bulatov Y.N., Kryukov A.N., Suslov K.V., Kizhin V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/2804ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Исследование влияния согласованного управления накопителями электроэнергии и установками распределенной генерации на режимы работы сетевого кластера, представляющего собой распределительную электрическую сеть, подключенную к системе электроснабжения железной дороги переменного тока через вставку постоянного тока (ВПТ).

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. Исследования проводились на имитационной модели, реализованной в системе MATLAB.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Рассматривались следующие возмущающие воздействия: отключение на время 0,5 секунд основного питания сетевого кластера со стороны ВПТ; трехфазное КЗ с длительностью в 0,5 с в конце кабельной линии 6 кВ протяженностью в два километра. Результаты моделирования показали эффективность согласованного управления накопителями электроэнергии и турбогенератором с самонастраивающимися прогностическими регуляторами. На этой основе снижаются величины перерегулирования частоты вращения ротора, и уменьшается время переходного процесса для всех параметров в различных режимах. Например, время переходного процесса для скорости ротора генератора в режиме подключения дополнительной нагрузки снижается в три раза, а для напряжения – в два раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основе компьютерного моделирования показано, что согласованное управление накопителями электроэнергии и турбогенератором с прогностическими регуляторами снижает практически до нуля величину перерегулирования скорости ротора и почти на 90 % уменьшает время переходного процесса. Целесообразно проведение дальнейших исследований по применению метода согласованного управления активными элементами, используемыми в системе электроснабжения для регулирования параметров режима.

THE PURPOSE

THE PURPOSE. A study of the influence of coordinated control of electricity storage devices and distributed generation installations on the operating modes of a network cluster, which is an electrical distribution network connected to the AC railway power supply system through a direct current insert (DCI).

METHODS

METHODS. The studies were carried out using a simulation model implemented in the MATLAB system.

RESULTS

RESULTS. The following disturbing influences were considered: turning off the main power supply of the network cluster from the DCI side for 0.5 seconds; three-phase short circuit with a duration of 0.5 s at the end of a 6 kV cable line with a length of two kilometers. The simulation results showed the effectiveness of coordinated control of electricity storage devices and a turbogenerator with self-adjusting predictive controllers. On this basis, the values of overshoot of the rotor speed are reduced and the transient process time is reduced for all parameters in various modes. For example, the transient time for the generator rotor speed in the mode of connecting an additional load is reduced by three times, and for voltage - by two times.

CONCLUSION

CONCLUSION. Based on computer modeling, it is shown that coordinated control of electricity storage devices and a turbogenerator with predictive regulators reduces the amount of rotor speed overshoot to almost zero and reduces the transient process time by almost 90%. It is advisable to conduct further research on the application of the method of coordinated control of active elements used in the power supply system to regulate the mode parameters.

сетевые кластерыкачество электроэнергииустановки распределенной генерациипрогностические регуляторывставка постоянного токанакопители электроэнергиимоделированиеnetwork clusterspower qualitydistributed generation plantspredictive controllersDC insertionelectricity storage devicesmodelingReferencesЕфремов Д.Г., Глускин И.З. Повышение динамической устойчивости электростанции с помощью накопителей энергии. Электричество. 2016. № 12. С. 20-27.Efremov D.G., Gluskin I.Z. Povyshenie dinamicheskoi ustoichivosti elektrostantsii s pomoshch'yu nakopitelei energii. Elektrichestvo. 2016. № 12. S. 20-27.P. Lombardi, Z. A. Styczynski, T. Sokolnikova and K. Suslov, “Use of energy storage in isolated micro grids”, Power Systems Computation Conference (PSCC), 2014, pp. 1-6.P. Lombardi, Z. A. Styczynski, T. Sokolnikova and K. Suslov, “Use of energy storage in isolated micro grids”, Power Systems Computation Conference (PSCC), 2014, pp. 1-6.Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Суслов К.В. Исследование режимов работы изолированной системы электроснабжения с управляемыми установками распределенной генерации, накопителями электроэнергии и двигательной нагрузкой. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021; 23(5): 184-194.Bulatov Yu.N., Kryukov A.V., Suslov K.V. Issledovanie rezhimov raboty izolirovannoi sistemy elektrosnabzheniya s upravlyaemymi ustanovkami raspredelennoi generatsii, nakopitelyami elektroenergii i dvigatel'noi nagruzkoi // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. PROBLEMY ENERGETIKI. 2021; 23(5): 184-194.Илюшин П.В. О свойствах энергоустановок с газопоршневыми двигателями // Электрические станции. 2009. № 11. С. 42-46.Ilyushin P.V. O svoystvakh energoustanovok s gazoporshnevymi dvigatelyami // Elektricheskiye stantsii. 2009. № 11. S. 42-46.Pilavachi P.A. Mini- and micro-gas turbines for combined heat and power // Appl. Therm. Eng. 2002. Vol. 22. No. 18. pp. 2003–2014.Pilavachi P.A. Mini- and micro-gas turbines for combined heat and power // Appl. Therm. Eng. 2002. Vol. 22. No. 18. P. 2003–2014.Albert H. Schrotenboer, Arjen A.T. Veenstra, Michiel A.J. uit het Broek, Evrim Ursavas, A Green Hydrogen Energy System: Optimal control strategies for integrated hydrogen storage and power generation with wind energy, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 168, 2022, 112744, https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112744Albert H. Schrotenboer, Arjen A.T. Veenstra, Michiel A.J. uit het Broek, Evrim Ursavas, A Green Hydrogen Energy System: Optimal control strategies for integrated hydrogen storage and power generation with wind energy, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 168, 2022, 112744, https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112744Voropai N.I., Stychinsky Z.A. Renewable energy sources: theoretical foundations, technologies, technical characteristics, economics. Magdeburg: Otto-von-Guericke-Universität, 2010. – 223 p.Voropai N.I., Stychinsky Z.A. Renewable energy sources: theoretical foundations, technologies, technical characteristics, economics. Magdeburg: Otto-von-Guericke-Universität, 2010. – 223 p.Samoylenko V.O., Ilyushin P.V., Pazderin A.V. Estimating distributed generation reliability level, Renewable Energy and Power Quality Journal. 2020. Vol. 18. pp. 70–75. https://doi.org/10.24084/repqj18.225Samoylenko V.O., Ilyushin P.V., Pazderin A.V. Estimating distributed generation reliability level // Renewable Energy and Power Quality Journal. 2020. Vol. 18. P. 70–75. https://doi.org/10.24084/repqj18.225Sikorski T., Rezmer J. Distributed Generation and Its Impact on Power Quality in Low-Voltage Distribution Networks // Power Quality Issues in Distributed Generation, Dr. Jaroslaw Luszcz (Ed.), InTech. 2015. https://doi.org/10.5772/61172Sikorski T., Rezmer J. Distributed Generation and Its Impact on Power Quality in Low-Voltage Distribution Networks // Power Quality Issues in Distributed Generation, Dr. Jaroslaw Luszcz (Ed.), InTech. 2015. https://doi.org/10.5772/61172Bulatov Y.N., Kryukov A.V., Suslov K.V. Solving the flicker noise origin problem by optimally controlled units of distributed generation // Proceed. of 18th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP). 2018. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/ICHQP.2018.8378834Bulatov Y.N., Kryukov A.V., Suslov K.V. Solving the flicker noise origin problem by optimally controlled units of distributed generation // Proceed. of 18th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP). 2018. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/ICHQP.2018.8378834Lopes, J.A. Defining control strategies for microgrids islanded operation / J. A. P. Lopes, C. L. Moreira, A. G. Madureira // IEEE Trans. Power Syst. 2006. Vol. 21. No. 2. pp. 916-924.Lopes, J.A. Defining control strategies for microgrids islanded operation / J. A. P. Lopes, C. L. Moreira, A. G. Madureira // IEEE Trans. Power Syst. - 2006. -Vol. 21. - № 2. - pp. 916-924.Илюшин П.В., Гуревич Ю.Е. О специальном воздействии на систему возбуждения автономно работающих генераторов при больших набросах нагрузки // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2016. № 2. С. 2-7.Ilyushin P.V., Gurevich Yu.E. O spetsial'nom vozdeystvii na sistemu vozbuzhdeniya avtonomno rabotayushchikh generatorov pri bol'shikh nabrosakh nagruzki // Elektro. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektrotekhnicheskaya promyshlennost'. 2016. № 2. S. 2-7.Илюшин П.В. Анализ обоснованности уставок устройств РЗА генерирующих установок с двигателями внутреннего сгорания на объектах распределенной генерации // Релейная защита и автоматизация. 2015. № 3 (20). С. 24-29.Ilyushin P.V. Analiz obosnovannosti ustavok ustroystv RZA generiruyushchikh ustanovok s dvigatelyami vnutrennego sgoraniya na ob"yektakh raspredelennoy generatsii // Releynaya zashchita i avtomatizatsiya. 2015. № 3 (20). S. 24-29.Илюшин П.В., Куликов А.Л., Березовский П.К. Эффективное использование накопителей электрической энергии для предотвращения отключений объектов распределенной генерации при кратковременных отклонениях частоты // Релейная защита и автоматизация. 2019. № 4 (37). С. 26-33.Ilyushin P.V., Kulikov A.L., Berezovsky P.K. Effektivnoye ispol'zovaniye nakopiteley elektricheskoy energii dlya predotvrashcheniya otklyucheniy ob"yektov raspredelennoy generatsii pri kratkovremennykh otkloneniyakh chastoty // Releynaya zashchita i avtomatizatsiya. 2019. № 4 (37). S. 26-33.Савенко А.Е., Савенко П.С. Использование и совершенствование автоматических систем для управления рассредоточенными источниками электроэнергии в локальных электрических системах. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022; 24(4):105-115. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-4-105-115Savenko A.E., Savenko P.S. Ispol'zovanie i sovershenstvovanie avtomaticheskikh sistem dlya upravleniya rassredotochennymi istochnikami elektroenergii v lokal'nykh elektricheskikh sistemakh // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. PROBLEMY ENERGETIKI. 2022; 24(4):105-115. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-4-105-115Ran Wang, Ping Wang, Gaoxi Xiao. Intelligent Microgrid Management and EV Control Under Uncertainties in Smart Grid. Springer. 2018. – 218 p.Ran Wang, Ping Wang, Gaoxi Xiao. Intelligent Microgrid Management and EV Control Under Uncertainties in Smart Grid. Springer. 2018. – P. 218Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Нгуен Ван Х. Координация настроек автоматических регуляторов паротурбинной установки распределенной генерации. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 1 (150). С. 112-122.Bulatov Yu.N., Kryukov A.V., Nguen Van Kh. Koordinatsiya nastroek avtomaticheskikh regulyatorov paroturbinnoi ustanovki raspredelennoi generatsii // Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2020. T. 24. № 1 (150). S. 112-122.Ilyushin P., Kulikov A., Loskutov A. Application of the Wald Sequential Procedure in Automatic Network Control with Distributed Generation. In: Silhavy, R., Silhavy, P., Prokopova, Z. (eds) Software Engineering Perspectives in Intelligent Systems. CoMeSySo 2020. Advances in Intelligent Systems and Computing. Vol. 1295. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-63319-6_11Ilyushin P., Kulikov A., Loskutov A. Application of the Wald Sequential Procedure in Automatic Network Control with Distributed Generation. In: Silhavy, R., Silhavy, P., Prokopova, Z. (eds) Software Engineering Perspectives in Intelligent Systems. CoMeSySo 2020. Advances in Intelligent Systems and Computing. Vol. 1295. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-63319-6_11Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Чан З.Х. Нечеткие регуляторы для ветрогенерирующих установок. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2014; № 7-8. С. 60-69.Bulatov Yu.N., Kryukov A.V., Chan Z.Kh. Nechetkie regulyatory dlya vetrogeneriruyushchikh ustanovok // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. PROBLEMY ENERGETIKI. 2014; № 7-8. S. 60-69.Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Нгуен В.Х. Моделирование газотурбинной установки с прогностическими регуляторами напряжения и скорости. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020; 22(3): 60-67.Bulatov Yu.N., Kryukov A.V., Nguen V.Kh. Modelirovanie gazoturbinnoi ustanovki s prognosticheskimi regulyatorami napryazheniya i skorosti // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. PROBLEMY ENERGETIKI. 2020; 22(3): 60-67.Куликов Ю.А. Накопители электроэнергии - эффективный инструмент управления режимами электроэнергетических систем / Электроэнергетика глазами молодежи – 2018: материалы 9 междунар. молодеж. науч.-техн. конф., Казань, 1–5 окт. 2018 г. В 3 т. – Казань: Казан. гос. энергет. унт, 2018. – Т. 1. – С. 38–43.Kulikov Yu.A. Kulikov YU.A. Nakopiteli elektroenergii - effektivnyy instrument upravleniya rezhimami elektroenergeticheskikh sistem / Elektroenergetika glazami molodezhi – 2018: materialy 9 mezhdunar. molodezh. nauch.-tekhn. konf., Kazan', 1–5 okt. 2018 g. V 3 t. – Kazan': Kazan. gos. energet. unt, 2018. – T. 1. – S. 38–43.Илюшин П.В., Березовский П.К. Анализ международного опыта формирования условий для эффективного применения систем накопления электроэнергии в управлении режимами // Энергетик. 2019. № 11. С. 3-8.Ilyushin P.V., Berezovsky P.K. Analiz mezhdunarodnogo opyta formirovaniya usloviy dlya effektivnogo primeneniya sistem nakopleniya elektroenergii v upravlenii rezhimami // Energetik. 2019. № 11. S. 3-8.Masuta T., Gari da Silva J., Fonseca, Ootake H., Murata A. IEEE International Conference on Power System Technology (POWERCON) // Application of battery energy storage system to power system operation for reduction in pv curtailment based on few-hours-ahead PV forecast. Wollongong. 2016. pp. 1-6.Masuta T., Gari da Silva J., Fonseca, Ootake H., Murata A. IEEE International Conference on Power System Technology (POWERCON) // Application of battery energy storage system to power system operation for reduction in pv curtailment based on few-hours-ahead PV forecast. Wollongong. 2016. pp. 1-6.Lee S.J. Coordinated Control Algorithm for Distributed Battery Energy Storage Systems for Mitigating Voltage and Frequency Deviations // IEEE Transactions on Smart Grid, May 2016. pp. 1713-1722.Lee S.J. Coordinated Control Algorithm for Distributed Battery Energy Storage Systems for Mitigating Voltage and Frequency Deviations // IEEE Transactions on Smart Grid, May 2016. pp. 1713-1722.Reihani E., Sepasi S., Roose L.R., Matsuura M. Energy management at the distribution grid using a Battery Energy Storage System (BESS) // Electrical Power and Energy Systems, No. 77, 2016. pp. 337-344.Reihani E., Sepasi S., Roose L.R., Matsuura M. Energy management at the distribution grid using a Battery Energy Storage System (BESS) // Electrical Power and Energy Systems, No. 77, 2016. pp. 337-344.Ефремов Д.Г., Глускин И.З. Повышение динамической устойчивости генератора с помощью управления группой накопителей энергии различного вида. // Вестник ИГЭУ, No 6, 2017. С. 5-14.Efremov D.G., Gluskin I.Z. Povysheniye dinamicheskoy ustoychivosti generatora s pomoshch'yu upravleniya gruppoy nakopiteley energii razlichnogo vida // Vestnik IGEU, No 6, 2017. S. 5-14.Зырянов В.М., Кучак С.В., Бачурин П.А., Харитонов С.А. Экспериментальные исследования и испытания совместной работы системы накопления энергии и ДГУ в составе автономной энергосистемы // Промышленная энергетика. 2018. № 10. С. 2-10.Zyryanov V.M., Kuchak S.V., Bachurin P.A., Kharitonov S.A. Eksperimental'nyye issledovaniya i ispytaniya sovmestnoy raboty sistemy nakopleniya energii i DGU v sostave avtonomnoy energosistemy // Promyshlennaya energetika. 2018. № 10. S. 2-10..Бачурин П.А., Гладков Д.С., Зырянов В.М., Пранкевич Г.А., Кучак С.В., Нестеренко Г.Б., Лебедев Д.Е., Решетников А.Н. и др. Испытания промышленного образца системы накопления энергии СНЭ-10- 1200-400 при совместной работе с ГПУ в составе экспериментальной энергосистемы + Testing of industrial design energy storage system (ESS-101200-400) and gas piston units in experimental power system / // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 2 (59). С. 18-24.Bachurin P.A., Gladkov D.S., Zyryanov V.M., Prankevich G.A., Kuchak S.V., Nesterenko G.B., Lebedev D.E., Reshetnikov A.N. and others. Ispytaniya promyshlennogo obraztsa sistemy nakopleniya energii SNE-10- 1200-400 pri sovmestnoy rabote s GPU v sostave eksperimental'noy energosistemy + Testing of industrial design energy storage system (ESS-101200-400) and gas piston units in experimental power system // Elektroenergiya. Peredacha i raspredeleniye. 2020. № 2 (59). S. 18-24.M. S. S. Danish, H. Matayoshi, H. R. Howlader, S. Chakraborty, P. Mandal and T. Senjyu, "Microgrid Planning and Design: Resilience to Sustainability," 2019 IEEE PES GTD Grand International Conference and Exposition Asia (GTD Asia), Bangkok, Thailand, 2019, pp. 253-258, https://doi.org/10.1109/GTDAsia.2019.8716010M. S. S. Danish, H. Matayoshi, H. R. Howlader, S. Chakraborty, P. Mandal and T. Senjyu, "Microgrid Planning and Design: Resilience to Sustainability," 2019 IEEE PES GTD Grand International Conference and Exposition Asia (GTD Asia), Bangkok, Thailand, 2019, pp. 253-258, https://doi.org/10.1109/GTDAsia.2019.8716010S. M. Ferdous, F. Shahnia and G. M. Shafiullah, "Stability and robustness of a coupled microgrid cluster formed by various coupling structures," in Chinese Journal of Electrical Engineering, vol. 7, no. 4, pp. 60-77, Dec. 2021, https://doi.org/10.23919/CJEE.2021.000038S. M. Ferdous, F. Shahnia and G. M. Shafiullah, "Stability and robustness of a coupled microgrid cluster formed by various coupling structures," in Chinese Journal of Electrical Engineering, vol. 7, no. 4, pp. 60-77, Dec. 2021, https://doi.org/10.23919/CJEE.2021.000038Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Суслов К.В. Прогностическое управление турбогенераторной установкой на основе самонастраивающихся регуляторов. Энергетик. 2023. № 7. С. 9-13.Bulatov Yu.N., Kryukov A.V., Suslov K.V. Prognosticheskoe upravlenie turbogeneratornoi ustanovkoi na osnove samonastraivayushchikhsya regulyatorov // Energetik. 2023. № 7. S. 9-13.

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