Разработка инновационных технологий и средств для оценки и повышения гибкости будущих энергосистем

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-49-04108

НазваниеРазработка инновационных технологий и средств для оценки и повышения гибкости будущих энергосистем

Руководитель Воропай Николай Иванович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук , Иркутская обл

Конкурс №27 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DFG)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии

Ключевые слова электроэнергетическая система, гибкость, режимная надёжность, регулирование потребляемой мощности, машинное обучение

Код ГРНТИ44.29.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В электроэнергетических системах (ЭЭС) гибкость, адаптивность функционирования имеет решающее значение с точки зрения поддержания балансов мощности в краткосрочной и долгосрочной перспективе, а также возможностей прогнозирования небалансов между нагрузкой и генерацией. Вследствие увеличения доли стохастичной генерации источников возобновляемой энергии необходимость в повышении гибкости в предстоящие годы будет возрастать как в европейских ЭЭС, так и в России. В то же время, вывод из работы традиционных электростанций ведет к сокращению основных источников, обеспечивающих гибкость ЭЭС. Поэтому для обеспечения надежного и устойчивого функционирования модернизируемых ЭЭС требуется использование новых средств повышения их гибкости. Перспективной технологией является использование локальных (распределенных) сетевых устройств, которые в последние годы внедряются как в передающих, так и в распределительных сетях. Таким образом, налицо тенденции снижения гибкости будущих ЭЭС, возрастания уровня нестабильности их состояний, и в то же время, повышения их управляемости. В разных по структуре ЭЭС (например, ЭЭС Германии и России) сочетание отдельных факторов и их уровень различны, однако общие упомянутые тенденции одинаковы. Рост влияния негативных факторов при недоиспользовании эффектов положительных факторов в процессе развития и функционирования ЭЭС приведет к недопустимому снижению гибкости этих систем, увеличению их аварийности и снижению надежности электроснабжения потребителей и качества электроэнергии. Для нивелирования влияния негативных факторов необходимы глубокие комплексные исследования. Этим и обосновывается актуальность заявляемого проекта. Как показывает опыт заявителей в части анализа энергосистем на уровне как передачи, так и распределения, учет распределенных средств обеспечения гибкости энергосистем при моделировании ведется по-разному для систем передачи и распределения электроэнергии. При исследованиях передающих сетей гибкость распределительной сети учитывается чрезвычайно упрощенно (если учитывается вообще). Напротив, на уровне исследования распределительной сети ее гибкость моделируется очень детально, но цели использования гибких решений ограничены пределами этой сети. Соответственно, в таком исследовании, как правило, не учитываются требования к гибкости и технические ограничения системы более высокого уровня. Таким образом, в практике исследований задачи, связанные с гибкостью сетей разного назначения, решаются изолированно друг от друга, что с большой долей вероятности может привести к неэффективному и потенциально небезопасному развитию энергосистемы. В целях разрешения этого противоречия авторы заявки намерены разработать единый унифицированный подход к моделированию распределенных средств обеспечения гибкости. В то время как в существующих подходах отсутствует общая трактовка гибкости разных уровней энергосистемы, в проекте будет разработана идеология и платформа моделирования, дающие возможность детальной количественной оценки характеристик гибкости и применимые как к распределительной сети, так и к энергосистеме в целом. Именно в комплексности рассмотрения проблемы гибкости энергосистемы авторы видят научную новизну заявляемого проекта. На первом этапе планируется реализация детальных оптимизационных моделей для расстановки средств обеспечения гибкости с использованием вероятностного моделирования. Поскольку использование таких моделей ожидаемо потребует больших вычислительных затрат, то на втором этапе поведение этой модели будет всесторонне анализироваться и, далее, воспроизводиться с помощью методов искусственного интеллекта и машинного обучения. При использовании этой методологии образовавшаяся брешь между существующими методами моделирования будет закрыта, и станет возможным комплексный анализ поведения сложной системы с распределенными средствами обеспечения гибкости. Результатом проекта будет многоуровневая модель гибкости энергосистем, которая позволит проводить комплексные исследования систем передачи и распределения электроэнергии. При использовании этой модели, в числе прочего, станет возможным анализ оптимального распределения средств обеспечения гибкости между распределительными и передающими сетями. Кроме того, разработанная модель позволит значительно более детально количественно оценить гибкость в любых энергосистемах. Таким образом, выполнение заявляемого проекта направлено на повышение режимной надежности при управлении развитием и функционированием систем передачи и распределения и электроэнергии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Томин Н.В., Курбацкий В.Г., Реуцкий И.С. Hybrid intelligent technique for voltage/VAR control in power systems IET Generation, Transmission & Distribution, Volume 13, Issue 20, p. 4724 – 4732 (год публикации - 2019)
10.1049/iet-gtd.2019.0214

2. Воропай Н., Курбацкий В., Томин Н., Ефимов Д., Колосок И. Intelligent control and protection of power systems in the Russian cities Proceedings of the 8th International Conference on Smart Cities and Green ICT Systems 2019, SMARTGREENS 2019 - Proceedings of the 8th International Conference on Smart Cities and Green ICT Systems 2019, Pages 19-29 (год публикации - 2019)

3. Воропай Н., Ретанц К., Киппелт С., Томин Н., Хэгер У., Ефимов Д., Курбацкий В., Колосок И. The development of a joint modelling framework for operational flexibility in power systems Proceedings of the 16th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems, 2019 16th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems, ELMA 2019 - Proceedings June 2019, 8771685 (год публикации - 2019)
10.1109/ELMA.2019.8771685

4. Воропай Н., Ретанз К. Flexibility and Resiliency of Electric Power Systems: Analysis of Definitions and Content EPJ Web Conf. - 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems, Issue EPJ Web Conf. Volume 217, 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems (FREPS 2019) (год публикации - 2019)
10.1051/epjconf/201921701018

5. Глазунова А., Аксаева Е. Active power measurement verification for electriс power systems with battery energy EPJ Web Conf. - 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems, EPJ Web Conf. Volume 217, 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems (FREPS 2019) (год публикации - 2019)
10.1051/epjconf/201921701003

6. Колосок И., Коркина Е., Курбацкий В. Effect of Energy Storages on Flexibility and Cyber Resilience of Electric Networks EPJ Web Conf. - 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems, EPJ Web Conf. Volume 217, 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems (год публикации - 2019)
10.1051/epjconf/201921701006

7. Глазунова А.М., Аксаева Е.С. An Increase in Information Security of Electric Power System with Wind Power Penetration under Low Redundancy of Measurements Proceeding of the 2019 IEEE Milan PowerTech, 2019 IEEE Milan PowerTech, PowerTech 2019 June 2019, 8810533 (год публикации - 2019)
10.1109/PTC.2019.8810533

8. Томин Н., Жуков А., Домышев А. Deep Reinforcement Learning for Energy Microgrids Management Considering Flexible Energy Sources EPJ Web Conf. - 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems, EPJ Web Conf. Volume 217, 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems (год публикации - 2019)
10.1051/epjconf/201921701016

9. Чуликова М., Воропай Н. Flexibility Enhancement in an Islanded Distribution Power System by Online Demand-Side Management EPJ Web Conf. - 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems, EPJ Web Conf. Volume 217, 2019 International Workshop on Flexibility and Resiliency Problems of Electric Power Systems (FREPS 2019) (год публикации - 2019)
10.1051/epjconf/201921701020

10. Томин Н., Курбацкий В., Негневицкий М. Development a partially observable Markov decision processes-based intelligent assistant for power grids using Monte Carlo tree search Proceedings of the 10th International Scientific Symposium on Electrical Power Engineering, Proceedings of the 10th International Scientific Symposium on Electrical Power Engineering, ELEKTROENERGETIKA 2019 2019, Pages 389-393 (год публикации - 2019)

11. Сидоров, Д., Панасецкий, Д., Томин, Н., Карамов, Д., Жуков, А., Мифтахов, И., Дрегла, А., Лю, Ф. Ли, И. Toward zero-emission hybrid AC/DC power systems with renewable energy sources and storages: A case study from Lake Baikal region Energies, Energies, Volume 13, Issue 5, March 2020 (год публикации - 2020)
10.3390/en13051226

12. Томин Н.В., Маасманн Ю., Домышев А. Flexible Charging Optimization for Electric Vehicles using MDPs-based Online Algorithms Preprints of the 21st IFAC World Congress (to be published in IFACPapersOnline), Preprints of the 21st IFAC World Congress (Virtual), 2020, P. 12793 - 12798 (год публикации - 2020)

13. Воропай Н.И.,Томин Н.В., Панасецкий Д.А., Курбацкий В.Г. Иерархическое моделирование при обосновании средств обеспечения гибкости электроэнергетических систем Академическое изд-во "Гео", Новосибирск, Иерархическое моделирование систем энергетики / отв. ред. Н.И. Воропай, В.А. Стенников. - Новосибирск: Академическое изд-во "Гео", 2020. - С. 271-288. (год публикации - 2020)
10.21782/В978-5-6043021-9-4

14. Воропай Н. Electric Power System Transformations: A Review of Main Prospects and Challenges Energies, Energies, Vol.13, No.21, 5639. (год публикации - 2020)
10.3390/en13215639

15. Томин Н., Курбацкий В., Борисов В., Музалев С. Development of Digital Twin for Load Center on the Example of Distribution Network of an Urban District E3S Web Conf., E3S Web Conf., Vol. 209, 2020, ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management (год публикации - 2020)
10.1051/e3sconf/202020902029

16. Косьмина Е.В., Воропай Н.И. Анализ причин снижения гибкости электроэнергетических систем и мероприятий по ее повышению Сборник трудов 92-го Международного научного семинара "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: Вып. 71. Надежность энергоснабжения потребителей в условиях их цифровизации. В 3-х книгах. / Книга 1 / Отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2020. С.407-417 (год публикации - 2020)

17. Осак А., Бузина Е. Using the flexibility of EPS as a means of improving the system reliability of power systems in modern conditions E3S Web Conf., ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management, E3S Web Conf. Volume 209, 2020, ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management (год публикации - 2020)
10.1051/e3sconf/202020902024

18. Томин Н.В., Курбацкий В.Г., Шакиров В.А. Многоуровневый анализ гибкости современных энергосистем на базе двухуровневого программирования Сборник трудов 92-го Международного научного семинара "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: Вып. 71. Надежность энергоснабжения потребителей в условиях их цифровизации. В 3-х книгах. / Книга 1 / Отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2020. С.365 – 375 (год публикации - 2020)

19. Аксаева Е., Глазунова А. Flexibility and operating reserves in electric power systems E3S Web Conf., ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management, E3S Web Conf. Volume 209, 2020, ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management (год публикации - 2020)
10.1051/e3sconf/202020902001

20. Глазунова А., Аксаева Е. Development of methods for research of electric power system flexibility E3S Web Conf., ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management, E3S Web Conf. Volume 209, 2020, ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management (год публикации - 2020)
10.1051/e3sconf/202020902011

21. Колосок И.Н., Коркина Е.С. Применение принципа сетецентрического управления к структуре агрегатора спроса на электроэнергию Промышленная энергетика, Промышленная энергетика, 2020, №12. С. 2-8 (год публикации - 2020)

22. Колосок И.Н., Коркина Е.С. Формирование структуры агрегатора спроса методом анализа иерархии Сборник трудов 92-го Международного научного семинара "Методические вопросы, Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: Вып. 71. Надежность энергоснабжения потребителей в условиях их цифровизации. В 3-х книгах. / Книга 3 / Отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2020. С.9-18 (год публикации - 2020)

23. Колосок И., Коркина Е., Тихонов А.В. Application of FACTS devices for flexibility control of transmission networks E3S Web Conf., ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management, E3S Web Conf. Volume 209, 2020, ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management (год публикации - 2020)
10.1051/e3sconf/202020902016

24. Колосок И., Коркина Е., Томин Н. Cyber security of electric networks with energy storages Preprints of the 21st IFAC World Congress (to be published in IFACPapersOnline), Preprints of the 21st IFAC World Congress (Virtual), 2020, P. 13761 - 13766 (год публикации - 2020)

25. Косьмина Е.В., Воропай Н.И. Развитие метода Backward/Forward для исследования гибкости систем электроснабжения Вестник Казанского государственно энергетического университета, Вестник Казанского государственно энергетического университета, 2020, №11. (год публикации - 2020)

26. Осак А.Б., Панасецкий Д.А., Бузина Е.Я. Анализ гибкости ЭЭС, как метод анализа режимной надежности энергосистем в современных условиях Сборник трудов 92-го Международного научного семинара "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: Вып. 71. Надежность энергоснабжения потребителей в условиях их цифровизации. В 3-х книгах. / Книга 1 / Отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2020. С.397-406 (год публикации - 2020)

27. Воропай Н.И., Ретанц К., Хэгер У., Курбацкий В.Г., Томин Н.В., Колосок И.Н., Панасецкий Д.А. Разработка инновационных технологий и средств для оценки и повышения гибкости современных энергосистем Электроэнергия. Передача и распределение, Электроэнергия. Передача и распределение, 2021, №1 (год публикации - 2021)

28. Колосок И.Н., Климов М.А. Применение синхронизированных векторных измерений для анализа и обеспечения гибкости передающих электрических сетей Cборник докладов конференции «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Cборник докладов конференции «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», 2020, Том 1. (год публикации - 2020)

29. Воропай Н.И., Чулюкова М.В. Противоаварийное управление нагрузкой для обеспечения гибкости электроэнергетических систем Вестник ИрГТУ, Вестник ИрГТУ, 2020 , Т. 24, № 4, с. 781 – 794. (год публикации - 2020)
10.21285/1814-3520-2020-4-781-794

30. Шакиров В., Томин Н., Курбацкий В. Distributed Siting of Wind Farms to Minimize Fluctuations in Generated Power 2021 17th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA), 2021, pp. 1-5 (год публикации - 2021)
10.1109/ELMA52514.2021.9503045

31. Томин Н., Шакиров В., Козлов А., Сидоров Д., Курбацкий В., Рехтанз К., Лора Электо Е.С. Design and optimal energy management of community microgrids with flexible renewable energy sources Renewable Energy, Vol.183, January 2022, Pp.903-921 (год публикации - 2022)
10.1016/j.renene.2021.11.024

32. Колосок И.Н., Коркина Е.С. Отбор активных потребителей в структуру агрегатора спроса аналитическими методами Электроэнергия. Передача и распределение, № 3, 2021. С.32-38 (год публикации - 2021)

33. Томин Н., Воропай Н., Курбацкий В., Ретанз К. Management of Voltage Flexibility from Inverter-Based Distributed Generation Using Multi-Agent Reinforcement Learning Energies, 2021, vol. 14, 8270 (год публикации - 2021)
10.3390/en14248270

34. Glazunova A., Aksaeva E., Semshikov E., Negnevitsky M. Determining the Flexibility of Power Systems with High Share of Wind Generation Using Artificial Neural Networks 2021 31st Australasian Universities Power Engineering Conference (AUPEC), 2021, pp. 1-6 (год публикации - 2021)
10.1109/AUPEC52110.2021.9597838

35. Глазунова А.М., Аксаева Е. С. Оценка гибкости электроэнергетической системы с ветровыми станциями и накопителями энергии в режиме реального времени Электроэнергия. Передача и распределение, № 3 (66), C. 16-23 (год публикации - 2021)

36. Томин Н., Колосок И., Коркина Е., Курбацкий В. A demand-response approach for HVAC systems using Internet of Energy concept Proc. of the Int. Conference “Smart Energy Systems 2021” (год публикации - 2021)

37. Колосок И., Коркина Е. Applying cyber-physical management to the structure of the Demand Response Aggregator Lecture Notes in Networks and Systems, Dec. 2021 (год публикации - 2021)

38. Колосок И.Н., Берг Е.С. Использование СВИ для расчета текущего режима при анализе гибкости ЭЭС Труды Международного семинара "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики", Вып. 72. Надежность систем энергетики в условиях их цифровой трансформации. В 2-х книгах. / Книга 1 / Отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2021, С. 323-332. (год публикации - 2021)

39. Колосок И.Н., Коркина Е.С. Demand Response агрегатор как бизнес-процесс в условиях цифровизации энергетики Релейная защита и автоматизация, Релейная защита и автоматизация. – 2021. – № 4, С.22-27 (год публикации - 2021)

40. Томин Н., Барахтенко Е., Маас Л., Курбацкий В., Янг Д. Distributed Multienergy System Flexibility Management using Advanced Optimization Techniques Proc. of IEEE 2021 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (год публикации - 2021)

41. Воропай Н.И., Томин Н.В., Ретанц К., Колосок И.Н., Коркина Е.С., Курбацкий В.Г., Маас Л. Multilevel Approaches for Power System Flexibility Assessment and Enhancement Proc. of the International Scientific Electric Power Conference, ISEPC-2021 (год публикации - 2021)

Публикации