Управление потоками мощности в замкнутой электрической сети среднего напряжения
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-6-38-49Ключевые слова:
тиристорный регулятор напряжения, продольно-поперечное регулирование, замкнутая электрическая сеть, потоки мощности, качество электроэнергии, имитационное моделированиеАннотация
Современные электроэнергетические системы претерпевают большие изменения, связанные с усложнением их иерархии, трансформацией в киберфизические системы и наращиванием темпов внедрения источников распределенной генерации (РГ), в том числе на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Проблемы в распределительных электрических сетях (РЭС) с РГ на ВИЭ, связанные с нежелательными перетоками активной и реактивной мощностей между источниками, ухудшением качества передаваемой электроэнергии ведет к дополнительным потерям электроэнергии и снижению устойчивости системы в целом. Существующие устройства регулирования напряжения и мощности не удовлетворяют требованиям регулирования, предъявляемым к ним при работе в РЭС среднего напряжения. Проблему управления потоками мощности и стабилизации уровня напряжения в замкнутой РЭС 6–20 кВ с источниками РГ на ВИЭ можно решить с помощью тиристорного регулятора напряжения (ТРН). ТРН — полупроводниковое вольтодобавочное устройство с возможностью продольного (значение) и поперечного (фазовый угол) регулирования напряжения.
Настоящая работа посвящена изучению влияния режимов продольно-поперечного регулирования ТРН на параметры замкнутой РЭС с источниками РГ на ВИЭ. Для исследований разработана имитационная MATLAB-модель замкнутой электрической сети с двумя источниками питания, ТРН и нагрузками. Рассмотрен принцип работы продольно-поперечного регулирования блока ТРН модели. Результаты исследования ТРН при продольно-поперечном регулировании в режимах понижения–запаздывания и повышения–опережения показали, что ТРН позволяет эффективно перераспределять нагрузку между источниками питания, поддерживая при этом напряжение на шинах нагрузок в допустимых пределах.
Библиографические ссылки
1. Cai W. e. a. Safety Assessment of Loop Closing in Active Distribution Networks Based on Probabilistic Power Flow // Energies. 2025. V. 18. Pp. 1—19.
2. Xie W. e. a. Application of Voltage Optimization Strategy for Rotary Power Flow Controllers in Loop Closing of Distribution Networks // Electronics. 2025. V. 14. Pp. 1—14.
3. Jarnut M., Kaniewski J., Buciakowski M. Energy Storage Systems for Fluctuating Energy Sources and Fluctuating Loads — Analysis of Selected Cases // Energies. 2025. V. 18. Pp. 1—18.
4. Подковальников С.В. Смена парадигмы управления электроэнергетическими системами // Электричество. 2024. № 3. С. 4—15.
5. Vali A.K. e. a. Deep-learning-based Controller for Parallel DSTATCOM to Improve Power Quality in Distribution System // Energies. 2025. V. 18. Pp. 1—28.
6. Gielnik F., Hormel S., Suriyah M., Leibfried T. Comparison of Active and Passive Grid Coupling in Distribution Grids Using Particle Swarm Optimization // Processes. 2025. V. 13. Pp. 1—17.
7. Onsomu O.N., Terciyanlı, E., Yeşilata B. Optimal Dispatch of a Virtual Power Plant Considering Distributed Energy Resources under Uncertainty // Energies. 2025. V. 18. Pp. 1—27.
8. Lak P.Y., Lim J.-W., Nam S.-R. Deep Neural Network-based Optimal Power Flow for Active Distribution Systems with High Photovoltaic Penetration // Energies. 2025. V. 18. Pp. 1—17.
9. Xu X. e. a. Multi-mode Control of a Hybrid Transformer for the Coordinated Regulation of Voltage and Reverse Power in Active Distribution Network // Processes. 2024. V. 12. Pp. 1—22.
10. Xu Y., Huang F., Diao Y., Bi C., Jin X., Wang J. Novel Single-core Phase-shifting Transformer: Configuration, Analysis and Application in Loop Closing // Energies. 2025. V. 18. Pp. 1—15.
11. Jagtap P., Chandrakar V.K. Advanced UPFC Controllers to Improve Transient and Dynamic Stability of Power System // Proc. Intern. Conf. Advances in Mechanical Eng. Nagpur, 2023. Pp. 1—7.
12. Ammr S.M., Asghar M.S., Ashraf I., Meraj M.A. Comprehensive Review of Power Flow Controllers in Interconnected Power System Networks // IEEE Access. 2020. V. 8. Pp. 18036—18063.
13. Singh P., Tiwari R., Sangwan V., Gupta A.K. Optimal Allocation of Thyristor-controlled Series Capacitor (TCSC) and Thyristor-controlled Phase-shifting Transformer (TCPST) // Proc. Intern. Conf. Power Electronics & IoT Applications in Renewable Energy and Its Control. Mathura, 2020. Pp. 491—496.
14. Xu Z., Qin R., Ma H., Lu J., Tang J., Yang Y. Research on The Optimal Regulation Strategy of Loop Closing Device Based on Phase Shifting Transformer // Proc. IEEE V Conf. Energy Internet and Energy System Integration. Taiyuan, 2021. Pp. 1203—208.
15. Асабин А.А., Белянин И.В., Соснина Е.Н., Бедретдинов Р.Ш., Крюков Е.В. Система управления тиристорного регулятора напряжения // Интеллектуальная электротехника. 2020. № 1(9). С. 25—39.
16. Пат. № 192343 РФ. Устройство управления тиристорным регулятором вольтодобавочного напряжения / Асабин А.А., Соснина Е.Н., Кралин А.А., Бедретдинов Р.Ш. // Бюл. изобрет. 2019. № 26.
17. Асабин А.А., Кралин А.А. Энергетические показатели тиристорного регулятора переменного напряжения с вольтодобавочным трансформатором при поочередном двухзонном управлении // Интеллектуальная электротехника. 2018. № 2. С. 93—104.
18. Соснина Е.Н., Асабин А.А., Бедретдинов Р.Ш., Крюков Е.В., Гусев Д.А. Тиристорное вольтодобавочное устройство для снижения колебаний напряжения в системах электроснабжения горнорудных предприятий // Записки Горного института. 2025. Т. 272. С. 159—170.
19. Соснина Е.Н., Кралин А.А., Бедретдинов Р.Ш., Крюков Е.В., Гусев Д.А. Исследование режимов работы в замкнутой электрической сети 10 кВ с источником распределенной генерации и тиристорным регулятором напряжения // Электротехника. 2025. № 10. С. 91—104.
20. Jin W., Liu H., Zhang W., Yuan J. Power Flow Regulation Effect and Parameter Design Method of Phase-Shifting Transformer // Energies. 2024. V. 17. Pp. 1—17.
21. Sosnina E., Bedretdinov R., Kryukov E., Gusev D. Power Flows Control in a Multi-Source Power Distribution Electrical Network // Proc. IEEE 26th Intern. Conf. Young Professionals in Electron Devices and Materials. Altai, 2025. Pp. 930—934.
22. Martinelli S., Alvarez A.E., Papadopoulos P. Simulating the Future Renewable-based Power Network: High-performance Computing for Power Systems Analysis // Project Rep. Electronic and Electrical Engineering. 2021.
23. ГОСТ 32144—2013. Нормы качества энергии в системах электроснабжения общего назначения.
---
Для цитирования: Соснина Е.Н., Кралин А.А., Бедретдинов Р.Ш., Крюков Е.В., Гусев Д.А. Управление потоками мощности в замкнутой электрической сети среднего напряжения // Вестник МЭИ. 2025. № 6. С. 38—49. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-38-49
---
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-29-00872), https://rscf.ru/project/24-29-00872/
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Cai W. e. a. Safety Assessment of Loop Closing in Active Distribution Networks Based on Probabilistic Power Flow. Energies. 2025;18:1—19.
2. Xie W. e. a. Application of Voltage Optimization Strategy for Rotary Power Flow Controllers in Loop Closing of Distribution Networks. Electronics. 2025;14:1—14.
3. Jarnut M., Kaniewski J., Buciakowski M. Energy Storage Systems for Fluctuating Energy Sources and Fluctuating Loads — Analysis of Selected Cases. Energies. 2025;18:1—18.
4. Podkoval'nikov S.V. Smena Paradigmy Upravleniya Elektroenergeticheskimi Sistemami. Elektrichestvo. 2024;3:4—15. (in Russian).
5. Vali A.K. e. a. Deep-learning-based Controller for Parallel DSTATCOM to
Improve Power Quality in Distribution System. Energies. 2025;18:1—28.
6. Gielnik F., Hormel S., Suriyah M., Leibfried T. Comparison of Active and Passive Grid Coupling in Distribution Grids Using Particle Swarm Optimization. Processes. 2025;13:1—17.
7. Onsomu O.N., Terciyanlı, E., Yeşilata B. Optimal Dispatch of a Virtual Power Plant Considering Distributed Energy Resources under Uncertainty. Energies. 2025;18:1—27.
8. Lak P.Y., Lim J.-W., Nam S.-R. Deep Neural Network-based Optimal Power Flow for Active Distribution Systems with High Photovoltaic Penetration. Energies. 2025;18:1—17.
9. Xu X. e. a. Multi-mode Control of a Hybrid Transformer for the Coordinated Regulation of Voltage and Reverse Power in Active Distribution Network. Processes. 2024;12:1—22.
10. Xu Y., Huang F., Diao Y., Bi C., Jin X., Wang J. Novel Single-core Phase-shifting Transformer: Configuration, Analysis and Application in Loop Closing. Energies. 2025;18:1—15.
11. Jagtap P., Chandrakar V.K. Advanced UPFC Controllers to Improve Transient and Dynamic Stability of Power System. Proc. Intern. Conf. Advances in Mechanical Eng. Nagpur, 2023:1—7.
12. Ammr S.M., Asghar M.S., Ashraf I., Meraj M.A. Comprehensive Review of Power Flow Controllers in Interconnected Power System Networks. IEEE Access. 2020;8:18036—18063.
13. Singh P., Tiwari R., Sangwan V., Gupta A.K. Optimal Allocation of Thyristor-controlled Series Capacitor (TCSC) and Thyristor-controlled Phase-shifting Transformer (TCPST). Proc. Intern. Conf. Power Electronics & IoT Applications in Renewable Energy and Its Control. Mathura, 2020:491—496.
14. Xu Z., Qin R., Ma H., Lu J., Tang J., Yang Y. Research on The Optimal Regulation Strategy of Loop Closing Device Based on Phase Shifting Transformer. Proc. IEEE V Conf. Energy Internet and Energy System Integration. Taiyuan, 2021:1203—208.
15. Asabin A.A., Belyanin I.V., Sosnina E.N., Bedretdinov R.Sh., Kryukov E.V. Sistema Upravleniya Tiristornogo Regulyatora Napryazheniya. Intellektual'naya Elektrotekhnika. 2020;1(9):25—39. (in Russian).
16. Pat. № 192343 RF. Ustroystvo Upravleniya Tiristornym Regulyatorom Vol'todobavochnogo Napryazheniya. Asabin A.A., Sosnina E.N., Kralin A.A., Bedretdinov R.Sh. Byul. izobret. 2019;26. (in Russian).
17. Asabin A.A., Kralin A.A. Energeticheskie Pokazateli Tiristornogo Regulyatora Peremennogo Napryazheniya s Vol'todobavochnym Transformatorom pri Poocherednom Dvukhzonnom Upravlenii. Intellektual'naya Elektrotekhnika. 2018;2:93—104. (in Russian).
18. Sosnina E.N., Asabin A.A., Bedretdinov R.SH., Kryukov E.V., Gusev D.A. Tiristornoe Vol'todobavochnoe Ustroystvo Dlya Snizheniya Kolebaniy Napryazheniya v Sistemakh Elektrosnabzheniya Gornorudnykh Predpriyatiy. Zapiski Gornogo Instituta. 2025;272:159—170. (in Russian).
19. Sosnina E.N., Kralin A.A., Bedretdinov R.Sh., Kryukov E.V., Gusev D.A. Issledovanie Rezhimov Raboty v Zamknutoy Elektricheskoy Seti 10 kV s Istochnikom Raspredelennoy Generatsii i Tiristornym Regulyatorom Napryazheniya. Elektrotekhnika. 2025;10:91—104. (in Russian).
20. Jin W., Liu H., Zhang W., Yuan J. Power Flow Regulation Effect and Parameter Design Method of Phase-Shifting Transformer. Energies. 2024;17:1—17.
21. Sosnina E., Bedretdinov R., Kryukov E., Gusev D. Power Flows Control in a Multi-Source Power Distribution Electrical Network. Proc. IEEE 26th Intern. Conf. Young Professionals in Electron Devices and Materials. Altai, 2025:930—934.
22. Martinelli S., Alvarez A.E., Papadopoulos P. Simulating the Future Renewable-based Power Network: High-performance Computing for Power Systems Analysis. Project Rep. Electronic and Electrical Engineering. 2021.
23. GOST 32144—2013. Normy Kachestva Energii v Sistemakh Elektrosnabzheniya Obshchego Naznacheniya. (in Russian)
---
For citation: Sosnina E.N., Kralin A.A., Bedretdinov R.Sh., Kryukov E.V., Gusev D.A. Power Flows Control in a Closed Medium-voltage Electrical Network. Bulletin of MPEI. 2025;6:38—49. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-38-49
---
The Work was Supported by the Russian Science Foundation (Grant No. 24-29-00872), https://rscf.ru/project/24-29-00872
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
