Модели задач оптимизации надежности распределительных электрических сетей: обзор зарубежного опыта

В. В. Зорин *, П. Я. Экель **, доктора техн. наук,
В. А. Попов *, А. А. Петров *, кандидаты техн. наук, В. В. Ткаченко*
* Институт энергосбережения и энергоменеджмента НТУУ «КПИ»
(Украина, 03056, Киев, ул. Борщаговская, 115,
тел. (044) 4549691, e-mail:Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.),
** Pontifical Catholic University of Minas Gerais
(Brazil, 30535610, Belo Horizonte, MG, Ave. Dom Jose Gaspar, 500,
phone: 553133194305, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.)

АННОТАЦИЯ

Для ефективного підвищення надійності електропостачання є необхідним суттєве розширення спектру та обсягу сучасних комутаційних і захисних апаратів, які використовуються в розподільчих мережах. При цьому важливе значення має вибір оптимального складу і місць розміщення обладнання. Розглянуто досвід розв'язування подібних задач в різних країнах світу, що може допомогти сформулювати найбільш прийнятні для вітчизняних енергокомпаній принципи побудови моделей оптимізації надійності розподільчих мереж.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

распределительные электрические сети, надежность, модели оптимизации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. European Smart Grids Technology Platform: Vision and Strategy for Europe's Electricity Networks of the Future / European Commission. — 2006. — 38 p.
2. Гутаревич О. Т. Службова записка керівництву Мінпаливенерго №157 від 07.07.2003 р. (аналіз технічного стану електричних мереж) // Державна інспекція з експлуатації електричних станцій і мереж. Інформаційні та аналітичні матеріали. — 1991—2009 рр. — Київ. — C. 363—367.
3. Гушля А. М. Аналіз звітності електропередавальних організацій щодо оцінки технічного стану об'єктів розподільчих мереж // Інформаційний бюлетень НКРЕ України. — 2011. — № 7. — C. 325—328.
4. Про затвердження форм звітності № 17-НКРЕ «Звіт щодо показників надійності електропостачання» та № 18-НКРЕ «Звіт щодо показників комерційної якості надання послуг» та інструкцій щодо їх заповнення // Постанова НКРЕ України № 232 від 17.02.2011 р.
5. Андриевский Е. Н. Секционирование и резервирование сельских электросетей.— М.: Энергоатомиздат, 1983.— 112 с.
6. Холмский Д. В. Принципы нормирования надежности электроснабжения потребителей //Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып. 2. — Сыктывкар, Коми филиал АН СССР, 1975. — С. 150—159.
7. Billinton R., Jonnavithula S. Optimal Switching Device Placement in Radial Distribution Systems // IEEE Transactions on Power Delivery. — 1996. — Vol. 11, ¹ 3. — P. 1646—1651.
8. Jonnavithula S. Cost/Benefit Assessment of Power System Reliability // AThesis for the Degree of Doctor of Philisophy in the Department of Electrical Engineering University of Saskatchewan. — Saskatoon, Canada, 1997. — 200 p.
9. Wesz da Silva L. G., Pereira R. A. F., Mantovani J. R. S. Optimized Allocation of Sectionalizing Switches and Control and Protection Devices for Reliability Indices Improvement in Distribution Systems // 2004 IEEE/PES Transmission& Distribution Conference & Exposition: Latin America, 8—11 Nov., 2004. — P. 51—56.
10. Wesz da Silva L. G., Pereira R. A. F., Mantovani J. R. S. Optimised Allocation of Sectionalising Switches and Protection Devices in Distribution Networks by Using a Reactive Tabu Search Algorithm // CIRED 18th International Conference on Electricity Distribution. — Turin,6—9June, 2005.—5 p.—http://www.cired.be/CIRED05/papers/cired2005_0288.pdf.
11. Chen C. S., Lin C. H., Chuang H. J. et al. Optimal Placement of Line Switches for Distribution Automation Systems Using Immune Algorithm // IEEE Transactions on Power Systems. — 2006.— Vol. 21, ¹ 3. — P. 1209—1217.
12. Klinieam K., Sirisumrannukul S. Optimal Placement of Sectionalizing Switches in Radial Distribution Systems by a Genetic Algorithm // The 2-nd GMSARN Intern. Conf. «Sustainable Development: Challenges and Opportunities for Greater Mekong Subregion». Pattaya, Thailand. 12—14 Dec., 2007. — 7 p. — http://mpuhost04.ait.ac.th/gmsarn/gmsarn2007/paperlist/036%20-%20E12%20-%20Sirisumrannukul%20%-%20Optimal%20placement.pdf.
13. Moradi A., Fotuhi-Firuzabad M. Optimal Switch Placement in Distribution Systems Using Trinary Particle Swarm Optimization Algorithm // IEEE Transactions on Power Delivery. — 2008.— Vol. 23, № 1. — P. 271—279.
14. Wesz da Silva L. G., Pereira R. A. F., Abbad J. R., Mantovani J. R. S. Optimised Placement of Control and Protective Devices in Electric Distribution Systems Through Reactive Tabu Search Algorithm // Electric Power Systems Research. — 2008.— Vol. 78, Is. 3. —P. 372—381.
15. Wesz da Silva L. G., Pereira R. A. F., Mantovani J. R. S. Alocacao Otimizada de Dispositivos de Controle e Protecao em Redes de Distribuicao // Revista Controle & Automacao. — 2010.— Vol. 21, ¹ 3. — P. 294 —307.
16. Liu B., Kun S., Zou J. et al. Optimal Feeder Switches Location Scheme for High Reliability and Least Costs in Distribution System // Proc. of the 6th World Congress on Intelligent Control and Automation. Dalian, China, 21—23 June, 2006. — P. 7419—7423.
17. Mao Y., Miu K.N. Switch Placement to Improve System Reliability for Radial Distribution Systems with Distributed Generation // IEEE Transactions on Power Systems.—2003. — Vol. 18, ¹ 4. — P. 1346—1352.
18. Mao Y. Protection System Design for Power Distribution Systems in the Presence of Distributed Generation //AThesis for the Phd Degree.—Drexel University, USA, 2005.—149 p.
19. Garcia L., Opazo H., Lopez E. Switches Optimum Location in Medium Voltage Network ViaMinimization of Energy Not Supplied // 16th IEEE Intern. Conf. on Electronics, Communications and Computers (CONIELECOMP 2006), 27 February—1 March, 2006. — Cholula, Puebla, Mexico. — P. 44.
20. Teng J. H., Lu C. N. Feeder-Switch Relocation for Customer Interruption Cost Minimization // IEEE Transactions on Power Delivery. — 2002. — Vol. 17, ¹ 1. — P. 254— 259.
21. Ferreira G. D., Bretas A. S., Cardoso G. Jr. Optimal Distribution Protection Design Considering Momentary and Sustained Reliability Indices // MEPS'10 Symposium. Wroclaw University of Technology, Poland. — 20—22 September, 2010. — 8 p. — http://www.meps10.pwr.wroc.pl/submission/data/papers/03.2.pdf.
22. Sohn J. M., Nam S. R., Park J. K. Value-Based Radial Distribution System Reliability Optimization // IEEE Transactions on Power Systems.—2006.—Vol. 21, ¹ 2.— P. 941— 947.
23. Alencar T., Rodrigues A., da Guia da Silva M. Switches Allocation in Distribution Network Using Particle Swarm Optimization Based on Fuzzy Expert System // 17th Power Systems Computation Conference (PSCC) 2011. Stockholm, Sweden, August, 22—26, 2011.—7 p.— http://www.pscc-central.org/en/background/papers-from-previous-psccs/pscc-2011-stockholm.html.
24. Tippachon W., Rerkpreedapong D. Multiobjective Optimal Placement of Switches and Protective Devices in Electric Power Distribution Systems Using Ant Colony Optimization // Electric Power Systems Research. — 2009. — Vol. 79, Is. 7. — P. 1171—1178.
25. Falcao D. M. Genetic Algorithms Applications in Electrical Distribution Systems // Proc. of the Congress on Evolutionary Computation «CEC '02». Honolulu, USA, 12—17 May, 2002.— P. 1063—1068.
26. Alves da Silva A. P., Falcao D. M., Lee K. Y. Optimal Protection and Switching Devices Placement // Modern Heuristic Optimization Techniques. Theory and Applications to Power Systems. — IEEE Press, 2009.— P. 246—247.
27. Soudi F., Tomsovic K. Towards Optimized Distribution Protection Design // Third Intern. Conf. on Power System Planning andOperations.Abidjan, Ivory Coast, Jan., 1997.— P. 354— 358.
28. Al-Abdulwahab A., Al-Turki Y. A., Rawa M. J. Radial Electrical Distribution Systems Automation Using Genetic Algorithm // JKAU: Eng. Sci.—2007.—Vol. 18, ¹ 2.—P. 29—41.
29. Soudi F., Tomsovic K. Optimal Distribution Protection Design: Quality of Solution and Computational Analysis // Intern. J. of Electrical Power&Energy Systems.—1999.—Vol. 21, Is. 5. — P. 327—335.
30. Zambon E., Bossois D. Z., Garcia B. B., Azeredo E. F. A Novel Nonlinear Programming Model for Distribution Protection Optimization // IEEE Transactions on Power Delivery.— 2009.— Vol. 24, ¹ 4. — P. 1951—1958.
31. Levitin G., Mazal-Tov S., Elmakis D. Optimal Sectionalizer Allocation in Electric Distribution Systems by Genetic Algorithm // Electric Power Systems Research.—1994.—Vol. 31, Is. 2. — P. 97—102.
32. Momoh J. A. Value-Based Distribution System Reliability Analysis // Systems, Man, and Cybernetics, Computational Cybernetics and Simulation'. IEEE Intern. Conf.— Orlando, FL, USA, 12—15 October, 1997. — P. 3452 —3457.
33. Abdelaziz A. R., El-Habachi A. Hierarchical Genetic Algorithm-Based Switching Device Placement in Distribution Systems // IEEE MELECON 2002.—Cairo, Egypt, 7—9 May, 2002.— P. 569—585.
34. Haghifam M. R., Falaghi H., Ramezani M. et al. Enhancement in Distribution Systems Using
Optimal Allocation of Switching Devices // CIRED 17th International Conference on
Electricity Distribution.—Barcelona, 12—15 May, 2003.—4 p.—http://www.cired.be/
CIRED03/reports/R%205-51.pdf.
35. Tsao T. F., Chang Y. P., Tseng W. K. Reliability and Cost Optimization for Distribution System Placement Problem // 2005 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference & Exhibition. Asia and Pacific, Dalian, China, 2005. — 6 p.
36. Chang H. C., Tsao T. F. Optimal Distribution System Reliability Planning: A Differential Evolution Based Approach // Intern. J. of Power and Energy Systems.—2005.— Vol. 25, Is. 3. — P. 55—59.
37. Falaghi H., Haghifam M.-R. Simultaneous Allocation of Sectionalizers and Tie Points in Electric Distribution Systems // Intern. J. of Power and Energy Systems.— 2007.— Vol. 27, № 2. — P. 186—192.
38. Helseth A., Holen A.T. Impact of Energy End Use and Customer Interruption Cost on Optimal Allocation of Switchgear in Constrained Distribution Networks // IEEE Transactions on Power Delivery. — 2008.— Vol. 23, ¹ 3. — P. 1419—1425.
39. Elmakias D., Levitin G., Mazal-Tov S. Optimal Sectionalizing in Single Radial Feeder Networks // New Computational Methods in Power System Reliability. — Springer-Verlag, 2008.— P. 373—383.
40. Helseth A. Modelling Reliability of Supply and Infrastructural Dependency in Energy Distribution Systems // Thesis for the Degree of Philosophiae Doctor. —Trondheim.—Norwegian University of Science and Technology, 2008. — 132 p.
41. Tadayon M., Golestani S. A New Method for Optimal RCS Placement in Distribution Power System Considering DG Islanding Impact on Reliability // Transmission & Distribution Conference&Exposition: Asia and Pacific. Seoul, 26—30 October, 2009.—P. 240—243.
42. Albornoz E., Andreoni A. Optimal Selection and Allocation of Sectionalizers in Distribution Systems Using Fuzzy Dynamic Programming // Energy and Power Engineering. — 2010. — Vol. 2, № 4. — P. 283—290.
43. Ziari I., Ledwich G., Wishart M. et al. Optimal Allocation of a Cross-Connection and Sectionalizers in Distribution Systems // TENCON 2009. IEEE Region Conf., Singapore, 23—26 November, 2009.— P. 31—35.
44. Dezaki H. H., Abyaneh H. A., Kabiri Y. et al. Optimized Protective Devices Allocation in Electric Power Distribution Systems Based on the Current Conditions of the Devices // IEEE Intern. Conf. on Power and Energy (PECon).— Kuala Lumpur, Malaysia, Nov. 29— Dec. 1, 2010.— P. 577—582.
45. Celli G., Pilo F. Optimal Sectionalizing Switches Allocation in Distribution Networks // IEEE Transactions on Power Delivery. — 1999. — Vol. 14, № 3. — P. 1167—1172.
46. Carvalho P. M. S., Ferreira L. A. F. M., Cerejo da Silva A. J. A Decomposition Approach to Optimal Remote Controlled Switch Allocation in Distribution Systems // IEEE Transactions on Power Delivery. — 2005.— Vol. 20, ¹ 2. — P. 1031—1036.
47. Teng J. H., Lu C. N. Value-based Distribution Feeder Automation Planning // Electrical Power and Energy Systems. — 2006.— Vol. 28, Is. 3. — P. 186—194.
48. Wang C., Xu J., Xiao J., Zhu T. An Evaluation Based Algorithm for Switches Planning in Distribution Network // China Intern. Conf. on Electricity Distribution (CICED 2006). Beijing, China, 17—20 Sept. 2006. — 6 p.
49. Ramirez-Rosado I. J., Zorzano-Alba E. Multiobjective Technical-Economic Optimization of New Investments in Power Distribution Systems // Proc. of the 27th IASTED Intern. Conf. on Modelling, Identification and Control. Innsbruck, Austria.—ACTA Press Anaheim, CA, USA, 2008.— P. 105—110.
50. Villasanti A., Baran B., Gardel P. Multiobjective Allocation of Remotely Controlled Switches in an Electric Distribution Power System // Transmission and Distribution Conf. and Exposition: Latin America, 2008. IEEE/PES, Bogota, 13—15 Aug., 2008. — 7 p.
51. Stojanovic M., Tasic D., Ristic A. A Multi-Objective Approach to Optimal Allocation of Distribution Automation Devices in Redial Medium Voltage Network // Facta universitatis. Series Automatic Control and Robotics. — 2011. — Vol. 10, ¹ 2. — P. 167—180.
52. Уэккер Г., Биллинтон P. Ущерб для потребителей от перерывов электроснабжения // ТИИЭР. — 1989.— 77, № 6. — С. 103—116.
53. Авраменко А. А., Афонин В. В., Тисленко В. В. Методология оценки ущерба от отказов систем электроснабжения сельскохозяйственного назначения // Электрические сети и системы. — 1985. — № 21. — C. 92—96.
54. Дискуссия по центральным вопросам проблемы определения ущерба от нарушения электроснабжения потребителей // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып. 18.— Иркутск: СO АН СССР, СЭИ, 1980.—С. 154—170.
55. Биллинтон Р., Аллан Р. Оценка надежности электроэнергетических систем. — М. : Энергоатомиздат, 1988.— 288 с.
56. Antikainen J., Repo S., Verho P., Jarventausta P. Possibilities to Improve Reliability of Distribution Network by Intended Island Operation // Intern. J. of Innovations in Energy Systems and Power. — 2009.— Vol. 4, ¹ 1. — P. 22—28.
57. Jen-Hao Teng, Yi-Hwa Liu A Novel ACS-Based Optimum Switch Relocation Method // IEEE Transactions on Power Systems. — 2003. — Vol. 18, ¹ 1. — P. 113—120.
58. Moradi A., Fotuhi-Firuzabad M., Rashidi-Nejad M. A Reliability Cost/Worth Approach to Determine Optimum Switching Placement in Distribution Systems // IEEE/PES Transmission and Distribution Conf.&Exhibition: Asia and Pacific, Dalian, China.—2005.—5 p.
59. Soudi F., Tomsovic K. Optimized Distribution Protection Using Binary Programming // IEEE Transactions on Power Delivery. — 1998. — Vol. 13, ¹ 1. — P. 218—224.
60. Begovic M., Lambert F. C. Case Studies: Recloser Positioning and Reliability Indices // Distribution Feeder Protection Handbook. NEETRAC 01-065 Final Report.—2002.—183 p.
61. Greatbanks J. A., Popovic D. H., Begovic M. et al. On Optimization for Security and Reliability of Power Systems with Distributed Generation // IEEE Bologna Power Tech Conf. Bologna, Italy, June 23—26, 2003. — 8 p.
62. Pregelj A., Begovic M., Rohatgi A., Novosel D. On Optimization of Reliability of Distributed Generation-Enhanced Feeders // 36th Hawaii Intern. Conf. on System Sciences, 6—9 Jan. 2003.— P. 1—6.
63. Popovic D. H., Greatbanks J. A., Begovic M., Pregelj A. Placement of distributed generators and reclosers for distribution network security and reliability // Electrical Power and Energy Systems. — 2005.— Vol. 27, Is. 5—6. — P. 398—408.
64. Pregelj A., Begovic M., Rohatgi A. Recloser Allocation for Improved Reliability of DG-Enhanced Distribution Networks // IEEE Transactions on Power Systems.— 2006.—Vol. 21, № 3. — P. 1442—1449.
65. Soudi F., Tomsovic K. Optimal Trade-offs in Distribution Protection Design // IEEE Transactions on Power Delivery. — 2001.—Vol. 16, ¹ 2. — P. 292—296.
66. Воротницкий В., Бузин С. Реклоузер — новый уровень автоматизации и управления ВЛ 6(10) кВ // Новости электротехники. (Электронный ресурс)—2008.—№4 (52).— http://www.news.elteh.ru/arh/2005/33/11.php.
67. Levitin G., Mazal-Tov S., Elmakias D. Genetic Algorithm for Optimal Sectionalizing in Radial Distribution Systems with Alternative Supply // Electric Power Systems Research. — 1995.— Vol. 35, Is. 3. — P. 149—155.
67. Levitin G., Mazal-Tov S., Elmakias D. Genetic Algorithm for Optimal Sectionalizing in Radial Distribution Systems with Alternative Supply // Electric Power Systems Research. — 1995.— Vol. 35, Is. 3. — P. 149—155.
68. Bernardon D. P., Sperandio M., Garcia V. J. et al. Methodology for Allocation of Remotely Controlled Switches in Distribution Networks Based on a Fuzzy Multi-criteria Decision Making Algorithm // Electric Power Systems Research.—2011.—Vol. 81, Is. 2.—P. 414—420.
69. Bernardon D. P., Sperandio M., Garcia V. J. et al. AHP Decision-Making Algorithm to Allocate Remotely Controlled Switches in Distribution Networks // IEEE Transactions on Power Delivery. — 2011.— Vol. 26, ¹ 3. — P. 1884—1892.
70. Javadian S. A. M., Haghifam M.-R. Optimal Placement of Protective Devices in Distribution Networks Based on Risk Analysis // IEEE/PES Transmission and Distribution Conf. and Exposition: Latin America (T&D-LA), 2010. Sao Paulo, 8—10 Nov, 2010. — P. 147— 154.
71. Javadian S. A. M., Haghifam M.-R. Risk Based Protective Devices Placement in Distribution Networks with DG // IEEE Intern. Conf. on Power and Energy (PECon), 2010. Kuala Lumpur, Malaysia, Nov. 29— Dec. 1, 2010. — P. 162—167.
72. Brown R. E. Electric Power Distribution Reliability.— CRC Press, 2009. — 453 p.
73. Chen G. A Novel QEA-based Optimum Switch Placement Method for Improving Customer Service Reliability // Third Intern. Conf. on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies DRPT 2008. Nanjuing, China, 6—9 April, 2008.—P. 620— 623.
74. Huang X., Yu K., Huang Y., Zheng X., Chen X. Optimal Planning of Round-distribution Network // China Intern. Conf. on Electricity Distribution (CICED 2006). Beijing, China,
17—20 Sept., 2006. — 6 p.
75. Review of International Network Design Standards, Practices and Plant and Equipment Specifications // KEMA limited, URN Number 09/748, 2009. — 59 p.
76. Эдельман В. И. Экономические аспекты надежности электроснабжения потребителей // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. — 1991. — № 6. — C. 79—87.
77. Баринов В. А., Волков Г. А., Калита В. В. Совершенствование нормативов надежности функционирования электроэнергетических систем // Электричество.—1993. —№7. —
С. 1—9.
78. Васильев А. П., Гук Ю. Б. Обеспечение надежности, безопасности и энергосбережения в условиях энергетического рынка // Энергетика и электрификация. —2000.— №3.—С. 45 —53.
79. Папков Б. В. Тарифная политика и надежность электроснабжения в условиях развития рыночных структур // Энергоэффективность: опыт, проблемы, решения.— 2004. — Вып. 3. — С. 17—24.
80. Папков Б. В., Шарыгин М. В., Крайнов С. П. Аспекты обеспечения надежности электроснабжения в условиях рынка // Тр. Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. — 2010. — № 1(80). — С. 176—184.
81. Китушин В., Кучеров Ю. Реформирование и надежность электроснабжения // Энергорынок. — 2005. — № 1. — C. 40—47.
82. Непомнящий В., Овсейчук В. Учет надежности электроснабжения при расчете тарифов // Новости электротехники. (Электронный ресурс). — 2010. — № 4 (64). — http://www.news.elteh.ru/arh/2010/64/04.php.
83. Федотова Г., Воропай Н. Оптимизация надежности электроснабжения потребителей // e-journal «Reliability: Theory& Applications».— 2007. — (Vol. 2), № 2.
84. Casuarina Power Outages. Recommendations Regarding Guaranteed Service Level Payments. Utilities Commission.— Darwin, Australia, 2008. — 18 p. — http://www.utilicom.nt.gov.au/s_docs/CasuarinaOutages_final_report.pdf.
85. Фумагалли Е. Программа INOGATE. Регулирование качества услуг: принципы и опыт.— http://www.erranet.org.

ЗОРИН Владлен Владимирович, д-р техн. наук, профессор кафедры электроснабжения Ин-та энергосбережения и энергоменеджмента Национального технического университета Украины «КПИ». В 1949 г. окончил Киевский политехнический ин-т. Область научных исследований — моделирование и оптимизация систем электроснабжения общего назначения; применение методов математического моделирования при оптимизации режимов электроэнергетических систем.

ЭКЕЛЬ Петр Яковлевич, д-р техн. наук, профессор, Graduate Program in Electrical Engineering, Pontifical Catholic University of Minas Gerais (Бразилия). В 1973 г. окончил Киевский политехнический ин-т. Область научных исследований — моделирование и оптимизация сложных систем; разработка методов многокритериального принятия решений в условиях неопределенности.

ПОПОВ Владимир Андреевич, канд. техн. наук, доцент кафедры электроснабжения Ин-та энергосбережения и энергоменеджмента Национального технического университета Украины «КПИ». В 1974 г. окончил Киевский политехнический ин-т. Область научных исследований — моделирование и оптимизация систем электроснабжения; учет неопределенности исходной информации при управлении режимами электрических сетей интегрированных систем электроснабжения.

ПЕТРОВ Александр Альбертович, канд. техн. наук, доцент кафедры электроснабжения Ин-та энергосбережения и энергоменеджмента Национального технического университета Украины «КПИ». В 1980 г. окончил Киевский политехнический ин-т. Область научных исследований — математические задачи энергетики; моделирование и оптимизация надежности распределительных электрических сетей.

ТКАЧЕНКО Вадим Владиславович, ст. преподаватель кафедры электроснабжения Ин-та
энергосбережения и энергоменеджмента Национального технического университета Украины
«КПИ». В 1987 и 2002 гг. окончил НТУУ «КПИ» по специальностям электроснабжение и
компьютерные науки. Область научных исследований — моделирование и оптимизация надежности распределительных электрических сетей; информационное обеспечение задач моделирования и управления режимами систем электроснабжения.

Полный текст: PDF (русский)