Техніка та енергетика

Моделювання оптимальної схеми перемикання електромереж України під час блекауту в одному місті/регіоні

Людмила Михайлова, Віктор Дубік, Олександр Козак, Олександр Думанський, Олег Горбовий
Завантажити статтю
Анотація

Мета дослідження полягала у розробці ефективних алгоритмів і стратегій для мінімізації негативних наслідків аварійних відключень електроенергії. Було розроблено методологію, яка визначає кроки та процеси для ефективного моделювання та відбору оптимальних схем перемикання електромереж, що здатні забезпечити стабільність енергопостачання та підвищити стійкість мережі під час блекауту в окремому місті або регіоні. У результаті дослідження було розроблено й удосконалено схему перемикання електромереж для використання в умовах воєнних та інших кризових ситуацій. Проведено вивчення можливих сценаріїв відключення електроенергії, що дозволило врахувати різні варіанти реагування та забезпечити максимальну ефективність і надійність енергопостачання під час аварійних ситуацій. На основі даних, з урахуванням додаткових аспектів безпеки та надійності мережі, були визначені оптимальні маршрути передачі електроенергії, розташування резервних джерел живлення. Крім того, було проведено оцінку ризиків для забезпечення стабільної роботи системи під час кризових ситуацій, що дозволило підвищити її стійкість до можливих збоїв. Аналіз існуючих методів, таких як ручне перемикання мереж, використання автоматизованих систем та залучення резервних джерел живлення, дозволив визначити переваги та недоліки кожного підходу для забезпечення стабільного електропостачання під час блекауту в одному місті або регіоні. У результаті було встановлено, що завдяки оптимізації схеми перемикання мережі можна мінімізувати шкоду від відключень електроенергії. Також були визначені переваги та недоліки різних підходів, і результати дослідження підтвердили, що оптимальна схема перемикання електромережі значно зменшує тривалість відключення електроенергії

Ключові слова

енергетична стійкість, аварійне управління, резервні джерела живлення, аналіз відключень, енергетичні кризи, управління навантаженням

ЦИТУВАТИ
Mikhailova, L., Dubik, V., Kozak, O., Dumanskyi, O., & Gorbovy, O. (2024). Modelling the optimal switching scheme of Ukrainian power grids during blackout in one city/region. Machinery & Energetics, 15(4), 69-81. https://doi.org/10.31548/machinery/4.2024.69
Використані джерела

[1] Abbas, S., Saha, T., & Sinha, A. (2024). Price response of top-five renewable energy firms to Russia-Ukraine conflict: An advanced quantile analysis to achieve net-zero in United States of America. Journal of Cleaner Production, 442, article number 141153. doi: 10.1016/j.jclepro.2024.141153.

[2] Abdelkader, S., Amissah, J., Kinga, S., Mugerwa, G., Emmanuel, E., Mansour, D.E., Bajaj, M., Blazek, V., & Prokop, L. (2024). Securing modern power systems: Implementing comprehensive strategies to enhance resilience and reliability against cyber-attacks. Results in Engineering, article number 102647. doi: 10.1016/j.rineng.2024.102647.

[3] Abir, S.A., Anwar, A., Choi, J., & Kayes, A.S. (2021). IoT-enabled smart energy grid: Applications and challenges. IEEE Access, 9, 50961-50981. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3067331.

[4] Alasali, F., El-Naily, N., Holderbaum, W., Mustafa, H.Y., AlMajali, A., & Itradat, A. (2024). A hybrid physical and co-simulation modern adaptive power protection testbed for testing the resilience of smart grids under cyber-physical threats. Energy Reports, 12, 1655-1672. doi: 10.1016/j.egyr.2024.07.051.

[5] Alberini, A., & Umapathi, N. (2024). What are the benefits of government assistance with household energy bills? Evidence from Ukraine. The Energy Journal, 45(3), 223-250. doi: 10.5547/01956574.45.3.aalb.

[6] Ali, M., Alkaabi, A.K., & Lee, J.I. (2022). CFD simulation of an integrated PCM-based thermal energy storage within a nuclear power plant connected to a grid with constant or variable power demand. Nuclear Engineering and Design, 394, article number 111819. doi: 10.1016/j.nucengdes.2022.111819.

[7] Bebboukha, A., Chouaib, L., Meneceur, R., Elsanabary, A., Anees, M.A., Mekhilef, S., Zaitsev, Ie., Bajaj, M., & Bereznychenko, V. (2024). A reduced vector model predictive controller for a three-level neutral point clamped inverter with common-mode voltage suppression. Scientific Reports, 14(1), article number 15180. doi: 10.1038/s41598-024-66013-0.

[8] Eslahi, M., Nematollahi, A.F., & Vahidi, B. (2021). Day-Ahead scheduling of centralized energy storage system in electrical networks by proposed stochastic MILP-Based bi-objective optimization approach. Electric Power Systems Research, 192, article number 106915. doi: 10.1016/j.epsr.2020.106915.

[9] Fang, S., Jaffe, A.M., Loch-Temzelides, T., & Prete, C.L. (2024). Electricity grids and geopolitics: A game-theoretic analysis of the synchronization of the Baltic States’ electricity networks with Continental Europe. Energy Policy, 188, article number 114068. doi: 10.1016/j.enpol.2024.114068.

[10] Grandón, T.G., Schwenzer, J., Steens, T., & Breuing, J. (2024). Electricity demand forecasting with hybrid classical statistical and machine learning algorithms: Case study of Ukraine. Applied Energy, 355, article number 122249. doi: 10.1016/j.apenergy.2023.122249.

[11] Ismayilzada, M., Zhumadilova, A., Minazhova, S., Kaliyev, Z., & Myskovets, I. (2024). Environmental consequences of the Zaporizhzhya NPP situation. International Journal of Environmental Studies, 81(1), 151-158. doi: 10.1080/00207233.2023.2270307.

[12] Kaur, C., Siddiki, J., & Singh, P. (2024). The asymmetric impact of input prices, the Russia-Ukraine war and domestic policy changes on wholesale electricity prices in India: A quantile autoregressive distributed lag analysis. Energy Economics, 132, article number 107428. doi: 10.1016/j.eneco.2024.107428.

[13] Khan, F., & Rapposelli, A. (2024). Determination of sustainable energy mix to ensure energy security in Italy amidst Russian-Ukraine crises. Renewable Energy, 231, article number 120976. doi: 10.1016/j.renene.2024.120976.

[14] Kubatko, O., Pysmenna, U., Sotnyk, I., Kalinichenko, L., & Trypolska, G. (2024). Innovative mechanisms for stimulating the development of renewable energy sources with the participation of household consumers and prosumers. Economy and Society, 67. doi: 10.32782/2524-0072/2024-67-12.

[15] Kurbatova, T., Sidortsov, R., Trypolska, G., Hulak, D., & Sotnyk, I. (2024). Maintaining Ukraine’s grid reliability under rapid growth of renewable electricity share: Challenges in the pre-war, war-time, and post-war periods. International Journal of Sustainable Energy Planning and Management, 40, 41-54. doi: 10.54337/ijsepm.8112.

[16] Liobikienė, G., Liobikas, J., & Miceikienė, A. (2024). How the attitudes and perception of war in Ukraine and environmental aspects have influenced selection of green electricity in Lithuania. Journal of Cleaner Production, 434, article number 140057. doi: 10.1016/j.jclepro.2023.140057.

[17] Maldet, M. (2023). Sustainable municipality modelling: Clustering-based bi-level optimization of a decentralized municipality energy and resource treatment infrastructure portfolio. In 17th international conference on energy economics and technology (pp. 148-151). Dresden: Dresden University of Technology.

[18] Maneejuk, P., Kaewtathip, N., & Yamaka, W. (2024). The influence of the Ukraine-Russia conflict on renewable and fossil energy price cycles. Energy Economics, 129, article number 107218. doi: 10.1016/j.eneco.2023.107218.

[19] Mokred, S., & Wang, Y. (2024). Voltage stability assessment and contingency ranking in power systems based on modern stability assessment index. Results in Engineering, 23, article number 102548. doi: 10.1016/j.rineng.2024.102548.

[20] Muhammad, Y., Khan, R., Raja, M.A., Ullah, F., Chaudhary, N.I., & He, Y. (2020). Solution of optimal reactive power dispatch with FACTS devices: A survey. Energy Reports, 6, 2211-2229. doi: 10.1016/j.egyr.2020.07.030.

[21] Myloslavskyi, V. (2024). Organizational and economic mechanisms of renewable energy implementation in Ukraine. Achievements of the Economy: Prospects and Innovations, 9. doi: 10.5281/zenodo.13268480.

[22] Naseri, N., Aboudrar, I., El Hani, S., Ait-Ahmed, N., Motahhir, S., & Machmoum, M. (2024). Energy transition and resilient control for enhancing power availability in microgrids based on North African countries: A review. Applied Sciences, 14(14), article number 6121. doi: 10.3390/app14146121.

[23] Panda, D.K., & Das, S. (2021). Smart grid architecture model for control, optimization and data analytics of future power networks with more renewable energy. Journal of Cleaner Production, 301, article number 126877. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126877.

[24] Qu, Z., Xu, C., Yang, F., Ling, F., & Pirouzi, S. (2023). Market clearing price-based energy management of grid-connected renewable energy hubs including flexible sources according to thermal, hydrogen, and compressed air storage systems. Journal of Energy Storage, 69, article number 107981. doi: 10.1016/j.est.2023.107981.

[25] Rexhaj, G. (2024). The role of building information modelling in the implementation of sustainable, environmentally friendly, and social infrastructure projects. Architectural Studies, 10(1), 69-78. doi: 10.56318/as/1.2024.69.

[26] Ríos, J.S., Sánchez, J.C., Hernandez, C.M., & Pastrana, S. (2024). Threat analysis and adversarial model for Smart Grids. ARXIV. doi: 10.48550/arXiv.2406.11716.

[27] Salau, A.O., Gebru, Y.W., & Bitew, D. (2020). Optimal network reconfiguration for power loss minimization and voltage profile enhancement in distribution systems. Heliyon, 6(6), article number e04233. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e04233.

[28] Sayed, M.A., Ghafouri, M., Atallah, R., Debbabi, M., & Assi, C. (2024). Grid chaos: An uncertainty-conscious robust dynamic EV load-altering attack strategy on power grid stability. Applied Energy, 363, article number 122972. doi: 10.1016/j.apenergy.2024.122972.

[29] Serdyuk, V., Pavlovskyi, S., & Rudyk, S. (2024). Structural changes in the energy supply of the housing fund of Ukraine. Modern Technologies, Materials and Structures in Construction, 21(1), 145-153. doi: 10.31649/2311-1429-2024-1-145-152.

[30] Shahini, E., Fedorchuk, M., Hruban, V., Fedorchuk, V., & Sadovoy, O. (2024). Renewable energy opportunities in Ukraine in the context of blackouts. International Journal of Environmental Studies, 81(1), 125-133. doi: 10.1080/00207233.2024.2320021.

[31] Soler, A.V. (2024). The future of nuclear energy and small modular reactors. In T.M. Letcher (Ed.), Living with climate change (pp. 465-512). London: Elsevier. doi: 10.1016/B978-0-443-18515-1.00012-5.

[32] Stoliarov, O. (2024). Efficient electricity generation forecasting from solar power plants using technology: Integration, benefits and prospects. Bulletin of Cherkasy State Technological University, 29(1), 73-85. doi: 10.62660/bcstu/1.2024.73.

[33] Trinh, V.-L., & Chung, C.-K. (2024). Use of triboelectric nanogenerators in advanced hybrid renewable energy systems for high efficiency in sustainable energy production: A review. Processes, 12(9), article number 1964. doi: 10.3390/pr12091964.

[34] Verma, S., & Chelliah, T.R. (2024). Restoration of extra-high voltage power grids through synchronous and asynchronous hydro units during blackout – a comprehensive review and case study. Electric Power Systems Research, 228, article number 110054. doi: 10.1016/j.epsr.2023.110054.

[35] Yakushkin, T., Yershov, R., & Stepenko, S. (2023). Comparative analysis of topologies and algorithms for maximum power point trackers in photovoltaic systems. Technical Sciences and Technology, 32(2), 321-339. doi: 10.25140/2411-5363-2023-2(32)-321-339.

[36] Zubko, T. (2024). International cooperation in the energy sector. Foreign Trade: Economics, Finance, Law, 135(4), 25-37. doi: 10.31617/3.2024(135)02.