omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-191-82-92UYVIPAomna-163Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGТрехуровневый алгоритм управления напряжением в распределенных электрических сетях с солнечными фотоэлектрическими системамиThree-level voltage control algorithm in distributed electrical networks with solar photovoltaic systemshttps://orcid.org/0000-0002-0270-4875КузьменкоВ. П.KuzmenkoV. P.

Кузьменко Владимир Павлович - кандидат технических наук, доцент кафедры электромеханики и робототехники (№ 32). SPIN-код: 3159-4202. AuthorID (РИНЦ): 1111872. AuthorID (SCOPUS): 57215003337..

Санкт-Петербург

Kuzmenko Vladimir Pavlovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Electromechanics and Robotics Department (No. 32), SPIN-code: 3159-4202. AuthorID (RSCI): 1111872. AuthorID (SCOPUS): 57215003337.

Saint Petersburg

mr.konnny@gmail.comСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроенияРоссияSaint Petersburg State University of Aerospace InstrumentationRussian Federation202430092024038292Copyright © Кузьменко В.П., 20242024Кузьменко В.П.Kuzmenko V.P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/163

Современные энергетические системы характеризуются растущей интеграцией возобновляемых источников энергии, что порождает новые задачи в области регулирования напряжения. Целью исследования являлось моделирование процесса регулирования напряжения в контексте распределительных электрических сетей низкого и среднего напряжения (до 35 кВ) с солнечными фотоэлектрическими системами. Разработан трехуровневый алгоритм управления напряжением, который анализирует и объединяет данные о солнечной генерации, определяет оптимальные действия для управления системами хранения энергии, рассчитывает уровни напряжения и определяет необходимые меры по управлению реактивной мощностью инвертора для эффективного уменьшения колебаний напряжения. В исследовании применялись методы математического усреднения временных рядов и оптимизации, основанные на анализе реальных данных. Алгоритм был протестирован на открытом наборе данных генерации энергии солнечной электростанцией. Результаты показывают значительное улучшение показателей регулирования напряжения в пределах нормативов, установленных ГОСТ 32144-2013, что подтверждает эффективность предложенного метода управления напряжением в электрических сетях с солнечными фотоэлектрическими системами.

Modern energy systems are increasingly integrating renewable energy sources, presenting new challenges for voltage regulation. This study aims to model the voltage regulation process in the context of distributed electrical grids equipped with solar photovoltaic systems. A three-tier voltage control algorithm is proposed, which analyzes and integrates data on solar generation, suggests optimal actions for managing energy storage systems, calculates voltage levels, and recommends measures for controlling inverter reactive power to effectively mitigate voltage fluctuations. The study employs methods of mathematical averaging of time series and optimization based on the analysis of real data. The algorithm's performance is evaluated using an open dataset of solar energy generation. The results show a significant improvement in voltage regulation metrics, conforming to the standards established by GOST 32144-2013. This validates the effectiveness of the proposed voltage control method in electrical grids incorporating solar photovoltaic systems.

солнечные фотоэлектрические системыраспределенные электрические сетирегулирование напряжениявозобновляемые источники энергииалгоритмы управления реактивной мощностьюреактивная мощность инвертораsolar photovoltaic systemsdistributed electrical gridsvoltage regulationrenewable energy sourcesreactive power control algorithmsinverter reactive powerReferencesКубарьков Ю. П., Кулаев И. С., Алехин Р. А. Оптимизация уровней напряжения в активно-адаптивных сетях с распределенной генерацией // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2018. № 3 (59). С. 154–164. EDN: YPDAIP.Kubarkov Yu. P., Kulayev I. S., Alekhin R. A. Optimizatsiya urovney napryazheniya v aktivno-adaptivnykh setyakh s raspredelennoy generatsiyey [Optimization of voltage levels in active-adaptive networks with distributed generation] // Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Tekhnicheskiye nauki. Vestnik of Samara State Technical University (Technical Sciences Series). 2018. No. 3 (59). P. 154–164. EDN: YPDAIP. (In Russ.)Николаева И. О. Особенности интеграции фотоэлектрических установок в архитектуру зданий (на примере научнопроизводственных комплексов) // Архитектура и современные информационные технологии. 2023. № 2 (63). C. 115–129. DOI: 10.24412/1998-4839-2023-2-115-129. EDN: VZDYPK.Nikolayeva I. O. Osobennosti integratsii fotoelektricheskikh ustanovok v arkhitekturu zdaniy (na primere nauchnoproizvodstvennykh kompleksov) [Features of the integration of photovoltaic systems into the architecture of buildings (on the example of research, development, and production facilities)] // Arkhitektura i sovremennyye informatsionnyye tekhnologii. Architecture and Modern Information Technologies. 2023. No. 2 (63). P. 115–129. DOI: 10.24412/1998-4839-2023-2-115-129. EDN: VZDYPK. (In Russ.).Ефимова А. Н., Тимофеев Е. В., Эрк А. Ф. [и др.]. Результаты экспериментальных исследований солнечной электростанции // АгроЭкоИнженерия. 2021. № 3 (108). DOI: 10.24412/2713-2641-2021-3108-4-12. EDN: KWRADK.Efimova A. N., Timofeyev E. V., Erk A. F. [et al.]. Rezul’taty eksperimental’nykh issledovaniy solnechnoy elektrostantsii [Results of the experimental study of a solar power plant] // AgroEkoInzheneriya. AgroEcoEngineering. 2021. No. 3 (108). DOI: 10.24412/2713-2641-2021-3108-4-12. EDN: KWRADK. (In Russ.).ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 01–07–2014. Москва: Стандартинформ, 2014. 16 с.GOST 32144-2013. Elektricheskaya energiya. Sovmestimost’ tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elektricheskoy energii v sistemakh elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya [Electric energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Power quality limits in the public power supply systems]. Moscow, 2014. 16 p. (In Russ.).Emarati M., Barani M., Farahmand H. [et al.]. A twolevel over-voltage control strategy in distribution networks with high PV penetration // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2021. Vol. 130. P. 106763. DOI: 10.1016/j.ijepes.2021.106763.Emarati M., Barani M., Farahmand H. [et al.]. A twolevel over-voltage control strategy in distribution networks with high PV penetration // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2021. Vol. 130. P. 106763. DOI: 10.1016/j.ijepes.2021.106763. (In Engl.).Абдали Л. М., Кувшинов В. В., Бекиров Э. А. [и др.]. Моделирование параметров управления интегрированной системой солнечной генерации и накопления энергии // Строительство и техногенная безопасность. 2020. № 18 (70). DOI: 10.37279/2413-1873-2020-18-133-142.Abdali L. M., Kuvshinov V. V., Bekirov E. A. [et al.]. Modelirovaniye parametrov upravleniya integrirovannoy sistemoy solnechnoy generatsii i nakopleniya energii [Development of the simulation and control system for an integrated solar energy generation and storage] // Stroitel’stvo i tekhnogennaya bezopasnost’. Construction and Industrial Safety. 2020. No. 18 (70). DOI: 10.37279/2413-1873-2020-18-133-142. (In Russ.).Фишов А. Г., Клавсуц И. Л., Хайруллина М. В. [и др.]. Технологическое решение проблемы регулирования напряжения в распределенной энергетике // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2016. № 3. C. 41–48. DOI: 10.14529/power160305. EDN: WNDUFL.Fishov A. G., Klavsuts I. L., Khayrullina M. V. [et al.]. Tekhnologicheskoye resheniye problemy regulirovaniya napryazheniya v raspredelennoy energetike [Technological solution to voltage regulation problem in distributed generation] // Vestnik YuUrGU. Seriya: Energetika. Bulletin of South Ural State University. Series Power Engineering. 2016. No. 3. P. 41–48. DOI: 10.14529/power160305. EDN: WNDUFL. (In Russ.).Булатов Ю. Н. Групповые прогностические регуляторы напряжения и частоты для установок распределенной генерации // iPolytech Journal. 2021. T. 25, № 5. C. 568–585. DOI: 10.21285/1814-3520-2021-5-568-585.Bulatov Yu. N. Gruppovyye prognosticheskiye regulyatory napryazheniya i chastoty dlya ustanovok raspredelennoy generatsii [Group predictive voltage and frequency regulators for distributed generation installations] // Vestnik YuUrGU. Seriya: Energetika. iPolytech Journal. 2021. Vol. 25, no. 5. P. 568–585. DOI: 10.21285/1814-3520-2021-5-568-585. (In Russ.)Kim B., Nam Y.-H., Ko H. [et al.]. Novel Voltage Control Method of the Primary Feeder by the Energy Storage System and Step Voltage Regulator // Energies. 2019. Vol. 12. 3357. DOI: 10.3390/en12173357.Kim B., Nam Y.-H., Ko H. [et al.]. Novel Voltage Control Method of the Primary Feeder by the Energy Storage System and Step Voltage Regulator // Energies. 2019. Vol. 12. 3357. DOI: 10.3390/en12173357. (In Engl.).ГОСТ 29322-2014. Напряжения стандартные. Введ. 01–10–2015. Москва: Стандартинформ, 2015. 12 c.GOST 29322-2014. Napryazheniya standartnyye. [Standard voltages]. Moscow, 2015. 12 p. (In Russ.).ГОСТ Р 58092.1-2021. Системы накопления электрической энергии (СНЭЭ). Термины и определения. Введ. 01–21– 2021. Москва: Стандартинформ, 2021. 44 c.GOST R 58092.1-2021. Sistemy nakopleniya elektricheskoy energii (SNEE). Terminy i opredeleniya [Electric Energy Storage (ESS) Systems. Terms and definitions]. Moscow, 2021. 44 p. (In Russ.).Kontis E. O., Kryonidis G. C., Nousdilis A. I. [et al.]. A two-layer control strategy for voltage regulation of active unbalanced LV distribution networks // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2019. Vol. 111. P. 216–230. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.04.020.Kontis E. O., Kryonidis G. C., Nousdilis A. I. [et al.]. A two-layer control strategy for voltage regulation of active unbalanced LV distribution networks // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2019. Vol. 111. P. 216–230. DOI: 10.1016/j.ijepes.2019.04.020. (In Engl.).Sethia R. Descriptive Analysis for Solar Power Generation [Data set]. Kaggle. 2020. URL: https://www.kaggle.com/code/rishabh6377/descriptive-analysis-for-solar-power-generation (дата обращения: 04.12.2023).Sethia R. Descriptive Analysis for Solar Power Generation [Data set]. Kaggle. 2020. URL: https://www.kaggle.com/code/rishabh6377/descriptive-analysis-for-solar-power-generation (accessed: 04.12.2023). (In Engl.).

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