Том 337 № 1 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/1/5409
Автоматизированная система оптимального управления конфигурацией распределительной электрической сети
Актуальность. Обусловлена потребностью в разработке и внедрении технических решений, направленных на минимизацию потерь электроэнергии в системах электроснабжения коммунально-бытового сектора. Ключевым направлением в данной области является разработка автоматизированных систем оптимального управления режимами работы электрических сетей. Реализация таких систем в настоящее время технически осуществима благодаря наличию развитой программно-аппаратной базы. Цель. Разработка интегрированной системы, которая автоматизирует полный цикл оптимального управления конфигурацией сети: от сбора данных и анализа текущих режимов работы до определения оптимальной конфигурации и безопасного формирования управляющих команд. Методы. Для расчета режима работы сети применяются метод узловых напряжений и метод Ньютона–Рафсона. Коррекция режима производится с использованием матрицы чувствительности. Оптимальная конфигурация сети определяется путем решения задачи комбинаторной оптимизации методом ветвей и границ. Архитектура системы управления смоделирована на объектно-ориентированном языке UML. Результаты и выводы. Разработаны алгоритмическое обеспечение и архитектура автоматизированной системы оптимального управления конфигурацией распределительной электрической сети. Алгоритмическое обеспечение включает в себя четыре основных компонента: алгоритм расчета и коррекции режима работы сети, основанный на применении метода Ньютона–Рафсона и матриц чувствительности, алгоритм определения возможности управления реклоузерами в автоматическом режиме с проверкой состояния коммутационного аппарата, алгоритм определения оптимальной конфигурации сети методом ветвей и границ и алгоритм формирования последовательности управляющих команд, позволяющий избежать нарушения режимных ограничений на время переключений. Разработанная архитектура системы управления описана в виде UML-модели, отражающей взаимодействие со смежными системами и эксплуатирующим персоналом, а также основные функциональные модули.
Ключевые слова:
электрические сети, реконфигурация, UML-модель, архитектура системы, автоматическое управление, алгоритмическое обеспечение
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Hybrid planning of distributed generation and distribution automation to improve reliability and operation indices / S. Pirouzi, M. Zaghian, J. Aghaei, H. Chabok, M. Abbasi, M. Norouzi, M. Shafie-khah, J. Catalao // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. – 2022. – № 135. DOI: 10.1016/j.ijepes.2021.107540.
2. Kabeyi M.J.B., Olanrewaju O. Smart grid technologies and application in the sustainable energy transition: a review // International Journal of Sustainable Energy. – 2023. – Vol. 1. – № 42. – С. 685–758. DOI: 10.1080/14786451.2023.2222298
3. Green building practices to integrate renewable energy in the construction sector: a review / L. Chen, Y. Hu, R. Wang, R. Li, Z. Chen, J. Hua, A.I. Osman // Environmental Chemistry Letters. – 2023. – Vol. 2. – № 22. DOI: 10.1007/s10311-023-01675-2
4. Reviewing the frontier: modeling and energy management strategies for sustainable 100% renewable microgrids / R. Elazab, A.A. Dahab, M.A. Adma, M.A. Hassan // Discover Applied Sciences. – 2024. – Vol. 6. – № 168. DOI: 10.1007/s42452-024-05820-6
5. Ghasempour A. Internet of Things in smart grid: architecture, applications, services, key technologies, and challenges // Inventions. – 2019. – Т. 4. – № 22. DOI: 10.3390/inventions4010022
6. Venticinque S., Amato A. Smart sensor and big data security and resilience // Security and Resilience in Intelligent Data-Centric Systems and Communication Networks. – 2018. – P. 123–141. DOI: 10.1016/B978-0-12-811373-8.00006-9
7. Enescu F.M., Bizon N. SCADA applications for electric power system // Reactive power control in AC power systems: fundamentals and current issues. – 2017. – P. 561–609. DOI: 10.1007/978-3-319-51118-4_15
8. Congestion analysis framework for fault location, isolation, and service restoration in microgrids / T. Pothinun, S. Premrudeepreechacharn, P. Wirasanti, P. Srirattanawichaikul, // 59th International Universities Power Engineering Conference (UPEC). – 2024. DOI: 10.1109/UPEC61344.2024.10892556
9. Layering as optimization decomposition: a mathematical theory of network / M. Chiang, S.H. Low, A.R. Calderbank, A.R. Doyle // Proceedings of the IEEE. – 2007. – P. 1. – № 95. – P. 255–312. DOI: 10.1109/JPROC.2006.887322
10. Cooperative control of multi-agent systems: optimal and adaptive design approaches / F.L. Lewis, H. Zhang, K. Hengster-Movric, A. Das. – New York: Springer Science & Business Media, 2013. – 307 p.
11. V-I droop-based distributed event and self-triggered secondary control of AC microgrids / M. Hajian, M.S. Golsorkhi, A. Ranjbar, A. Shafiee // IET Smart Grid. – 2023. – Vol. 6. –№ 3. – P. 271–283. DOI: 10.1049/stg2.12097
12. A survey of multi-agent systems for smart grids / Y. Izmirlioğlu, L. Pham, T.C. Son, T.C. Pontelli // Energies. – 2024. – Vol. 15. – № 17. DOI: 10.3390/en17153620
13. Multi-agent systems and complex networks: review and applications in systems engineering / M. Herrera, M.P. Hernandez, A.K. Parlikad, A.K. Izquierdo // Processes. – 2020. – Vol. 3. – № 8. DOI: 10.3390/pr8030312
14. Multi-agent systems applied for energy systems integration: State-of-the-art applications and trends in microgrids / V.N. Coelho, M. Weiss, I.M. Coelho, I.M. Liu // Applied Energy. – 2017. – Vol. 6. – № 187. – P. 820–832. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.10.056
15. Multi-agent systems for resource allocation and scheduling in a smart grid / A.S. Nair, T. Hossen, M.J. Campion, M.J. Selvaraj // Technology and Economics of Smart Grids and Sustainable Energy. – 2018. – Vol. 1. – № 3. DOI: 10.1007/s40866-018-0052-y
16. Ehancing voltage profile in islanded microgrids through hierarchical control strategies / H. Hosseini, A. Soleimani, A. Ebtia, A. Shafie-khah // Electric Power Systems Research. –2024. – Vol. 1. – № 231. DOI: 10.1016/j.epsr.2024.110270
17. Ahmadi H., Martí J.R. Mathematical representation of radiality constraint in distribution system reconfiguration problem // Int. J. Electr. Power Energy Syst. – 2015. – Vol. 64. – P. 293–299. DOI: 10.1016/j.ijepes.2014.06.076.
18. Haghighat H., Zeng B. Distribution system reconfiguration under uncertain load and renewable generation // IEEE Trans. Power Syst. – 2016. – Vol. 31. – № 4. – С. 2666–2675. DOI: 10.1109/TPWRS.2015.2481508.
19. Power quality and reliability enhancement in distribution systems via optimum network reconfiguration by using quantum firefly algorithm / H. Shareef, A.A. Ibrahim, N. Salman, A. Mohamed, W.L. Ai // Int. J. Electr. Power Energy Syst. – 2014. – Vol. 58. – P. 160-169. DOI: 10.1016/j.ijepes.2014.01.013.
20. Samchuk L., Povstiana Y. UML diagrams of the management system of maintenance stations // Informatyka Automatyka Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska. – 2024. – Vol. 4. – № 14. – P. 141–145. DOI: 10.35784/iapgos.6320
21. Zhang K., Fan L. Research on simulation system of intelligent network technology in energy management of new energy vehicles // IEEE 4th International Conference on Electronic Technology, Communication and Information (ICETCI). – 2024. DOI: 10.1109/ICETCI61221.2024.10594586
22. Расчет и коррекция параметров режима работы ЛЭП для решения задачи оптимальной реконфигурации сети: свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2025661732 Рос. Федерация; № 2025664979; заявл. 14.05.25; опубл. 09.06.25. – 1 с.
23. Определение режима управления реклоузерами в составе автоматизированной системы: свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2025661151 Рос. Федерация. № 2025661854; заявл. 14.05.25; опубл. 14.05.25. – 1 с.
24. Определение оптимальных мест нормальных разрывов в распределительной электрической сети среднего напряжения: свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2025661742 Рос. Федерация. № 2025662563; заявл. 14.05.25; опубл. 22.05.25. – 1 с.
25. Формирование последовательности управляющих команд, направляемых реклоузерам при оптимальной реконфигурации сети: свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2025661760 Рос. Федерация. № 2025663090; заявл. 14.05.25; опубл. 26.05.25. – 1 с.
26. ГОСТ 22.2.04-2012 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные аварии и катастрофы. Метрологическое обеспечение контроля состояния сложных технических систем. Основные положения и правила. – М.: Стандартинформ, 2019. – 15 c.
27. Архипова О.В. Принципы и средства исследования регионально обособленного электротехнического комплекса с позиций системного анализа // Омский научный вестник. – 2020. – № 3 (171). – С. 42–46. DOI: 10.25206/1813-8225-2020-171-42-46.
REFERENCES
1. Pirouzi S., Zaghian M., Aghaei J., Chabok J., Abbasi M., Norouzi M., Shafie-khah M., Catalao J. Hybrid planning of distributed generation and distribution automation to improve reliability and operation indices. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2022, no. 135. DOI: 10.1016/j.ijepes.2021.107540
2. Kabeyi M.J.B., Olanrewaju O. Smart grid technologies and application in the sustainable energy transition: a review. International Journal of Sustainable Energy, 2023, vol. 1, no. 42, pp. 685–758. DOI: 10.1080/14786451.2023.2222298
3. Chen L., Hu Y., Wang R., Li R., Chen Z., Hua J., Osman A.I. Green building practices to integrate renewable energy in the construction sector: a review. Environmental Chemistry Letters, 2023, vol. 2, no. 22. DOI: 10.1007/s10311-023-01675-2
4. Elazab R., Dahab A.A., Adma M.A., Hassan M.A. Reviewing the frontier: modeling and energy management strategies for sustainable 100% renewable microgrids. Discover Applied Sciences, 2024, vol. 6, no. 168. DOI: 10.1007/s42452-024-05820-6
5. Ghasempour, A. Internet of things in smart grid: architecture, applications, services, key technologies, and challenges. Inventions, 2019, vol. 4, no. 22. DOI: 10.3390/inventions4010022
6. Venticinque S., Amato A. Smart sensor and big data security and resilience. Security and Resilience in Intelligent Data-Centric Systems and Communication Networks, 2018, pp. 123–141. DOI: 10.1016/B978-0-12-811373-8.00006-9
7. Enescu F.M., Bizon N. SCADA applications for electric power system. Reactive power control in AC power systems: fundamentals and current issues, 2017, pp. 561–609. DOI: 10.1007/978-3-319-51118-4_15
8. Pothinun T., Premrudeepreechacharn S., Wirasanti P., Srirattanawichaikul P. Congestion Analysis Framework for Fault Location, Isolation, and Service Restoration in Microgrids. 59th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), 2024. DOI: 10.1109/UPEC61344.2024.10892556
9. Chiang M., Low S.H., Calderbank A.R., Doyle A.R. Layering as optimization decomposition: a mathematical theory of network. Proceedings of the IEEE, 2007, vol. 1, no. 95, pp. 255–312. DOI: 10.1109/JPROC.2006.887322
10. Lewis F.L., Zhang H., Hengster-Movric K., Das A. Cooperative control of multi-agent systems: optimal and adaptive design approaches. New York, Springer Science & Business Media, 2013. 307 p.
11. Hajian M., Golsorkhi M.S., Ranjbar A., Shafiee A. V-I droop-based distributed event and self-triggered secondary control of AC microgrids. IET Smart Grid, 2023, vol. 6, no. 3, pp. 271–283. DOI: 10.1049/stg2.12097
12. Izmirlioğlu Y., Pham L., Son T.C., Pontelli T.C. A survey of multi-agent systems for smart grids. Energies, 2024, vol. 15, no. 17. DOI: 10.3390/en17153620
13. Herrera M., Hernandez M.P., Parlikad A.K., Izquierdo A.K. Multi-agent systems and complex networks: review and applications in systems engineering. Processes, 2020, vol. 3, no. 8. DOI: 10.3390/pr8030312
14. Coelho V.N., Weiss M., Coelho I.M., Liu I.M. Multi-agent systems applied for energy systems integration: State-of-the-art applications and trends in microgrids. Applied Energy, 2017, vol. 6, no. 187, pp. 820–832. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.10.056
15. Nair A.S., Hossen T., Campion M.J., Selvaraj M.J. Multi-agent systems for resource allocation and scheduling in a smart grid. Technology and Economics of Smart Grids and Sustainable Energy, 2018, vol. 1, no. 3. DOI: 10.1007/s40866-018-0052-y
16. Hosseini H., Soleimani A., Ebtia A., Shafie-khah A. Ehancing voltage profile in islanded microgrids through hierarchical control strategies. Electric Power Systems Research, 2024, vol. 1, no. 231. DOI: 10.1016/j.epsr.2024.110270
17. Ahmadi H., Martí J.R. Mathematical representation of radiality constraint in distribution system reconfiguration problem. Int. J. Electr. Power Energy Syst., 2015, vol. 64, pp. 293–299. DOI: 10.1016/j.ijepes.2014.06.076.
18. Haghighat H., Zeng B. Distribution system reconfiguration under uncertain load and renewable generation. IEEE Trans. Power Syst., 2016, vol. 31, no. 4, pp. 2666–2675. DOI: 10.1109/TPWRS.2015.2481508.
19. Shareef H., Ibrahim A.A., Salman N., Mohamed A., Ai W.L. Power quality and reliability enhancement in distribution systems via optimum network reconfiguration by using quantum firefly algorithm. Int. J. Electr. Power Energy Syst., 2014, vol. 58, pp. 160–169. DOI: 10.1016/j.ijepes.2014.01.013.
20. Samchuk L., Povstiana Y. UML diagrams of the management system of maintenance stations. Informatyka Automatyka Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 2024, vol. 4, no. 14, pp. 141–145. DOI: 10.35784/iapgos.6320
21. Zhang K., Fan L. Research on simulation system of intelligent network technology in energy management of new energy vehicles. IEEE 4th International Conference on Electronic Technology, Communication and Information (ICETCI), 2024. DOI: 10.1109/ICETCI61221.2024.10594586
22. Rokhlov V.A., Khamitov R.N. Calculation and correction of power line operation mode parameters for solving the network optimal reconfiguration task. Certificate of state registration of computer program no. 2025661732, Russian Federation, 2025.
23. Rokhlov V.A., Khamitov R.N. Determination of recloser control mode in an automated system. Certificate of state registration of computer program no. 2025661151, Russian Federation, 2025.
24. Rokhlov V.A., Khamitov R.N. Determination of optimal normal break points in a medium-voltage distribution electrical network. Certificate of state registration of computer program no. 2025661742, Russian Federation, 2025.
25. Rokhlov V.A., Khamitov R.N. Formation of a sequence of control commands sent to reclosers during optimal network reconfiguration. Certificate of state registration of computer program no. 2025661760, Russian Federation, 2025.
26. SS 22.2.04-2012 Safety in emergency situations. Man-made accidents and disasters. Metrological support for monitoring the condition of complex technical systems. Basic provisions and rules. Moscow, Standardinform Publ., 2019. 15 p.
27. Arkhipova O.V. Principles and methods for studying a regionally isolated electrical engineering complex from the perspective of systems analysis. Omsk Scientific Bulletin, 2020, no. 3 (171), pp. 42–46. DOI: 10.25206/1813-8225-2020-171-42-46.
