HELM – a new method of calculating power flows in power grids

• Autorzy: Wędzik Andrzej Mieczysław

Identyfikatory

DOI

10.12736/issn.2330-3022.2019105

Warianty tytułu

PL

HELM – nowa metoda obliczania rozpływów mocy w sieciach elektroenergetycznych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Numerical algorithms based on iterative techniques have been used for a long time to analyse power flows in power systems. However, these methods do not guarantee that the commenced iterative process will always converge. At the same time, power flow equations have many solutions, and only one of them corresponds to the actual state of the concerned power system’s operation. HELM (Holomorphic Embedding Load-Flow Method) was developed to overcome these limitations. It employs complex analysis techniques. Its most important feature is that if a solution exists, it corresponds to the actual state of the system’s operation. However, where no solution exists, it unambiguously warns that there will be a voltage avalanche (blackout). The method’s very important characteristic is that it is recurrent and not iterative like the classical algorithms. Its potential and the options of its use in real-time applications for many operations related to power system performance have been demonstrated so far in a few publications. The paper presents the main assumptions of the HELM method and how basic components of the power system model can be mapped using the complex analysis technique. It also compares HELM calculations with those made with classical iterative methods.

PL

Do badania rozpływów mocy w systemach elektroenergetycznych od dawna używane są algorytmy numeryczne oparte na techni- kach iteracyjnych. Jednak metody te nie dają gwarancji, że rozpoczęty proces iteracyjny zawsze się zbiegnie. Jednocześnie równania opisujące rozpływy mocy mają wiele rozwiązań, a tylko jedno z nich odpowiada rzeczywistemu stanowi pracy badanego systemu elektroenergetycznego. Metoda HELM (ang. Holomorphic Embedding Load Fload Method) została opracowana w celu likwidacji powyższych ograniczeń. Metoda ta wykorzystuje techniki analizy zespolonej. Najważniejszą jej cechą jest to, że jeżeli rozwiązanie istnieje, wówczas odpowiada rzeczywistemu stanowi pracy systemu. Natomiast gdy rozwiązanie nie istnieje, wówczas jednoznacznie sygnalizuje, że wystąpi lawina napięcia (blackout). Bardzo ważną cechą metody jest to, że jest ona metodą rekurencyjną, a nie iteracyjną, jak w przypadku algorytmów klasycznych. W nielicznych publikacjach wykazano dotychczas duży potencjał metody i możliwości jej wykorzystania w aplikacjach działających w czasie rzeczywistym do wielu operacji związanych z funkcjonowaniem systemu elektroenergetycznego. W artykule przedstawiono główne założenia metody HELM i sposób odwzorowania podstawo- wych elementów modelu systemu elektroenergetycznego z wykorzystaniem techniki analizy zespolonej. Dokonano również porów- nania obliczeń wykonanych za pomocą metody HELM z obliczeniami przeprowadzonymi klasycznymi metodami iteracyjnymi.

Słowa kluczowe

EN

power flows; HELM method; complex analysis

PL

rozpływy mocy; metoda HELM; analiza zespolona

• Wydawca: ENERGA SA
• Czasopismo: Acta Energetica
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 1
• Strony: 58--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wędzik Andrzej Mieczysław

• Lodz University of Technology, Institute of Electrical Power

Bibliografia

• 1. Trias A., System and method for monitoring and managing electrical power transmission and distribution networks, United States Patent Application Publication, Pub. No.: US 2004/0158417 A1, Pub. Date: Aug. 12, 2004.
• 2. Trias A., System and method for monitoring and managing electrical power transmission and distribution networks, United States Patent Application Publication, Pub. No.: US 2006/0111860 A1, Pub. Date: May 25, 2006.
• 3. Trias A., System and method for monitoring and managing electrical power transmission and distribution networks, United States Patent Application Publication, Pub. No.: US 2009/0228154 A1, Pub. Date: Sep. 10, 2009.
• 4. Trias A., System and method for monitoring and managing electrical power transmission and distribution networks, United States Patent, Patent No.: US 7,979,239 B2, Date of Patent: Jul. 12, 2011.
• 5. Trias A., The Holomorphic Embedding Load Flow Method, 2012 IEEE Power and Energy Society General Meeting, July 2012, pp. 1–8, ISSN: 1932-5517, doi: 10.1109/PESGM.2012.6344759.
• 6. Subramanian M.K., Feng Y., Tylavsky D., PV bus modeling in a holomorphically embedded power-flow formulation, 2013 North American Power Symposium (NAPS), September 2013, doi: 10.1109/NAPS.2013.6666940, pp. 1–6.
• 7. Baghsorkhi S.S., Suetin S.P., Embedding AC Power Flow with Voltage Control in the Complex Plane: The Case of Analytic Continuation via Padé Approximants, Computing Research Repository (CoRR), Vol. abs/1504.03249, 2015, arXiv: 1504.03249 [online], http://arxiv.org/abs/1504.03249 [access: 21/11/2016]
• 8. Trias A., Fundamentals of the Holomorphic Embedding Load- Flow Method, Computing Research Repository (CoRR), Vol. abs/1509.02421, 2015, arXiv: 1509.02421 [online], http://arxiv.org/abs/1509.02421 [access: 21/11/2016]
• 9. Suetin S.P., Baghsorkhi S.S., Embedding AC Power Flow in the Complex Plane Part I: Modelling and Mathematical Foundation, Computing Research Repository (CoRR), Vol. abs/1604.03425, 2016, arXiv: 1604.03425 [online], http://arxiv.org/abs/1604.03425 [access: 21/11/2016]
• 10. Rao S. et al., The Holomorphic Embedding Method Applied to the Power-Flow Problem, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 31, No. 5, 2016, pp. 3816–3828, doi: 10.1109/TPWRS.2015.2503423.
• 11. Trias A., Marín J.L., The Holomorphic Embedding Loadflow Method for DC Power Systems and Nonlinear DC Circuits, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, Vol. 63, No. 2, 2016, pp. 322–333, doi: 10.1109/TCSI.2015.2512723.
• 12. Wallace I. et al., Alternative PV Bus Modelling with the Holomorphic Embedding Load Flow Method, arXiv e-prints, July 2016, arXiv: 1607.00163 [online], https://ui.adsabs.harvard.edu/\#abs/2016arXiv160700163W [access: 17/10/2017].
• 13. Basiri-Kejani M., Gholipour E., Holomorphic Embedding Load-Flow Modeling of Thyristor-Based FACTS Controllers, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 32, No. 6, 2017, pp. 4871–4879, ISSN: 0885-8950, doi: 10.1109/TPWRS.2017.2682117.
• 14. Liu C. et al., A Multi-Dimensional Holomorphic Embedding Method to Solve AC Power Flows, IEEE Access 2017, Vol. 5, pp. 25270-25285, ISSN: 2169-3536, doi: 10.1109/ACCESS.2017.2768958.
• 15. Santos A.C., Freitas F.D., Fernandes L.F.J., Holomorphic embedding approach as an alternative method for solving the power flow problem, 2017 Workshop on Communication Networks and Power Systems (WCNPS), November 2017, pp. 1–4, doi: 10.1109/WCNPS.2017.8252933.
• 16. Sauter P.S. et al., Comparison of the Holomorphic Embedding Load Flow Method with Established Power Flow Algorithms and a New Hybrid Approach, March 2017 Ninth Annual IEEE Green Technologies Conference (GreenTech), 2017, pp. 203–210, ISSN: 2166-5478, doi: 10.1109/GreenTech.2017.36.
• 17. Trias A., Marín J.L., A Padé-Weierstrass technique for the rigorous enforcement of control limits in power flow studies, Computing Research Repository (CoRR), Vol. abs/1707.04064, 2017, arXiv: 1707.04064 [online], url: http://arxiv.org/abs/1707.04064, [access: 13/07/2017]
• 18. Chiang H., Wang T., Sheng H., A Novel Fast and Flexible Holomorphic Embedding Power Flow Method, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 33, No. 3, 2018, pp. 2551–2562, ISSN: 0885-8950, doi: 10.1109/TPWRS.2017.2750711.
• 19. Feng Y., Tylavsky D., A Holomorphic embedding approach for finding the Type-1 power-flow solutions, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 102, 2018, pp. 179–188, ISSN: 0142-0615, doi: 10.1016/j.ijepes.2018.04.029.
• 20. Liu C. et al., Online Voltage Stability Assessment for Load Areas Based on the Holomorphic Embedding Method, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 33, No. 4, 2018, pp. 3720–3734, ISSN: 0885-8950, doi: 10.1109/TPWRS.2017.2771384.

Uwagi

1. Wersja polska na stronach 64--68.