Lesnoy Vestnik / Forestry BulletinLesnoy Vestnik / Forestry BulletinЛесной вестник / Forestry Bulletin2542-1468Eco-Vector70653910.18698/2542-1468-2025-2-135-146Math modelingМатематическое моделированиеResearch ArticleConstructing algorythm of electrical computations for electrical power supply of forestry enterprisesАлгоритмизация электрических расчетов систем электроснабжения предприятий лесного комплексаKol’nichenkoGeorgiy I.КольниченкоГеоргий Иванович
Russian Federation

Dr. Sci. (Tech.), Professor

д-р техн. наук, профессор

g_kolnic@mail.ruTarlakovYakov V.ТарлаковЯков Викторович
Russian Federation

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor

канд. техн. наук, доцент

tarlakov@mgul.ac.ruUsachevMaksim S.УсачевМаксим Сергеевич
Russian Federation

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor

канд. техн. наук, доцент

usachev@mgul.ac.ruBMSTU (Mytishchi branch)МГТУ им. Н.Э. Баумана (Мытищинский филиал)150420252921351462104202621042026Copyright ©; 2025, Kol’nichenko G.I., Tarlakov Y.V., Usachev M.S.Copyright ©; 2025, Кольниченко Г.И., Тарлаков Я.В., Усачев М.С.2025Kol’nichenko G.I., Tarlakov Y.V., Usachev M.S.Кольниченко Г.И., Тарлаков Я.В., Усачев М.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/2542-1468/article/view/706539

Designing, operation and development of electrical power supply systems is impossible without multiple computations of its steady-state modes. Such computations give necessary information while identifying allowable and optimal operation modes of power supply systems as well as while checking its static and dynamic stability, analyzing its reliability. Nowadays computation of a complex electrical power system steady-state mode is reduced to solving systems of nonlinear equations by one of iterative methods. The drawback of such methods is that iteration convergence is often lowered or even uncovered. Due to this fact a new electrical computation method has been developed in Mytishchi branch of BMSTU which allows to get results by several repeated computation cycles necessary to consider nonlinearity of electrical power supply system elements (generators, loads etc). Within each cycle computation is made based on universal formulae obtained as a result of a direct computation method of intrinsic and mutual resistance. This method provides higher speed and reliability of getting results. A disadvantage of this method is the necessity to identify and remember inverse matrix elements of node voltage equation coefficients in which there are no null elements. However, while computing power supply systems of forest complex which has lower scale than electrical systems of large energetics this drawback can be considered insignificant. In authors’ view the method given can be successfully used while researching time-independent and transient processes which is proved by using it in computing electrical power supply systems in various industries of our country.

Приведено описание нового метода расчета электрических параметров систем электроснабжения, основу которого составляют универсальные формулы для определения собственных и взаимных сопротивлений. Эти формулы, полученные авторами в результате матричных преобразований системы узловых уравнений, дают возможность рассчитать искомые параметры электрических режимов точным методом в пределах нескольких циклов расчета. Повторение циклов продиктовано необходимостью учета нелинейности отдельных элементов систем электроснабжения (генераторов, нагрузок и др.). Предложенный метод снимает проблему сходимости итерационного процесса счета используемых ныне расчетных методов. Он дает быстрое и надежное получение решения задач расчета установившихся режимов систем электроснабжения и может быть использован в задачах исследования их переходных режимов. Это подтверждено практикой его применения в режимных расчетах систем электроснабжения лесного и агропромышленного комплекса, а также государственных энергосистем и систем электроснабжения оборонных объектов страны.

electrical power supply systemselectrical computation methodcomputation algorithm and programdirect and iterative methodsсистемы электроснабженияметод электрического расчетаалгоритм и программа расчетапрямые и итерационные методыVenikov V.A., Zuev E.N., Stroev V.A. Elektricheskie sistemy [Electrical systems]. Elektricheskie seti [Electrical networks]. Moscow: Al’yans [Higher School], 1998, 511 p.Веников В.А., Зуев Э.Н., Строев В.А. Электрические системы. Электрические сети. М.: Высшая школа, 1998. 511 с.Idel’chik V.I. Elektricheskie sistemy i seti [Electrical systems and networks]. Moscow: Alliance, 2009, 592 p.Идельчик В.И. Электрические системы и сети. М.: Альянс, 2009. 592 с.Ilyushin P.V., Tykvinskiy A.M. Osobennosti obespecheniya nadezhnogo elektrosnabzheniya promyshlennykh potrebiteley v izolirovannykh energosistemakh [Features of ensuring reliable power supply to industrial consumers in isolated power systems]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta [Bulletin of Kazan State Power Engineering University], 2019, v. 11, no. 1 (41), pp. 39–50.Илюшин П.В., Тыквинский А.М. Особенности обеспечения надежного электроснабжения промышленных потребителей в изолированных энергосистемах // Вестник Казанского государственного энергетического университета, 2019. Т. 11. № 1 (41). С. 39–50.Ayuev B.I. Zhukov A.V. Novye podkhody k monitoringu zapasa ustoychivosti elektroenergeticheskikh sistem [New approaches to monitoring the stability margin of electric power systems]. Energosistema: upravlenie, konkurentsiya obrazovanie: sb. dokladov III Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Power system: management, competition, education: collection of scientific papers. Proceedings of the III International Scientific and Practical Conference], Ekaterinburg, October 13–16, 2008. In 2 volumes. Ekaterinburg: UGTI-UPI, 2008, v. 1, 453 p.Аюев Б.И. Жуков А.В. Новые подходы к мониторингу запаса устойчивости электроэнергетических систем // Энергосистема: управление, конкуренция образование: Сб. докладов III Междунар. науч.-практ. конф., Екатеринбург, 13–16 октября 2008. В 2 т. Екатеринбург: Изд-во УГТИ–УПИ, 2008. Т. 1. 453 с.Gur’ev V.V., Kuvshinov V.V., Yakimovich B.A. Issledovanie ustanovivshikhsya rezhimov solnechnoy elektrostantsii, rabotayushchey v raspredelitel’noy seti elektroenergeticheskoy sistemy [Study of steady-state modes of a solar power plant operating in the distribution network of an electric power system]. Vestnik IzhGTU imeni M.T. Kalashnikova [Bulletin of Izhevsk State Technical University named after M.T. Kalashnikov], 2022, v. 25, no. 1, pp. 108–117.Seyfullin A.Y., Vinogradov A.V., Dorokhov A.S., Vinogradova A.V. Selection and Justification of the Structure of the Basic Data of Monitoring Systems of Electrical Modes of the Rural Electrical Grids and the Principles of Their Processing // 2021 3rd Int. Conf. on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA), Lipetsk, 10–12 November 2021. Lipetsk, 2021. pp. 1195–1200. DOI:10.1109/SUMMA53307.2021.9632027Tufanov V.A., Fedchenko V.G., Arkhiptsev Yu.F. Primenenie vychislitel’nykh metodov v energetike [Application of computational methods in power engineering]. Moscow: Energoatomizdat, 1983, 136 p.Dmitriev S.A, Khalyasmaa A.I., Semerikov A.S., “Functional state assessment of the power supply system based on system operation parameters”, Proceedings of the 19th International Conference on Soft Computing and Measurements, SCM 2016, Saint Petersburg, 25–27 May 2016, Saint Petersburg: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2016, pp. 141–144.Besarab A.N., Nevol’nichenko V.N., Shabovta M.Yu., Sokolov Ya.A., Tishchenko I.I. Umen’shenie tekhnologicheskikh poter’ elektroenergii v gorodskikh raspredelitel’nykh setyakh napryazheniem 10 (6) kV putem optimizatsii mest razmykaniya konturov [Reduction of technological losses of electric power in urban distribution networks with a voltage of 10 (6) kV by optimizing the places of circuit opening]. Elektrotekhnicheskie i komp’yuternye sistemy [Electrical and computer systems], 2016, no. 21 (97), pp. 70–75.Гурьев В.В., Кувшинов В.В., Якимович Б.А. Исследование установившихся режимов солнечной электростанции, работающей в распределительной сети электроэнергетической системы // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, 2022. Т. 25. № 1. С. 108–117.Gitel’man L.D., Dobrodey V.V., Kozhevnikov M.V. Instrumenty ustoychivogo razvitiya regional’noy energetiki [Instruments for sustainable development of regional energy]. Ekonomika regiona [Economy of the region], 2020, v. 16, iss. 4, pp. 1208–1223.Туфанов В.А., Федченко В.Г., Архипцев Ю.Ф. Применение вычислительных методов в энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1983. 136 с.Trubitsin M.A., Mikael’yan E.Yu. K voprosu rascheta ustanovivshikhsya rezhimov elektroenergeticheskikh sistem [On the issue of calculating steady-state modes of electric power systems]. Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering Bulletin of the Don], 2020, no. 9 (69), pp. 49–55.Бесараб А.Н., Невольниченко В.Н., Шабовта М.Ю., Соколов Я.А., Тищенко И.И. Уменьшение технологических потерь электроэнергии в городских распределительных сетях напряжением 10 кВ путем оптимизации мест размыкания контуров // Электротехнические и компьютерные системы, 2016. № 21(97). С. 70–75.Badalyan N.P. Modelirovanie i raschet ustanovivshikhsya rezhimov elektricheskikh setey [Modeling and calculation of steady-state modes of electrical networks]. Vestnik nauchnykh konferentsiy [Bulletin of scientific conferences], 2020, no. 2–3(54), pp. 14–18.Shu J., Quan S.S., Zhang L.Z. Optimal operation of distribution power system including distributed generator // International Conference on Power System Technology. Zhejiang: IEEE, 2010, pp. 1–6.Gurevich Yu.E. Libova L.E. Primenenie matematicheskikh modeley elektricheskoy nagruzki v raschetakh ustoychivosti energosistem i nadezhnosti elektrosnabzheniya promyshlennykh potrebiteley [Application of mathematical models of electrical load in calculating the stability of power systems and the reliability of power supply to industrial consumers]. Moscow: Eleks-KM, 2008, 248 p.Гительман Л.Д., Добродей В.В., Кожевников М.В. Инструменты устойчивого развития региональной энергетики // Экономика региона, 2020. Т. 16. Вып. 4. С. 1208–1223.Arestova A.Yu., Lykin A.V., Sidorkin Yu.M., Frolova Ya.A. Elektricheskie sistemy i seti. Ustanovivshiesya rezhimy elektricheskikh setey [Electrical systems and networks. Steady-state modes of electrical networks]. Novosibirsk: No- vosibirskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet [Novosibirsk State Technical University], 2020, 98 p.Трубицин М.А., Микаэльян Е.Ю. К вопросу расчета установившихся режимов электроэнергетических систем // Инженерный вестник Дона, 2020. № 9(69). С. 49–55.Akishin L.A. Matematicheskie zadachi elektroenergetiki [Mathematical problems of electric power engineering]. Irkutsk: Publishing house of IrSTU, 2010, 100 p.Бадалян Н.П. Моделирование и расчет установившихся режимов электрических сетей // Вестник научных конференций, 2020. № 2–3(54). С. 14–18.Medov R.V. Razvitie metodov i programmnogo obespecheniya issledovaniy nesimmetrichnykh rezhimov elektroenergeticheskikh sistem [Development of methods and software for studying asymmetric modes of electric power systems: author’s abstract]. Diss. Cand. Sci. (Tech.) 05.14.02. St. Petersburg, St. Petersburg State Tech. University, 2002, 18 p.Гуревич Ю.Е. Либова Л.Е. Применение математических моделей электрической нагрузки в расчетах устойчивости энергосистем и надежности электроснабжения промышленных потребителей. М.: Элекс-КМ, 2008. 248 с.Semenyuk N.V. Vliyanie neodnorodnosti elektricheskoy seti na optimal’nost’ parametrov elektroenergeticheskogo rezhima [Influence of electrical network heterogeneity on the optimality of electric power mode parameters]. Energeticheskie ustanovki i tekhnologii [Power Installations and Technologies], 2020, v. 6, no. 4, pp. 61–66.Арестова А.Ю., Лыкин А.В., Сидоркин Ю.М., Фролова Я.А. Электрические системы и сети. Установившиеся режимы электрических сетей. Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2020. 98 с.Varganova A.V., Panova E.A., Khatyushina T.V., Kononenko V.S., Bagaeva Kh.M. Razrabotka bazy dannykh elektrooborudovaniya 35–220 kV dlya SAPR «ORU CAD» [Development of a 35–220 kV electrical equipment database for the ORU CAD system]. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrical Engineering Systems and Complexes], 2018, no. 2(39), pp. 28–30.Акишин Л.А. Математические задачи электроэнергетики. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 100 с.Vasil’ev P.A. Sovershenstvovanie metodov i algoritmov rascheta i analiza ustanovivshikhsya rezhimov elektricheskikh setey energosistem [Improving the methods and algorithms for calculating and analyzing the steady-state modes of electrical networks of power systems]. Diss. Cand. Sci. (Tech.). Novocherkassk, 2006, 123 p.Listopad S. Architecture of the hybrid intelligent multiAgent system of heterogeneous thinking for planning of distribution grid restoration // Baltic J. of Modern Computing, 2019, v. 7, no. 4, pр. 487–499.Altukhova M.K. Povyshenie effektivnosti chislennogo resheniya uravneniy predel’nykh ustanovivshikhsya rezhimov i identifikatsii chuvstvitel’nykh elementov v elektroenergeticheskoy sisteme [Improving the efficiency of numerical solutions of equations of limit steady-state modes and identification of sensitive elements in the electric power system]. Izvestiya NTTs Edinoy energeticheskoy sistemy [Bulletin of the Scientific and Technical Center of the Unified Energy System], 2019, no. 2(81), pp. 77–83.Rezaeva M.A. Semendyaev R.Y. Development and application of convolutional neural network for the recognition of objects in the scheme of electric grid // J. of Physics: Conf. Ser., Vladivostok, 07–08 October 2021. Vladivostok, 2021, pp. 012–020.Kryukov A.V. Predel’nye rezhimy elektroenergeticheskikh sistem [Limit modes of electric power systems]. Irkutsk: Irkutskiy gosudarstvennyy universitet putey soobshcheniya [Irkutsk State University of Transport], 2012, 236 p.Медов Р.В. Развитие методов и программного обеспечения исследований несимметричных режимов электроэнергетических систем: автореф. дис канд. техн. наук: 05.14.02. Санкт-Петербург. С.-Петерб. гос. техн. ун-т, 2002, 18 с.Kol’nichenko G.I., Tarlakov Ya.V., Sirotov A.V., Usachev M.S. Osnovy elektrotekhniki i elektrosnabzheniya predpriyatiy lesnogo kompleksa. Osnovy elektrosnabzheniya [Fundamentals of electrical engineering and power supply of forestry enterprises]. St. Petersburg: Lan´, 2022, 252 p.Семенюк Н.В. Влияние неоднородности электрической сети на оптимальность параметров электроэнергетического режима // Энергетические установки и технологии, 2020. Т. 6. № 4. С. 61–66.Kol’nichenko G.I. K pryamomu metodu rascheta rezhimov elektricheskikh sistem s pomoshch’yu TsVM [On a Direct Method for Calculating Electrical System Modes Using a Digital Computer]. Izvestiya vuzov. Energetika [News of Universities. Power Engineering], 1973, no. 2, pp. 3–7.Варганова А.В., Панова Е.А., Хатюшина Т.В., Кононенко В.С., Багаева Х.М. Разработка базы данных электрооборудования 35–220 кВ для САПР «ОРУ CAD» // Электротехнические системы и комплексы, 2018. № 2(39). С. 28–30.Idel’chik V.I. Primer analiza sushchestvovaniya i edinstvennosti uravneniy ustanovivshegosya rezhima [An Example of Analysis of the Existence and Uniqueness of Steady-State Equations]. Elektrichestvo [Electricity], 1983, no. 6, pp. 56–59.Васильев П.А. Совершенствование методов и алгоритмов расчета и анализа установившихся режимов электрических сетей энергосистем: дис канд. техн. наук. Новочеркасск, 2006. 123 с.Teslenko E.A., Ekimova M.Yu. Matematicheskoe opisanie sostoyaniy izuchaemykh ob’ektov i protsessov izmereniy analiziruemykh fizicheskikh sistem [Mathematical description of studied objects states and measurement processes of analyzed physical systems]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2023, vol. 27, no. 6, pp. 178–188. DOI: 10.18698/2542-1468-2023-6-178-188Алтухова М.К. Повышение эффективности численного решения уравнений предельных установившихся режимов и идентификации чувствительных элементов в электроэнергетической системе // Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2019. № 2(81). С. 77–83.Idel’chik V.I., Yarosh V.A. Analiz rezul’tatov issledovaniya sushchestvovaniya i edinstvennosti resheniya uravneniy ustanovivshegosya rezhima [Analysis of the Results of a Study of the Existence and Uniqueness of a Solution to Steady-State Equations]. Advances in Science and Technology: sb. statey IX mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Advances in Science and Technology: Collection of Articles from the IX International Scientific and Practical Conference], Moscow, July 31, 2017. Moscow: .Aktualnost.RF, 2017, pp. 79–80.Крюков А.В. Предельные режимы электроэнергетических систем. Иркутск: Иркутский государственный университет путей сообщения, 2012. 236 с.Safaryan V.S., Safaryan L.V Analiticheskoe issledovanie ustanovivshegosya rezhima dvukhuzlovoy seti [Analytical study of the steady-state mode of a two-node network]. Vestnik Natsional’nogo politekhnicheskogo universiteta Armenii. Elektrotekhnika, energetika [Bulletin of the National Polytechnic University of Armenia. Electrical engineering, power engineering], 2018, no. 1, pp. 64–72.Marujo D. Zanatta G.L., Floréz H.A.R. Optimal management of electrical power systems for losses reduction in the presence of active distribution networks // Electrical Engineering (Archiv für Elektrotechnik), 2021, v. 103, no. 3, pp. 1725–1736.Kol’nichenko G.I., Tarlakov Ya.V. Slozhnozamknutye sistemy elektrosnabzheniya i raschet ikh elektricheskikh rezhimov [Complex closed-loop power supply systems and calculation of their electrical modes]. Elektrotekhnologii i elek- trooborudovanie v APK [Electrical technologies and electrical equipment in the agro-industrial complex], 2022, v. 69, no. 4(49), pp. 131–136.Marković N.A., Bjelić S.N., Marković F.N. Diagnostics Algorithms for Analysis and Assessment of Steady States and Disorders in Electrical Networks // International J. of Image, Graphics and Signal Processing, 2022, v. 14, iss. 4, pp. 1–12.Guryev V.V., Kuvshinov V.V., Yakimovich B.A. Investigation of Existence of Steady States of a Solar Power Plant Operating in the Distribution Network of an Electric Power System. Vestnik IzhGTU imeni M.T. Kalashnikova, 2022, v. 25, no. 2, pp. 89–96.Кольниченко Г.И., Тарлаков Я.В., Сиротов А.В., Усачев М.С. Основы электротехники и электроснабжения предприятий лесного комплекса. Основы электроснабжения. СПб.: Лань, 2022. 252 с.Sosnina E.N., Kralin A.A., Asabin A.A., Kryukov E.V. Issledovanie ustanovivshikhsya rezhimov raboty raspredelitel’noy elektricheskoy seti s tiristornym regulyatorom napryazheniya [Study of steady-state operating modes of a distribution electric network with a thyristor voltage regulator]. Promyshlеnnaya enеrgetika [Industrial power engineering], 2021, no. 12, pp. 2–15.Кольниченко Г.И. К прямому методу расчета режимов электрических систем с помощью ЦВМ // Известия вузов. Энергетика, 1973. № 2. С. 3–7.Marujo D., Zambroni De Souza A.C., Lopes B.I.L., Oliveira D.Q. Active Distribution Networks Implications on Transmission System Stability. J. of Control, Automation and Electrical Systems, 2019, v. 30, no. 3, pp. 380–390.Идельчик В.И. Пример анализа существования и единственности уравнений установившегося режима // Электричество, 1983. № 6. С. 56–59.Тесленко Е.А., Екимова М.Ю. Математическое описание состояний изучаемых объектов и процессов измерений анализируемых физических систем // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2023. Т. 27. № 6. DOI 10.18698/2542-1468-2023-6-178-188.Идельчик В.И., Ярош В.А. Анализ результатов исследования существования и единственности решения уравнений установившегося режима // Advances in Science and Technology: сб. статей IX Междунар. науч.-практ. конф., Москва, 31 июля 2017 года. М.: Актуальность. РФ, 2017. С. 79–80.Сафарян В.С., Сафарян Л.В Аналитическое исследование установившегося режима двухузловой сети // Вестник Национального политехнического университета Армении. Электротехника, энергетика, 2018. № 1. С. 64–72.Кольниченко Г.И., Тарлаков Я.В. Сложнозамкнутые системы электроснабжения и расчет их электрических режимов // Электротехнологии и электрооборудование в АПК, 2022. Т. 69. № 4(49). С. 131–136.Guryev V.V., Kuvshinov V.V., Yakimovich B.A. Investigation of Existence of Steady States of a Solar Power Plant Operating in the Distribution Network of an Electric Power System // Vestnik IzhGTU imeni M.T. Kalashnikova, 2022, v. 25, no. 2, pp. 89–96.Соснина Е.Н., Кралин А.А., Асабин А.А., Крюков Е.В. Исследование установившихся режимов работы распределительной электрической сети с тиристорным регулятором напряжения // Промышленная энергетика, 2021. № 12. С. 2–15.Marujo D., Zambroni De Souza A.C., Lopes B.I.L., Oliveira D.Q. Active Distribution Networks Implications on Transmission System Stability // J. of Control, Automation and Electrical Systems, 2019, v. 30, no. 3, pp. 380–390.