Master's Thesis

Optimization of Transmission Network Configuration for Voltage Control

Final Thesis 4.03 MB Appendix 367.84 kB

Author of thesis: Ing. Kryštof Charvát

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Pistora

Abstract:

This thesis examines the possibility of using targeted transmission line switching as a means of voltage control in the transmission system. It describes the principles of operational voltage management and highlights the limitations of current optimization methods, which typically do not consider changes in network topology. The proposed approach makes it possible to evaluate the impact of line switching on voltage conditions while respecting the requirements for operational security. The practical part uses a transmission system model and compares the results of approximation methods with detailed simulations. The outcome is a procedure that identifies lines with significant voltage control potential and assesses their suitability for operational voltage management.

Keywords:

Transmission system, voltage control, line switching, N 1 criterion

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student představil komisi svoji diplomovou práci. Vedoucí práce přečetl posudky vedoucího i oponenta. Následnou rozpravu zahájil profesor Drápela položením otázek oponenta. S otázkou do diskuze se přihlásil předseda komise profesor Drápela. Student odpověděl s doplněním předsedy komise. S otázkou do diskuze se přihlásil docent Topolánek a doktor Vyčítal. Student odpověděl s doplněním komise. Předseda komise uzavřel diskuzi.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical Power Engineering (MPC-EEN)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. David Topolánek, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Ilona Lázničková, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Radil, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Vojtek, Ph.D. (člen)
Ing. Václav Vyčítal, Ph.D. (člen)
Ing. Viktor Jankovský (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá možností využití cíleného vypínání vedení přenosové soustavy jako nástroje pro řízení napětí v přenosové soustavě. Téma práce je aktuální a z pohledu provozu přenosové soustavy i prakticky významné, neboť se zaměřuje na méně obvyklý regulační zásah, který může v určitých provozních situacích doplnit standardně využívané prostředky regulace napětí. Práce byla zadána ve spolupráci se společností ČEPS, a.s., což zvyšuje její aplikační význam.
Práce má logickou základní strukturu. V úvodních kapitolách jsou popsány principy řízení napětí v přenosové soustavě, používané regulační prostředky, problematika optimalizace napětí a kontingenční analýzy. Následně jsou navrženy přístupy pro posouzení vlivu vypínání vedení a jejich aplikace demonstrována na modelu přenosové soustavy v prostředí PSS/E. V praktické části jsou vyhodnoceny různé provozní stavy soustavy, posouzeny kandidátní vedení vhodná k vypnutí a diskutovány možnosti zjednodušení výpočtu pomocí ekvivalentní změny jalového výkonu. Lze konstatovat, že všechny body zadání byly splněny.
Přestože práce dosahuje požadovaného rozsahu a obsahuje vlastní výpočetní a simulační část, její odborná úroveň je v řadě aspektů nevyrovnaná. Teoretická část obsahuje větší množství terminologických nepřesností a zjednodušení. Například v souvislosti s kompenzačními zařízeními jsou nepřesně popsány principy SVC a STATCOM, objevují se nepřesnosti v terminologii související se změnami napětí v síti, výkonem a přenosem energie, případně nepřesně interpretované funkce jednotlivých prvků soustavy. V několika případech je text zbytečně duplicitní nebo nepůsobí zcela konzistentně.
Za významnější nedostatek považuji metodickou část práce. Navržené metriky pro hodnocení vhodnosti jednotlivých topologických zásahů nejsou dostatečně systematicky zavedeny, zdůvodněny ani diskutovány. Chybí podrobnější rozbor jejich vlastností, citlivosti a omezení. Problematické je rovněž jejich značení a způsob konstrukce výsledného skóre, kde některé zahrnuté složky vykazují vzájemně protichůdný charakter. V práci také není dostatečně rozlišena hierarchie binárních kritérií provozní bezpečnosti a kvalitativních kritérií hodnotících regulační přínos.
Slabší je rovněž interpretace dosažených výsledků. V kapitolách věnovaných hodnocení jednotlivých topologických zásahů jsou výsledky převážně prezentovány a porovnávány, avšak pouze omezeně vysvětlovány. Chybí hlubší rozbor příčin pozorovaných změn napětí, vlivu konkrétních topologických zásahů na toky jalového výkonu, změny zatížení ostatních částí sítě nebo vysvětlení rozdílů mezi jednotlivými provozními stavy. Diskuse efektivnosti navržených opatření tak zůstává spíše na popisné úrovni. Rovněž bych očekával podrobnější návrh praktické procedury implementace navrženého postupu do reálného procesu provozního rozhodování.
Po formální stránce práce obsahuje větší množství drobných nedostatků. Objevují se chyby v číslování kapitol, formátování citací, chybějící popisy proměnných u rovnic, nevhodně zapisované jednotky a další dílčí formální nepřesnosti. Grafická úroveň práce je přijatelná, avšak některé obrázky a schémata nejsou zcela přesvědčivě vysvětleny nebo obsahují věcné nepřesnosti.
Student při řešení práce prokázal schopnost samostatně pracovat s výpočetním nástrojem PSS/E a orientovat se v problematice provozu přenosové soustavy. Pozitivně hodnotím zejména realizaci výpočtů pro více provozních stavů a snahu o vytvoření zjednodušeného přístupu pro předvýběr vhodných vedení. Na druhou stranu práce vznikala značně nerovnoměrně, student delší dobu odkládal řešení jednotlivých částí, což se následně projevilo časovou tísní v závěrečné fázi zpracování. Současně nebyly v dostatečné míře využívány průběžné konzultace, což se pravděpodobně promítlo do některých metodických i odborných nedostatků výsledného textu.
Přes uvedené připomínky práce splňuje požadavky kladené na diplomovou práci, přináší vlastní výsledky a prokazuje schopnost studenta řešit technický problém s využitím odborných výpočetních nástrojů. Diplomovou práci proto doporučuji k obhajobě.
Přes uvedené výhrady práce naplňuje všechny body zadání a obsahuje vlastní výpočetní a simulační část s využitelnými výsledky. Předložené řešení dokládá základní schopnost studenta samostatně řešit technický problém s využitím odborných výpočetních nástrojů. Hodnotu práce však snižuje větší množství odborných nepřesností, nedostatečně propracovaná metodická část a omezená hloubka interpretace dosažených výsledků.
S přihlédnutím ke všem dílčím hodnocením a komentářům doporučuji předloženou diplomovou práci k obhajobě a hodnotím ji stupněm D/68 b. Points proposed by supervisor: 68

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Martin Pistora

viz příloha Topics for thesis defence:
  1. 1. Jaký je vliv zanedbání přeshraničních vedení na přesnost výsledků – lze tento vliv (chybu) kvantifikovat?
  2. 2. Na str. 31 uvádíte: „Vypínání vedení má kromě vlivu na napětí také ekonomický rozměr. Změna topologie ovlivňuje tok výkonu a tím i přenosové ztráty, což se promítá do nákladů na výrobu.“ Vysvětlete souvislost mezi vypínáním vedení pro regulaci napětí a náklady na výrobu elektřiny.
  3. 3. Na str. 32 uvádíte: „Nejprve se provede výpočet OPF, který poskytne základní informace o zatížení vedení a napěťovém profilu. Na základě těchto dat se vyberou kandidátní vedení, jejichž vypnutí může mít pozitivní vliv na napětí.“ Proč v tomto kroku nepostačuje prostý výpočet chodu sítě (load flow) a je nezbytné provést optimalizační výpočet (OPF)?
  4. 4. Ve scénáři „stav A“ po aplikaci vypnutí vedení poklesne napětí v síti 400 kV v uzlu s nejnižším napětím z 402 kV na 398 kV. V uzlu s nejvyšším napětím poklesne napětí pouze zanedbatelně a zůstává okolo 414 kV. Jaký smysl má aplikace takového opatření – vypnutí vedení?
Points proposed by reviewer: 77

Grade proposed by reviewer: C

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 287,42 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová