METHODOLOGY FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF 10–35 KV CABLE NETWORKS BASED ON AN INTEGRATED APPROACH
Modern challenges in the field of power supply to urbanized areas and industrial clusters demonstrate that medium-voltage cable networks (10–35 kV), which form the backbone of critical infrastructure, are highly vulnerable to emergency outages, leading to a significant increase in the integral relia...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/935 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1860507082428514304 |
|---|---|
| author | Tkachenko, Andrii |
| author_facet | Tkachenko, Andrii |
| author_sort | Tkachenko, Andrii |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-03-19T12:30:36Z |
| description | Modern challenges in the field of power supply to urbanized areas and industrial clusters demonstrate that medium-voltage cable networks (10–35 kV), which form the backbone of critical infrastructure, are highly vulnerable to emergency outages, leading to a significant increase in the integral reliability indices SAIDI and SAIFI. The purpose of this study is to develop and substantiate reservation algorithms aimed at improving the reliability of consumer power supply in such networks, taking into account economic feasibility and the prospects for implementing Smart Grid technologies in Ukraine. The research employs a comprehensive approach that combines graph theory for formalizing the topology of cable networks, mathematical optimization methods (linear programming, Koon-Mann models, Markov processes), as well as the use of modern simulation tools (DIgSILENT PowerFactory, MATLAB / Simulink, ETAP) to evaluate the effectiveness of reservation schemes. Particular attention is paid to consumer automatic transfer algorithms – from classical ATS to intelligent FLISR systems integrated into the Smart Grid environment. Modeling results and the analysis of practical case studies from Ukraine, Germany, and Poland confirm that the implementation of reservation schemes can reduce SAIDI values by 5–20 times and SAIFI by 2–4 times, depending on the network topology, which significantly reduces industrial losses and improves socio-economic security. The study also proves the economic feasibility of reservation based on the LCCA methodology, which balances capital expenditures for the construction of reserve lines with operational costs associated with outages. The conclusions justify that the greatest effect for Ukraine is achieved through the integration of key reservation schemes with automatic switching, the application of FLISR within Smart Grids, and the use of optimization algorithms that consider investment constraints. The practical result of the study lies in defining pathways for adapting international approaches to national conditions, thereby creating the basis for strengthening the resilience of Ukrainian power networks, integrating renewable energy sources, and forming a competitive energy system. |
| doi_str_mv | 10.15407/srenergy2026.01.020 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:03:39Z |
| format | Article |
| id | systemreorg-article-935 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-24T02:03:39Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | systemreorg-article-9352026-03-19T12:30:36Z METHODOLOGY FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF 10–35 KV CABLE NETWORKS BASED ON AN INTEGRATED APPROACH Методика підвищення надійності кабельних мереж 10–35 кВ на основі комплексного підходу Tkachenko, Andrii cable networks, reservation, power supply, SAIDI, SAIFI, Smart Grid, FLISR. кабельні мережі, резервування, електропостачання, SAIDI, SAIFI, Smart Grid, FLISR. Modern challenges in the field of power supply to urbanized areas and industrial clusters demonstrate that medium-voltage cable networks (10–35 kV), which form the backbone of critical infrastructure, are highly vulnerable to emergency outages, leading to a significant increase in the integral reliability indices SAIDI and SAIFI. The purpose of this study is to develop and substantiate reservation algorithms aimed at improving the reliability of consumer power supply in such networks, taking into account economic feasibility and the prospects for implementing Smart Grid technologies in Ukraine. The research employs a comprehensive approach that combines graph theory for formalizing the topology of cable networks, mathematical optimization methods (linear programming, Koon-Mann models, Markov processes), as well as the use of modern simulation tools (DIgSILENT PowerFactory, MATLAB / Simulink, ETAP) to evaluate the effectiveness of reservation schemes. Particular attention is paid to consumer automatic transfer algorithms – from classical ATS to intelligent FLISR systems integrated into the Smart Grid environment. Modeling results and the analysis of practical case studies from Ukraine, Germany, and Poland confirm that the implementation of reservation schemes can reduce SAIDI values by 5–20 times and SAIFI by 2–4 times, depending on the network topology, which significantly reduces industrial losses and improves socio-economic security. The study also proves the economic feasibility of reservation based on the LCCA methodology, which balances capital expenditures for the construction of reserve lines with operational costs associated with outages. The conclusions justify that the greatest effect for Ukraine is achieved through the integration of key reservation schemes with automatic switching, the application of FLISR within Smart Grids, and the use of optimization algorithms that consider investment constraints. The practical result of the study lies in defining pathways for adapting international approaches to national conditions, thereby creating the basis for strengthening the resilience of Ukrainian power networks, integrating renewable energy sources, and forming a competitive energy system. Сучасні виклики у сфері електропостачання урбанізованих територій та промислових кластерів засвідчують, що кабельні мережі середньої напруги (10–35 кВ), які становлять основу живлення критичної інфраструктури, є надзвичайно вразливими до аварійних відключень, що призводить до суттєвого зростання інтегральних показників SAIDI та SAIFI. Метою даного дослідження є розроблення та обґрунтування алгоритмів резервування, здатних підвищити надійність живлення споживачів у таких мережах із урахуванням економічної доцільності та перспектив впровадження Smart Grid-технологій в Україні. У роботі застосовано комплексний підхід, що поєднує теорію графів для формалізації топології кабельних мереж, математичні методи оптимізації (лінійне програмування, моделі Куна-Манна, марковські процеси), а також використання сучасних програмних засобів моделювання (DIgSILENT PowerFactory, MATLAB / Simulink, ETAP) для оцінки ефективності схем резервування. Окрему увагу приділено алгоритмам автоматичного переключення споживачів – від класичних ATS до інтелектуальних систем FLISR, інтегрованих у середовище Smart Grid. Результати моделювання та аналіз практичних кейсів з України, Німеччини та Польщі підтверджують, що впровадження резервних схем дозволяє знизити значення SAIDI у 5–20 разів, а SAIFI – у 2–4 рази залежно від топології мережі, що істотно зменшує збитки промислових підприємств і підвищує рівень соціально-економічної безпеки. Дослідження також доводить економічну доцільність резервування на основі методології LCCA, яка враховує баланс між капітальними витратами на побудову резервних ліній і операційними витратами, зумовленими відключеннями. У висновках обґрунтовано, що найбільший ефект для України забезпечує інтеграція ключових схем резервування з автоматичним перемиканням, застосування FLISR у рамках Smart Grid та використання оптимізаційних алгоритмів, які дозволяють врахувати обмеження інвестиційного середовища. Практичний результат дослідження полягає у визначенні шляхів адаптації міжнародних підходів до національних умов, що створює основу для підвищення стійкості українських електричних мереж, інтеграції відновлюваних джерел енергії та формування конкурентоспроможної енергетичної системи. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2026-03-03 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/935 10.15407/srenergy2026.01.020 System Research in Energy; No. 1 (85) (2026): System Research in Energy; 20-32 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (85) (2026): Системні дослідження в енергетиці; 20-32 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/935/830 |
| spellingShingle | cable networks reservation power supply SAIDI SAIFI Smart Grid FLISR. Tkachenko, Andrii METHODOLOGY FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF 10–35 KV CABLE NETWORKS BASED ON AN INTEGRATED APPROACH |
| title | METHODOLOGY FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF 10–35 KV CABLE NETWORKS BASED ON AN INTEGRATED APPROACH |
| title_alt | Методика підвищення надійності кабельних мереж 10–35 кВ на основі комплексного підходу |
| title_full | METHODOLOGY FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF 10–35 KV CABLE NETWORKS BASED ON AN INTEGRATED APPROACH |
| title_fullStr | METHODOLOGY FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF 10–35 KV CABLE NETWORKS BASED ON AN INTEGRATED APPROACH |
| title_full_unstemmed | METHODOLOGY FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF 10–35 KV CABLE NETWORKS BASED ON AN INTEGRATED APPROACH |
| title_short | METHODOLOGY FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF 10–35 KV CABLE NETWORKS BASED ON AN INTEGRATED APPROACH |
| title_sort | methodology for improving the reliability of 10–35 kv cable networks based on an integrated approach |
| topic | cable networks reservation power supply SAIDI SAIFI Smart Grid FLISR. |
| topic_facet | cable networks reservation power supply SAIDI SAIFI Smart Grid FLISR. кабельні мережі резервування електропостачання SAIDI SAIFI Smart Grid FLISR. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/935 |
| work_keys_str_mv | AT tkachenkoandrii methodologyforimprovingthereliabilityof1035kvcablenetworksbasedonanintegratedapproach AT tkachenkoandrii metodikapídviŝennânadíjnostíkabelʹnihmerež1035kvnaosnovíkompleksnogopídhodu |