Возможности реализации интеллектуальных энергосистем в российской электроэнергетике

Возможности реализации интеллектуальных энергосистем в российской электроэнергетике

Курир В.И.(1), Бажикова А.А.(2), Макарчук О.А.(2), Малова Ю.А.(2)

 

(1) − Казанский национальный исследовательский технический

университет им. А.Н. Туполева−КАИ, г. Казань, Россия

                       (2)  − Альметьевский филиал КНИТУ−КАИ, г. Альметьевск, Россия

 

 

          Представлены исследования проблем развития «интеллектуальных сетей» (SmartGrid) в электроэнергетике.  Сделан вывод, что с развитием умных сетей в электроэнер-гетике России и в других областях экономики создается инструмент управления экономикой страны на качественно более высоком уровне, чем это было в 20 веке.Ключевые слова: Интеллектуальные энергосистемы SmartGrid.  

Термин «умная сеть» (SmartGgrid) стал известен с 2003 года, когда он появился в статье «Спрос надёжности будет управлять инвестициями» [1]. В этой  работе перечисле-

но несколько функциональных и технологических определений умной сети, а также её некоторых преимуществ. Общим элементом для большинства определений является применение цифровой обработки данных и связи внутри электрической сети, что делает поток данных и управления информацией ключевыми технологиями умных сетей.

SmartGrid является «горячей темой» в плане исследований и разработок. Крупные энергетические компании (генерирующие электроэнергию и доставляющие её конечным потребителям) имеют собственные «дорожные карты» научно-исследовательских работ, нацеленные на достижение характеристик, заявленных в программных документах по SmartGrid. То же относится и к крупным компаниям, поставщикам оборудования, таким как ABB, General Electric, SIEMENS, Alstom.  Общий объём средств, выделяемых в мире на соответствующие исследования составляет сотни миллионов долларов в год.

Технологическое оборудование и средства автоматического управления, необходи-

мые  для  создания интеллектуальных энергетических систем, начали создаваться в мире

уже с 70-х годов прошлого века, комплекс которых в настоящее время включает следую-

щие элементы [2 − 4]:

−   технологии гибких ЛЭП переменного тока (FACTS – Frexible Alternative Current Transmission Systems);

−  вставки постоянного тока;

−  управляемые устройства компенсации (регулирования);

−  электромеханические устройства преобразования энергии;

−  управляемые накопители электрической энергии;

−  управляемые преобразователи тока;

−  устройства измерения векторов токов и напряжений  (PMU – phasor measurement units), интегрируемые в системы релейной защиты;

−  устройства противоаварийной автоматики;

−  технологии дистанционного мониторинга, контроля и управления;

−  современное программное обеспечение и др.

Электросети  являются  особой  инфраструктурой  общества. Обеспечение стабиль-

ности, надёжности и безопасности их функционирования является одним из абсолютных приоритетов  в  исследованиях. Одной из характеристик, отмеченных во всех «программ-

ных» документах, является «самовылечивание» (self-healing), что включает в себя автоматическую диагностику  и  ликвидацию аварий, недопущение  каскадных  отключе-

ний, быстрое  восстановление  подачи  энергии на отключенные  участки. Традиционный  способ решения этих задач состоит в использовании иерархической структуры принятия решений. Однако, в последнее время активно ведутся работы в области реализации стратегий распределенного принятия решений автономными локальными контроллера- ми, взаимодействующими друг с другом.

Следует отметить, что SmartGrid связывает энергетическую инфраструктуру с ком-

муникационными инфраструктурами (Интернет, сотовая связь), что может иметь как положительные, так и отрицательные последствия для надежности обоих.

Реализация SmartGrid требует отказа от традиционных иерархических архитектур

систем автоматизации и перехода к архитектурам, в которых интеллектуальные устрой-

ства управления взаимодействуют как горизонтально, так и вертикально, и обладают определённой автономностью при принятии решений с элементами искусственного интеллекта.

В соответствии с концепцией  SmartGrid в числе приоритетных направлений разви-

тия ИТ в энергетике на ближайшие годы можно выделить:

  1. Широкое внедрение на новых и модернизируемых точках измерения интеллектуальных (smart) измерительных приборов − «умных» счётчиков с функцией дистанционного управления профилем нагрузки измеряемой линии и измерительных преобразователей со стандартными коммуникационными интерфейсами и протоколами (в том числе беспроводными), соответствующих стандартам  информационной  безопас-

ности.

  1. Установка на каждом крупном объекте, присоединенном к электросети (жилом районе, офисном центре, фабрике и т. д.), усовершенствованных автоматизированных информационно-измерительных систем (АИИС), работающих в режиме реального времени. АИИС должны осуществлять мониторинг объектовых процессов (например, электро- или теплоснабжения, включая параметры качества энергии), выполнять простые алгоритмы автоматического регулирования и иметь развитые средства информационного обмена с внешним миром.
  2. Создание широкой сети интегрированных коммуникаций на базе разнообразных линий связи − ВОЛС, спутниковых, GPRS, ВЧ-связи по ЛЭП и др. Каждая АИИС должна быть подключена как минимум по двум независимым каналам связи.
  3. Внедрение в энергокомпаниях автоматизированных систем (АС) управления производственной деятельностью. Поскольку все энергопредприятия относятся к произ-

водствам с непрерывным циклом, можно выделить четыре вида таких систем:

− АС управления техническим обслуживанием и ремонтами;

− АС работы на рынках (коммерческой диспетчеризации);

− АС обслуживания клиентов;

− АС управления основным  производством − генерацией,  передачей,  распределе-

нием, сбытом (учетом потребления) или диспетчеризацией.

  1. Создание интегрированных интерфейсов к АИИС и АС управления производст-

венной деятельностью для автоматического обмена данными с АС других участников рынка.  При этом  должны  быть определены протоколы обмена и стандарты информаци-

онной безопасности для всех категорий участников рынка.

Решающую роль в решении указанных проблем играют крупные мегаполисы (города).

Современные города  должны быть интеллектуальными, то есть эффективными (в том числе в  части обмена информацией, высокого уровня контроля всех  систем), устой-

чиво  развивающимися  (с  обеспечением  снижения энергопотребления и выбросов CO2, эффективным  управлением издержками, снижением  необходимости в крупных инвести-

циях в инфраструктуру) и комфортными для жизни (путем обеспечения роста качества жизни горожан, привлечения талантов, роста конкурентоспособности) [5].

При этом уже в текущей мировой и отечественной практике существуют апробиро-

ванные решения, способные осуществить интеллектуализацию систем города:

− в энергетике: интеллектуальные энергетические системы с активно-адаптивной сетью (SmartGrid);

− в транспорте: электромобили  с  соответствующей инфраструктурой, автоматизи-

рованные системы управления транспортными потоками, интегрированные системы управления пересадками, транзитами, информирования пассажиров;

− в водоснабжении  и водоотведении:  управление водоснабжением на базе  on-line гидравлических  моделей, автоматизированное  обнаружение утечек, интеграция систем распределения, безопасности и контроля, управление ливневыми потоками и системы предупреждения наводнений;

− в ЖКХ: технологии зеленых зданий, системы энергомониторинга.

Мировая  практика  позволяет  выделить  три условные фазы развития (поколения)

умных городов, отражающие изменения в виде составляющих:

− Smart City 1.0 − технологически ориентированный город. Признак города:

− применение технологий  с целью повышения  его жизнеспособности и  управляе-

мости.   Происходит   электрификация  и  переоснащение  физической  инфраструктуры,

внедряются изолированные IT− решения, формируется полуавтоматическая  инфраструк-

тура.  Основными  заинтересованными  лицами являются компании − поставщики техно-

логических решений и услуг.

− SMART CITY 2.0 − высокотехнологичный управляемый город. Признак города:

− применение  технологий с целью повышения качества жизни и решения проблем

в  области  здравоохранения, транспорта,  окружающей  среды  и  экологии.  Происходит

формирование первичной  цифровой инфраструктуры SmartCity за счет внедрения техно-логий интернета, 3G/4G, широкополосного  и  мобильного  доступа к сети Интернет.  Ос-

новная  роль  в  развитии  города  отводится  городским  властям, жители  задействованы

ограниченно.

− SMART CITY 3.0  –  высокоинтеллектуальный интегрированный  город. Признак города:

− объединение  технологий, стимулирующих  развитие  социальной  интеграции  и

предпринимательства. Становление современных цифровых сервисов и формирование  полностью интегрированной интеллектуальной инфраструктуры, позволяющей в режиме

реального времени осуществлять  сбор  и  аналитику данных, реализовывать управление

всеми процессами во всех областях инфраструктуры. Происходит переориентация город-

ских процессов  относительно потоков данных. Данная единая экосистема  способствует

вовлечению граждан, делая их активными участниками развития города.

 

The article presents studies of the problems of development of «intellectual networks» (SmartGrid) in the electric power industry. It is concluded that with the development of  smart grids  in the  electric power  industry of Russia and other areas of the economy, a tool for managing the country’s economy is being created at a qualitatively higher level than it was in the 20th century.

          Key words: Smart power systems SmartGrid.

 

Список цитируемой литературы

  1. Michael T. Burr, Reliability demands drive automation investments// Public Utilities Fortnig-

htly, Technology Corridor  department, Nov. 1, 2003 [Электронный ресурс]. – Режим досту-

па: http://www.fortnightly.com/fortnightly/2003/11/technology-corridor.html.

  1. World Energy Outlook 2009. International Energy Agency (IEA), Paris. 2009. 691 pp.
  2. Ледин С.С. Интеллектуальные сети Smart Grid – будущее российской энергетики // Автоматизация и IT в энергетике. 2010. № 10. С. 4 – 8.
  3. Басараб М., Бельфер Р., Глинская Е., Якушева Н. Требования к инфрастуктуре сетей связи в составе Smart Grid // Первая миля. 2018. № 4. С. 40 – 46.
  4. Jenks, M. Dimensions of the Sustainable City, Springer, 2010. 288 p.

Back to Top