CC BY
121
УДК 621.311.1
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ЭНЕРГОСИСТЕМА ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ БУДУЩЕГО
Н.И.Воропай1, З.А.Стычинский2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
2Отто-фон-Герике Университет Магдебурга,
39106, Германия, г. Магдебург, Университетплатц, 2.
Рассматривается состояние исследований в области интеллектуальных энергосистем и трактовка понятия интеллектуальной энергосистемы (Smart Grid). Излагается структура и задачи проекта, реализуемого в НИ ИрГТУ профессором З.А. Стычинским, по формированию исследовательской инфраструктуры и исследовательской группы в области интеллектуальных энергосистем. Ил.1. Библиогр. 17 назв.
Ключевые слова: энергетика; интеллектуальная энергосистема; инфраструктура; источники энергии; интернет; информационные технологии.
SMART GRIDS FOR THE FUTURE ENERGY-WISE ELECTRICAL POWER ENGINEERING N.I. Voropai, Z.A. Stychinsky
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074. Otto-von Guericke University of Magdeburg, 2 Universitätplatz, Magdeburg, Germany, 39106.
The article deals with the state of researches in the field of smart grids and the interpretation of the concept of a Smart Grid. It describes the structure and objectives of the project implemented by the Professor Z. A. Stychinsky in NR ISTU, in order to form a research infrastructure and a research group in the field of smart grids. 1 figure. 17 sources.
Key words: power engineering; smart grid; infrastructure; sources of energy; Internet; information technologies.
Трактовка понятия "интеллектуальная энергосистема". В последнее десятилетие за рубежом активно обсуждается и развивается концепция Smart Grid (рисунок), что в переводе на русский язык означает "умная" или "интеллектуальная энергосистема". В США, Канаде, Европейском Союзе, Китае и других развитых и развивающихся странах концепция Smart Grid рассматривается как технологическая база электроэнергетики будущего [1-5 и др.]. В России обсуждение проблемы активизировалось несколько позже [6,7 и др.], предлагается конкретизация этого понятия как "интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью" [8]. С учетом формирования технологической платформы "Интеллектуальная энергетическая система России" это направление приобретает статус патронируемого государством инновационного направления развития электроэнергетики страны.
Существует пока различное понимание существа концепции интеллектуальной электроэнергетической системы (ЭЭС). Часто это понятие связывают с интеграцией в ЭЭС возобновляемых источников энергии
на основе современных информационных, телекоммуникационных и Интернет-технологий [9 и др.]. Другие трактовки данного направления делают акцент на распределительных электрических сетях, включающих возобновляемые источники энергии, с формированием активных и адаптивных свойств распределительных сетей за счет развития распределенной системы адаптивной автоматики, широкого использования компьютерных технологий и современных систем управления [10-12 и др.]. Концепция Smart Grid рассматривается также применительно к основной (передающей) электрической сети с использованием систем широкомасштабного мониторинга режимов (Wide Area Monitoring System - WAMS) и управления ими (Wide Area Control System - WACS) на основе принципов адаптивного управления, устройств измерения комплексных величин PMU (Phasor Measurement Unit), FACTS (Flecsible Alternating Current Transmission System), интеллектуальных компьютерных методов [4, 6, 13, 14 и др.]. Акцентируется внимание на развитии методов и средств самодиагностики состояния оборудования ЭЭС (основного и вспомогательного) и само-
1Воропай Николай Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электроснабжения и электротехники, тел.: (3952) 405253, e-mail: otep@istu.edu
Voropai Nikolai, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Electric Power Supply and Electrical Engineering, tel.: (3952) 405253, e-mail: otep@istu.edu
2Стычинский Збигнев Антони, доктор наук, профессор, директор Института систем электроснабжения и возобновляемой энергетики Университета Отто-фон-Герике Магдебурга, Германия, тел.: (3952) 405253, e-mail: otep@istu.edu Stychinsky Zbignev Antoni, Doctor of sciences, Professor, Director of the Institute of Power Supply Systems and Renewable Power Engineering at Otto-von-Guericke University of Magdeburg, Germany, tel.: (3952) 405253, e-mail: otep@istu.edu
восстановления его параметров [1, 3, 4, 7 и др.].
Многие авторы придают большое значение обеспечению активного участия потребителей в управлении собственным электропотреблением путем применения "умных" счетчиков электроэнергии и регистраторов нагрузки, использования современных интеллектуальных средств обработки и визуализации информации для потребителя, формирования цены на электроэнергию в реальном времени [4,10,12 и др.] и т.п.
Все эти и другие трактовки понятия интеллектуальной ЭЭС рассматривают частные случаи более общего интегрированного инновационного направления, включающего [15, 16]:
• передовые силовые элементы ЭЭС;
• современные информационные и компьютерные технологии;
• новые средства и технологии измерений, передачи обработки и представления (визуализации) информации;
• новые методы обоснования решений, методы и средства управления режимами ЭЭС;
• активное поведение потребителей по управлению собственным электропотреблением.
К рассматриваемым новым средствам и технологиям, обеспечивающим интеллектуальность ЭЭС, относятся:
> в части силового оборудования - передовые технологии на электростанциях и в электрических сетях, в том числе установки распределенной генерации, организованные в виде виртуальных электростанций либо работающие автономно, электропередачи постоянного тока (ППТ), накопители энергии (сверхпроводниковые, батареи большой энергоемкости, супермаховики и др.), сверхпроводящие кабели и
другие элементы на базе сверхпроводимости, FACTS, силовая электроника в различных применениях и др.;
> для измерения, обработки, передачи и представления информации - PMU и концентраторы данных через спутниковую навигационную сеть, оптоволокно, радиосвязь, цифровая основа устройств измерения, обработки и представления информации, информационные и компьютерные технологии, Интернет;
> для реализации систем мониторинга и управления - методы искусственного интеллекта, сетевые (распределенные) подходы к мониторингу и координации управления, новые методы теории управления, новые возможности локального управления на основе искусственного интеллекта и информационных технологий, Интернет;
> для обеспечения активности потребителей -цифровые системы сбора, обработки и представления информации на основе информационных и компьютерных технологий, Интернет, тарифные и ценовые механизмы.
Выгоды интеллектуализации ЭЭС заключаются в следующих позициях:
- повышение интеграции управления режимами ЭЭС за счет: сетевой (распределенной) координации мониторинга и управления распределенными средствами; усиления координации планирования режимов, оперативного и автоматического управления ими;
- усиление роли управления on-line - оперативного и автоматического;
- радикальное повышение управляемости ЭЭС при использовании FACTS, ППТ, накопителей энергии, новых принципов и средств противоаварийного управления и др. и за счет этого обеспечение устойчивости и живучести ЭЭС;
- повышение степени использования пропускных
Концепция Smart Grid [17]
способностей связей электрической сети и снижение требуемых нормируемых запасов пропускных способностей связей;
- снижение уровня необходимых резервов генерации и сокращение необходимости ввода новой генерации за счет более эффективного использования электрической сети и активности потребителей.
По существующим оценкам ожидаемые выгоды от реализации концепции Smart Grid в США могут быть следующими [1,2,4]:
• увеличение доли используемых возобновляемых источников энергии с менее 13% сегодня до более 30% после реализации концепции Smart Grid;
• повышение уровня использования генерации, принадлежащей потребителям, с менее 1% до более 10%;
• повышение уровня использования активов магистральных электрических сетей с 50% сегодня до 80% в будущем;
• увеличение уровня использования активов распределительных электрических сетей с 30 до 80%;
• повышение уровня участия потребителей в управлении электропотреблением с 47 до 90%;
• снижение энергоемкости внутреннего валового продукта (ВВП) страны с 0,41 до 0,2 кВт. ч/$ ВВП.
Приведенные оценки показывают высокую эффективность реализации концепции Smart Grid. В то же время, ее реализация требует существенных затрат, которые окупятся лишь в будущем, поэтому во всех странах осуществляется прямая государственная поддержка мероприятий по развитию интеллектуальных ЭЭС.
Проект развития направления "Интеллектуальная энергосистема" в НИ ИрГТУ. На базе изложенной идеологии интеллектуальной энергосистемы в Национальном исследовательском Иркутском государственном техническом университете (НИ ИрГТУ) в 2011-2013 гг. реализуется проект "Интеллектуальная энергосистема для энергетически эффективной электроэнергетики будущего", выполняемый в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 220 "Меры по привлечению ведущих ученых в российские учреждения высшего образования". Проект выполняется под руководством профессора З.А. Стычинского.
Реализуемый проект направлен на формирование современной исследовательской инфраструктуры на базе кафедры электроснабжения и электротехники (заведующий кафедрой профессор Н.И. Воропай) энергетического факультета НИ ИрГТУ и включает:
• создание современной лабораторной базы;
• формирование исследовательской группы, которая должна стать ядром развития научных исследо-
Библиограф
1. Grid 2030: A notional version for electricity's second 100 years //Office of Electric Transmission and Distribution, US Department of Energy, Washington, July 2003. 89 p.
2. Amin S.M., Wollenberg B.F. Toward a Smart Grid: Power delivery for 21 st century // IEEE Power and Energy Magazine. 2005. Vol.3, №5. Р.34-41.
3. European Smart Grid technology platform: Vision and strategy for Europe's electricity networks of the future // European Com-
ваний на кафедре и факультете;
• формирование нового цикла лекций по направлению "Интеллектуальные энергосистемы" (Smart Grid) для бакалавриата и, особенно, магистратуры, а также для повышения квалификации специалистов.
Проектом предполагается создание четырех новых исследовательских лабораторий:
Лаборатория 1: установки когенерации, топливные элементы и накопители энергии с соответствующими системами регулирования их режимов работы.
Лаборатория 2: современные средства измерения векторных величин PMU и новые устройства защиты и автоматики для ликвидации аварийных режимов ЭЭС.
Лаборатория 3: компьютерные средства моделирования и оптимизации развития и функционирования интеллектуальной энергосистемы.
Лаборатория 4: информационно-коммуникационные средства обеспечения наблюдаемости и моделирования режимов ЭЭС.
Перечисленные исследовательские лаборатории должны быть использованы для выполнения научных исследований по следующим двум темам:
а) Виртуальные электростанции (Virtual Power Plants - VPP) в интеллектуальных энергосистемах. Под виртуальной электростанцией понимается интеграция источников распределенной генерации, в том числе на возобновляемых энергоресурсах, накопителей электроэнергии и активных потребителей, при этом все они управляются единой системой управления их режимами.
б) Информационные и коммуникационные технологии в интеллектуальных энергосистемах, реализуемые на современных интеллектуальных средствах и системах измерения параметров режима ЭЭС, передачи данных, их обработки и представления (визуализации).
Структура проекта предполагает подготовку специалистов высшей квалификации - кандидатов и докторов наук, магистров электроэнергетики, специалистов для электроэнергетических компаний и проектных организаций на передовом уровне науки и технологий в электроэнергетике.
Заключение. Концепция интеллектуальной энергосистемы является технологической платформой электроэнергетики будущего. Для своевременной подготовки передовых специалистов разного уровня в этом направлении требуются организация и развитие соответствующих исследований, создание современных учебных курсов с использованием новейших технологических разработок. На решение этих задач направлен рассматриваемый проект.
ский список
mission, 2006. 38 p.
4. Shahidehpour M. Smart Grid: A new paradigm for power delivery //IEEE Bucharest Power Tech, Bucharest, Romania, June 28-July 2, 2009. 7 p.
5. Jiang Zhenhua, Li Fangxing, Qiao Wei, Sun Hongbin, e.a. A vision of Smart Transmission Grid //IEEE PES General Meeting, Calgary, Canada, July 26-30, 2009, 5 p.
6. Глушко С., Пихин С. Технологическая концепция Smart
Grid - облик электроэнергетики будущего // Энергорынок. 2009. №11(71). С.68-72.
7. Кобец Б.Б., Волкова И.О. Инновационное развитие электроэнергетики на базе концепции Smart Grid. М.:ИАЦ «Энергия», 2010. 208 с.
8. Дорофеев В.В., Макаров А.А. Активно-адаптивная сеть -новое качество ЕЭС России // Энергоэксперт. 2009. №4. С.28-34.
9. Chuang A., McGranaghan M. Function of local controller to coordinate distributed resources in a Smart Grid //IEEE PES General Meeting, Pittsburg, USA, July 20-24, 2008. 6p.
10. McDonald J. Adaptive intelligent power systems: Active distribution networks //Energy Policy, 2008, Vol.36, p. 4346-4351.
11. Mamo X., Mallet S., Coste Th., Grenard S. Distribution automation: The cornerstone for Smart Grid development strategy //IEEE PES General Meeting, Calgary, Canada, July 26-30, 2009. 6p.
12. Simard G., Chartrand D., Christophe P. Distribution automation: Applications to move from today's distribution system to tomorrow's Smartgrid // IEEE PES General Meeting, Calgary,
Canada, July 26-30, 2009. 5p.
13. Venayagamoorthy G.K. Potentials and promises of computational intelligence for Smart Grids // IEEE PES General Meeting, Calgary, Canada, July 26-30, 2009. 6p.
14. Xue Yusheng. Some viewpoints and experiences on Wide Area Measurement Systems and Wide Area Control Systems //IEEE PES General Meeting, Calgary, Canada, July 26-30, 2009, 6p.
15. Moskalenko N., Styczynski Z., Sokolnikova T., Voropai N. Smart Grid - German and Russian perspectives in comparison // Modern Electric Power Systems Conf. Proc., Wroclaw, Poland, September 20-23, 2010, 7 p.
16. Воропай Н.И. Интеллектуальные электроэнергетические системы: концепция, состояние, перспективы //Автоматизация и IT в энергетике. 2011. №3(20). С. 11-16.
17. Z. A. Styczynski, K. Rudion, P. B. Eriksen, A. Orths, T. Schafer, W. Sattinger, L. Rouco, A. Phadke: Operation and Control Strategies for Networks with a High Degree of Renewable Generation; Survey Paper at PSCC 2008 Conference, Glasgow, Scotland, 14.-18.07. 2008.
УДК 621.311: 621.331
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
В.П.Закарюкин1, А.В.Крюков2, М.С.Шульгин3
1,2,3Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Предложен новый метод параметрической идентификации двухобмоточных трансформаторов, отличающийся от известных использованием фазных координат и построением модели трансформатора в виде решетчатой схемы замещения, элементы которой соединены по схеме полного графа. Ил. 4. Табл. 4. Библиогр. 7 назв.
Ключевые слова: трансформаторы; параметрическая идентификация; фазные координаты.
PARAMETRIC IDENTIFICATION OF POWER TRANSFORMERS V.P. Zakaryukin, A.V. Kryukov, M. S. Shulgin
1,2,3 Irkutsk State University of Railway Engineering, 15 Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074. 2National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
A new method of parametric identification for double-wound transformers is proposed. It differs from the known ones by the use of phase coordinates and the construction of the transformer model in the form of a latticed equivalent circuit whose elements are connected in a circuit according to the scheme of a complete graph. 4 figures. 4 tables. 7 sources.
Key words: transformers; parametric identification; phase coordinates.
Введение. Задача расчета режима электроэнергетической системы (ЭЭС) сводится к решению нелинейной системы уравнений
F(X,D) = 0, (1)
где F - n-мерная вектор-функция; X - n-мерный вектор нерегулируемых параметров; D = ПUY - вектор исход-
1Закарюкин Василий Пантелеймонович, доктор технических наук, доцент, тел.: (3952)638345, e-mail: zakar@irk.ru. Zakaryukin Vasily, Doctor of technical sciences, Associate Professor, tel.: (3952) 638345, e-mail: zakar@irk.ru
2Крюков Андрей Васильевич, доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения железнодорожного транспорта Иркутского государственного университета путей сообщения, профессор кафедры электроснабжения и электротехники Иркутского государственного технического университета, тел.: (3952) 638345, e-mail: and_kryukov@mail.ru Kryukov Andrei, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Power Supply of Railway Transport of Irkutsk State University of Railway Engineering, Professor of the Department of Electric Power Supply and Electrical Engineering of Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 638345, e-mail: and_kryukov@mail.ru
3Шульгин Максим Сергеевич, аспирант, тел.: 89149436658, e-mail: bullet_ride99@yahoo.com Shulgin Maksim , Postgraduate, tel.: 89149436658, e-mail: bullet_ride99@yahoo.com
