CC BY
101
УДК 620.9
РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В ИЗОЛИРОВАННЫХ РАЙОНАХ ХАБАРОВСКОГО КРАЯ НА ОСНОВЕ КОНЦЕПЦИИ SMART GRID
© А.А. Бичевина1, Н.В. Савина2
Амурский государственный университет,
675027, Россия, Амурская область, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 21.
Реконструкция Байкало-Амурской магистрали и развитие транспортно-промышленного узла Ванино - Советская Гавань требует решения большого круга задач. В статье рассматриваются вопросы использования распределенной генерации с применением интеллектуальных сетей. Реализация концепции интеллектуальных сетей позволяет с максимальной надежностью оперативно реагировать на изменения параметров в энергосистеме и осуществлять, отслеживать и контролировать работу всех участников процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии.
Ил. 1. Табл. 2. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: надежность электроснабжения; распределенная генерация; интеллектуальная сеть; малая энергетика.
SMART GRID CONCEPT-BASED DEVELOPMENT OF POWER SUPPLY SYSTEM IN KHABAROVSK KRAI ISOLATED AREAS A.A. Bichevina, N.V. Savina
Amur State University,
21 Ignatievskoe Shosse, Blagoveshchensk, 675000, Russia.
Reconstruction of the Baikal-Amur Mainline and development of the transportation and industrial hub of Vanino - So-vetskaya Gavan requires to solve a wide range of issues. The article examines the problems of using distributed generation with the application of smart grids. Implementation of the Smart Grid concept enables to respond in a maximum reliable and quick way to parameter changes in the power system and perform, monitor and control the operation of all the participants of the process of electric energy generation, transmission and consumption. 1 figure. 2 tables. 6 sources.
Key words: power supply reliability; distributed generation; smart grid; small generators.
Реализация концепции «интеллектуальных сетей» (smart grid) позволяет в режиме реального времени отслеживать и контролировать работу всех участников процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии, в автоматическом режиме оперативно реагировать на изменения различных параметров в энергосистеме и осуществлять электроснабжение с максимальной надежностью и экономической эффективностью.
Существует много определений понятия интеллектуальных сетей, среди которых можно выделить следующие:
- сеть, доставляющая электроэнергию от производителей к потребителям, используя двунаправленные цифровые коммуникации, и контролирующая устройства у потребителя для сохранения энергии, сокращения стоимости ее потребления и повышения надежности и прозрачности;
- самобалансирующая, самонаблюдаемая сеть, работающая со всеми видами (газ, уголь, ветер, солнце) и доставляющая конечным потребителям все виды энергии (тепло, свет, горячая вода) при минимальном участии человека;
- интеллектуальная сеть, расширяющая при помощи цифровых технологий распределительную и транспортную сеть для оптимизации текущих операции и открытия новых рынков для альтернативной энергетики [1].
The concept of intelligent networks is extremely popular in many countries and is designed not only on the company's own network, but also on the consumer, the generation and supply companies [2].
Зарубежный опыт показывает, что развитие интеллектуальных сетей невозможно без распределенной генерации. Поэтому концепцией интеллектуальных сетей Российской Федерации определено максимально использовать потенциал малой энергетики за счет:
- строительства ГТУ малой мощности (до 30 МВт) для комбинированного электроснабжения собственных районов нагрузки;
- строительства малых когенерационных электростанций на местных видах топлива, в первую очередь в изолированных системах;
- строительства малых ГЭС с использованием водных ресурсов;
1 Бичевина Алена Александровна, магистрант, тел.: 89638119348, e-mail: alena11188@yandex.ru Bichevina Alena, Master's degree student, tel.: 89638119348, e-mail: alena11188@yandex.ru
2Савина Наталья Викторовна, доктор технических наук, профессор кафедры энергетики, тел.: 89246774430, e-mail: nataly-savina@mail.ru
Savina Natalia, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Power Engineering, tel.: 89246774430, e-mail: nataly-savina@mail.ru
- строительства генерации на альтернативных и возобновляемых видах топлива (ветровая, солнечная и биоэнергетика).
Распределенная генерация имеет много преимуществ перед централизованной. Она технологически более гибкая, позволяет решать проблемы дефицита электроэнергии в масштабах регионов. Аксиомой является то, что энергосистема, располагающая достаточным количеством малых генераторов, способна функционировать с такой же степенью надежности, но с меньшей суммарной мощностью, чем энергосистема, основанная исключительно на генераторах большой мощности. При этом высокая степень автоматизации и простота в обслуживании делают эти установки более свободными от «человеческого фактора» в эксплуатации.
Вместе с тем развитие малой энергетики сталкивается с рядом проблем, в числе которых проблема ограниченных возможностей распределительных сетей. Дело в том, что в настоящее время в Российской Федерации электроэнергия передается по сетям в одном направлении - от крупных генерирующих установок к потребителям. А существование распределенной генерации предполагает установку небольших генераторов в непосредственной близости к потребителям, что позволяет продавать электроэнергию в систему аналогично крупным энергокомпаниям. Поэтому внедрение распределенной генерации предполагает техническое переоснащение распределительного сетевого комплекса [3].
Основной целью данного исследования является выработка мероприятий, которые необходимо выполнить в изолированных районах для последующего создания интеллектуальной сети на примере развития портовой особой экономической зоны на территории Ванинского порта с учетом ее перспективного развития.
Для выработки данных мероприятий необходимо решить следующие задачи:
- разработать технические решения для синхронизированных измерений для систем управления и защиты режимов как элемента Smart Grid;
- сформулировать принципы и требования к групповому и локальному регулятору напряжения для средств компенсации реактивной мощности (СКРМ) как элемента Smart Grid.
23 июля 2013 г. президент РФ подписал Федеральный закон № 261 о внесении изменений в Федеральный закон «Об особых экономических зонах в Российской Федерации», снимающих ограничения для включения в портовую особую экономическую зону территорию Ванинского порта.
Ванино - Советско-Гаванский транспортно-промышленный узел играет значительную роль в экономике Хабаровского края. Дальнейшее его развитие будет связано с созданием портовой особой экономической зоны (ПОЭЗ) на базе порта Советская Гавань, развитием портовых мощностей, припортовой инфраструктуры, расширением железнодорожной инфраструктуры, автомобильных дорог, созданием промышленных производств, энергетической, коммунальной и
социальной инфраструктур, Дальневосточного судоремонтного и судостроительного центров, развитием переработки леса, рыбы и морепродуктов. Для оптимизации транспортно-логистической схемы будет строиться вторая ветка Байкало-Амурской магистрали, в том числе есть необходимость перевести железнодорожное движение на электрическую тягу.
В ближайшей ретроспективе (табл. 1) наблюдался рост электропотребления в Советско-Гаванском энергорайоне.
Таблица 1
Рост электропотребления
в Советско-Гаванском энергорайоне
Показатель Год
2007 2008 2009 2010 2011
Годовой объем электропотребления, млн кВт.ч 382 409,9 434,3 438,1 433,8
Максимум нагрузки, МВт 68 73 76 76 79
Электроснабжение Ванино - Советско-Гаванского энергоузла (ЭУ) в настоящий момент осуществляется:
- перетоком электрической мощности по одно-цепной ВЛ 220 кВ «Комсомольск-на-Амуре - Ванино» протяженностью 390 км и текущей пропускной способностью 100 МВт; от подстанции 220/110/35/10 кВ «Ванино» мощностью 125 МВА, находящихся на балансе ОАО «ФСК ЕЭС»;
- от малоэкономичной Майской ГРЭС, расположенной вблизи г. Советская Гавань и относящейся к ОАО «ДГК», которая пущена в эксплуатацию в 1938 году. Доля выработки Майской ГРЭС в общей потребности энергоузла составляет около 32-40%, мощность - 90,2 МВт (ресурс выработан).
Распределительная сеть Ванино - Советско-Гаванского ЭУ сформирована на напряжении 35 кВ протяженностью 160,7 км (постройки 1957-1978 гг.). В эксплуатации находится 10 трансформаторных подстанций напряжением 35/10 кВ суммарной установленной мощностью 140 МВА (постройки 1962-1989 гг.). По отходящим от ПС «Ванино» фидерам 35 кВ через ПС 35/10 кВ «Тишкино» в район ПОЭЗ передается токовая нагрузка 320 и 220 А (при допустимом длительном токе для данных типов провода 370 А). В аварийных режимах три из десяти ПС работают с перегрузкой.
«Узкими местами» электрических сетей 110-220 кВ Ванино - Советско-Гаванского ЭУ являются:
• изолированность в большей части Ванино -Советско-Гаванского ЭУ;
• пропускная способность ВЛ 220 кВ «Комсомольская - Селихино - Ванино» у шин ПС «Ванино» ограничена величиной 85 МВт по условиям статической устойчивости передачи;
• недостаточная пропускная способность части электрических сетей в г. Советская Гавань препятствует технологическому присоединению новых потребителей и приводит к ограничению развития практически всех планировочных районов города [4].
Для обеспечения возрастающего спроса на электрическую энергию предусмотрено развитие Ванино -Советско-Гаванского ЭУ (в части, касающейся энергоснабжения ПОЭЗ), которое включает:
• Строительство Совгаванской ТЭЦ, проектной мощностью I очереди 120 МВт (2 агрегата по 60 МВт). Строительство электростанции повлечет за собой реконструкцию электрических сетей 220, 110 и 35 кВ Советско-Гаванско-Ванинского ЭУ, что значительно повысит его надежность. Кроме того, при строительстве станции и магистральных тепловых сетей предусматривается дальнейшая централизация теплоснабжения г. Советская Гавань с закрытием малорентабельных котельных.
• Строительство второй цепи ВЛ-220 кВ от ПС «Комсомольская» до ПС «Ванино» с заходом на ПС «Селихино».
• Установка второго АТ 125 МВА на ПС «Вани-
но».
• Строительство двухцепной ВЛ-110 кВ Совга-ванская ТЭЦ - ПС «Ванино».
• Реконструкция ПС «Эгге» с переводом её на высшее напряжение 110 кВ;
• Строительство двух одноцепных ВЛ-110 кВ Совгаванская ТЭЦ - ПС «Эгге».
Совместно с представителями правительства Хабаровского края, администрациями районов и руководителями компаний Совгавани и Ванино рассмотрены перспективные планы потенциальных резидентов портовой зоны и компаний, размещающих свой бизнес на прилегающей территории.
В табл. 2 представлена потребность в электрической мощности ПОЭЗ по годам освоения.
Уровень электрических нагрузок потребителей железорудного терминала, контейнерного терминала, зернового терминала, рыбоперерабатывающего комплекса принят по заявкам потенциальных резидентов ПОЭЗ, нагрузки зданий обеспечения ПОЭЗ получены расчётным путём.
Карта-схема внешнего электроснабжения ПОЭЗ показана на рисунке.
Потребность в электрической мощности потребителей ПОЭЗ по годам, МВт
Таблица 2
Наименование потребителя Год
2016 2017 2018 2019 2020
Железорудный терминал 0,7 0,7 4,1 4,1 4,1
Контейнерный терминал 1,2 1,2 1,8 1,8
Зерновой терминал 0,80 1,70 1,7 2,5 2,5
Рыбоперерабатывающий завод 1,0 1,9 2,1 2,3
Здания обеспечения ПОЭЗ 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
Ж/д станция «Припортовая» 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30
ИТОГО, МВт 2,1 6,0 10,7 12,3 12,5
ПС Портовая
м
<
\ Ж/3 станция
ТЭЦ и Ь г. Советская Гайань
1Г
««Л-искк-еи
Л
на ПС Ванино
Л
ЬзлчЗх* с Мф С пцуоЗ 20в-20Т7гг
Злепрхгаид
ТтяСда В
ГаЗсто«^! п^еггжез псс
ГС «Всзпсужпро! алп. САЗ Т53Т С
К «3 -с «8 с дгз» ОО-АСТЬтм:- ®
В »3 ссздехкя с.лэч ело-таг О
/1кг» ммграгцаЗси
1С «3, сзодевся гл?и 00 ?Д0 X йкгсс*
саодоася С-исиШДТЦ-
г-си 00 Т-7 --
Карта-схема внешнего электроснабжения ПОЭЗ
При создании интеллектуальных сетей данного энергорайона необходимо:
1. Разработать технические решения для устройств синхронизированных измерений при введении систем широкомасштабного управления и защиты режимов, в том числе определить:
- утяжеление электроэнергетического режима;
- контролируемые сечения;
- амплитуды нерегулярных отклонений активной мощности в контролируемом сечении;
- допустимый переток активной мощности по критерию обеспечения нормативного коэффициента запаса статической апериодической устойчивости по активной мощности в контролируемом сечении в нормальной (ремонтной) схеме;
- допустимый переток активной мощности в контролируемом сечении по критерию обеспечения нормативного коэффициента запаса статической устойчивости по напряжению в узлах нагрузки в нормальной (ремонтной) схеме;
- допустимый переток активной мощности по критерию обеспечения нормативного коэффициента запаса статической апериодической устойчивости по активной мощности в контролируемом сечении в послеаварийных режимах после нормативных возмущений;
- допустимый переток активной мощности в контролируемом сечении по критерию обеспечения нормативного коэффициента запаса статической устойчивости по напряжению в узлах нагрузки в послеаварийных режимах после нормативных возмущений;
- допустимый переток активной мощности в контролируемом сечении по критерию обеспечения допустимой токовой нагрузки линий электропередачи и электросетевого оборудования в нормальной (ремонтной) схеме и в послеаварийных режимах после нормативных возмущений;
- максимально допустимый и аварийно допустимый переток активной мощности в контролируемом сечении.
2. Разработать методологию, сформулировать принципы и требования к групповому регулятору напряжения локальными регуляторами напряжения для средств компенсации реактивной мощности (СКРМ) (систем автоматического управления (САУ) СКРМ) как элемента Smart Grid [5].
3. Предложить технические решения следующих задач:
- реализовать общую информационную модель энергетической системы, а также разработать представления и отображения информации на рабочих станциях контролеров (диспетчеров) и диспетчерских пунктах;
- разработать методологию, принципы и требования к советчику диспетчера как к элементу Smart Grid;
- разработать методологию, принципы и требования к подсистемам оценивания состояния как в части телеинформации, так и в части алгоритмической, которая является базовым
компонентом группового регулятора напряжения, подсистемы верхнего уровня централизованной системы противоаварийной автоматики (ЦСПА) так называемого советчика диспетчера;
- разработать методы проверки допустимости разрешения оперативных и аварийных ремонтных заявок;
- провести оценку и выполнить расчеты ведения текущего режима по условиям надёжности, безопасности и операционной эффективности.
4. Perform calculations dosage control actions emergency control.
5. Разработать концепцию цифровой подстанции в части:
- разработки мероприятий по организации мониторинга компонентов автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), а также удаленного управления оборудованием, в том числе системами релейной защиты и автоматики (РЗА), включая возможность смены уставок, ввода и вывода групп защит;
- разработки мероприятий по организации получения характеристик систем РЗА, автоматизированных информационно-измерительных систем контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ) и других систем автоматизации в реальных условиях эксплуатации;
- возможности применения оптических трансформаторов тока и напряжения и предоставления решения по организации цифровой шины связи подстанции;
- предоставления решения по созданию системы управления, мониторинга и самодиагностики электрооборудования подстанции;
- предоставления решения по адаптивному управлению компенсацией реактивной мощности на основе данных системы векторных измерений и АСУ ТП;
- разработки требований к построению интеллектуальных энергосистем с активно-адаптивной схемой управления.
Например, создание системы мониторинга состояния силового электрооборудования будет строиться по двухуровневой схеме:
- уровень 1 включает первичные датчики и измерительные системы (датчики температуры, газосодержания масла, влагосодержания масла и т.д.);
- уровень 2 включает блок мониторинга, являющийся совокупностью контроллеров, обеспечивающих сбор и обработку сигналов, полученных от первичных датчиков уровня 1. Кроме того, БМ осуществляет информационный обмен с контроллерами АСУТП в соответствии с МЭК 61850 и верхним уровнем АСУТП. На верхнем уровне АСУТП осуществляется математическая обработка полученных измерений и выполнение расчетно-аналитических задач.
Использование системы МП РЗА обеспечит решение следующих задач:
- защита и автоматика элементов электрической сети, а также силового оборудования от всех возможных видов повреждений;
- возможность дистанционного изменения характеристик и параметров (уставок) устройств и систем с АРМ инженера службы РЗА (а также групп уставок с АРМ оперативного персонала);
- осуществление общестанционных блокировок, автоматического послеаварийного восстановления, функций УРОВ;
- осуществление алгоритмов защиты и управления силовыми выключателями;
- одноранговая связь на ЦПС с интегрированной системой управления и защиты на основе объектно-ориентированного события ЦПС (Generic Object Oriented Substation Event - GOOSE).
Правильно сформулированные требования для создания интеллектуальной сети являются самым важным этапом реализации любого крупного проекта. Интеллектуальная сеть расширяет при помощи цифровых технологий распределительную и транспортную сеть для оптимизации текущих опера-
ций и открытия новых рынков для альтернативной энергетики [6].
Разработанные в данной статье критерии позволят при создании на территории Ванино -Советско-Гаванского ЭУ интеллектуальной сети:
- сократить затраты на реконструкцию линий и распределительного оборудования при сохранении положительной динамики увеличения объемов полезного отпуска;
- увеличить надежность и качество электроснабжения конечных потребителей;
- увеличить дополнительный доход за счет снижения потерь электроэнергии в распределительных сетях;
- сократить операционные затраты электросетевой компании;
- дать толчок к развитию распределенной генерации на альтернативных источниках энергии.
Статья поступила 08.05.2014 г.
Библиографический список
1. Электроэнергетика России 2030: Целевое видение / Под общ. ред. Б.Ф. Вайнзихера. М.: Альпина Бизнес Бук, 2008.
2. http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm (интернет-ресурс).
3. European SmartGrids Technology Platform. Vision and Strategy for Europe's Electricity Networks of the Future. - Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2006.
4. Дорофеев В.В., Макаров А.А. Активно-адаптивная сеть
- новое качество ЕЭС России // Энергоэксперт. 2009. № 4 (15).
5. Концепция энергетической стратегии России на период до 2030 года (проект). Прил. к журналу "Энергетическая политика". М.: ГУ ИЭС, 2007.
6. Ледин С.С., Игнатичев А.В. Развитие промышленных стандартов внутри- и межсистемного обмена данными интеллектуальных энергетических систем // Автоматизация и 1Т в энергетике. 2010. № 10.
УДК 621.311.16
КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗЕРВОВ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ^СТЕМ
© М.А. Дубицкий1, А.А. Рыкова2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Дана классификация резервов мощности в электроэнергетических системах (ЭЭС). Предложена систематизация оперативных резервов генерирующей мощности и потребляющей части системы с учетом их мобильности, режимной управляемости и функционального назначения. Для каждой составляющей выделены несколько очередей, что позволяет обеспечить необходимую управляемость электроэнергетическими системами с помощью автоматики и оперативно-диспетчерского персонала. Ил. 3. Библиогр. 13 назв.
Ключевые слова: надежность; резерв; мобильность; режимная управляемость; системы энергетики; электроэнергетическая система; электрические станции.
ELECTRIC ENERGY SYSTEM POWER RESERVE CLASSIFICATION M.A. Dubitskiy, A.A. Rykova
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article provides a classification of power reserves in electric power systems (EPS). It systematizes operating reserves of the generating capacity and consuming part of the system, taking into account their mobility, operation controllability and functionality. Several queues are distinguished for each component that enables necessary controllability of
1Дубицкий Михаил Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры электрических станций, сетей и систем Института энергетики, тел.: 89025779502, e-mail: dubitskii_ma@mail.ru
Dubitskiy Mikhail, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Electric Power Stations, Networks and Systems of the Institute of Power Engineering, tel.: 89025779502, e-mail: dubitskii_ma@mail.ru
2Рыкова Александра Андреевна, студентка Института энергетики, тел.: 89086477889, e-mail: miss.raa@yandex.ru Rykova Aleksandra, Student of the Institute of Power Engineering, tel.: 89086477889, e-mail: miss.raa@yandex.ru
