CC BY
30Статья поступила в редакцию 24.06.13. Ред. рег. № 1777 The article has entered in publishing office 24.06.13. Ed. reg. No. 1777
УДК 621.316.7; 621.391; 681.52
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СЕТИ, ЧТО ЭТО? М.А. Соловьянов, А. В. Калеников
ООО «Новые Сетевые Технологии» Москва, Николоямская, д. 28/60, стр. 1 Тел.: +7 495 545 07 59, e-mail: info@solovyanov.com
Заключение совета рецензентов 25.06.13 Заключение совета экспертов 26.06.13 Принято к публикации 27.06.13
Рассмотрены общие вопросы формирования интеллектуальных сетей. В каких направлениях будет продолжено движение по развитию сетей. Основные направления развития технических решений для интеллектуальных сетей. Первые проекты с интеллектуальными сетями.
Ключевые слова: интеллектуальные сети, релейная защита, энергорайон группового управления, EMS система, Mitsubishi Electric.
SMART GRID - WHAT IS IT? M.A. Solovyanov, A.V. Kalenikov
"New Grid Technologies", LLC 28/60-1, Nikiloyamskaya St., Moscow, Russia Tel.:+7 495 545 07 59, e-mail: info@solovyanov.com
Referred 25.06.13 Expertise 26.06.13 Accepted 27.06.13
The authors consider general issues of intellectual networks formation: directions of the networks construction, key directions of development of technical solutions development for smart networks, the first projects of smart grids.
Keywords: smart grids, relay protection, energy district of group management, EMS system, Mitsubishi Electric.
Сведения об авторе: генеральный директор ООО «Новые Сетевые Технологии», член рабочей группы «Упрощение доступа к электроэнергетической инфраструктуре» Агентства стратегических инициатив.
Образование: Уральский политехнический институт, Кубанский социально-экономический институт.
Область научных интересов: создание новой энергетики на основе интеграции искусственного интеллекта в сеть.
Максим Анатольевич Соловьянов
Сведения об авторе: директор по науке ООО «Новые Сетевые Технологии», главный инженер - заместитель генерального директора ГК Корпорации ГазЭнергоСтрой, кандидат технических наук.
Образование: Московский лесотехнический институт по специальности «Системы автоматического управления космических аппаратов», в 1979 году -аспирантуру Московского энергетического института на кафедре техники высоких напряжений.
Публикации: автор более 42 научных работ и монографии в области техники высоких напряжений.
Александр Васильевич Калеников
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 06 (128) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Что же такое «интеллектуальная сеть» или Smart Grid, при поиске ответа выяснилось, что в литературе используются несколько терминов:
• смарт грид (Smart Grid)
• интеллектуальная сеть энергетики;
• интеллектуальная электроэнергетическая система;
• активно-адаптивная сеть энергетики.
В словосочетании Smart Grid каждый из участников рынка электроэнергии, в соответствии со своим кругозором и направлением работы, видит определенное расширение и углубление границ своих профессиональных функций [1].
Термин Smart Grid не имеет однозначной трактовки. В России его определяют как интеллектуальную сеть энергетики,
интеллектуальную электроэнергетическую систему, активно-адаптивную сеть энергетики и т.д. [2]. Для дальнейшего использования терминов определимся с понятием «интеллектуальные сети». Среди энергетиков по этому поводу существуют разногласия. Более тридцати лет назад наиболее полное название дал В. А. Веников -кибернетическая система. Уже в то время он говорил о создании полностью управляемых энергосистем. Название не прижилось, но в рамках терминологии и технических возможностей того времени полностью соответствовало содержательной части вопроса. Содержание термина «интеллектуальная сеть» было связано с использованием оборудования для синхронизации возобновляемых источников энергии с электрической сетью. Затем он применялся для обозначения микропроцессорных счетчиков электроэнергии, которые накапливали, обрабатывали и передавали информацию по каналам связи. Приборы синхронизации и микропроцессорные счетчики электроэнергии были разработаны и выпускались и до появления термина Smart Grid. Само название возникло значительно позже и использовалось в рекламных целях. В последние годы его использование расширилось на системы сбора и обработки информации, тестирования оборудования. Под заголовком, использующим термин Smart Grid, обсуждают принципы построения и особенности конфигурации электрических сетей, альтернативные источники энергии, каналы связи, принципы передачи информации и т. д. В настоящее время смысловое содержание терминов «интеллектуальная сеть», «Smart Grid», умная или активно-адаптивная сеть, представляет собой распределительную сеть, которая включает приборы учета, контроля, мониторинга, информационные технологии и средства коммуникации, обеспечивающие значительно более высокую производительность и позволяющие предоставлять потребителям энергию в полном объеме и более высокого качества. На данный момент при определении термина у нас нет понимания, какая формулировка была бы правильной и
соответствовала бы полному содержанию обсуждаемого вопроса. Приходится соглашаться, что говорить можно лишь об отдельных направлениях развития электроэнергетики под названием Smart Grid, используя при этом общепринятую терминологию, имеющую однозначное значение. В дальнейшем будем использовать термин интеллектуальные сети, более подходящий, на наш взгляд, по смысловому содержанию к обсуждаемому вопросу.
На западе принято, что интеллектуальные сети работают на напряжении до 20 кВ. Это цифровые устройства, предназначенные для управления и контроля исполнительного силового оборудования, установленного внутри ячеек подстанций среднего напряжения. Именно в таком смысле сегодня используется термин Smart Grid в США. Зарубежные интеллектуальные сети - это обмен и обработка полученной в цифровом формате информации всех участников производства, распределения, накопления и потребления электроэнергии. В России термин интеллектуальные сети имеет более широкое содержание. В современном понимании, российские интеллектуальные сети подразумевает большой объем работ, включающий:
- комплексную модернизацию;
- инновационное развитие всех субъектов электроэнергетики на основе передовых технологий;
- сбалансированные проектные решения на всей территории страны.
В результате мы должны получить комплекс оборудования, представляющий собой совместную работу линий электропередачи различных классов напряжения, устройств преобразования, коммутационных аппаратов, устройств защиты и автоматики, информационно-технологических самонастраивающихся управляющих систем. Под этим термином в России подразумевают всю модернизированную электроэнергетику в комплексе.
Переход к умной энергетике даст импульс к развитию электротехнической промышленности, освоению новых технологий и оборудования заводами и проектными институтами. Будут востребованы новые разработки российских ученых. Предполагается, что построение интеллектуальной сети станет стратегическим курсом совершенствования основных направлений всего электроэнергетического комплекса:
- силового оборудования и технологии передачи и распределения электроэнергии;
- технологического управления;
- специализированных коммуникационных и информационных устройств;
- автоматизированных систем учета и управления электропотреблением.
Интеллектуальная сеть предполагает применение новых современных микропроцессорных устройств регулирования всех параметров сети, влияющих на повышение надежности и качества
Информационные технологии
электроснабжения потребителей. За последние годы этот термин претерпел серьезные смысловые изменения и уже не отражает свое первоначальное содержание. Он распространяется на всю электроэнергетику:
- релейную защиту;
- структуру и конфигурацию электрических сетей;
- системы генерации электроэнергии;
- учет электроэнергии;
- информационно-измерительные системы;
- автоматические системы управления;
- связь между объектами электроэнергетики.
В процессе перехода к интеллектуальным сетям самым существенным изменениям подвергнется релейная защита (РЗ). По своему функционалу РЗ ближе всех стоит к исполнительным и управляющим элементам интеллектуальных сетей. Системы управления РЗ производят измерения, записывают и накапливают информацию о режимах работы, аварийных режимах и о срабатываниях исполнительных элементов. При придании дополнительных функции измерений, мониторинга и диагностики электрооборудования и т.д., она будет использована в информационно-измерительных, исполнительных и командных системах интеллектуальных сетей. Микропроцессорные управляющие устройства РЗ превратятся в центры по обработке информации. Функционал релейной защиты существенно изменится, так как изменятся принципы построения электрических сетей, появятся полностью управляемые элементы, влияющие на режимы работы сети. Активно обсуждаются вопросы релейной защиты с упреждающими функциями.
В настоящее время энергосистема работает по иерархическому принципу - генератор, магистральные, распределительные, муниципальные и сельские сети. Современные электрические сети состоят из радиальных линий электропередачи с односторонним потоком энергии. В некоторых случаях, объясняемых расположением крупных источников и потребителей, расположенных в различных часовых поясах, часто, в зависимости от времени суток, встречаются перетоки электроэнергии на встречных направлениях. Для потребителей повышенной надежности, а это, как правило, предприятия с непрерывным циклом работы, электрические сети закольцованы. В будущем сеть уже не будет иметь иерархическую структуру. Потребители будут перемешаны с большим количеством относительно маломощных источников энергии, а также и единичных мощных станций. Это сложная, неструктурированная, разветвленная сеть. Перетоки мощности по такой сети строго не определены. Хаотично сложившаяся сеть должна иметь многофункциональную, с различными направлениями управляющую систему, связывающую между собой работу всех элементов и систем сети. Для этого составные части сети должны
иметь линии коммуникации друг с другом и с управляющим центром по линиям связи.
Дефицит органических видов топлива способствует развитию возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ), в первую очередь таких, которые работают, используя энергию ветра, солнца, биотоплива. В будущем использование ВИЭ будет расти. В зависимости от ситуации они будут работать автономно или подключаться к общей электрической сети. Наблюдается тенденция, что генерирующие мощности в будущей системе электроснабжения будут более рассредоточенными, чем сейчас. Отличительной особенностью ВИЭ является небольшая мощность, а так же нестабильность параметров генерации. Выработка зависит от времени суток, погоды и ряда других факторов. Для стабилизации параметров потребления присоединенной нагрузки и синхронизации с сетью применяются микропроцессорные управляющие устройства.
Усложнение оборудования генерации, передачи, распределения требует дальнейшего интенсивного развития диагностических систем мониторинга электрооборудования, позволяющих заранее предотвратить выход из строя важных компонентов сети. Для передачи информации используются различные каналы связи. Это и связь по низковольтным и высоковольтным проводам, по оптическим кабелям, по радиоканалу, спутниковая и т. д. Компании, занимающиеся связью, целенаправленно работают над обоснованием целесообразности применения в интеллектуальных сетях именно их систем передачи данных.
В настоящее время в электроэнергетике применяются многотарифные микропроцессорные счетчики, обрабатывающие и накапливающие поступающую информацию, связывающиеся с другими элементами оборудования. В последние годы, упрощенные варианты таких счетчиков начали применяться и в быту.
Для надежного функционирования
интеллектуальных сетей количество
многофункциональных модулей, обрабатывающих информацию, должно быть сокращено до минимума. Данные от многочисленных элементов интеллектуальных сетей должны поступать по сети на мощные серверы, обрабатываться компьютерными центрами и пересылаться по каналам связи на исполнительные элементы.
Позиция автора сформировалась под впечатлением статьи [3], где наиболее полно и детально изложены проблемы и перспективы развития интеллектуальных сетей.
Основные направления развития технических решений для интеллектуальных сетей
1. Создание многофункциональных систем управления, элементов сети, снабженных системами
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 06 (128) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
диагностики, обработки полученных данных, надежными каналами связи.
2. Разработка принципиально новых устройств автоматического управления режимами работы, обеспечивающих информационный обмен распределенных источников с другими элементами энергосистемы.
3. Создание современных методов диагностики параметров элементов сети, определение состояния высоковольтного оборудования, последствий старения электрической изоляции в реальном времени.
Первые проекты с интеллектуальными сетями
В России имеется несколько независимых друг от друга организаций, которые занимаются интеллектуальными сетями. На сегодняшний день наиболее продвинутая в практической реализации проектов ООО «Новые Сетевые Технологии», которая разработала типовой проект создания энергорайона группового управления на платформе интеллектуальных сетей. Проект реализуется в рамках деятельности Рабочей группы при Правительстве РФ «Повышение доступности электроэнергетической инфраструктуры»
(Распоряжения Правительства РФ от 30.06.2012 №1144-р). Отличительная особенность проекта -подключение генерирующих устройств, накопителей к распределительной сети на стороне потребителя. Участники проекта: групповой потребитель, ООО «НСТ», Center Mitsubishi Electric. Corp. Основная задача проекта - обеспечение предприятий дополнительной электрической мощностью без ТУ на присоединение и реконструкцию внешних сетей. Работа группового управления энергорайоном проводится на основе технологических решений, используемых компанией Center Mitsubishi Electric. Corp. В конце прошлого года корпорация Mitsubishi Electric и российская компания «Новые Сетевые
Технологии» договорились о создании технологического альянса. Стороны подписали меморандум о взаимопонимании в области создания пилотных проектов на базе системы управления энергосистемами Micro Grid, созданной японским партнером.
Типовой проект призван показать на примере новый подход к управлению российской энергетикой. Основными показателями реализации проекта являются: рост эффективности энергообеспечения, ввод системы уведомления при увеличении потребления мощности и подключении новых потребителей, защита от нелегального использования электроэнергии, обеспечение уровня прозрачности экономических и технологических процессов в отрасли через открытый интерфейс системы. Проект прошел экспертную оценку Агентства стратегических инициатив и был одобрен Экспертным советом АСИ. При содействии Агентства началась заинтересованная работа с рядом федеральных ведомств по подготовке управленческих решений для реализации проекта. Технологических ограничений в проекте не существует, партнерами проекта являются Intel, Cisco, Mitsubishi Ek^nc, Курчатовский НЦ, Институт Радио, «Монитор Электрик».
Список литературы
1. Волобуев В.В. Что такое Smart Grid? Каковы перспективы развития технологий Смарт Грид в России? www.rsci.ru.
2. Егоров В., Кужеков С. Интеллектуальные технологии в распределительном электросетевом комплексе // Энергорынок, 2010. № 6. Ноябрь-декабрь.
3. Гуревич В.И. Часть 1 и 2 «Интеллектуальные сети: новые перспективы или новые проблемы?» // Электротехнический рынок. 2010. № 6. (36). Ноябрь-декабрь.
