Важный инструмент SMART GRID

Помимо внедрения систем управления распределительными сетями, энерго-снабжающим компаниям придется убедить потребителей изменить свои давно сложившиеся привычки и контролировать рост потребления энергии. Регулирующие органы и энергетические компании во всем мире стараются идти в ногу с этой тенденцией, устанавливая современные устройства измерения и обмена данными, обладающие новыми возможностями. Во избежание перегрузки энергосистемы и с целью уменьшения расходов на электроэнергию рассматриваются различные принципы ценообразования, например, динамическое ценообразование или изменение стоимости энергии в зависимости от времени ее использования.
С учетом этих изменений возникает острая потребность в более эффективных методах планирования, конструирования и управления сетями распределения электроэнергии. Кроме того, появляется необходимость внедрить централизованное программное решение, способное обеспечить эти потребности, – современную систему управления распределением электроэнергии (DMS).
В данном докладе представлен обзор особенностей, функциональных возможностей и преимуществ современной системы DMS как для потребителей электроэнергии, так и для владельцев распределительных сетей.
Ключевой особенностью современной системы DMS является способность точно определять модель сети и обрабатывать алгоритм несбалансированных потоков мощности, используя эту модель и измеренные данные, полученные от сети.
• Модель сети
Современная система DMS должна отображать все аспекты сети распределения электроэнергии, включая различные типы проводников, трансформаторов, выключателей (ручных и автоматических), предохранителей и прочих постоянных или временных устройств, задействованных при эксплуатации сети распределения электроэнергии. Модель должна обладать связностью, основанной на расположении выключателей, а также обеспечивать возможность определять способ, которым каждый отдельный потребитель подключается к сети электроснабжения.
• Динамические данные
Для использования алгоритма потоков мощности современной системе DMS требуются телеметрические данные, получаемые от распределительной сети. Эти данные, как правило, поступают от систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) и подключенных к ней телеметрических датчиков, сетей AMI и систем управления перебоями в энергоснабжении (OMS). Система управляет потоком информации при перебоях в энерго-
снабжении в результате неисправности сети распределения электроэнергии.
Объем данных, которые требуется измерять и сохранять, огромен и быстро меняется, следовательно, задаче управления потоком данных в современной системе DMS следует уделить повышенное внимание – это позволит обрабатывать их быстро и эффективно. Получаемые данные отображают различные характеристики (например, напряжение и сила тока) и информацию о состоянии устройств (например, разомкнуто или замкнуто), что позволяет использовать алгоритм потоков мощности.
Современная система DMS также должна хранить копии данных в целях дальнейшего анализа и обучения. Копии исторических данных могут существенно помочь при планировании действий в случае изменения структуры потребления и стоимости электроэнергии.
• Алгоритм несбалансированных потоков мощности
Современная система DMS должна быть оснащена быстродействующим алгоритмом потоков мощности, который сможет устранить разбалансировку сети распределения электроэнергии, основываясь на измеренных данных.

Визуализация результатов работы современной системы DMS

Обеспечение визуализации результатов работы современной системы DMS является важнейшей задачей, так как в комплексной модели сети используется огромное количество данных (полученных от телеметрических датчиков или в результате вычислений), доступ к которым необходим широкому кругу пользователей современной DMS (инженерам, выполняющим проектно-конструкторские работы, управляющему персоналу, диспетчерам сетей распределения электроэнергии и т.д.). Современная система DMS должна отображать параметры сети географически (например, в виде карты), схематически и в виде графиков с одной кривой. Кроме того, конечный пользователь должен иметь удобную возможность изменять уровень детализации отображаемой информации.
Так как каждая энергоснабжающая компания использует собственные средства отображения информации об электрической сети, современная система DMS должна обладать достаточной гибкостью для поддержки формата данных, предпочитаемого каждой отдельной энергоснабжающей компанией. При надлежащей реализации современная система DMS сможет передавать полномасштабные проекции энергосистемы в центр управления, выводя их на компьютеры диспетчеров или проектируя на широкие экраны, предоставляя информацию персоналу центров управления и прочих департаментов.

Оценка состояния – обеспечение точности результатов работы современной системы DMS

Качество данных, полученных при измерениях в различных точках сети, не является идеальным. В результате неисправности устройств или линий передачи данных, к которым подключены данные устройства, перед выполнением окончательного анализа измеренные данные требуется предварительно обработать, чтобы исключить неточные данные, оценить непоступившие данные и устранить все проблемы, связанные с «временными перекосами» несинхронизированных телеметрических систем.
В качестве инструмента, выполняющего оценку качества, используют метод оценки состояния, которая является крайне важной функцией современной системы DMS. Для получения достоверных результатов работы аналитического ПО следует убедиться в качестве входных данных, при этом ошибочные данные следует либо исправить, либо отбросить.

Аналитические возможности современной системы DMS

Современная система DMS обладает функциональными возможностями в нескольких сферах.
• Оперативное планирование и анализ, минимизация потерь
Одним из основных назначений современной системы DMS является проведение анализа распределительной сети в режиме реального времени с целью оптимизации ее параметров. Современная система DMS выполняет этот анализ непрерывно, определяет имеющиеся неисправности, предлагает наилучшие способы выравнивания нагрузки, управляет коммутационным оборудованием в целях минимизации потерь, а также определяет другие потенциальные и реальные неисправности и способы их устранения.
Современная система DMS позволяет энергоснабжающим компаниям уменьшить потери мощности в сетях распределения электроэнергии, обеспечивая более ясное понимание причин этих потерь, а также благодаря оптимизации сети и управлению ее конфигурацией позволяет минимизировать эти потери.
• Поддержка средств управления перебоями в электроснабжении
Современная система DMS предоставляет аналитическую поддержку, необходимую для более быстрого обнаружения и устранения перебоев в электроснабжении. Совместно с системой OMS она обеспечивает повышенный уровень функциональных возможностей, которые способствуют увеличению надежности сети электропередачи.
Современная система DMS обладает серьезными функциональными возможностями по локализации неисправностей, определению типа неисправности и восстановлению электроснабжения (функции FLISR). Функции FLISR, уже используемые многими энергоснабжающими компаниями, усилены функциональными возможностями современной системы DMS, позволяющими на основе анализа динамического состояния сети локализовывать неисправности (с помощью телеметрических датчиков и анализа) и предоставлять диспетчерам выбор многоуровневых схем коммутации (например, для выбора приоритетов энергоснабжения в зависимости от типа подключенной нагрузки). Современные решения DMS расширяют возможности традиционных автоматизированных систем самовосстановления сети, позволяя этим системам функционировать на основе модели сети любой возможной конфигурации.
Современная система DMS содержит информацию о состоянии модели сети, позволяя упростить и автоматизировать создание команд коммутации для проведения плановых и внеплановых работ. Команды коммутации могут создаваться традиционным способом диспетчерами или сотрудниками на местах или автоматически с помощью автоматизированных систем. Для получения этих возможностей следует правильно использовать соответствующие функции, а также убедиться в хорошем отображении состояния сети – включая временные компоненты, установленные для устранения перебоев в электроснабжении.
• Регулирование напряжения и реактивной мощности
Функция регулирования напряжения и реактивной мощности, которой обладает современная система DMS, позволяет энергоснабжающим компаниям обеспечить высокое качество электро-энергии на каждом участке распределительной сети. Данная функция также является эффективным инструментом по управлению спросом, не требуя участия потребителей в этом процессе. Таким образом, функция регулирования напряжения и реактивной мощности повышает общую надежность и стабильность электрической сети.
Для выполнения анализа и контроля, необходимых для оптимизации напряжения и реактивной мощности в сети распределения электроэнергии, может потребоваться установка дополнительных телеметрических датчиков и устройств управления. Также может потребоваться определить сегменты сети, которые для повышения уровня напряжения требуют дополнительных капитальных вложений. Модернизация сети распределения электроэнергии, необходимая для использования всех функциональных возможностей современной системы DMS, может потребовать от энергоснабжающей компании дополнительных капиталовложений и времени.

Управление спросом

Управление спросом – ключевой инструмент, использование которого приближает энергоснабжающие компании к внедрению интеллектуальных сетей и современных систем DMS. Комплексные средства по управлению спросом обладают множеством возможностей сократить потребление в условиях его неуклонного роста, а также уменьшить колебания цен и устранить нестабильность сети. Разработчики современных систем DMS понимают, что существует множество способов управлять спросом, поэтому система DMS может использовать различные способы управления спросом, созданные в рамках программ по интеллектуальным сетям.
Доступные способы можно разделить на три категории, перечисленные в порядке степени вовлечения потребителей (от малой к большой).
• Ограниченное регулирование напряжения (CVR). Также известно как управление спросом в сети распределения электроэнергии (DSDR)
Данный способ основан на регулировании напряжения и реактивной мощности и предназначен для снижения потребления путем снижения напряжения в распределительной сети. Снижение напряжения (обычно на 3…7%) приводит к снижению потребляемой мощности на аналогичную величину незаметно для потребителей. Далее. Вместо изменения напряжения во всей сети регулировать напряжение можно только в одной линии или в одном сегменте линии, чтобы устранить локальную перегрузку (возникшую, например, в результате подключения электромобиля или случайного скачка потребления). Такое прецизионное управление спросом и отсутствие неудобств для потребителей часто является решающим аргументом в пользу внедрения современной системы DMS.
• Непосредственное управление спросом
Многие энергоснабжающие компании уже внедрили системы непосредственного управления спросом того или иного типа, как правило, с использованием радиоуправляемых устройств, установленных на водонагревателях, кондиционерах и насосах бассейнов. Используя этот способ управления спросом, энергоснабжающие компании могут отключить подобные приборы на некоторое время (не более 15…20 минут), чтобы снизить нагрузку на сеть распределения электроэнергии. Для уменьшения неудобства потребителей находящиеся в эксплуатации системы непосредственного управления спросом постоянно изменяют положение «зоны отключения» в рамках обслуживаемой территории. Так как при этом потребителям доставляется некоторое неудобство, хоть и минимальное, энергоснабжающие компании вынуждены просить потребителей присоединиться к программе, часто предоставляя им выгодные тарифы или скидки на электроэнергию. С развитием домовых сетей (ДС) и увеличением количества установленных систем интеллектуального учета потребления (AMI) системы непосредственного управления спросом неизбежно будут становиться все сложнее. Современная система DMS разработана с учетом возможности интеграции подобных систем управления спросом и поддерживает функцию непосредственного управления спросом благодаря возможности определения нужных сегментов линии электропередачи и использованию таймера с функцией приоритета.
• Отключение нагрузки/изолирование
При исчерпании других возможностей управлять спросом энергоснабжающие компании вынуждены отключать некоторых потребителей, чтобы обеспечить электроснабжение остальных. Как и в предыдущем случае, большинство энергоснабжающих компаний имеют программы сотрудничества на случай подобных отключений, а также вынуждены соблюдать нормы отключения, устанавливаемые регулирующими органами и правительством. Тем не менее в зависимости от причины перегрузки и степени опасности для исправности распределительной сети энергоснабжающие компании могут принять решение об отключении, только уведомив о предстоящем отключении или даже без предварительного уведомления, – это может коснуться даже потребителей, не участвующих в программе. Как уже говорилось ранее, современная система DMS может предоставить диспетчерам энерго-снабжающей компании рекомендации и указать приоритетных потребителей, позволяя принять правильное решение в ситуации, когда отключение неизбежно.

Распределенная генерация

Современная система DMS помогает обеспечить баланс, необходимый для надежной эксплуатации различных источников электроэнергии, в условиях непрерывного изменения уровня потребления и топологии сети распределения электроэнергии.
Так как распределенная генерация приобретает все большее значение, отдельные сети распределения электро-энергии все чаще становятся небольшими изолированными энергосистемами, которые способны функционировать, оставаясь соединенными с другими распределительными сетями. При отключении от основной энергосистемы они способны функционировать независимо, подобно микросети. Современная система DMS способна управлять распределительной сетью описанными выше способами, оптимизируя потери и эксплуатационные расходы, обеспечивая надежность энергоснабжения и безопасность обслуживания сети распределения электроэнергии.
• Проектирование распределительной сети и оценка уровня потребления электроэнергии
Так как при проектировании распределительных сетей энергоснабжающие компании должны учитывать будущие потребности, современная система DMS должна обладать функциональными возможностями, позволяющими выполнять проектирование и оценку бюджета так, чтобы обеспечить надежность энергоснабжения и высокий уровень обслуживания. Проектирование сети должно начинаться с оценки уровня потребления электроэнергии за определенный период времени. Современная система DMS оснащена средствами оценки уровня потребления электроэнергии (кратко-, средне- и долгосрочного), информация о котором необходима для проектирования распределительной сети.

Выводы

Современная система DMS является важнейшим инструментом интеллектуальной сети. Появившись как средство контроля быстро меняющихся, неравномерных потоков мощности и средство проверки достоверности данных с помощью оценки состояния, современные системы DMS обладают полным спектром функциональных возможностей, позволяющих энергоснабжающим компаниям оптимизировать функционирование сетей распределения электроэнергии. Данное программное обеспечение также предоставляет диспетчерам, инженерам и другим сотрудникам, выполняющим обслуживание и регулирование распределительной сети, простые средства визуализации.
Современная система DMS обладает значительными функциональными возможностями для контроля перебоев в энергоснабжении и выполнения функций FLISR. Она также оснащена инструментом оптимизации напряжения и реактивной мощности, который позволяет управлять спросом путем изменения напряжения (функция DSDR) – способ управления спросом, причиняющий минимальные неудобства потребителям. Данное программное обеспечение поддерживает распределенную генерацию, позволяя энергоснабжающим компаниям наращивать генерирующие мощности, использовать возобновляемые источники энергии, значение которых в эру интеллектуальных сетей неуклонно возрастает, и оптимизировать характеристики сети для повышения качества обслуживания.
Наконец, современная система DMS оснащена средствами кратко-, средне- и долгосрочного планирования и позволяет копировать состояние сети для последующего обучения диспетчеров, обслуживающих сеть распределения электроэнергии.
Компания Telvent (NASDAQ: TLVT) – это глобальный поставщик IT-решений и деловой информации, помогающий лидирующим компаниям во всем мире повысить свою эффективность, безопасность и надежность. Компания способствует устойчивому развитию планеты и представлена в таких отраслях, как энергетика, транспорт, сельское хозяйство и защита окружающей среды.

Комментарий

Практика применения современных систем DMS в Европе и США показывает их высокую эффективность при управлении распределительными сетями. Современная DMS позволяет энергокомпании:
• улучшить надежность электроснабжения потребителей;
• увеличить пропускную способность электрической сети;
• снизить потери при передаче электро-
энергии;
• уменьшить количество оперативного персонала.
Также в статье правильно отмечены требования к современной DMS, такие как управление нагрузкой потребителей и поддержка распределенной генерации.
К сожалению, внедрение систем, выполняющих функции, аналогичные описанным в статье, столкнется в России с целым комплексом проблем, снижающих эффект от внедрения или делающих внедрение невозможным. Наиболее важными из этих проблем являются следующие.
• Отсутствие достаточного количества телеинформации, собираемой с объектов. Зачастую в энергосистемах не обеспечивается наблюдаемость даже в сети 110 кВ и выше. Ситуация в распределительных сетях среднего и низкого класса напряжений намного хуже. Заменить отсутствующую телеинформацию данными систем учета практически не представляется возможным, так как в существующие системы учета изначально не закладывались возможности сбора и доставки данных в режиме «реального времени».
• Мало применимы средства быстрого восстановления после аварий, управления напряжением и реактивной мощностью, так как отсутствуют средства дистанционного управления оборудованием, реактивной мощностью на подстанциях и у потребителей. Возможности также значительно ограничены физическим состоянием самого коммутационного и регулирующего оборудования (старение, техническая неготовность и т.д.).
• В большинстве распределительных сетей наблюдается слабая обеспеченность системами SCADA. Например, в производственных отделениях (ПО) системы SCADA присутствуют в порядка 80%, из них больше половины имеют срок эксплуатации 8-10 лет и более. В районах электрических сетей (РЭС) обеспеченность системами SCADA менее 50%. Однако даже наличие систем SCADA на определенных участках, вероятнее всего, не сможет решить эту проблему, так как в распределительных сетях широко используются отечественные разработки, которые трудно интегрировать с западными системами. Таким образом, необходимо использовать зарубежные SCADA или инициировать серьезные модификации/разработки существующих отечественных систем.
• Еще одной важной проблемой на пути эффективного применения
DMS-систем станет неразвитость законодательной базы в части управления нагрузкой потребителей, а также запрет совмещения деятельности по генерации и передаче электро-
энергии.
Таким образом, внедрение современной DMS-системы потребует реализации больших комплексных проектов, включающих в себя развитие сети связи, оборудование подстанций системами телемеханики, модернизацию существующего коммутационного оборудования, установку современного оборудования (устройства компенсации и регулирования реактивной мощности, реклоузеры и т.д.). Такие проекты требуют значительных затрат и длятся не один год.
На сегодняшний день внедрение систем DMS в полном объеме целесообразно только в отдельных местах – сетевых компаниях, снабжающих крупные мегаполисы с высокой плотностью энергопотребления (где затраты уменьшаются за счет компактности размещения) и развитых системах с хорошо оснащенной инфраструктурой, например «Белгородэнерго».

Ю. В. Ющак, технический директор PSI Energo