Энергосистема будущего: Развитие систем управления активами в эру интеллектуальных сетей

Одним из ключевых условий эффективного управления крупным энергопредприятием является эффективность управления его имуществом. На протяжении многих лет предприятия прикладывают множество усилий в области структурирования информации о разнообразных активах для поддержки операционной деятельности, бухгалтерского учета и других бизнес-процессов. Так как отдельные функции управления активами выполняются различными программными приложениями, коммунальные компании вынуждены поддерживать множество баз данных и пытаться синхронизировать их между собой.

С наступлением эры интеллектуальных сетей практическому управлению активами будет уделяться еще большее внимание, так как сети оснащаются оборудованием новых типов (приборами учета, устройствами автоматизации зданий, датчиками и т.п.). При этом расширяется и меняется структура критически важных активов, а появление новых возможностей использовать информацию для оптимизации работы имеющегося оборудования также способствует изменениям в методах эксплуатации и технического обслуживания оборудования.
Вот почему сегодня перед коммунальными компаниями остро стоят такие задачи в области управления активами, как:
• изменение методов создания баз данных активов в соответствии с требованиями концепции интеллектуальной сети;
• повышение целостности баз данных и уменьшение способов описания одних и тех же объектов;
• использование баз данных для выполнения более широкого круга функциональных и инженерных задач.

Разрозненность систем управления активами требует пристального внимания в эпоху построения интеллектуальной сети

Сегодня в арсенале коммунальных компаний имеется множество средств управления активами: системы управления активами (EAM), геоинформационные системы (ГИС), системы планирования, системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) и системы учета основных средств (часто называются системами учета основных фондов предприятия или системами учета расхода имущества (CPR)). Все эти инструменты используются параллельно и предназначены для решения различных коммерческих задач.

Системы управления активами уже более двух десятилетий используются для протоколирования конструкторских работ, создания и отслеживания графиков технического обслуживания, хранения информации о поставщиках, проектах и рабочих заданиях, позволяя вести полную историю эксплуатации оборудования от первоначального монтажа до вывода из эксплуатации.

ГИС-системы преимущественно используются для отслеживания расположения оборудования после его монтажа и ввода в эксплуатацию, но также могут применяться для отслеживания взаимо-связи электрических устройств (определения топографии сети).

Системы планирования содержат математические модели сети, основанные на базе конфигурации активов и информации о спросе в каждом узле сети.

Решения SCADA хранят информацию об оборудовании (рабочие характеристики, сведения о соединениях с другими устройствами и телеметрические данные о нагрузке на эти устройства), что позволяет осуществлять диспетчерское управление электрической сетью. В SCADA используются телеметрические данные, полученные от электрической сети в режиме реального времени (события регистрируются в течение нескольких секунд после возникновения).

Системы учета основных средств предназначены для управления данными об имуществе предприятия. Такие данные используются для расчета остаточной стоимости, тарифов (с учетом директив регулирующих органов) и стоимости имущества в случае его утраты или замены. Оборудование заносится в регистрационную книгу при монтаже и удаляется при выводе из эксплуатации.

Управление этими системами осложняется тем, что, как правило, все они внедрялись независимо друг от друга различными подразделениями энергокомпаний для выполнения разных коммерческих задач (инженеры, например, используют системы управления активами и ГИС-системы, бухгалтеры – системы учета основных средств, а эксплуатационные организации – SCADA).

Все эти решения поставляются различными компаниями с применением разных технологий, языков программирования, баз данных и человеко-машинных интерфейсов, а за десятилетия эксплуатации каждое решение превратилось в зрелый продукт с большой базой пользователей.

В некоторых компаниях эти приложения объединены друг с другом посредством интерфейсов с целью создания производительной сети управления, но все эти интерфейсы являются проектными продуктами, которые не предназначены для интеграции с другими решениями, поддержка и обновление которых осуществляются различными разработчиками. При этом активы в этих системах дублируются.

Одним из шагов для преодоления трудностей, связанных с управлением несколькими базами данных, стала разработка Общей информационной модели объектов электроэнергетики (CIM). Внедрение этого стандарта является попыткой упорядочить информацию об одних и тех же активах в разных приложениях, обозначая их одинаковым образом.

Тем не менее модель CIM имеет ограниченное применение в отрасли, поэтому, если вендоры утверждают, что их ПО «соответствует CIM», это на самом деле означает, что данное ПО успешно применяется для управления частью активов (в основном системами передачи и генерации электроэнергии), но не совсем пригодно для систем распределения электроэнергии.

Фактически в промышленности системам распределения электроэнергии уделяется меньшее внимание, чем системам производства и передачи электроэнергии. Это происходит по разным причинам. В части бизнес-систем и систем учета компании столкнулись с тем, что стоимость электрораспределительного оборудования (за одно устройство) непрерывно уменьшается, в то время как ведение записей с таким же уровнем детализации, как и при передаче электроэнергии, является трудноосуществимым и дорогостоящим. Например, каждая опора ЛЭП может быть учтена в книге учета основных средств, в то время как столбы системы распределения электроэнергии делятся на такие категории, как тип, длина и проч. Кроме того, существует большее количество операций (изменение капиталов, расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание), которые влияют на систему распределения электроэнергии, в то время как изменения в системе передачи электроэнергии происходят не так часто. Однако с появлением интеллектуальной сети такая ситуация должна измениться.

Внедрение интеллектуальной сети приводит к усложнению структуры активов энергетических компаний

Изменения в энергосистеме, вызванные экологическими и экономическими факторами, привели к появлению того, что обычно называют интеллектуальной сетью. Интеллектуальная сеть требует от коммунальных компаний более эффективного использования сети распределения электроэнергии. Это связано со следующими причинами.

Меняется структура спроса – потребители подключают к электросети электромобили и прочие устройства, количество которых стремительно возрастает, изменяя стабильную прежде структуру электропотребления. В отличие от устройств, которые просто подключаются к сети и потребляют электроэнергию, электромобили могут подключаться к электросети через заправочные станции, что формирует принципиально новые торговые отношения между потребителем и энергоснабжающей компанией. Увеличение количества электромобилей является ключевым фактором, вызывающим изменения в распределительной сети. При этом объемы электроэнергии, потребляемой для бытовых нужд, также все больше увеличиваются.

Возросла необходимость в понимании топологии сети распределения электроэнергии для увеличения срока службы оборудования и обеспечения надежного энергоснабжения систем более низкого уровня.

Развивается распределенная генерация – часть объектов распределенной генерации подключается к сети передачи электроэнергии (например, крупные ветряные фермы), но большая часть генераторов подключается непосредственно к распределительной сети для снабжения локальных потребителей. Распределительная сеть оснащается комплексным оборудованием, надежное и устойчивое управление которым становится сложной задачей.

К распределительной сети подключаются дополнительные телеметрические устройства для дистанционного измерения, сбора и передачи данных (счетчики, устройства для «умных» домов и т. д.).

В распределительную сеть внедряются интеллектуальные переключатели, обеспечивающие «самовосстановление» сети, выравнивание нагрузки и более быстрое устранение перебоев в электроснабжении. Для описания нового оборудования используются дополнительные, ранее не применяемые параметры.

Все эти факторы привели к существенному росту количества устройств, устанавливаемых в сеть распределения электроэнергии. Системы управления активами, применяемые коммунальными компаниями, должны приспособиться к этому росту, темпы которого после появления интеллектуальной сети будут непрерывно увеличиваться.

Принципы эффективного управления активами в эру интеллектуальных сетей

В системах управления активами должен использоваться принцип «единственной правильной версии»

В эру интеллектуальных сетей коммунальные компании, владеющие электрораспределительным оборудованием, должны пересмотреть способы управления активами. Больше нельзя полагаться на системы, которые созданы с применением несовместимых технологий и используют большое количество интерфейсов, или использовать несколько вариантов описаний объекта, требующих постоянной синхронизации. В программных приложениях, оперирующих многочисленными активами, следует стремиться использовать принцип «единственная правильная версия».

Это не означает, что коммунальные компании должны иметь одну физическую базу данных. С учетом количества используемых приложений в ближайшей перспективе это вряд ли возможно. Тем не менее коммунальные компании должны сократить количество физических баз данных и так управлять бизнес-процессами, чтобы синхронно обновлять используемые данные при получении новой информации и гарантировать единство данных во всей компании. При этом для управления дополнительными устройствами, появляющимися в эру интеллектуальных сетей (интеллектуальными устройствами, коммуникационным оборудованием, оборудованием для управления распределенной генерацией), не требуется формирования специализированных баз данных.

Например, в коммунальных компаниях должны применяться такие процессы, которые позволят при однократном указании изменений в сети (например, при добавлении нового оборудования, изменении положения переключателей и т. д.) учитывать их во всех используемых системах. Обновление может осуществляться как вручную, так и автоматически при получении телеметрических данных от систем SCADA или других систем. В некоторых системах может быть целесообразным перейти на использование общей базы данных для нескольких целей: это упростит их обработку, позволит снизить расходы и сократить количество ошибок.

Создание пространственных баз данных как ключевого инструмента для управления информацией об устройствах интеллектуальной сети
ГИС-системы в основном применяют для создания различных карт или выполнения географического анализа размещения энергооборудования.
Между тем энергопредприятия могут использовать пространственную информацию для расчета топологической модели сети и анализа потенциальных перебоев электроснабжения, возникновения непредвиденных ситуаций и определения других проблем, например связанных с ненадлежащим значением напряжения. Пространственные базы упрощают процесс определения возможных причин отключения, а также обеспечивают распределение ремонтных бригад и выполнение соответствующих коммутационных операций.

Наконец, использование мобильных ГИС-систем позволяет получать необходимые данные непосредственно там, где произошли какие-либо изменения, что снижает расходы на обновление карт и время таких изменений, что является критичным при устранении перебоев в электроснабжении.

Внедрение инструментов управления бизнес-процессами – workflow, обеспечивающих обновление баз данных

Сегодня коммунальные компании находятся еще в самом начале пути к широкому использованию в своей IT-инфраструктуре технологий workflow – автоматизированного выполнения последовательности процедур в рамках единого бизнес-процесса. Бизнес-процессы еще жестко прописаны в используемом программном обеспечении или требуют выполнения большого количества ручных операций. Это не проблема, пока речь идет об операциях с вертикальной иерархией, при которой эксперты в узких областях выполняют бизнес-функции, относящиеся только к области их компетенции. Бизнес-процессы внутри вертикальной иерархии довольно хорошо проработаны – трудности возникают на границе между двумя вертикальными иерархиями.
Технология workflow позволяет коммунальным компаниям пересекать эти границы за счет объединения нескольких приложений в рамках единого бизнес-процесса и успешно выполнять требуемые функции. Например, управление перебоями в электроснабжении требует тесного сотрудничества между операторами и службой работы с клиентами. Инструменты управления бизнес-процессами позволяют легко наладить такое сотрудничество, объединяя всех его участников.

Помимо поддержки работы с потребителями и выполнения различных операций технологии workflow позволяют обрабатывать данные об изменениях в электросети и синхронизировать эти изменения с соответствующими программными приложениями. Например, изменение состояния контакта переключателя с разомкнутого на замкнутый может не отражаться в системе учета основных средств, но в системе управления оборудованием и режимами его работы это следует учитывать, так как существует взаимосвязь между количеством коммутационных операций и сроками технического обслуживания.
В результате технология workflow обеспечивает синхронизацию между данными и программными приложениями, обеспечивая возможность работы с интеллектуальной сетью, позволяя наладить работу таким образом, что изменение любого параметра отображается во всех базах данных, содержащих сведения о соответствующем активе.

Кроме того, технология workflow предоставляет коммунальной компании возможность:

снижать издержки на подключение устаревших систем – в старых программных приложениях требуются доработки программного кода, так как существующие бизнес-процессы необходимо жестко прописать в устанавливаемом программном обеспечении. Благодаря технологии workflow такие доработки программ не требуются, что позволяет снизить стоимость владения системой и уменьшить эксплуатационные расходы;

снижать расходы на замену приложений – технология workflow снижает стоимость внедрения нового программного обеспечения, предоставляя коммунальным компаниям большую финансовую гибкость. Подключая имеющиеся программные приложения к системе ГИС, коммунальные предприятия получают возможность воспользоваться преимуществами принципа «единственная правильная версия».

В эру интеллектуальных сетей к инфраструктуре коммунальных компаний не только добавляется большое количество интеллектуальных счетчиков и других устройств, но и меняется представление о способах управления активами в электроэнергетике. Коммунальные компании вынуждены обновлять используемые процессы и способы представления данных об активах, которые должны соответствовать принципу «единственная правильная версия».
Технологии workflow и ГИС-системы помогут поднять системы управления активами на новый уровень и вывести электроэнергетику в эру интеллектуальных сетей.

© 2010 Telvent
Эндрю Зетлан (Andrew Zetlan), руководитель направления
интеллектуальных сетей, Telvent Utilities Group