Интеллектуальные технологии в распределительном электросетевом комплексе: проблемы и перспективы

Интеллектуальная электроэнергетическая система (ИЭС) — объединение генерации электроэнергии (крупной и малой), электрических сетей (магистральных, распределительных) и устройств потребителей в единую систему, осуществляющую мониторинг и автоматизированное управление работой всех участников процесса производства, передачи, сбыта и потребления электроэнергии, во всех режимах (включая аварийные), на основе двустороннего информационного обмена. То есть ИЭС — это распределенная система, состоящая из силового электротехнического оборудования, средств автоматизированного технологического управления и систем связи, функционирующая как единое целое и решающая следующие задачи.

1. Повышение надежности электроснабжения потребителей.

2. Обеспечение технологической и экологической безопасности:
• уменьшение количества аварий и инцидентов;
• снижение степени влияния на экологию.

3. Повышение экономической эффективности работы сети:
• снижение потерь электроэнергии, увеличение достоверности учета электроэнергии;
• увеличение продолжительности межремонтного эксплуатационного периода (при заданном уровне надежности);
• уменьшение ущерба от отключений (в т.ч. от недоотпуска электроэнергии);
• снижение ущерба от аварий и инцидентов (предотвращение выхода из строя оборудования).

4. Повышение качества электрической энергии.

5. Создание условий для повышения энергоэффективности потребителей.

6. Создание условий для развития всех отраслей промышленности.

7. Эффективное использование возобновляемых источников энергии и вторичных энергоресурсов.

Совокупность множества различных определений Smart Grid при их объединении приводит к аналогичному набору понятий и задач. Хотя этот термин появился сравнительно недавно, практически весь спектр идей, вкладываемых в него, хорошо известен. Достаточно новым является только введение в электрическую сеть большого числа источников «малой генерации», аккумулирующих устройств (в т.ч. электромобилей), интеллектуальных устройств потребителей (в т.ч. «умный город», «умный дом»). Сопряжение и управление указанными устройствами необходимо обеспечить в основном на уровне распределительных сетей. При этом в силу ряда причин уровень автоматизации распределительных сетей среднего и низкого напряжения (35 кВ и ниже) во всем мире значительно ниже, чем уровень автоматизации систем высокого и сверхвысокого напряжения. Это обусловлено, в том числе, и отсутствием до недавнего времени на рынке недорогих, надежных устройств и систем: интеллектуального силового оборудования, интеллектуальных измерительных и иных устройств, управляющих информационных систем. Значительно менее проработана в этой области и нормативно-техническая документация. Таким образом, именно распределительная сеть требует значительных инноваций в части интеллектуализации.

Построение интеллектуальных сетей должно стать стратегическим курсом развития распределительного электросетевого комплекса, поскольку подразумевает три основных направления совершенствования: силового оборудования и технологий передачи и распределения электроэнергии; автоматизации технологического управления (РЗА, АСДУ, АСКУЭ и управления электропотреблением); специализированных коммуникационных и информационных технологий.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЗО ОАО «ХОЛДИНГ МРСК»

Высоковольтные электрические сети

Общее количество подстанций 35—110 кВ — 14 тысяч. Основную долю в дочерних и зависимых обществах компании составляют подстанции напряжением 110 кВ и выше (6 тысяч) и 35 кВ (8 тысяч).

Установленная мощность трансформаторов составляет 285 тыс. МВА.

Распределительные электрические сети

Общее количество трансформаторных подстанций 6—10—35/0,4 кВ — 442 тысячи.

Общая установленная мощность трансформаторов ТП 6—10—35/0,4 кВ составляет 103 тыс. МВА.

Воздушные линии электропередачи

Общая протяженность воздушных линий электропередачи дочерних и зависимых обществ компании составляет 2 млн км.

Кабельные линии электропередачи

Протяженность кабельных линий, находящихся в эксплуатации дочерних и зависимых обществ компании, составляет примерно 130 тыс. км.

Учет электроэнергии

По всем уровням напряжения — примерно 12 млн точек поставки электроэнергии, из которых около 9 млн приходится на бытовой сектор.

Автоматизация
• Практически во всех филиалах МРСК (64 шт.) созданы современные центры управления сетями, автоматизированными системами диспетчерского управления оснащены 142 производственных отделения (ПО) и 356 районов электрических сетей (РЭС).
• При новом строительстве и комплексной реконструкции подстанций широко внедряются микропроцессорные устройства РЗА.
• Созданы АИИС КУЭ ОРЭ, ведется автоматизация учета РРЭ, широко применяется удаленный доступ к счетчикам (PLC, GSM/GPRS).
• Ведутся работы по секционированию распределительных сетей — внедряются реклоузеры.
• Осуществляются работы в области повышения наблюдаемости и управляемости сетей 6—10/0,4 кВ.

БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЭС

Экономическая целесообразность.

Гибкость и расширяемость управляющих систем:
• для оборудования: модульная архитектура и стандартизация, что позволит заменить подсистемы без существенной переделки всей системы в целом;
• для информационных систем: применение единой информационной модели (CIM), стандартизация интерфейсов и протоколов взаимодействия.

Максимальное использование существующего оборудования и технологических информационных систем, удовлетворяющих современным требованиям.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РСК ДЛЯ ИЭС

1. Силовое оборудование:
• коммутационное оборудование:
• реклоузеры (в т.ч. на базе вакуумных выключателей);
• выключатели нагрузки;
• управляемые разъединители.
• токоограничивающие устройства;
• СКРМ;
• трансформаторы со сниженным уровнем потерь:
• РПН, ПБВ;
• вольтодобавочные трансформаторы;
• аккумуляторные устройства большой мощности.

2. Вторичные системы:
• РЗА;
• АСКУЭ, автоматизированные системы управления электропотреблением;
• АСДУ;
• АСУ ТП;
• системы технологической связи, основанные на различных принципах.

ПРОБЛЕМЫ

1. Различие в интересах и недостаточное информационно-технологическое взаимодействие между субъектами рынка электроэнергии, образованными в рамках реформирования российской электроэнергетики, выполняющими разные функции: оперативно-диспетчерское управление ЕЭС, производство, магистральная передача (магистральные сети), распределение (распределительные и коммунальные сети), сбыт и управление рынком электроэнергии.

2. Несовершенство действующей нормативно-технической документации.

3. Значительный износ силового оборудования. На сегодняшний день в ОАО «Холдинг МРСК» в эксплуатации находится 52% оборудования, отработавшего нормативный срок эксплуатации, из них 7,4% отработало два и более сроков. Общий износ электросетевого оборудования составляет 69%.

4. Недостаточное оснащение современными каналами технологической связи.

5. Отсутствие механизмов стимулирования потребителей:
• компенсации реактивной мощности «на стороне» потребителя;
• управления электропотреблением для оптимизации графика нагрузки. Максимум — двухставочный тариф.

6. Необходимость обеспечения на должном уровне безопасности информационных технологических систем.

7. Отсутствие достаточного количества высококвалифицированного персонала, необходимого для внедрения ИЭС и интеграции в нее существующих подсистем.

8. Отсутствие опыта проектирования ИЭС у проектных организаций. Недостаточно проработанная методология комплексного проектирования.

9. Оптимизация всего режима — генерация, транспорт и потребление электроэнергии — может осуществляться в ущерб отдельным субъектам при получении экономического эффекта в целом. Необходимы механизмы, позволяющие возместить потери указанных субъектов.

10. Высокая стоимость интеллектуальных устройств.

11. Несовершенство существующих стандартов, в т.ч. МЭК 61850.

Следует отметить, что при внедрении новых технологий возникают совершенно новые проблемы, ранее не изученные.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

По нашему мнению, на сегодняшнем этапе в области создания ИЭСЭ для отечественного распределительного электросетевого комплекса наиболее перспективны следующие направления развития.

• Создание иерархических информационных управляющих систем нового поколения, работающих в рамках единой информационной модели (Common Information Model), использующие стандартизованные протоколы и интерфейсы взаимодействия. Переход к расчетам (режимов, ТКЗ, потерь) по статистическим параметрам, а не по нормативным. Внедрение так называемых систем «Советчик диспетчера» с последующим переходом к автоматическому управлению — расчеты в реальном времени с высокой точностью. В связи со сложностью расчетов информационные системы должны использовать методы «Диакоптики» (исследования больших систем по частям).
• Совершенствование систем и устройств релейной защиты, автоматики, телемеханики, АСУ ТП на базе интеллектуальных устройств, взаимодействующих между собой и с информационными управляющими системами.
• Внедрение систем автоматического секционирования и децентрализованной автоматизации управления аварийными режимами работы распределительной сети, построенных на базе интеллектуальных коммутационных аппаратов: реклоузеров, выключателей нагрузки, управляемых разъединителей. Использование технически более совершенных систем указателей (датчиков) повреждений, устанавливаемых в точках разветвления многоконцевых линий распределительных электрических сетей. Использование интеллектуальных систем распознавания мест повреждения указанных линий, автоматические селективное отключение поврежденных участков и восстановление электроснабжения потребителей электрической энергии.
• Внедрение интеллектуальных систем контроля и управления электропотреблением, решающих задачи информационного обеспечения процесса коммерческих расчетов, расчета балансов и обнаружения мест возникновения потерь, мониторинга сети и контроля качества электроэнергии, ограничения и дистанционного управления нагрузкой.
• Развитие сети технологической связи, обеспечивающей высокоскоростной, универсальный (мультисервисный), двунаправленный обмен информацией с высокой степенью ее защиты.
• Еще одним перспективным направлением мы считаем проработку технологий «Цифровая ПС».

В настоящее время в различных ДЗО Холдинга ведется работа по пилотному внедрению инновационных элементов интеллектуальных сетей, таких, как интеллектуальный учет, автоматизация оперативно-технологического управления распредсетями 6—10 кВ. Проводится внедрение средств секционирования сети на основе реклоузеров, взаимодействующих между собой.

Специалисты Холдинга участвуют в рабочей группе по применению CIM. Начало внедрения CIM в информационных системах технологического назначения планируется в следующем году.

Рассматриваются варианты по созданию в будущем полномасштабной интеллектуальной сети в одном из регионов РФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Внедрение и развитие технологий интеллектуальных сетей — это масштабная и кропотливая работа, затрагивающая практически всех субъектов энергетики: регулирующие органы, генерацию, сетевые компании, потребителей, которую нельзя завершить, создав один документ или приняв одно волевое решение. Необходимы системный подход и координация действий большого числа предприятий и организаций, как отечественных, так и зарубежных. Видимо, должно измениться и законодательство РФ.