Умные Сети и новая эпоха в энергетике

Умные Сети и новая эпоха в энергетике

1. Планирование сети

Построение интеллектуальной сети — достаточно сложная задача, начинающаяся с подробной количественной оценки требований к системе, постановки фактических целей и требуемых для их достижения уровней функционирования. Это сопровождается описанием главных концепций системы и применяемого оборудования.

В результате возникает нужда в детальной стратегии построения «умных» сетей — включая и часть сети, относящуюся к системе снабжения электроэнергией.

Основой проектирования эффективной Умной Сети является подробный анализ требуемой работы системы. Это — основная задача стратегического планирования сети.

Сохранение постоянного внимания к системе, как к единому целому, обеспечивает достижение необходимого уровня производительности со стороны архитектуры и конфигурации, в также гарантирует соответствие и остальным требованиям. Такое решение объединит большую часть инновационных технологий производства электроэнергии, ее передачи, распределения и потребления. При этом будут учитываться собственная история каждой системы и ее текущее состояние.

В большинстве случаев, переход от современных систем снабжения электроэнергией к будущим Умным Сетям нельзя сделать за один шаг. Вместо этого нужны планы пошаговой модификации.

2. Силовая электроника (HVDC/FACTS)

HVDC/FACTS

Решения силовой электроники для высоковольтных линий электропередачи постоянного тока (HVDC) и гибких систем передачи переменного тока (FACTS) имеют дело с самыми трудными задачами в сфере передачи электроэнергии.

Устройства FACTS могут сильно повысить производительность передачи электроэнергии существующих систем переменного тока и увеличить максимальное расстояние передачи переменного тока за счет уравновешивания спроса изменяющихся реактивных мощностей системы. Компенсация реактивной мощности применяется для управления напряжением переменного тока, для повышения стабильности системы и снижения потерь передачи энергии. Современные устройства FACTS включают в себя фиксированные последовательные компенсаторы (FSC) и последовательные компенсаторы с тиристорным управлением (TCSC), или статические VAR-компенсаторы (SVC) для динамической шунтированной компенсации.

Новейшее поколение устройств SVC от компании Siemens именуется SVC PLUS. Это высоко стандартизованные компактные устройства, способные без труда обеспечивать требования сети. Например соединение с крупными ветряными электростанциями, расположенными в море.

Технология переменного тока давно доказала свою высокую эффективность в генерации, транспортировке и распределении электрической энергии. Однако есть задачи, которые не могут быть решены посредством применения переменного тока либо экономически выгодно, либо с нужной технической точностью.

Это, например, передача электроэнергии на очень длинные расстояния, а также ее передача между сетями, работающими асинхронно или на различных частотах. Наоборот, уникальной характеристикой высоковольтных систем постоянного тока является их способность отдавать энергию в сети, не допускающие дополнительного увеличения токов короткого замыкания.

Способность к передаче энергии одной высоковольтной системой постоянного тока недавно была увеличена. Компания Siemens создала систему передачи постоянного тока ультравысокого напряжения (UHVDC).

При способности передачи энергии, с напряжением выше семи гигаватт и низкими показателями потерь передача энергии UHVDC является сегодня самым оптимальным способом обеспечения высокоэффективной передачи электроэнергии на расстояния, превышающие 2000 км. Электрические Супер-Сети, основанные на технологии UHVDC, могут соединять регионы, находящиеся в различных климатических или временных зонах. Это позволяет использовать сезонные изменения, разницу во времени суток и другие географические параметры для получения наибольшей эффективности.

3. Массивная интеграция возобновляемых источников энергии

Решения для интеграции возобновляемых источников

Для того чтобы начать соответствовать требованиям защиты климата 2020 года, нужно рационально использовать электроэнергию и снизить эмиссию СО2. Для этого должным образом должно измениться производство энергии.

Основные поставки электрической энергии будут осуществляться крупными электростанциями, но наряду с ними появятся также альтернативные источники энергии, работа которых будет локально варьироваться в зависимости от погодных и прочих условий.

4. Системы управления энергией (EMS)

Умная Сеть распределения энергии — Система управления энергией (EMS)

На электростанциях внимание сосредоточено на обеспечении надежности подачи энергии, эффективном использовании ресурсов и снижении потерь при передаче энергии. Система управления энергией (EMS) обеспечивает все это за счет балансирования спроса системы передачи энергии, генерирующих энергию организаций и потребителей. Умные обработчики сигналов (IAP) снижают критическое время, нужное для анализа отказов в сети и принятия соответствующих действий. Они также понижают и риск неверного анализа отказов.

Приложения анализа стабильности напряжения (VSA) выполняются автоматически и сами предупреждают оператора до того, как произойдет критическая ситуация, способная нарушить стабильность статического напряжения системы. Это дает оператору время на реакцию, позволяя ему принять предупреждающие действия вместо того, чтобы реагировать на поломку в стрессовом состоянии. Увеличение надежности сети достигается с помощью приложений оптимального потока мощности (OPF), которые постоянно работают для сохранения высокого уровня напряжения в системе, и для устранения состояний нарушения напряжения.

Любые необходимые меры управления могут быть выполнены автоматически в рамках замкнутого цикла управления.

5. Автоматизация и защита «умных» подстанций

Автоматизация и защита подстанций должна быть усилена с тем, чтобы должным образом отвечать более обширным требованиям будущих Интеллектуальных Сетей. Подстанции постепенно становятся узлами информационной сети энергоснабжения, через которую проходят все данные от подстанций распределения и до конечных потребителей.

Например, данные с устройств автоматизации фидера, информация о качестве электроэнергии, показатели счетчиков потребления, информация от децентрализованных источников энергии и от систем автоматизации домов — все это будет собираться и изучаться в целях модернизации работы системы.

Кроме новых задач, касающихся Интеллектуальных Сетей, обычные задачи защиты, управления и автоматизации, должны решаться так же надежно и эффективно, как и всегда.

Цели для подстанций начинают пересекать границы департаментов, выполняя требования функционирования, обслуживания и безопасности. Воплощение в жизнь концепции умных подстанций и их компонентов должно осужествляться с учетом всеохватывающих представлений и основ.

Системы автоматизации умных подстанций имеют следующие задачи:

Безопасное и надежное снабжение электроэнергией.

Стабильно высокие уровни защиты персонала и оборудования.

Увеличение ручного вмешательства для повышения числа быстрых операций автоматического ремонта.

Реализация средств умного дистанционного мониторинга, обнаружения, отчетности.

Обеспечение превентивного обслуживания на основе состояния.

Поддержка инженерных работ и испытаний при помощи функциональности типа «включи и работай».

Активное информирование всех заинтересованных сторон о работе подстанций распределения.

Снижение затрат на монтаж и эксплуатацию.

6. Интегрированный мониторинг состояния подстанции (ISCM)

Интегрированный мониторинг состояния подстанции (ISCM) является модульной системой, обеспечивающей наблюдение за всеми компонентами подстанции, от трансформатора и коммутационного оборудования, до воздушных линий и кабелей.

Базирующийся на известных, опробованных приборах дистанционного контроля и устройствах автоматизации работы подстанции, мониторинг состояния подстанции обеспечивает принятие взвешенных решений, абсолютно соответствующих рабочей среде подстанции.

Этот мониторинг легко встраивается в уже имеющуюся коммуникационную инфраструктуру, позволяя передавать в центр управления информацию, получаемую со станции.

7. Коммуникационные решения

Новая эпоха в электроэнергетике характеризуется сочетанием двух типов выработки электроэнергии – централизованного и децентрализованного. Это приводит к двусторонним потокам энергии — в том числе и от «умных» домов и жилых областей, где потребители становятся «потребителями-производителями».

Ключевой предпосылкой этой смены парадигмы является однородная, покрывающая все элементы коммуникационная сеть, обеспечивающая необходимую пропускную способность между всеми составляющими сети энергоснабжения.

В сетях передачи электроэнергии применение систем телекоммуникаций имеет весьма долгую историю. В современных сетях передачи электроэнергии почти все подстанции уже встроены в коммуникационную сеть, что делает реальным мониторинг и управление в настоящем времени при помощи системы управления энергией (EMS).

В сетях распределения электроэнергии ситуация чуть-чуть иная. В то время как высоковольтные подстанции часто снабжаются цифровыми средствами связи, инфраструктура связи на более низком уровне распределения еще остается неразвитой.

В большинстве стран к дистанционному мониторингу и управлению подключено менее 10% трансформаторных подстанций и модулей кольцевых сетей (RMU). В последние годы технологии коммуникация продолжают быстро совершенствоваться, и в секторе снабжения энергией основным стандартом становится протокол Ethernet. Еще сильнее облегчается обмен данными между различными составляющими сети с возникновением таких международных стандартов, как IEC 61850. Однако последовательные интерфейсы продолжат выполнять свою роль в будущем для маленьких систем.

Немаловажным элементом при создании и эксплувтации Умной Сети являются всеохватная, полноценная коммуникация, обладающая значительной пропускной способностью, и оборудование, совместимое с протоколами IP/Ethernet.

Подобные сети должны, в конце концов, дойти до отдельных потребителей, которые будут включаться в них посредством умных счетчиков потребления энергии. Единообразная связь, покрывающая всю сеть, поможет соответствовать требованиям мониторинга реального времени для всех составляющих сети, и помимо всего прочего, обеспечить возможность развития новых моделей бизнеса для применения интеллектуальных счетчиков и интегрированного распределения произведенной электроэнергии.

8. Система управления распределением (DMS)

Действие современных сетей распределения электроэнергии осуществляется главным образом за счет ручных операций, полагающиеся на опыт стареющей рабочей силы.

Применение системы управления распределением (DMS) Spectrum создаст интеллектуальную, самостоятельно ремонтирующуюся сеть за счет предоставления следующих улучшений:

Снижение частоты и продолжительности перебоев энергии в результате приложений улучшенной локализации места отказа и алгоритмам реконфигурирования сети.

Сведение к минимуму потерь в связи с усовершенствованным мониторингом.

Оптимизация применения оборудования из-за управления спросом и распределенного производства энергии.

Уменьшение затрат на обслуживание при отслеживании состояния оборудования в реальном времени.

Интеллектуальное управление сетями распределения электроэнергии является одним из важнейших компонентов успеха в достижении амбициозных целей Умных Сетей.

9. Автоматизация и защита распределения энергии

Причиной проектирования всесторонней автоматизации и защиты является вычисление нужных уровней автоматизации и функциональности для распределительных подстанций и RMU.

Эти уровни могут варьироваться между RMU одной распределительной сети или даже одного фидера, поскольку используется различная техника и различная доступность средств коммуникации. Однако требуемый уровень автоматизации и функциональности Умной Сети все равно может быть достигнут в виде сочетания функций в системе автоматизации одного фидера, вне зависимости от успешности связи.

В роли главных направлений модернизации сети распределения энергии для создания Умной Сети могут выступать следующие уровни автоматизации:

Местная автоматизация (без применения коммуникаций)

Секционный разделитель (автоматическое восстановление после отказа за счет использования последовательности выключателей).

Регулятор напряжения (автоматическое регулирование напряжения для длинных фидеров).

Управление автоматом повторного включения (выключатель с автоматическим повторным включением для воздушных линий).

Только мониторинг (односторонняя связь с распределяющей подстанцией или с центром управления)

Панель сообщений (например, индикаторы короткого замыкания с односторонней связью с распределительными подстанциями и центром управления для быстрого обнаружения места отказа).

Управление, мониторинг и автоматизация (двухсторонняя связь с распределительной подстанцией или центром управления)

Удаленный телеметрический блок автоматизации распределения энергии (DA — RTU) с мощными средствами коммуникации и автоматизации, применимыми к функциям Умной Сети, например:

Автоматизированные действия по ремонту.

Узловые станции для приложений качества электроэнергии.

Концентраторы данных для систем умных счетчиков потребления энергии.

Узловые станции для децентрализованного производства электроэнергии.

Узловые станции для приложений реакции на спрос.

Защита, управление, мониторинг и автоматизация (двухстороння связь с распределительными подстанциями или центром управления)

Контроллер устройства повторного включения для воздушных линий и выключатель с автоматическим повторным включением, обладающие увеличенной функциональностью защиты, а также современными средствами связи и автоматизации.

10. Распределенные энергетические ресурсы (DER)

конфигурации управления ресурсами

Различные конфигурации управления DER

Интеграция распределенных источников энергии требует качественно новой концепции: виртуальной электростанции. Она объединяет несколько небольших электростанций, задействованных в рынке производства электроэнергии абсолютно новым образом.

Такой подход позволяет использовать каналы продаж, которые в обратном случае были бы недоступны для операторов отдельных электростанций.

Будучи объединены в сеть, электростанции могут работать еще лучше, а значит, и экономнее, чем раньше, обеспечивая выгоду операторам децентрализованного производства электроэнергии.

В компьютерной электростанции управление децентрализованной энергией и коммуникация с ее производителями занимает особое место. Из-за системы управления децентрализованной энергией (DEMS), спроектированной фирмой Siemens, а также контроллеров DER, обеспечивается наилучшая поддержка этих ресурсов. Основное место здесь занимают DEMS, обеспечивающие умную, экономичную и экологически безопасную связь с децентрализованными источниками энергии.

Контроллеры DER упрощают коммуникацию, и они специально предназначены для запросов децентрализованных источников энергии.

11. Система управления децентрализованной энергией (DEMS)

Являющаяся основой виртуальной электростанции, DEMS в равной степени применима для производителей энергии, промышленных операторов, операторов функциональных зданий, самостоятельно снабжающихся энергией локальных общин, регионов и провайдеров энергетических услуг.

Система управления децентрализованной энергией

Для оптимизации электроэнергии система DEMS задействует три инструмента:

— Прогнозирование

— Операционное планирование

— Оптимизация в реальном времени.

Средства прогнозирования оценивают электрические и тепловые нагрузки, например, в виде функции, зависящей от погодных условий или от времени суток. Также немаловажны прогнозы касательно генерации электроэнергии из альтернативных источников энергии. Функционирование этих источников также базируется на прогнозе погоды и уникальных параметрах соответствующих электростанций.

Краткосрочное планирование для оптимизации операционных затрат всего установленного оборудования должно соответствовать техническим и оговоренным в контракте требованиям среды каждые 15 минут, и выполняться заблаговременно, но не более, чем за неделю

. Расчетные планы сокращают затраты на производство электроэнергии и операционные затраты. При этом DEMS также учитывает действенность обслуживания и соображения экологической безопасности.

12. Решения, связанные с умными счетчиками потребления электроэнергии

Интеллектуальный счетчик B.C. Hydro, использующий для связи с электрической сетью короткие импульсы радиоволн.

Автоматическая система подсчета и информации (AMIS) фиксирует потребление электроэнергии каждым отдельным потребителем в течение всего времени, и, помимо этого, снабжает самих потребителей подробной информацией о том, как они потребляли электроэнергию.

Согласно оценкам экспертов, использование умных счетчиков потребления электроэнергии способно сэкономить до десяти тераватт-часов электричества, что составляет практически два процента суммарного потребления энергии.

Заключение

Совершенно очевидно, что будущее -за Интеллектуальными Сетями, и что выработка электроэнергии претерпит серьезные изменения к тому времени, когда они станут реальностью. Крупные электростанции продолжат обеспечивать основную поставку электрической энергии, но вместе с ними станут применяться и альтернативные источники электроэнергии, становясь причиной колебаний в сети. В скором будущем гибкие промежуточные хранилища временных излишков энергии в сети, по-видимому, будут использовать как мобильные, так и стационарные хранилища энергии.

Эти устройства будут включаться и выключаться при помощи датчиков и умных счетчиков потребления энергии, обеспечивая эффективное управление нагрузкой.

Рубрики2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


*