Поиск по сайту
Начало >> Статьи >> Умные Сети и новая эпоха в энергетике

Умные Сети и новая эпоха в энергетике

умная сеть

1. Планирование сети

"Умная" сеть: представление будущего

"Умная" сеть: представление будущего, сеть интегрированных микросетей,
 способных самостоятельно следить за собой и устранять неисправности.

Построение Умной (Smart, Смарт) Сети - это довольно сложная задача, начинающаяся с детальной количественной оценки требований к системе, определения фактических целей, и требуемых для их достижения уровней функционирования. Это сопровождается описанием основных концепций системы и используемого оборудования.
В результате возникает необходимость в детальной стратегии построения "умных" сетей - включая и ту часть сети, которая относится к системе снабжения электроэнергией.

  • Основой проектирования эффективной Умной Сети является детальный анализ требуемого функционирования системы. Это - ключевая задача стратегического планирования сети.

Сохранение неустанного внимания к системе, как к единому целому, гарантирует, достижение необходимого уровня производительности со стороны архитектуры и конфигурации, в также обеспечение соответствия и другим требованиям. Такое решение объединит большинство инновационных технологий производства электроэнергии, ее передачи, распределения и потребления. При этом будут учитываться индивидуальная история каждой системы и ее текущее состояние.
В большинстве случаев, переход от сегодняшних систем снабжения электроэнергией к будущим Умным Сетям невозможно совершить за один шаг. Вместо этого требуются планы пошаговой модификации.

2. Силовая электроника (HVDC/FACTS)

HVDC/FACTS
Решения компании Reinhausen для оптимизации
высоковольтной линии электропередачи постоянного тока

            Решения силовой электроники для высоковольтных линий электропередачи постоянного тока (HVDC), и гибких систем передачи переменного тока (FACTS) имеют дело с самыми сложными задачами в области передачи электроэнергии.
Устройства FACTS способны значительно увеличить производительность передачи электроэнергии существующих систем переменного тока, и увеличить максимальное расстояние передачи переменного тока за счет балансирования спроса изменяющихся реактивных мощностей системы. Компенсация реактивной мощности используется для управления напряжением переменного тока, для увеличения стабильности системы, и для снижения потерь передачи энергии. К современным устройствам FACTS относятся фиксированные последовательные компенсаторы (FSC) и последовательные компенсаторы с тиристорным управлением (TCSC), или статические VAR-компенсаторы (SVC) для динамической шунтированной компенсации.

  • Последнее поколение устройств SVC от компании Siemens называется SVC PLUS. Это высоко стандартизованные компактные устройства, которые легко могут обеспечивать требования сети. Например, такие требования, как соединение с крупными ветряными электростанциями, находящимися в море.

Технология переменного тока давно доказала свою высокую эффективность в производстве, передаче и распределении электрической энергии. Тем не менее, существуют задачи, которые не могут быть решены с использованием переменного тока, либо экономически эффективно, либо с требуемой технической точностью.
К таким задачам относится передача электроэнергии на очень большие расстояния, а также передача энергии между сетями, работающими асинхронно или на различных частотах. В противоположность этому, уникальной характеристикой высоковольтных систем постоянного тока является их способность отдавать энергию в сети, которые не допускают 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, превышающем семь гигаватт, и имея низкие показатели потерь, передача энергии UHVDC является сегодня лучшим 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 изменений, различия во времени суток, и другие географические характеристики для достижения максимальной эффективности.

            3. Массивная интеграция возобновляемых источников энергии

Решения для интеграции возобновляемых источников
Решения для интеграции возобновляемых источников энергии (компания S&C)

            Для того чтобы начать обеспечивать выполнения требований защиты климата 2020 года, необходимо эффективно использовать электроэнергию, и снизить эмиссию СО2. Для этого соответствующим образом должно измениться производство энергии.
Основные поставки электрической энергии будут обеспечиваться крупными электростанциями, но наряду с ними появятся также возобновляемые источники энергии, работа которых будут иметь локальные колебания в зависимости от погодных, и других условий.

4. Системы управления энергией (EMS)

Система управления энергией
Умная Сеть распределения энергии - Система управления энергией (EMS)

            На электростанциях внимание сконцентрировано на обеспечении надежности подачи энергии, на эффективном использовании ресурсов, и на снижении потерь во время передаче энергии. Система управления энергией (EMS) обеспечивает все это за счет балансирования спроса системы передачи энергии, вырабатывающих энергию организаций, и потребителей. Интеллектуальные обработчики сигналов (IAP) уменьшают критическое время, необходимое для анализа отказов в сети, и принятия соответствующих действий. Они также понижают и риск некорректного анализа отказов.
Приложения анализа стабильности напряжения (VSA) выполняются автоматически, и самостоятельно предупреждают оператора до того, как возникнет критическая ситуация, способная нарушить стабильность статического напряжения системы. Это дает оператору время на реакцию, позволяя ему принять превентивные действия, вместо того, чтобы реагировать на отказ в состоянии стресса. Увеличение надежности сети обеспечивается приложениями оптимального потока мощности (OPF), которые непрерывно работают для удержания высокого уровня напряжения в системе, и для устранения состояний нарушения напряжения.
Любые меры управления, которые должны быть приняты, 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 надежно соответствовать более обширным требованиям будущих Умных Сетей. Подстанции находятся в процессе становления узлами информационной сети энергоснабжения, через которую проходит вся информация, от подстанций распределения, до 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 анализироваться для улучшения работы системы.

  • Помимо новых задач, связанных с Умными Сетями, 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. Реализации умных подстанций и их компонентов должны проектироваться с учетом всеохватывающих представлений и основ.
Системы автоматизации умных подстанций поддерживают следующие цели:

  • Безопасное и надежное снабжение электроэнергией.
  • Гарантированно высокие уровни защиты персонала и оборудования.
  • Снижение ручного вмешательства для увеличения быстрых операций автоматического ремонта.
  • Реализация средств интеллектуального дистанционного мониторинга, обнаружения, отчетности.
  • Обеспечение превентивного обслуживания на основе состояния.
  • Поддержка инженерных работ и испытаний посредством функциональности типа "включи и работай".
  • Активное информирование всех заинтересованных сторон о работе подстанций распределения.
  • Снижение затрат на установку и обслуживание.

6. Интегрированный мониторинг состояния подстанции (ISCM)

         Интегрированный мониторинг состояния подстанции (ISCM) представляет собой модульную систему обеспечивающую наблюдение за всеми компонентами подстанции, от трансформатора и коммутационного оборудования, до воздушных линий и кабелей.

  • Основанный на известных, апробированных устройствах дистанционного контроля, и устройствах автоматизации работы подстанции, мониторинг состояния подстанции обеспечивает принятие обоснованных решений, полностью соответствующих рабочей среде подстанции.

            Этот мониторинг легко интегрируется в существующую коммуникационную инфраструктуру, позволяя передавать в центр управления информацию, получаемую со станции.

7.  Коммуникационные решения

         Новая эпоха в электроэнергетике характеризуется комбинацией двух типов производства электроэнергии – централизованного, и децентрализованного. Это приводит к потокам энергии в обе стороны - 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 достаточную пропускную способность между всеми компонентами сети энергоснабжения.
В сетях передачи электроэнергии применение систем телекоммуникаций  имеет достаточно долгую историю. В современных сетях передачи электроэнергии почти все подстанции уже интегрированы в коммуникационную сеть, что делает возможным мониторинг и управление в реальном времени при помощи системы управления энергией (EMS).

  • В сетях распределения электроэнергии ситуация несколько отличается. В то время как высоковольтные подстанции часто снабжаются цифровыми средствами связи, инфраструктура связи на более низком уровне распределения еще остается слабой.

            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 развиваться, и в секторе снабжения энергией принятым стандартом становится протокол Ethernet. Еще больше упрощается обмен данными между различными компонентами сети с появлением таких международных стандартов, как IEC 61850. Однако последовательные интерфейсы продолжат играть свою роль в будущем для небольших систем.
Важным элементом при создании и функционировании Умной Сети являются всесторонняя, полная коммуникация, использующая достаточную пропускную способность, и устройства, совместимые с протоколами IP/Ethernet.
Сети такого рода должны, в конечном итоге, достигнуть отдельных потребителей, которые будут интегрироваться в них посредством интеллектуальных счетчиков потребления энергии. Единообразная связь, покрывающая всю сеть, поможет удовлетворить требованиями мониторинга реального времени для всех компонентов сети, и среди прочего, создать возможность развития новых моделей бизнеса для использования интеллектуальных счетчиков и интегрированного распределения произведенной электроэнергии.

8. Система управления распределением (DMS)

Система управления распределением электроэнергии
Система управления распределением (DMS)

            Функционирование сегодняшних сетей распределения электроэнергии, в основном, характеризуется ручными операциями, полагающимися на опыт стареющей рабочей силы.
Использование системы управления распределением (DMS) Spectrum создаст "умную", автоматически ремонтирующуюся сеть, за счет предоставления следующих улучшений:

  • Снижение частоты и продолжительности отключений энергии, благодаря приложениям улучшенной локализации места отказа и алгоритмам реконфигурирования сети.
  • Минимизация потерь в связи с улучшенным мониторингом.
  • Оптимизация использования оборудования, благодаря управлению спросом и распределенной генерации энергии.
  • Снижение затрат на обслуживание при использовании мониторинга состояния оборудования в реальном времени.

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

9. Автоматизация и защита распределения энергии

         Предпосылкой для проектирования всесторонней автоматизации и защиты является определение требуемых уровней автоматизации и функциональности для распределительных подстанций и RMU.
Эти уровни могут различаться между RMU одной распределительной сети или даже одного фидера, поскольку используется различное оборудование и различная доступность средств коммуникации. Однако определенный уровень автоматизации и функциональности Умной Сети все равно может быть реализован, в виде комбинации функций в системе автоматизации одного фидера, вне зависимости от успешности связи.
В качестве основных направлений, по которым могут происходить обновления сети распределения энергии для реализации Умной Сети могут служить следующие уровни автоматизации:

            Локальная автоматизация (без использования 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 интеллектуальных 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, плюс 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 совершенно новой концепции: виртуальной электростанции. Виртуальная электростанция соединяет в единое целое несколько малых электростанций, участвующих в рынке производства электроэнергии совершенно новым образом.
Такой подход делает возможным использовать каналы продаж, которые в противном случае были бы недоступны для операторов отдельных электростанций.

  • Будучи объединены в сеть, электростанции могут функционировать еще более эффективно, а, следовательно, и более экономно, чем раньше, принося выгоду операторам децентрализованного производства электроэнергии.

В виртуальной электростанции, управление децентрализованной энергией и связь с производителями электроэнергии, играет особую роль. Благодаря системе управления децентрализованной энергией (DEMS), разработанной компанией Siemens, и контроллерам DER, обеспечивается оптимальная поддержка этих ресурсов. Центральным местом здесь являются DEMS, обеспечивающие интеллектуальную, экономичную и дружественную к окружающей среде связь с децентрализованными источниками энергии.
Контроллеры DER облегчают коммуникацию, и они специально настроены на требования децентрализованных источников энергии.

        11. Система управления децентрализованной энергией (DEMS)

            Составляющая основу виртуальной электростанции, DEMS в равной степени применима для производителей энергии, промышленных операторов, операторов функциональных зданий, самостоятельно обеспечивающихся энергией местных общин, регионов и провайдеров энергетических услуг.

Система управления децентрализованной энергией
Система управления децентрализованной энергией (DEMS) - Схема

            Для оптимизации электроэнергии система DEMS использует 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 важно прогнозирование получения электроэнергии из возобновляемых источников энергии. Работа этих источников также основана на прогнозе погоды и уникальных характеристиках соответствующих электростанций.
Краткосрочное планирование для оптимизации операционных затрат всего установленного оборудования должно удовлетворять техническим и оговоренным в контракте условиям среды каждые 15 минут, и выполняться заблаговременно, но не более, чем за неделю
.           Расчетные планы минимизируют затраты генерации электроэнергии, и операционные затраты. При этом DEMS также принимает во внимание эффективность обслуживания и экологические соображения.

           
12. Решения, связанные с интеллектуальными счетчиками потребления электроэнергии

Интеллектуальный счетчик B.C. Hydro
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, кроме того, снабжает самих потребителей детальной информацией о том, как они потребляли электроэнергию.
По оценкам экспертов, использование интеллектуальных счетчиков потребления электроэнергии способно сохранить до десяти тераватт-часов электричества, или почти два процента общего потребления энергии.

            Заключение

Нет сомнения, что будущее принадлежит Умным Сетям, и что производство электрической энергии значительно изменится к тому времени, когда такие сети станут реальностью. Крупные электростанции продолжат обеспечивать основную поставку электрической энергии, но наряду с ними станут использоваться и возобновляемые источники электроэнергии, вызывая колебания в сети. В не очень отдаленном будущем, гибкие промежуточные хранилища временных излишков энергии в сети, видимо, будут использовать мобильные, и стационарные хранилища энергии.
Эти устройства будут включаться и выключаться при помощи датчиков и интеллектуальных счетчиков потребления энергии, обеспечивая эффективное управление нагрузкой.

Литература: Siemens Power Техническое руководство

 
« Требования к составу материалов оценки воздействия на окружающую среду   Умные стратегии управления нагрузкой экономят энергию »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.