16
Май
–
июнь
2014
Oncor прочит популярность
пропускной способности
17
Май
–
июнь
2014
Рис
. 1.
На
карте
энергосистемы
компании
Oncor
красным
цветом
выделены
зоны
потенциальных
перегрузок
.
Оценка параметров линии
электропередачи в динамическом
режиме обеспечивает более
высокую эффективность за счёт
устранения ограничений, которые
налагают статические данные.
Тип Гудвин (Tip Goodwin),
компания Oncor Electric Delivery Co.
Альберт
Эйнштейн
однажды
сказал
: «
Человек
должен
искать
то
,
что
есть
на
самом
деле
,
а
не
то
,
что
,
по
его
мнению
,
должно
быть
».
Поскольку
в
кон
-
тексте
научных
процессов
данная
цитата
обозначает
избавление
от
пред
-
рассудков
,
то
этот
принцип
можно
применить
к
состоянию
энергетической
системы
.
Перефразируем
: «
Система
должна
работать
в
том
состоянии
,
в
каком
она
есть
,
а
не
в
том
,
в
котором
она
должна
быть
гипотетически
».
В
ходе
последнего
демонстрационного
проекта
компании
Oncor
по
ин
-
теллектуальным
сетям
[Smart Grid Demonstration Project (SGDP)],
софи
-
нансируемого
Министерством
энергетики
США
,
совет
Эйнштейна
был
при
-
менён
следующим
образом
:
не
учитывались
данные
по
ориентировочным
расчётам
термической
стойкости
воздушных
линий
в
режиме
реального
вре
-
мени
.
На
основе
результатов
демонстрационного
проекта
(SGDP)
компания
Oncor
рассчитала
экономические
издержки
при
эксплуатации
воздушных
линий
,
связанные
с
ограничениями
по
термостойкости
,
и
сравнила
оценку
состояния
линии
,
сделанную
по
традиционной
методике
,
с
оценкой
линии
на
основе
мониторинга
в
реальном
масштабе
времени
.
В
ходе
реализации
проекта
SGDP
было
сделано
несколько
открытий
,
и
в
настоящее
время
его
результаты
переносятся
на
другие
ключевые
области
.
Экономические
издержки
Oncor
является
государственной
компанией
,
которая
осуществляет
пе
-
редачу
и
распределение
электроэнергии
.
Она
обслуживает
10
миллионов
потребителей
на
территории
штата
Техас
.
Электрические
сети
компании
Oncor
состоят
приблизительно
из
1500
линий
электропередачи
(
рис
. 1).
С
течением
времени
нагрузка
сети
резко
меняется
.
Сейчас
в
зонах
нефте
-
газовых
разработок
в
Техасе
наблюдается
быстрый
рост
нагрузки
со
сто
-
роны
потребителя
,
в
то
время
как
в
зонах
размещения
ветроэлектростан
-
ций
и
добычи
угля
наблюдаются
изменения
в
сфере
генерации
.
Вершиной
методу динамической оценки
линий электропередачи
18
Май
–
июнь
2014
РЕЙТИНГ
Линий электропередачи
Рис
. 2.
Величины
перегрузок
(
доллары
,
синие
вертикальные
осевые
)
на
отдельных
линиях
(
идентификация
линии
,
красные
осевые
)
по
дням
(
зелёные
осевые
).
Перегрузки
имеют
нерегулярный
характер
,
но
ограничены
множеством
всех
линий
.
Натяжение
:
замена
температуры
Температура
на
каждом
метре
участка
линии
может
меняться
вслед
-
ствие
пространственной
изменчивости
ветра
,
воздействующего
на
провод
.
К
счастью
,
характеристики
проводов
подчиняются
физике
и
математической
модели
цепной
линии
,
вследствие
чего
определение
средней
температуры
провода
не
представляет
никакой
сложности
.
Горизонтальное
тяжение
провода
от
опоры
до
опоры
будет
уравновеши
-
ваться
по
мере
того
как
гирлянды
изоляторов
будут
раскачиваться
и
откло
-
няться
с
целью
компенсации
дисбаланса
тяжения
,
поскольку
один
пролёт
может
быть
горячее
или
холоднее
другого
.
Таким
образом
,
мониторинг
тяже
-
ния
или
стрелы
провеса
провода
охватывает
пространственные
изменения
погодного
воздействия
на
температуру
проводника
и
обеспечивает
средства
определения
его
средней
температуры
.
В
настоящее
время
существует
несколько
технологий
определения
тя
-
жения
или
провеса
(
тяжение
и
провес
обратно
пропорциональны
)
в
режиме
реального
времени
.
Путём
измерения
этих
параметров
можно
определить
среднюю
температуру
фазного
провода
линии
и
рассчитать
динамическую
оценку
пропускной
способности
линии
в
реальном
времени
.
такой
динамики
являются
ежедневно
изменяющиеся
цены
,
что
увеличивает
непредсказуемость
прочност
-
ных
характеристик
надёжности
какой
-
либо
линии
элек
-
тропередачи
.
На
рис
. 2
показана
диаграмма
перегрузок
за
три
года
.
В
тех
случаях
,
когда
перегрузки
идентифициро
-
ваны
по
дате
и
линии
,
неустойчивость
перегрузки
в
рыночной
среде
очевидна
.
Показаны
несколько
линий
с
хроническими
перегрузками
,
и
финансовые
последствия
ва
-
рьируются
в
течение
одного
рабочего
дня
от
нескольких
дол
-
ларов
до
миллионов
.
Каждый
столбик
диаграммы
представ
-
ляет
собой
ежедневные
финан
-
совые
последствия
по
каждой
конкретной
линии
электропере
-
дачи
.
За
трёхлетний
период
око
-
ло
200
линий
будут
испытывать
периодические
,
а
иногда
и
по
-
стоянные
перегрузки
в
условиях
надёжности
N-1, N-1-1
или
N-2.
Хотя
Совет
по
надёжности
электроснабжения
штата
Техас
[(Electric Reliability Council of
Texas (ERCOT)]
пытается
пере
-
распределить
нагрузки
системы
с
учётом
ограничений
,
наклады
-
ваемых
возможными
авариями
,
сумма
затрат
по
перегрузкам
в
связи
с
этими
ограничениями
ежегодно
составляет
172
миллиона
долларов
,
несмотря
на
то
что
линии
в
нормальных
усло
-
виях
редко
работают
на
предельных
нагрузках
.
Если
бы
энергокомпании
удалось
увеличить
тепловую
перегру
-
зочную
способность
существующих
линий
,
то
затраты
на
обслуживание
потребителей
можно
было
бы
снизить
не
только
за
счёт
доступа
к
более
де
-
шёвой
электроэнергии
,
но
и
за
счёт
снижения
издержек
на
её
передачу
.
Данные
на
рис
. 2
указывают
на
необходимость
гибкого
подхода
к
обеспечению
нестабильной
нагрузки
системы
.
По
мере
изменения
топо
-
логии
сети
—
вследствие
изменений
роста
нагрузки
,
генерации
(
изменения
в
конструкции
,
консервация
,
измене
-
ние
ценообразования
и
подключение
распределённых
источников
энергии
),
а
также
вследствие
усовершенствова
-
ний
и
обновлений
линий
электропере
-
дачи
,
реконструкции
и
строительства
новых
—
будет
трудно
предусмотреть
потребности
каждой
отдельной
линии
.
Нагрузки
могут
появляться
и
исчезать
в
течение
запланированных
периодов
времени
и
периодов
реконструкции
,
связанных
с
традиционными
обнов
-
лениями
или
строительством
новых
линий
электропередачи
.
Для
полного
и
быстрого
удовлет
-
ворения
требований
по
пропускной
способности
линий
необходимо
вне
-
дрение
в
сеть
технологий
smart grid.
В
большинстве
случаев
скрытые
возможности
суще
-
ствующих
ресурсов
передачи
электроэнергии
помогут
преодолеть
изменяющиеся
условия
эксплуатации
.
Новые
системы
мониторинга
Провод
линий
электропередачи
ведёт
себя
как
под
-
вешенный
в
воздухе
термометр
.
Под
влиянием
сол
-
нечной
радиации
,
температуры
окружающей
среды
и
19
Май
–
июнь
2014
РЕЙТИНГ
Линий электропередачи
Рис
. 3.
Сравнение
результатов
статической
,
динамической
оценок
и
оценки
,
скоррек
-
тированной
по
состоянию
окружающей
среды
конкретной
линии
в
течение
трёх
су
-
ток
.
ветра
температура
провода
на
каж
-
дом
метре
по
всей
протяжённости
линии
может
быть
разной
.
Основным
фактором
здесь
является
ветер
.
По
-
добно
людям
провода
также
ощуща
-
ют
охлаждающее
действие
лёгкого
ветра
в
жаркий
солнечный
день
или
обжигающий
холод
порывов
зимнего
ветра
.
Рис
. 3
воплощает
в
себе
настав
-
ление
Эйнштейна
и
показывает
,
как
путём
наблюдений
могут
возникнуть
идеи
,
не
доступные
для
тех
,
кто
за
-
нимается
предположениями
.
На
диаграмме
отображена
оценка
про
-
пускной
способности
трёх
различных
линий
за
трёхдневный
период
:
ста
-
тическая
оценка
,
оценка
,
скорректи
-
рованная
по
состоянию
окружающей
среды
,
и
динамическая
оценка
.
Обычно
энергокомпании
пользу
-
ются
статической
оценкой
пропускной
способности
(SLR),
которая
представ
-
ляет
собой
фиксированное
значение
с
учётом
наибо
-
лее
тяжёлых
климатических
условий
.
При
статическом
определении
пропускной
способности
используется
предположение
,
что
скорость
ветра
составляет
0,6
м
/
с
и
дует
он
перпендикулярно
линии
электропередачи
при
температуре
окружающей
среды
40°C
и
максимальной
солнечной
радиации
.
C 2004
г
.
операторы
передающих
сетей
Совета
по
надёжности
электроэнергетики
штата
Техас
(ERCOT)
имеют
возможность
использовать
оценку
линии
,
скор
-
ректированную
по
состоянию
окружающей
среды
(AAR),
которая
зависит
от
изменения
температуры
окружающей
среды
,
но
включает
в
себя
такие
же
жёст
-
кие
значения
скорости
ветра
и
солнечной
радиации
,
как
и
статическая
оценка
.
Обычно
AAR
зависит
от
суточных
изменений
дневной
и
ночной
температур
.
В
конечном
итоге
динамическая
оценка
линии
(DLR)
отображена
зелёным
цветом
и
корректируется
с
учётом
изменения
скорости
ветра
,
интенсивности
сол
-
нечной
радиации
и
температуры
окружающей
среды
на
протяжении
суток
.
Необходимо
отметить
,
что
дина
-
мическая
оценка
может
опускаться
ниже
оценки
линии
,
скорректированной
по
состоянию
окружающей
среды
(AAR)
и
ниже
статической
оценки
(SLR).
Такие
падения
могут
происходить
при
скорости
ветра
меньше
0,6
м
/
с
и
температурах
выше
,
чем
при
статической
оценке
и
оценке
,
скорректированной
по
состоянию
окружающей
среды
.
Оценки
на
рис
. 3
могут
быть
определены
в
резуль
-
тате
мониторинга
натяжения
или
провеса
проводника
в
режиме
реального
времени
для
получения
среднего
значения
температуры
по
всей
протяжённости
фазно
-
го
провода
линии
электропередачи
.
Затем
значение
эффективной
температуры
используется
для
расчёта
эффективного
значения
средней
скорости
ветра
.
Объ
-
единив
среднюю
эффективную
скорость
ветра
с
тем
-
пературой
в
реальном
режиме
времени
,
уровень
сол
-
нечной
радиации
и
нагрузку
линии
можно
рассчитать
и
использовать
для
динамической
оценки
её
пропускной
способности
для
заданной
максимальной
рабочей
тем
-
пературы
.
Характеристики
проводов
подчиняются
законам
физики
и
математической
модели
цепочечной
линии
.
Тяжение
,
провес
и
температура
подчиняются
законам
математической
модели
.
Зная
один
или
два
параметра
,
не
составляет
труда
определить
другие
параметры
.
Итак
,
осознание
того
,
что
провес
или
тяжение
прово
-
дника
отображают
тепловые
характеристики
проводни
-
ка
,
можно
рассчитать
динамическую
оценку
пропускной
способности
линии
.
В
настоящее
время
существует
несколько
технологий
,
которые
позволяют
определить
тяжение
или
стрелу
провеса
в
реальном
времени
.
При
помощи
этих
параметров
и
данных
об
окружающей
сре
-
де
на
протяжении
всей
линии
можно
смоделировать
её
полную
динамическую
характеристику
и
дать
динамиче
-
скую
оценку
пропускной
способности
.
Экономическое
значение
теплоёмкости
Когда
данные
по
оценке
пропускной
способности
накапливаются
за
несколько
месяцев
работы
,
мож
-
но
определить
кумулятивную
кривую
вероятностей
(
рис
. 4).
Кривые
по
каждой
из
трёх
линий
отличаются
друг
от
друга
положением
по
отношению
к
направлению
ветра
и
типом
рельефа
вдоль
трассы
линии
,
которая
может
проходить
по
открытому
ландшафту
,
городским
районам
или
под
деревьями
.
На
диаграмме
отобража
-
ются
данные
для
одной
линии
,
и
они
не
могут
быть
экс
-
траполированы
на
другие
линии
.
Кроме
того
,
какой
-
то
процент
статической
оценки
с
каждым
часом
будет
из
-
меняться
.
Для
динамической
оценки
требуются
данные
мониторинга
каждой
отдельной
линии
в
реальном
ре
-
жиме
времени
с
последующим
введением
этих
данных
в
систему
управления
сетью
.
На
рис
. 4
также
показано
время
(
в
процентном
вы
-
ражении
),
в
течение
которого
результат
динамической
оценки
пропускной
способности
(DLR)
выше
результа
-
та
статической
оценки
.
Уровни
пропускной
способности
разграничены
горизонтальными
линиями
,
обозначаю
-
щими
105, 110
и
125%
результата
статической
оценки
(SLR).
Динамическая
оценка
в
98%
времени
определя
-
ет
пропускную
способность
линии
выше
статической
.
Сейчас
компания
Oncor
применяет
предельное
прира
-
щение
уставок
на
25 %
выше
SLR
для
релейной
защиты
и
токоограничивающих
элементов
по
всему
участку
ли
-
нии
,
таких
как
трансформаторы
тока
,
коммутационное
оборудование
и
фильтры
присоединения
.
20
Май
–
июнь
2014
Рис
. 5.
Линейный
рабочий
подключает
систему
мониторин
-
га
с
датчиками
тяжения
и
окружающей
среды
на
П
-
образной
опоре
.
Рис
. 4.
Кривая
вероятности
динамической
оценки
для
нескольких
линий
.
Большинство
линий
испытывают
эксплуатационные
ограничения
,
которые
на
несколько
процентов
выше
SLR
или
AAR.
Для
нештатных
ситуаций
,
соответствую
-
щих
критерию
N-1,
применимы
такие
методы
оценки
со
-
стояния
,
при
которых
послеаварийные
нагрузки
должны
быть
ниже
пропускной
способности
линии
.
Следова
-
тельно
,
номинальный
режим
работы
начинается
с
тако
-
го
уровня
эксплуатации
,
при
котором
система
в
случае
выхода
из
строя
одного
сетевого
элемента
остаётся
в
устойчивом
режиме
.
В
ходе
демонстрационного
проекта
(DOE SGDP)
было
обнаружено
,
что
прирост
пропускной
способности
отдельных
линий
от
5
до
10%
ведёт
к
значительному
сни
-
жению
затрат
,
связанных
с
перегрузкой
.
Как
показано
на
рис
. 4,
в
90%
времени
без
DLR
дополнительная
пропуск
-
ная
способность
линий
остаётся
скрытой
и
неиспользуе
-
мой
. DLR
открывает
более
чем
достаточные
мощности
для
улучшения
экономических
показателей
сети
.
От
датчика
на
рынок
На
рис
. 5
показан
монтаж
системы
мониторинга
состояния
линии
на
П
-
образной
опоре
.
Этот
элемент
может
служить
одним
из
дистанционных
звеньев
схе
-
мы
развёртывания
,
которая
показана
на
рис
. 6.
Дис
-
танционные
системы
мониторинга
передают
данные
в
блок
хранения
,
расположенный
на
подстанции
,
откуда
они
затем
передаются
в
систему
SCADA
или
в
систему
сбора
данных
диспетчерского
центра
посредством
раз
-
личных
систем
связи
,
включая
сотовую
.
Данные
передаются
посредством
алгоритма
для
по
-
лучения
параметров
пропускной
способности
по
каждо
-
му
месту
мониторинга
и
затем
по
каждому
участку
линии
с
учётом
самой
низкой
пропускной
способности
участка
вдоль
трассы
линии
.
Система
управления
энергопотре
-
блением
имеет
автоматическую
логическую
функцию
оценки
качества
и
надёжности
данных
,
которая
про
-
веряет
,
насколько
полученные
данные
по
пропускной
способности
соответствуют
данному
участку
линии
и
насколько
они
укладываются
в
допустимый
диапазон
.
После
прохождения
про
-
верки
данные
поступают
на
обработку
в
телеметрическую
систему
.
В
том
случае
,
если
функция
оценки
качества
данных
сомневается
в
их
до
-
стоверности
или
качестве
,
то
на
пульт
оператора
прихо
-
дит
сигнал
для
определения
оценки
.
При
необходимости
ввиду
сбоя
логики
проверки
данные
по
пропускной
спо
-
собности
возвращаются
в
си
-
стему
номинальной
оценки
,
которая
используется
в
энер
-
гокомпании
.
Функция
динамической
оценки
пропускной
способ
-
ности
встроена
в
процесс
обработки
потока
данных
,
который
используется
при
оценке
состояния
в
течение
обычного
цикла
(
например
,
цикл
продолжительностью
от
2
до
5
минут
).
Интегрирован
-
ная
функция
динамической
оценки
пропускной
способно
-
сти
(iDLR)
обеспечивает
оптимальную
работу
системы
точными
показателями
пропускной
способности
линий
электропередачи
,
зависящими
от
времени
.
Ввиду
того
что
система
осуществляет
постоянный
мониторинг
пропускной
способности
и
обновляет
дан
-
РЕЙТИНГ
Линий электропередачи
21
Май
–
июнь
2014
Рис
. 6.
Схема
связи
системы
iDLR,
на
которой
показана
потоковая
передача
данных
в
систему
ERCOT SCED (
экономическая
диспетчеризация
c
учётом
безопасности
ре
-
жимов
).
ные
в
зависимости
от
реальных
экс
-
плуатационных
условий
и
условий
окружающей
среды
,
передаёт
эти
данные
в
систему
диспетчеризации
c
учётом
безопасности
режимов
(SCED)
или
на
её
эквивалент
—
систему
ана
-
лиза
состояния
, —
а
также
использует
фактические
данные
о
производитель
-
ности
линии
для
принятия
решений
по
надёжности
и
экономическому
распре
-
делению
нагрузки
,
то
можно
утверж
-
дать
,
что
система
iDLR
обеспечивает
такую
глобальную
наблюдаемость
энергосистемы
(WASA),
которую
ни
одна
другая
система
обеспечить
не
в
состоянии
. WASA
поддерживает
циклический
характер
оценки
и
авто
-
матически
корректирует
работу
сети
с
целью
наиболее
полного
исполь
-
зования
дополнительной
пропускной
способности
линий
и
надёжного
под
-
держания
целостности
сети
и
эконо
-
мичности
режимов
.
Важнейшим
достижением
демон
-
страционного
проекта
(DOE SGDP)
является
рыночная
интеграция
рабо
-
тающей
в
реальном
времени
системы
iDLR
в
телеметрический
поток
информации
,
использу
-
емый
для
управления
работой
энергосистемы
.
Дина
-
мическая
оценка
состояния
линий
,
передаваемая
с
по
-
левых
датчиков
в
систему
диспетчеризации
оператора
рынка
электроэнергии
,
постоянно
используется
для
минимизации
затрат
потребителя
.
Время
и
затраты
на
получение
таких
рыночных
преимуществ
по
сравнению
с
капитальными
инвестициями
в
систему
минимальны
.
Кроме
того
,
оператор
сети
передачи
электроэнергии
имеет
возможность
реагировать
на
проблемы
вновь
загружаемых
линий
при
увеличении
пропускной
способ
-
ности
путём
снижения
ограничений
по
нагрузке
линий
,
уменьшения
загрузки
центра
управления
,
обеспечивая
глобальную
наблюдаемость
системы
(WASA).
Будущее
уже
здесь
,
и
его
не
остановить
Статической
оценки
было
достаточно
в
старые
времена
,
когда
нагрузки
генерации
были
более
пред
-
сказуемы
.
В
настоящее
время
природоохранные
,
эко
-
номические
и
инфраструктурные
потребности
создают
непредсказуемые
изменения
во
всех
участках
сети
,
что
в
свою
очередь
,
вызывает
потребность
в
большей
экс
-
плуатационной
гибкости
.
Что
касается
линий
с
ограни
-
чениями
по
тепловому
режиму
работы
фазного
провода
,
то
технология
DLR
может
обеспечить
дополнительный
прирост
мощности
,
необходимый
для
преодоления
этих
ограничений
за
короткое
время
после
внедрения
самой
технологии
(
за
каких
-
то
шесть
месяцев
),
а
также
гибкость
,
необходимую
при
переносе
оборудования
на
другое
место
в
зависимости
от
потребностей
системы
,
при
необходимости
изменений
и
при
минимальной
под
-
готовке
оперативного
персонала
и
минимальной
его
за
-
грузке
.
С
учётом
успеха
проекта
SGDP Oncor
установила
в
Западном
Техасе
вторую
систему
с
целью
удовлетво
-
рения
потребностей
,
которые
возникли
после
получе
-
ния
гранта
Министерства
энергетики
(DOE).
Отбросив
предположения
для
наблюдений
,
сеть
улучшается
так
,
что
заставило
бы
улыбнуться
самого
Эйнштейна
.
Признательность
Информация
для
данной
статьи
является
кульми
-
нацией
совместного
проекта
компании
Oncor
и
DOE
по
программе
SGDP.
Проделанная
работа
и
статья
—
это
результат
совместных
усилий
Рона
Стелмака
(Ron
Stelmak),
Роба
Мора
(Rob Mohr)
и
Сэнди
Айвалиотиса
(Sandy Aivaliotis)
из
компании
Nexans;
Гари
Регсдейла
(Gary Ragsdale),
Шона
Митчема
(Sean Mitchem),
Герар
-
да
Тревино
(Gerardo Trevino)
и
Джо
Лумися
(Joe Loomis)
из
Юго
-
западного
научно
-
исследовательского
институ
-
та
;
Нила
Хёрста
(Neal Hurst)
из
EDM International;
Сти
-
ва
Сайрекьуза
(Steve Syracuse)
из
Promethean Devices
и
Джастина
Джонсона
(Justin Johnson),
Кейла
Смита
(Cale Smith),
Эдди
Кларка
(Eddie Clark),
Майка
Джуриче
-
ка
(Mike Juricek)
и
Рауля
Эспехо
(Raul Espejo)
из
Oncor
Electric Delivery.
Тип
Гудвин
(Tip Goodwin,
tip.goodwin@oncor.
com) —
инженер
-
консультант
в
компании
Oncor Electric
Delivery,
в
настоящее
время
работает
в
группе
стан
-
дартов
передачи
электроэнергии
компании
Oncor.
Имеет
большой
стаж
работы
в
области
передачи
и
распределения
электроэнергии
,
проработав
на
таких
крупных
энергопредприятиях
,
как
Pennsylvania Power
& Light, Entergy
и
Oncor. 16
лет
проработал
в
качестве
консультанта
в
компании
GAI Consultants and PBS&J,
а
также
в
сфере
НИОКР
в
компаниях
EPRI Sverdrup
Technology.
Гудвин
является
членом
общества
IEEE
Power & Energy,
возглавлял
и
работал
в
рабочих
груп
-
пах
IEEE
и
технических
комитетах
по
опорам
и
прово
-
дам
линий
электропередачи
.
Член
Комитета
СИГРЭ
B2
WG 06
по
надёжности
,
технический
советник
комитета
IEC TC11.
Компании
,
упомянутые
в
статье
:
Department of Energy | http://energy.gov
Oncor Electric Delivery | www.oncor.com
РЕЙТИНГ
Линий электропередачи
Оригинал статьи: Oncor прочит популярность методу динамической оценки пропускной способности линий электропередачи
Оценка параметров линии электропередачи в динамическом режиме обеспечивает более высокую эффективность за счёт устранения ограничений, которые налагают статические данные.
