Перспективные тенденции развития распределительных сетей

Page 1
background image

Page 2
background image

Владислав

 

САМОЙЛЕНКО

,

к

.

т

.

н

., 

доцент

 

кафедры

 

АЭС

 

УралЭНИН

 

ФГАОУ

 

ВО

 «

УрФУ

 

им

Б

.

Н

Ельцина

»

Никита

 

МУХЛЫНИН

,

к

.

т

.

н

., 

ведущий

 

инже

 

нер

 

кафедры

 

АЭС

 

УралЭНИН

 

ФГАОУ

 

ВО

 «

УрФУ

 

им

Б

.

Н

Ельцина

»

Перспективные

 

тенденции

 

развития

 

распределительных

 

сетей

В

 

статье

 

представлен

 

обзор

 

ключевых

 

тенденций

 

и

 

влияю

-

щих

 

факторов

 

в

 

области

 

развития

 

распределительных

 

сетей

 

и

 

систем

Выполнен

 

анализ

 

эффективных

 

перспективных

 

то

-

пологий

 

построения

 

сети

Рассматриваются

 

основы

 

концеп

-

ции

 

модульного

 

конструирования

 

энергообъектов

Выпол

-

нен

 

краткий

 

обзор

 

требуемой

 

коррекции

 

нормативной

 

базы

 

для

 

эффективного

 

функционирования

 

перспективных

 

рас

-

пределительных

 

сетей

.

Р

аспределительные

 

сети

 (

РС

и

 

присущие

 

им

 

технологии

 

являются

 

наиболее

 

дина

-

мично

 

развивающейся

 

областью

 

электроэнергетики

 [1]. 

С

 1950-

х

 

годов

 XX 

века

 

раз

-

витие

 

электроэнергетики

 

шло

 

по

 

пути

 

укрупнения

 

и

 

централизации

что

 

было

 

вы

-

звано

 

количественными

 

преимуществами

получаемыми

 

ввиду

 

наличия

 «

эффекта

 

масштаба

» 

в

 

технических

 

системах

 [2]. 

Роль

 

РС

 

в

 

ней

 

сводилась

 

к

 

необходимости

 

полноцен

-

ного

 

охвата

 

обслуживаемой

 

территории

 

при

 

передаче

 

электроэнергии

 

и

 

ее

 

распределении

 

по

 

принципу

 «

сверху

 

вниз

» 

с

 

использованием

 

наиболее

 

простых

 

и

 

надежных

 

схем

В

 

начале

 

XXI 

века

 

непрерывное

 

совершенствование

 

оборудования

технологий

материалов

 

создают

 

возможность

 

изменения

 

самих

 

подходов

 

к

 

построению

 

РС

 [3], 

а

 

изменение

 

принципов

 

орга

-

низации

 

питания

 

потребителей

 

приводят

 

к

 

необходимости

 

такового

 

изменения

На

 

пути

 

превращения

 

из

 

простых

 

РС

 

в

 

активно

-

адаптивные

 

распределительные

 

си

-

стемы

 

их

 

технике

 

и

 

технологиям

 

необходимо

 

сделать

 

немало

 

шагов

 

в

 

своем

 

развитии

В

 

связи

 

с

 

этим

 

становится

 

важным

 

комплексное

 

знание

 

об

 

основных

 

тенденциях

 

в

 

области

 

совершенствования

 

РС

которые

 

будут

 

оказывать

 

влияние

 

на

 

их

 

развитие

 

в

 

перспективе

 

различной

 

дальности

Ключевыми

 

факторами

влияющими

 

на

 

изменение

 

структуры

 

РС

являются

:

1) 

рост

 

плотности

 

нагрузок

обусловленный

 

увеличением

 

высотности

 

строительства

 

офисных

 

и

 

бытовых

 

зданий

 

и

 

сооружений

 (

с

 15 

до

 70 

МВт

/

км

2

), 

а

 

также

 

увеличением

 

соотношения

 

мощности

 

и

 

компактности

 

современных

 

производственных

 

систем

 (

с

 13 

до

 25 

МВт

/

км

2

);

2) 

необходимость

 

повышения

 

энергетической

 

эффективности

 

РС

 (

в

 

том

 

числе

снижение

 

технических

 

и

 

нетехнических

 

потерь

), 

улучшения

 

управляемости

 

и

 

электробезопас

-

ности

 

РС

;

3) 

повсеместное

 

применение

 

технологий

 

стандартизации

математической

 

формали

-

зации

 

и

 

алгоритмизации

 

производственных

 

процессов

 («

интернет

 

вещей

», «

про

-

мышленная

 

революция

 4.0» 

и

 

др

.), 

которые

 

в

 

электроэнергетических

 

системах

 

ввиду

 

традиционной

 

консервативности

 

отрасли

а

 

также

 

длительных

 

циклов

 

обновления

 

ос

-

новных

 

фондов

 

требуют

 

значительного

 

времени

 

на

 

внедрение

;

4) 

стремление

 

сетевых

 

компаний

 

снизить

 

издержки

 

на

 

эксплуатацию

снизить

 

длитель

-

ность

  (

как

 

следствие

стоимость

процедур

 

проектирования

 

РС

 

и

 

подготовки

 

техниче

-

Андрей

 

ПАЗДЕРИН

,

д

.

т

.

н

., 

профессор

заведующий

 

кафедрой

 

АЭС

 

УралЭНИН

ФГАОУ

 

ВО

 «

УрФУ

 

им

Б

.

Н

Ельцина

»

6

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 1(12), 

март

 2019

Развитие

 

сетей


Page 3
background image

ских

 

условий

 

на

 

технологическое

 

присоединение

свести

 

такие

 

процедуры

 

к

 

как

 

можно

 

большему

 

количеству

 

типовых

 

случаев

уменьшить

 

трудозатраты

 

на

 

них

.

Далее

 

в

 

статье

 

рассмотрены

 

ключевые

 

тенденции

 

с

 

точки

 

зрения

 

перехода

 

к

 

активно

-

адаптивным

 

распределительным

 

системам

.

ПЕРЕХОД

 

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

 

СЕТЕЙ

 

В

 

РАЗРЯД

 

СЕТЕЙ

С

 

ДВУСТОРОННИМ

 

ПИТАНИЕМ

 

И

 

СОПУТСТВУЮЩИЕ

 

ПЕРЕХОДУ

 

ТЕХНОЛОГИИ

Традиционно

 

РС

 

проектировались

 

и

 

эксплуатировались

 

как

 

радиальные

 

или

 

магистраль

-

ные

 

с

 

односторонним

 

питанием

Промежуточным

 

шагом

 

являлись

 

петлевые

 

схемы

 — 

суть

 

кольцевые

 

схемы

функционирующие

 

в

 

режиме

 

магистральных

В

 

настоящее

 

время

 

рас

-

пространение

 

получают

 

кольцевые

локально

-

кольцевые

 

и

 

сложнозамкнутые

 

РС

Это

 

об

-

условлено

 

различными

но

 

взаимосвязанными

 

между

 

собой

 

причинами

.

О

 

влиянии

 

малой

 

и

 

распределенной

 

генерации

 

на

 

структуру

 

и

 

свойства

 

электриче

-

ских

 

сетей

 

написано

 

множество

 

научных

 

публикаций

 [4]. 

Помимо

 

воздействия

 

на

 

балансы

 

мощности

 

и

 

энергии

распределенная

 

генерация

 

влияет

 

на

 

токи

 

короткого

 

замыкания

па

-

раметры

 

качества

 

электроэнергии

условия

 

электромагнитной

 

совместимости

 

и

 

электро

-

безопасности

Пересмотру

 

в

 

сети

 

при

 

ее

 

подключении

 

подлежат

 

коммутационное

 

обо

-

рудование

устройства

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автоматики

средства

 

учета

 

электроэнергии

 

и

 

средства

 

ограничения

 

перенапряжений

И

 

хотя

 

в

 

рамках

 

традиционной

 

модели

 

рынка

 

электроэнергии

 

распределенная

 

генерация

 

считается

 

конкурентом

 

РС

уменьшая

 

полез

-

ный

 

отпуск

 

из

 

сети

 

потребителю

 [5], 

следует

 

отметить

что

 

толчком

 

к

 

развитию

 

РС

 

в

 

обще

-

мировом

 

масштабе

 

послужило

 

именно

 

массовое

 

распространение

 

распределенной

 

гене

-

рации

 — 

прежде

 

всего

на

 

основе

 

возобновляемых

 

источников

 

энергии

а

 

также

 

на

 

основе

 

маломощных

 

эффективных

 

поршневых

 

и

 

газотурбинных

 

установок

В

 

ряде

 

стран

 

более

 

45% 

поступления

 

энергии

 

в

 

РС

 

производится

 

источниками

 

генерации

непосредственно

 

подключенными

 

к

 

таким

 

сетям

 [3].

Помимо

 

генерации

к

 

сетям

 

в

 

мире

 

подключено

 

около

 8000 

промышленных

 

накопи

-

телей

 

энергии

 

суммарной

 

установленной

 

мощностью

 

более

 200 

ГВт

 [3]. 

Только

 

самые

 

мощные

 

из

 

накопителей

 — 

наиболее

 

крупные

 

из

 

гидроаккумулирующих

 

станций

 — 

под

-

ключаются

 

к

 

магистральным

 

сетям

большая

 

часть

 

накопителей

 

энергии

 

присоединяется

 

к

 

РС

 

или

 

системам

 

электроснабжения

 

в

 

точке

 

их

 

разграничения

.

Вопросы

 

поддержания

 

параметров

 

качества

 

электроэнергии

 

в

 

РС

 

по

 

возможности

 

ре

-

шаются

 

путем

 

соответствующих

 

проектных

 

решений

 

в

 

отношении

 

самой

 

РС

а

 

далее

 — 

путем

 

привлечения

 

распределенной

 

генерации

 

и

 

накопителей

 

энергии

В

 

случае

 

неуспеха

 

двух

 

предыдущих

 

шагов

 

поддержание

 

параметров

 

качества

 

электроэнергии

 

обеспечива

-

ется

 

с

 

помощью

 

развитой

 

системы

 

фильтрокомпенсирующих

 

устройств

В

 

задачах

 

элек

-

трических

 

сетей

 

по

 

повышению

 

пропускной

 

способности

 

сети

 

они

 

также

 

выступают

 

как

 

гибкие

 

передачи

 

постоянного

 

тока

 FACTS. 

Следует

 

отметить

что

 

граница

 

между

 

нако

-

пителем

 

энергии

фильтрокомпенсирующим

 

устройством

 

и

 

устройством

 FACTS 

зачастую

 

весьма

 

условна

Так

например

устройство

 FACTS 

типа

 STATCOM 

по

 

сути

 

представляет

 

накопитель

 

энергии

 

на

 

основе

 

конденсаторов

 

с

 

инвертором

 

для

 

выдачи

 

мощности

 

на

 

сто

-

рону

 

переменного

 

тока

Объединенный

 

регулятор

 

перетока

 

мощности

используемый

 

для

 

сетевых

 

задач

по

 

принципу

 

работы

 

и

 

конструктивному

 

устройству

 

схож

 

с

 

динамическим

 

компенсатором

 

искажения

 

напряжения

 (

активным

 

кондиционером

 

гармоник

), 

используе

-

мым

 

для

 

задач

 

электроснабжения

Функционирование

 

всех

 

вышеперечисленных

 

устройств

 

приводит

 

к

 

появлению

 

участков

 

сетей

 

с

 

двусторонним

 

питанием

 

и

 

предъявляет

 

новые

 

требования

 

к

 

орга

-

низации

 

защит

 

и

 

автоматики

а

 

также

 

к

 

коммутационной

 

аппаратуре

При

 

этом

 

для

 

обеспечения

 

эффективности

 

и

 

надежности

 

сети

 

отсутствует

 

практический

 

смысл

 

со

-

хранения

 

петлевой

 

сети

 

в

 

разомкнутом

 

состоянии

как

 

это

 

принято

 

при

 

традиционной

 

практике

 

эксплуатации

Необходимость

 

выдачи

 

энергии

 

источника

 

или

 

накопителя

 

как

 

можно

 

большему

 

количеству

 

потребителей

 

для

 

максимизации

 

их

 

загрузки

а

 

также

 

Алексей

 

ЖУРАВЛЕВ

,

начальник

 

Службы

 

технической

 

политики

 

ОАО

 «

МРСК

 

Урала

»

7


Page 4
background image

резервирования

 

электроснабжения

 

группы

 

потребителей

 

накопителем

 

диктует

 

необходимость

 

размещения

 

таких

 

установок

 

в

 

узловых

 

точках

 

сети

что

 

повышает

 

эффек

-

тивность

 

использования

 

кольцевых

 

или

 

сложнозамкну

-

тых

 

сетей

Данное

 

утверждение

 

справедливо

 

в

 

отноше

-

нии

 

вновь

 

создаваемых

 

сетей

 

с

 

возможностью

 

выдачи

 

мощности

.

В

 

таких

 

условиях

 

в

 

России

 

начинают

 

появляться

 

широко

 

распространенные

 

за

 

рубежом

 

замкнутые

 

локально

-

коль

-

цевые

 

схемы

 

сети

 (

рисунок

 1

а

с

 

подключением

 

к

 

шине

 

или

 

секции

 

одного

 

центра

 

питания

 [6]. 

Помимо

 

структурной

 

надеж

-

ности

 

самой

 

сети

 

и

 

более

 

широких

 

возможностей

 

для

 

управ

-

ления

 

такие

 

схемы

 

не

 

требуют

 

ни

 

топологической

ни

 

режим

-

ной

 

наблюдаемости

 

питающей

 

сети

 

более

 

высокого

 

класса

 

напряжения

Однако

 

вопросы

касающиеся

 

резервирования

 

основного

 

источника

 

питания

 

в

 

замкнутых

 

локально

-

кольце

-

вых

 

сетях

остаются

 

актуальными

Это

 

основной

 

недостаток

 

подобных

 

схем

 

РС

.

Дальнейшим

 

развитием

 

замкнутых

 

электрических

 

схем

 

являются

 

сложнозамкнутые

 

кольцевые

  (

многоугольные

схемы

 

с

 

несколькими

 

источниками

 

питания

 (

рисунок

 1

б

), 

при

-

мером

 

которых

 

могут

 

служить

 

сети

 

с

 

сотовой

 

гексагональ

-

ной

 

структурой

 [7]. 

Такие

 

схемы

 

сети

 

схожи

 

с

 

известными

 

на

 

классах

 

напряжения

 500 

кВ

 

и

 

выше

 

схемами

 

распредели

-

тельных

 

устройств

 

в

 

виде

 

многоугольников

Достоинствами

 

многоугольных

 

схем

известными

 

из

 

теории

 

графов

являют

-

ся

 

устойчивость

 

к

 

внутренним

 

повреждениям

 

и

 

максимально

 

равномерное

 

распределение

 

потоков

 

мощности

 

по

 

питаю

-

щим

 

линиям

 

пропорционально

 

нагрузкам

 

и

 

обратно

 

пропор

-

ционально

 

электрическому

 

расстоянию

 

в

 

кольце

В

 

условиях

 

высочайшей

 

концентрации

 

нагрузок

генерации

 

и

 

накопите

-

лей

 

многоячейковая

 

сотовая

 

схема

 

обладает

 

уникальными

 

свойствами

 

по

 

выравниванию

 

нагрузочных

 

перетоков

 

мощ

-

ности

 

по

 

присоединенным

 

линиям

 

электропередачи

даже

 

при

 

условии

 

произвольного

 

подключения

 

в

 

многоугольную

 

сеть

 

нагрузок

 

и

 

генерации

Также

 

такие

 

схемы

 

предостав

-

ляют

 

больше

 

возможностей

 

по

 

гибкому

 

переконфигурирова

-

нию

 

распределительной

 

сети

обеспечению

 

работы

 

функций

 

автоматики

 

восстановления

 

электроснабжения

 

и

 

т

.

д

.

Основным

 

недостатком

 

рассмотренных

 

схем

 

является

 

выраженная

 

взаимозависимость

 

режимов

 

работы

 

распреде

-

лительной

 

сети

 

и

 

питающей

 

сети

 

более

 

высокого

 

класса

 

на

-

пряжения

Недостатком

 

также

 

традиционно

 

называют

 

сраба

-

тывания

 

нескольких

 

коммутационных

 

аппаратов

 

при

 

внешних

 

повреждениях

 (

в

 

случае

 

повреждения

 

на

 

фидере

 

или

 

генера

-

торе

), 

однако

 

для

 

ресурса

 

современных

 

вакуумных

 

выключа

-

телей

 6–35 

кВ

 

данное

 

ограничение

 

является

 

пассивным

Так

-

же

 

такие

 

сети

 

чувствительны

 

к

 

неоднородности

 

сети

 

внутри

 

кольца

 

R

/

 

X

i

 = 

var

 

и

 

ее

 

нагрузок

 

P

i

 / Q

i

 = 

var

что

 

ведет

 

к

 

воз

-

никновению

 

уравнительных

 

перетоков

 

реактивной

 

мощности

несколько

 

снижающих

 

пропускную

 

способность

 

сети

.

Постоянное

 

и

 

последовательное

 

усиление

 

сети

 

не

 

всег

-

да

 

возможно

 

и

 

целесообразно

 

с

 

точки

 

зрения

 

капиталовло

-

жений

Альтернативой

 

электрическому

 

рассредоточению

 

нагрузок

 

по

 

элементам

 

сети

выполняемому

 

с

 

помощью

 

локально

-

кольцевых

 

и

 

сложнозамкнутых

 

сетей

является

 

рассредоточение

 

нагрузок

 

во

 

времени

 

с

 

помощью

 

техно

-

логий

 

управления

 

потребительской

 

нагрузкой

 Demand-Side 

Management [8], 

обеспечивающих

 

выравнивание

 

графика

 

нагрузки

а

 

также

 

снижение

 

пиковой

 

нагрузки

 

за

 

счет

 

сни

-

жения

 

спроса

 

в

 

периоды

 

дорогой

 

электроэнергии

 Demand 

Responce [9]. 

Результат

 

применения

 

технологий

 

управления

 

спросом

 

для

 

различных

 

топологий

 

зависит

 

от

 

степени

 

одно

-

родности

 

сети

 

и

 

нагрузок

Радиальные

 

или

 

магистральные

 

сети

 

позволяют

 

управлять

 

загрузкой

 

отдельных

 

элементов

 

и

 

участков

 

сети

 

и

 

в

 

большей

 

степени

 

зависят

 

от

 

консолида

-

ции

 

типов

 

нагрузок

 

в

 

конкретных

 

узлах

кольцевые

 

и

 

слож

-

нозамкнутые

 

сети

 

всегда

 

равномерно

 

разгружают

 

прилега

-

ющую

 

сеть

 [10].

Полноценная

 

реализация

 

возможностей

 

подключенных

 

электроустановок

 

в

 

сети

 

со

 

сложной

 

топологией

 

требует

 

от

 

РС

 

применения

 

следующего

 

оборудования

 

и

 

технологий

:

1. 

Средства

 

онлайн

 

реконфигурации

 

сети

 — 

реклоузеры

 

и

 

секционирующие

 

пункты

 

с

 

автоматическим

 

управлени

-

ем

 [11] — 

функциональные

 

возможности

 

которых

 

удовлет

-

воряют

 

функциональным

 

запросам

 

РС

.

2. 

Компактные

 

цифровые

 

датчики

 

тока

 

и

 

напряжения

 — 

в

 

настоящее

 

время

 

представлены

 

как

собственно

дат

-

110 кВ

ЦП 110/10

АВР

замкнутое кольцо-1

замкнутое кольцо-2

АВР

СВ

вкл.

СВ

откл.

транзит

10 кВ

T

1

T

2

Рис

. 1. 

Варианты

 

замкнутых

 

электрических

 

схем

 

распределительных

 

сетей

а

локально

-

кольцевая

 

схема

 

сети

б

гексагональная

 

схема

б

)

а

)

8

Ежеквартальный

 

спецвыпуск

 

 1(12), 

март

 2019

Развитие

 

сетей


Page 5
background image

чиками

 

тока

 

и

 

напряжения

 

с

 

проводной

 

и

 

беспроводной

 

[12] 

передачей

 

данных

так

 

и

 

подвесными

 

комбиниро

-

ванными

 

оптическими

 

трансформаторами

 

тока

 

и

 

на

-

пряжения

 [13], 

что

 

позволяет

 

измерять

 

электрические

 

величины

 

в

 

любой

 

точке

 

сети

не

 

только

 

вблизи

 

распре

-

делительных

 

устройств

 

подстанций

.

3. 

В

 

качестве

 

полноценных

 

измерителей

 

электрических

 

величин

 

и

 

многофункциональных

 

устройств

 

измере

-

ния

 

и

 

защиты

 

могут

 

выступать

 

современные

 

счетчики

 

электроэнергии

 [14]. 

Информационно

-

измерительные

 

системы

 

сетей

 

напряжением

 

от

 6 

кВ

 

до

 20 

кВ

 

можно

 

вы

-

делить

 

в

 

особую

 

группу

Их

 

основные

 

отличия

 

от

 

подоб

-

ных

 

систем

 

сетей

 

более

 

высоких

 

классов

 

напряжения

 

заключаются

 

в

 

использовании

 

более

 

простых

 

и

 

дешевых

 

информационно

-

измерительных

 

систем

основанных

 

на

 

счетчиках

 

электрической

 

энергии

являющихся

 

универ

-

сальными

 

трехфазными

 

измерительными

 

устройствами

способными

 

работать

в

 

том

 

числе

и

 

как

 

датчики

 

теле

-

метрии

.

4. 

Единообразие

 

структурно

-

функционального

 

описания

 

всех

 

устройств

 

и

 

систем

 

в

 

РС

 

для

 

их

 

взаимной

 

увязки

Здесь

 

видится

 

потенциал

 

применения

 

стандарта

 

циф

-

ровой

 

подстанции

 

МЭК

 61850 [15]. 

Кроме

 

того

с

 

приме

-

нением

 

стандарта

 

эффективна

 

как

 

реализация

 

функций

 

контроля

 

и

 

защиты

 

целой

 

области

 

РС

 (WAMPAC), 

так

 

и

 

создание

 

бюджетного

 

решения

 — 

единого

 

контролле

-

ра

 

для

 

всех

 

присоединений

 

одной

 (

К

)

ТП

 6–35 

кВ

.

5. 

Организации

 

эффективной

 

высокоскоростной

 

связи

 

меж

-

ду

 

различными

 

устройствами

 

способствует

 

удешевление

 

волоконно

-

оптических

 

линий

 

связи

 (

ВОЛС

в

 

среднем

 

на

 

4,2%/

год

 [16], 

а

 

также

 

распространение

 

устойчивого

 

по

-

крытия

 

сетей

 

мобильной

 

связи

 3.5G/4G/5G, 

которые

 

при

 

условии

 

решения

 

вопросов

 

информационной

 

безопасно

-

сти

 

публичной

 

инфраструктуры

 

успешно

 

могут

 

применять

-

ся

 

в

 

качестве

 

бюджетной

 

альтернативы

 

ВОЛС

.

Следует

 

отметить

что

 

в

 2018 

году

 

в

 

ПАО

 «

Россети

» 

про

-

тяженность

 

ВОЛС

 

составляет

 

около

 30 

тыс

км

 (1,3% 

про

-

тяженности

 

всех

 

ВЛ

 

компании

при

 

плане

 

в

 20 

тыс

км

. [17]. 

Значительную

 

роль

 

должен

 

сыграть

 

федеральный

 

проект

 

«

Устранение

 

цифрового

 

неравенства

», 

в

 

рамках

 

которо

-

го

 

совместно

 

с

 

операторами

 

связи

 

общая

 

протяженность

 

ВОЛС

 

в

 

РС

 

в

 

перспективе

 5 

лет

 

может

 

составить

 262 

тыс

км

 

(11,2% 

протяженности

 

ВЛ

 

ПАО

 «

Россети

») [18].

В

 

случае

когда

 

сохраняется

 

радиальная

магистраль

-

ная

 (

петлевая

или

 

кольцевая

 

схема

 

питающей

 

сети

особое

 

значение

 

приобретает

 

пропускная

 

способность

 

единичных

 

элементов

 

РС

Применяемых

 

в

 

настоящее

 

время

 

кабель

-

ных

 

линий

 

с

 

алюминиевой

 

токоведущей

 

частью

 

сечением

 

150–400 

мм

2

 

по

 

опыту

 

зарубежных

 

стран

 

недостаточно

 

при

 

наличии

 

источников

 

генерации

 

и

 

накопителей

 

в

 

сети

 [3]. 

Уве

-

личение

 

пропускной

 

способности

 

сетей

 

поддерживается

 

по

-

степенным

 

внедрением

 

кабельных

 

линий

 

больших

 

сечений

 

[19]. 

При

 

сечении

 

медной

 

токоведущей

 

части

 800–2000 

мм

2

 

максимальные

 

токи

 

до

 5 

раз

 

больше

а

 

падение

 

напряже

-

ния

 

на

 

линии

 

до

 10 

раз

 

меньше

 

по

 

сравнению

 

с

 

традици

-

онными

 

кабельными

 

линиями

Однако

 

возникают

 

вопросы

 

коммутации

 

в

 

РС

 

с

 

малым

 

электрическим

 

сопротивлением

 

и

вдобавок

с

 

источниками

 

токов

 

короткого

 

замыкания

 

с

 

до

-

лей

 

апериодической

 

составляющей

 

выше

 30%, 

на

 

которую

 

рассчитываются

 

типовые

 

вакуумные

 

выключатели

 6–110 

кВ

Требуется

 

или

 

применение

 

дорогостоящих

 

генераторных

 

выключателей

или

 

загрубление

 

сетевых

 

защит

 

прилегаю

-

щих

 

элементов

 

сети

 

по

 

времени

Альтернативой

 

дорогим

 

вакуумным

 

генераторным

 

выключателям

 

или

 

мощным

 

эле

-

газовым

 

выключателям

 

могут

 

стать

 

перспективные

 

угле

-

кислотные

 

выключатели

 [20], 

разрабатываемые

 

с

 

учетом

 

требований

 

времени

 

и

 

специфики

 

распредсетей

 

и

 

хорошо

 

коммутирующие

 

постоянный

 

ток

при

 

этом

 

более

 

дешевые

 

по

 

сравнению

 

с

 

выключателями

 

других

 

типов

.

Для

 

снижения

 

капиталоемкости

 

и

 

длительности

 

процес

-

са

 

технического

 

перевооружения

 

сети

 

внимание

 

необходимо

 

уделять

 

новым

 

методикам

 

проектирования

 

РС

Исторически

 

РС

 

и

 

системы

 

электроснабжения

 

проектировались

 

в

 

рас

-

чете

 

на

 

максимальную

 

нагрузку

от

 

которой

 

их

 

пропускная

 

способность

 

отстраивалась

 

с

 

некоторым

 

запасом

Такая

 

ме

-

тодика

в

 

зарубежной

 

литературе

 

называемая

 Fit-and-Forget, 

позволяла

 

устранить

 

необходимость

 

контроля

 

текущих

 

ре

-

жимов

 

РС

 

и

 

избежать

 

их

 

диспетчеризации

С

 

ростом

 

мощ

-

ностей

 

в

 

РС

появлением

 

новых

 

типов

 

генерации

нагрузок

 

и

 

накопителей

а

 

также

 

с

 

началом

 

применения

 

сложно

-

замкнутой

 

структуры

 

возникает

 

множество

 

комбинаций

 

за

-

грузки

 

элементов

 

РС

 

и

 

электрических

 

режимов

Заложение

 

многократных

 

запасов

 

пропускной

 

способности

 

и

 

резервных

 

элементов

 

сети

 

для

 

самой

 

тяжелой

но

 

крайне

 

маловероят

-

ной

 

комбинации

 

по

 

принципу

 Fit-and-Forget 

в

 

таких

 

условиях

 

крайне

 

неэкономично

В

 

связи

 

с

 

этим

 

распространение

 

полу

-

чает

 

вероятностный

 

расчет

 

балансов

 

и

 

режимов

 

в

 

РС

при

 

котором

например

вероятность

 

выполнения

 

баланса

 

мощ

-

ности

 

в

 

узле

 

i

 

или

 

вероятность

 

значения

 

модуля

 

напряжения

 

в

 

узле

 

i

или

 

вероятность

 

перетока

 

по

 

линии

 

i

-

должна

 

быть

 

не

 

менее

 

чем

 95% 

или

 99%, 

в

 

зависимости

 

от

 

выбранного

 

инженерного

 

критерия

 [21]. 

Контроль

 

балансов

 

и

 

режимов

 

требует

 

или

 

диспетчериза

-

ции

 

РС

что

 

требовало

 

бы

 

изменения

 

организационной

 

модели

 

управления

 

в

 

энергетике

 

РФ

или

 

отстройки

 

от

 

рассматривае

-

мых

 

условий

 

на

 

этапе

 

проектирования

 

и

 

точечный

 

контроль

 

за

 

локальными

 

участками

 

РС

 

средствами

 

автоматизированного

 

или

 

полностью

 

автоматического

 

управления

Решение

 

этой

 

задачи

 

устройствами

 

управления

 

процессом

 

электроснабже

-

ния

установленными

 

на

 

участках

 

сети

 

и

 

осуществляющими

 

контроль

 

режима

 

сети

 

и

 

взаимодействие

 

с

 

их

 

активными

 

эле

-

ментами

невозможно

 

без

 

реализации

 

в

 

устройстве

 

функций

 

оценивания

 

состояния

 

и

 

оптимизации

 

с

 

возможностью

 

учета

 

разумного

 

компромисса

 

при

 

использовании

 

нескольких

 

крите

-

риев

 

оптимизации

Ввиду

 

большой

 

протяженности

 

и

 

развет

-

вленности

 

РС

 

такой

 

подход

 

позволяет

 

значительно

 

повысить

 

9


Page 6
background image

наблюдаемость

 

и

 

управляемость

 

РС

 

и

 

не

 

требует

 

создания

 

дополнительных

 

традиционных

 

диспетчерских

 

центров

.

Сбор

 

исходных

 

данных

 

для

 

рассмотренных

 

выше

 

рас

-

четов

 

для

 

достижения

 

высокой

 

вероятности

 (

низкой

 

погреш

-

ности

должен

 

выполняться

 

с

 

применением

 

технологий

 Big 

Data Analysis. 

Сегодня

 

не

 

вся

 

информация

собираемая

 

или

 

доступная

 

для

 

сбора

 

информационно

-

измерительными

 

комплексами

установленными

 

в

 

сетях

 

и

 

на

 

энергообъектах

используется

 

на

 

месте

 

или

 

передается

 

в

 

информационные

 

системы

 

верхнего

 

уровня

Часть

 

из

 

этой

 

информации

 

филь

-

труется

 

и

 

усредняется

а

 

также

 

хранится

 

в

 

архивах

пред

-

ставляя

 

огромные

 

возможности

 

для

 

ее

 

обработки

 

средства

-

ми

 Big Data Analysis. 

Примером

 

использования

 

технологий

 

обработки

 

больших

 

массивов

 

данных

 

является

 

возможность

 

прогнозирования

 

нагрузок

выработки

 

электрической

 

энер

-

гии

 

генерирующими

 

установками

в

 

том

 

числе

 

и

 

возобнов

-

ляемыми

 

источниками

 

энергии

С

 

их

 

помощью

 

создается

 

развернутый

  «

сетевой

 

портрет

» 

потребителя

  (

накопителя

генератора

), 

включающий

 

графики

 

его

 

мощности

 

и

 

электро

-

потребления

их

 

зависимость

 

от

 

внешних

 

условий

влияние

 

на

 

параметры

 

качества

 

электроэнергии

 

и

 

режимы

 

в

 

сети

Кроме

 

того

на

 

основе

 Big Data Analysis 

должны

 

выполнять

-

ся

 

выбор

 

текущей

 

оптимальной

 

схемы

 

сети

диагностика

 

сетевого

 

оборудования

 

и

 

управление

 

основными

 

фондами

 

электросетевого

 

предприятия

 [22].

Все

 

это

 

ведет

 

за

 

собой

 

необходимость

 

внедрения

 

интел

-

лектуальных

 

информационно

-

измерительных

 

комплексов

 

по

 

обеспечению

 

совместной

 

информационной

 

наблюдаемо

-

сти

 

сетей

 

различных

 

классов

 

напряжения

 

и

 

развитию

 

в

 

них

 

систем

 

оперативно

-

технологического

 

управления

основан

-

ных

 

на

 

автоматизированных

а

 

в

 

перспективе

 

и

 

автоматиче

-

ских

 

устройствах

значительно

 

уменьшающих

 

долю

 

участия

 

человека

Для

 

возможности

 

одновременного

 

использова

-

ния

 

данных

 

с

 

различных

 

информационно

-

измерительных

 

систем

системы

 

сбора

 

и

 

передачи

 

информации

 

должны

 

обладать

 

возможностью

 

комбинации

 

функций

 

систем

 

уче

-

та

 

электроэнергии

 

и

 

телемеханики

передачи

 

трехфазных

 

и

 

однолинейных

 

измерений

а

 

также

 

их

 

совместное

 

или

 

раздельное

 

использование

 

для

 

решения

 

задач

 

мониторин

-

га

управления

верификации

 

и

 

т

.

д

Основа

 

для

 

этого

 

уже

 

заложена

В

 

настоящее

 

время

 

в

 

РС

 

оснащено

 

информаци

-

онно

-

измерительными

 

комплексами

 

и

 

телемеханизировано

 

на

 

классах

 

напряжения

: 110 

кВ

 — 

более

 85% 

подстанций

35 

кВ

 — 

более

 65%, 20 

кВ

 — 

практически

 100%. 

Проблемны

-

ми

 

остаются

 

сети

 6(10) 

кВ

где

 

доля

 

составляет

 

от

 5 

до

 15%, 

и

 

только

 

среди

 

важных

 

распределительных

 

пунктов

 [23, 24].

Все

 

вышерассмотренное

 

оборудование

технологии

 

и

 

методики

 

доступны

 

уже

 

в

 

ближайшей

 

перспективе

По

-

добные

 

решения

 

эффективны

 

и

 

зачастую

 

необходимы

 

для

 

построения

 

базовых

 

активно

-

адаптивных

 

сетей

одна

-

ко

 

не

 

всегда

 

достаточны

 

для

 

построения

 

микросетей

 

типа

 

Microgrids. 

Некоторые

 

специальные

 

решения

 

для

 

таких

 

РС

 

рассматриваются