76
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
76
С
м
а
р
т
Г
р
и
д
Смарт Г
р
и
д
Р
азвитие
электроэнерге
-
тики
в
направлении
соз
-
дания
«
умных
сетей
»
яв
-
ляется
стратегическим
направлением
деятельности
большинства
электросетевых
компаний
в
мире
.
Обоснован
-
ность
выбора
такой
стратегии
не
вызывает
сомнений
,
но
поста
-
новка
и
решение
тактических
задач
ещё
находятся
в
стадии
активного
осмысления
экс
-
пертным
сообществом
.
Однако
можно
выделить
четыре
основ
-
ные
задачи
(
рис
. 1),
скоорди
-
нированное
решение
которых
,
на
наш
взгляд
,
определяет
на
-
правление
и
темпы
научно
-
технического
прогресса
в
обла
-
сти
электроэнергетики
:
•
развитие
мотивационных
механизмов
для
производи
-
телей
оборудования
,
потреби
-
телей
электроэнергии
и
энер
-
гокомпаний
по
разработке
и
использованию
новых
энер
-
гоэффективных
технологий
и
методов
организации
труда
;
•
создание
новых
материалов
,
технологий
и
оборудования
с
принципиально
новыми
(
про
-
рывными
)
техническими
ха
-
рактеристиками
;
•
разработка
систем
диспет
-
черско
-
технологического
и
автоматического
управления
,
обеспечивающих
устойчивую
работу
энергосистем
в
новых
условиях
;
•
формирование
законодатель
-
ной
и
нормативно
-
техничес
-
кой
базы
для
регулирования
всех
вышеназванных
задач
с
целью
обеспечения
техно
-
логической
целостности
и
си
-
стемной
надёжности
энерго
-
систем
.
Для
устойчивого
развития
«
умных
сетей
»
одинаково
важна
каждая
из
указанных
выше
задач
,
но
в
рамках
данной
статьи
мы
крат
-
ко
остановится
только
на
одной
из
них
—
оперативно
-
диспетчерском
управлении
электрическими
сетя
-
ми
нового
поколения
.
Тактическая
задача
автомати
-
зированных
систем
диспетчерс
-
ко
-
технологического
управления
(
АСД
T
У
) «
умными
сетями
»
заклю
-
чается
в
обеспечении
устойчи
-
вой
работы
энергосистемы
,
по
-
строенной
на
новой
технической
базе
и
регулируемой
новыми
экономическими
отношениями
между
её
субъектами
.
Что
это
означает
на
практике
?
Начнём
с
того
,
что
предста
-
вим
«
умную
сеть
»
как
объект
управления
.
Исходя
из
склады
-
вающейся
практики
развития
Smart Grid
в
различных
странах
мира
,
основными
отличительны
-
ми
чертами
«
умной
сети
»
станут
:
•
производство
значительной
доли
(
до
50—60%)
потреб
-
ляемой
электроэнергии
на
объектах
малой
(
до
100
МВт
)
и
возобновляемой
энергети
-
ки
,
присоединённых
к
сетям
среднего
и
низкого
напряже
-
ния
.
Графики
нагрузки
этих
генерирующих
мощностей
не
будут
поддаваться
долго
-
срочному
централизованно
-
му
планированию
,
поскольку
зависят
от
погодных
условий
,
особенностей
технологиче
-
ского
процесса
собственника
генерирующих
мощностей
,
текущей
стоимости
электро
-
энергии
на
рынке
и
других
факторов
;
•
готовность
промышленных
и
бытовых
потребителей
уча
-
ствовать
в
регулировании
энергетических
балансов
за
счёт
ограничения
или
оптими
-
зации
собственного
графика
потребления
.
Для
этого
будут
Развитие Smart Grid – новый вызов
для автоматизированных систем
управления электрическими сетями
Андрей БЕРЕЗИН, к.т.н.,
первый заместитель генерального директора
OOO «ПСИ», Москва, Россия
Вольфганг ФИШЕР,
управляющий
директор PSIenergie-EE
(Автоматизированные
системы управления
в электроэнергетике),
Ашаффенбург, Германия
77
№ 5 (14), сентябрь-октябрь, 2012
77
Мотивация
Регулирование
Технологии
Управление
Умная
сеть
Smart
Grid
использоваться
«
ценовые
сиг
-
налы
»
рынка
электроэнергии
и
умные
программные
«
агенты
»,
встроенные
в
бытовые
прибо
-
ры
,
технологические
установки
,
системы
накопления
электроэ
-
нергии
и
пр
.
Очевидно
,
что
коли
-
чество
таких
саморегулируемых
потребителей
может
составить
десятки
миллионов
на
одну
опе
-
рационную
зону
,
а
объёмы
регу
-
лируемых
резервов
мощности
—
не
менее
20%
от
суммарного
пикового
потребления
энергоси
-
стемы
;
•
насыщение
электрических
сетей
новыми
технологиями
:
цифро
-
вые
подстанции
,
развитые
систе
-
мы
автоматики
,
средства
мони
-
торинга
, «
гибкие
»
линии
(FACTS)
и
пр
. —
которые
позволят
обе
-
спечить
ситуационно
ориентиро
-
ванное
и
удалённое
управление
топологией
и
характеристиками
пропускной
способности
линий
электропередачи
практически
в
режиме
реального
времени
.
Заметим
,
что
все
без
исключе
-
ния
элементы
управления
(
объекты
,
субъекты
,
методы
управления
)
зна
-
чительно
расширят
вариативность
(
адаптивность
)
своего
«
поведения
»,
а
это
в
свою
очередь
многократно
усложнит
задачу
управления
энерго
-
системой
как
на
уровне
локальной
автоматики
(
РЗА
),
так
и
на
уровне
централизованных
АСДТУ
.
Образно
говоря
, «
умные
сети
»
постепенно
сместят
фокус
управления
энерго
-
системами
из
режима
off-line
в
on-
line.
Следствием
этого
будут
новые
требования
,
с
которыми
придётся
столкнуться
разработчикам
систем
управления
«
умными
сетями
»
в
бли
-
жайшее
время
.
Некоторые
из
них
можно
с
уверенностью
сформули
-
ровать
уже
сегодня
:
•
адаптируемость
сети
к
текущим
и
прогнозным
балансам
элек
-
троэнергии
и
мощности
в
доста
-
точно
широком
диапазоне
ве
-
личин
,
что
означает
управление
устойчивостью
энергосистемы
практически
в
режиме
on-line
на
основе
данных
оперативных
прогнозов
погоды
,
рыночной
конъюнктуры
,
состава
систем
-
ных
услуг
субъектов
рынка
,
се
-
тевых
и
системных
ограничений
и
пр
.;
•
максимально
возможное
ис
-
пользование
мощностей
объ
-
ектов
малой
и
возобновляемой
энергетики
,
что
потребует
гибко
-
го
регулирования
параметров
пропускной
способности
сети
,
её
топологии
,
а
также
обеспечения
баланса
реактивной
мощности
в
системе
(
как
известно
,
некото
-
рые
источники
возобновляемой
энергии
не
способны
поставлять
реактивную
мощность
)
опять
же
в
режиме
on-line;
•
возможность
активного
исполь
-
зования
функций
«
интеллекту
-
ального
»
мониторинга
(
включая
WAMS)
и
удалённого
управления
значительно
большим
,
по
срав
-
нению
с
сегодняшней
практикой
,
разнообразием
типов
объектов
управления
,
а
также
огромным
их
количеством
—
сотни
тысяч
и
миллионы
субъектов
мониторин
-
га
и
управления
для
одной
опера
-
ционной
зоны
;
•
появление
в
сетях
накопителей
электроэнергии
большой
мощно
-
сти
,
что
в
корне
меняет
сложив
-
шуюся
десятилетиями
практику
управления
энергетикой
«
сколько
выработали
—
столько
и
потребили
в
любой
момент
времени
».
К
это
-
му
стоит
добавить
и
ещё
один
«
пе
-
реломный
»
момент
—
сети
низкого
и
среднего
напряжения
могут
об
-
ладать
положительным
балансом
мощности
и
потребовать
контроля
реверсной
передачи
электриче
-
ской
мощности
в
сети
более
высо
-
ких
уровней
напряжения
;
•
интенсивный
«
горизонтальный
»
и
«
вертикальный
» on-line
инфор
-
мационный
обмен
между
смеж
-
ными
Центрами
управления
;
Рис
. 1.
Движущие
силы
развития
«
умных
сетей
»
78
СЕТИ РОССИИ
•
функционально
насыщенное
противоаварийное
управление
на
уровне
объектовой
автомати
-
ки
с
возможностью
изменения
уставок
и
направления
действий
РЗА
из
Центров
управления
;
•
обеспечение
высоких
стандар
-
тов
качества
электроэнергии
,
без
которых
невозможно
на
-
дёжное
функционирование
циф
-
ровых
приборов
современной
экономики
;
•
соблюдение
жёстких
правил
и
норм
информационной
безопас
-
ности
.
Очевидно
,
что
оперативно
-
дис
-
петчерское
управление
«
умными
сетями
»
будет
находится
на
гра
-
нице
или
за
пределами
челове
-
ческих
возможностей
,
поэтому
перспективным
представляется
развитие
систем
управления
в
на
-
правлении
создания
«
интеллекту
-
альных
агентов
»,
формирующих
многоуровневую
распределённую
систему
управления
энергосисте
-
мой
в
реальном
времени
.
Именно
такой
подход
выбран
в
качестве
стратегического
и
в
России
,
на
-
пример
в
рамках
разработанной
под
руководством
ОАО
«
ФСК
ЕЭС
»
«
Концепции
интеллектуальной
электроэнергетической
системы
России
с
активно
-
адаптивной
се
-
тью
».
Однако
можно
предположить
,
что
основной
зоной
«
приложения
сил
»
такой
мультиагентской
систе
-
мы
управления
станут
сети
низкого
и
среднего
напряжения
,
в
которых
ожидается
лавинообразное
нарас
-
тание
количества
новых
элементов
Smart Grid.
Эти
элементы
скорее
всего
будут
объединяться
в
мини
-
кластеры
(
микрогрид
),
энергети
-
ческие
балансы
в
которых
будут
управляться
локаль
-
ными
агентами
,
на
-
пример
на
базе
уже
появившихся
на
рын
-
ке
технологий
μ
EMS
и
smart-RTU.
АСДТУ
,
находящиеся
на
бо
-
лее
высоких
уровнях
иерархии
диспетчер
-
ского
управления
,
в
какой
-
то
степени
сохранят
существую
-
щую
структуру
и
ло
-
гику
работы
,
хотя
и
обретут
множество
новых
функций
управ
-
ления
,
прогнозирова
-
ния
,
противоаварийного
управле
-
ния
и
пр
.
Предполагаем
,
что
в
этой
связи
российским
электроэнергетикам
был
бы
весьма
интересен
опыт
Гер
-
мании
,
являющейся
сегодня
одной
из
самых
передовых
стран
мира
в
области
развития
«
умной
энергети
-
ки
».
Как
известно
,
законодательство
Германии
уже
несколько
лет
актив
-
но
стимулирует
развитие
альтерна
-
тивной
энергетики
,
а
недавно
ещё
и
приняло
ускоренный
план
отказа
от
использования
атомной
энергии
.
В
результате
уже
порядка
40%
уста
-
новленной
мощности
энергосистем
в
Германии
приходится
на
возоб
-
новляемые
источники
электроэнер
-
гии
(
ВИЭ
),
в
основном
связанные
с
ветро
-
и
солнечной
генерацией
.
При
этом
бытовые
и
промышлен
-
ные
потребители
всё
активнее
включаются
в
процесс
регулирова
-
ния
собственного
потребления
в
рамках
набирающего
обороты
роз
-
ничного
рынка
системных
услуг
.
Как
следствие
,
немецкие
операторы
магистральных
и
распределитель
-
ных
электрических
сетей
(TSO/DSO)
сегодня
de-facto
поставлены
в
жёст
-
кие
условия
работы
с
реальным
прототипом
«
умных
сетей
»
будуще
-
го
!
Традиционные
системы
класса
SCADA/DMS/EMS
уже
не
справля
-
ются
с
задачами
управления
таки
-
ми
сетями
,
поэтому
немецкие
TSO/
DSO
крайне
заинтересованы
в
по
-
явлении
новых
интеллектуальных
функций
управления
,
помогающих
им
обеспечивать
надежность
рабо
-
ты
энергосистемы
в
условиях
неста
-
бильного
баланса
электроэнергии
и
мощности
.
В
качестве
примера
можно
при
-
вести
завершившийся
в
начале
2012
года
проект
модернизации
АСДТУ
на
базе
системы
PSIcontrol
в
компании
TenneT,
которая
обеспе
-
чивает
эксплуатацию
,
текущее
об
-
служивание
и
ремонт
,
а
также
раз
-
витие
передающей
электрической
сети
напряжением
220/380
кВ
.
Общая
длина
линий
электропередач
сверхвысокого
напряжения
ком
-
пании
составляет
около
10700
км
.
Они
протянулись
от
границ
Дании
до
Альп
на
площади
около
140000
км
2
,
что
соответствует
болеечем
40%
территории
Германии
(
рис
. 2).
Приводим
неполный
перечень
новых
функций
,
который
оказал
-
ся
востребованным
оперативно
-
диспетчерским
персоналом
TenneT:
•
мониторинг
(
на
базе
более
чем
120
тыс
.
сигналов
телемеха
-
79
№ 5 (14), сентябрь-октябрь, 2012
ники
)
и
управление
(
пред
)
ава
-
рийными
ситуациями
,
включая
контроль
устойчивости
электри
-
ческой
сети
и
on-line
управле
-
ние
передачей
электроэнергии
со
смежными
передающими
сетями
;
•
управление
резервом
мощно
-
сти
вторичного
регулирования
частоты
и
межсистемная
коор
-
динация
управляющих
воздей
-
ствий
между
электрическими
сетями
всех
четырёх
TSO
Герма
-
нии
с
учётом
текущей
рыночной
модели
системных
услуг
;
•
расчёт
прогнозных
вариантов
от
-
казов
оборудования
и
своевре
-
менное
выявление
критических
сетевых
нарушений
.
Исходными
данными
служат
планы
выработ
-
ки
электроэнергии
,
прогнозы
по
-
годы
и
нагрузки
,
а
также
балан
-
сы
по
границам
раздела
сетей
и
запланированные
отключения
в
пределах
собственной
операци
-
онной
зоны
.
Прогнозы
наруше
-
ний
формируются
со
скважно
-
стью
15
минут
на
текущие
сутки
и
1
час
на
сутки
(DACF)
и
двое
суток
(D-2CF)
вперёд
.
Расчёт
(
ре
-
зерва
)
пропускной
способности
сети
в
режиме
on-line
позволя
-
ет
определить
для
прогнозного
режима
возможность
увеличе
-
ния
обмена
мощностями
между
двумя
соседними
регионами
до
наступления
системных
ограни
-
чений
;
• «
интеллектуальный
советчик
»
диспетчера
—
система
в
режиме
моделирования
—
вырабатыва
-
ет
рекомендации
по
коррекции
выявленных
сетевых
ограниче
-
ний
(
узких
мест
).
Рекомендации
включают
в
себя
мероприятия
по
оптимизации
потокораспре
-
деления
,
редиспетчингу
графи
-
ков
генерации
ВИЭ
в
собствен
-
ной
операционной
зоне
,
а
также
мероприятия
по
изменению
то
-
пологии
сети
;
•
регулирование
уровней
на
-
пряжения
в
сети
.
В
рамках
реализации
данной
функции
результаты
традиционного
для
DMS/EMS
расчёта
оптималь
-
ного
потокораспределения
передаются
в
виде
набора
уста
-
вок
модулям
управления
РПН
(
авто
)
трансформаторов
для
со
-
кращения
потерь
в
сети
.
Посколь
-
ку
в
системе
осуществляется
управление
более
чем
350
ус
-
тройствами
РПН
,
возможна
це
-
ленаправленная
параметриза
-
ция
как
отдельных
устройств
,
так
и
целых
сетевых
групп
.
Для
наглядности
визуализации
ис
-
пользуются
Кивиат
-
диаграммы
по
заданным
сетевым
группам
;
•
динамическое
эквивалентиро
-
вание
и
«
привязка
»
схем
заме
-
щений
соседних
электрических
сетей
к
собственной
расчётной
схеме
сети
(
порядка
2000
уз
-
лов
).
Данная
функция
в
опера
-
тивном
режиме
осуществляет
обработку
почасовых
наборов
прогнозных
данных
на
сутки
вперёд
по
сетям
смежных
субъ
-
ектов
.
В
случае
сбоя
передачи
данных
по
той
или
иной
зоне
ответственности
смежных
субъ
-
ектов
возможно
динамическое
эквивалентирование
сетей
соот
-
ветствующей
зоны
.
•
функция
«
динамического
рей
-
тинга
» —
мониторинг
воздушных
линий
электропередачи
с
учётом
почасового
прогноза
погоды
(
температура
,
скорость
ветра
)
и
нагрузки
и
соответствующая
(
динамическая
)
коррекция
до
-
пустимых
токовых
пределов
как
в
оперативном
режиме
,
так
и
в
режиме
моделирования
про
-
гнозных
режимов
.
Данный
пример
показателен
в
двух
аспектах
.
Во
-
первых
,
вид
-
на
обозначенная
выше
тенден
-
ция
развития
систем
АСДТУ
в
на
-
правлении
«
адаптивного
» on-line
управления
электрическими
сетя
-
ми
,
базирующегося
на
сложном
расчётно
-
аналитическом
аппарате
прогнозирования
балансов
и
кон
-
троля
устойчивости
сети
.
Во
-
вторых
,
проиллюстрирован
результат
со
-
вместного
решения
четырёх
такти
-
ческих
задач
развития
электроэнер
-
гетики
,
о
которых
мы
говорили
в
начале
статьи
.
Национальное
зако
-
нодательство
сформировало
усло
-
вия
для
развития
и
внедрения
новых
технологий
генерации
электроэнер
-
гии
(
на
базе
ВИЭ
).
Новая
генерация
стимулировала
развитие
новых
тех
-
нологий
диспетчерского
управления
,
которые
«
научились
»
управлять
устой
-
чивостью
сети
при
наличии
большой
доли
нестабильной
генерации
,
тем
самым
сняв
ограничения
для
широ
-
кого
применения
ВИЭ
.
Наработан
-
ный
опыт
оформлен
в
виде
соответ
-
ствующей
нормативно
-
технической
базы
и
пригоден
для
широкого
рас
-
пространения
.
В
результате
электро
-
энергетика
в
целом
приобрела
ещё
одно
качество
«
умной
сети
».
Рис
. 2.
Диспетчерский
Центр
компании
TenneT,
Германия
Рис
. 2.
Диспетчерский
Центр
компании
TenneT,
Германия
Оригинал статьи: Развитие Smart Grid — новый вызов для автоматизированных систем управления электрическими сетями
Развитие электроэнергетики в направлении создания «умных сетей» является стратегическим направлением деятельности большинства электросетевых компаний в мире. Обоснованность выбора такой стратегии не вызывает сомнений, но постановка и решение тактических задач ещё находятся в стадии активного осмысления экспертным сообществом.