Розумні електричні мережі. Публікації. Контроль активної та реактивної потужності

Smart Grid – це назва глобальної технології розвитку електроенергетичної системи на рівні як планети, окремих країн та міст, так і окремих споживачів. електричної енергії. Термін і сама технологія народилися і на даний моментнабули найбільшого поширення у США, проте вже можна впевнено констатувати міжнародне визнання цієї стратегії на планетарному рівні.

Формально термін Smart Grid був уперше оформлений у 2007 році у законодавчому акті про енергетичну незалежність та безпеку США. Так було названо технологію модернізації національної електроенергетичної системи з метою захисту, контролю та оптимізації енергоспоживання всіх елементів та учасників мережі.

Передумовою розвитку Smart Grid є загальна планетарна стратегія зниження енергоспоживання, а також забезпечення найважливіших споживачів мегаполісів якісним і безперебійним електропостачанням.

Поштовхом для розвитку технологій у США можна назвати глобальні перебої з електропостачанням найбільших міст США у 90-х роках, так звані енергетичні «блекаути», коли кілька мегаполісів США залишилися без електричної енергії. Після обстеження стану електроенергетичної системи влада США дійшли висновку, що принципова схемауправління енергомережами загалом мало змінилося з її створення на початку ХХ століття. Нинішній президент США Обама назвав Smart Grid ключовим чинником підвищення енергоефективності та безпеки американської економіки.

Технологічною передумовою розвитку Smart Grid, безумовно, стали проривні досягнення інформаційних, комп'ютерних технологій, можливості локальних та глобальних комунікаційних мереж, у тому числі Інтернету.

За рівнем розвитку Smart Grid у 2012 році перебуває на етапі переходу від розробки принципової концепції, проектування до створення національних та міжнародних стандартів, реалізації окремих пілотних та ряду промислових проектів. Поки що йдеться про найрозвиненіші індустріальні країни.

Поява та розвиток концепції Smart Grid є зрозумілим та природним етапом еволюції електроенергетичної системи, обумовленим з одного боку явними потребами та проблемами поточного електричного енергоринку, а з іншого боку технологічним прогресом, насамперед у галузі комп'ютерних, інформаційних технологій.

Сучасний стан

Діючу електро енергетичну системубез Smart Grid можна охарактеризувати як пасивний і централізований, особливо в частині останнього ланцюжка - від розподільчих мереж до споживачів. Саме в цій частині ланцюжка постачання електроенергії технологія Smart Grid найбільш суттєво змінює принципи функціонування, пропонуючи нові принципи активної та децентралізованої взаємодії.

Для розуміння основних принципів поточної системи стосовно принципів функціонування Smart Grid, про які йтиметься нижче, розглянемо приклад окремої будівлі як кінцевого споживача.

На даний момент будинок з погляду взаємодії з розподільчою мережею (110/10/0,4 кВ) є практично повністю пасивним елементом (вплив на якість параметрів електромережі залишимо осторонь, тому що вони суттєво не впливають на основний параметр – споживану потужність ). Це в першу чергу стосується впливу будівлі як споживача в реальному масштабі часу (тобто в масштабі поточного місяця, дня, години, секунди тощо) на електроенергію, що генерується і розподіляється мережею. Будівля ніяк не може впливати ні на обсяги електричної потужності, ні на виділені ресурси мережі інфраструктури (наприклад, елементи розподільних, трансформаторних підстанцій). Більше того, самі розподільчі мережі в більшості випадків не мають повною інформацієюпро електроспоживання будівлі у реальному масштабі часу. Реалізація АСКОЕ у цьому контексті досі є скоріше винятком і використовується виключно з метою комерційного обліку електроенергії постфактум у межах щомісячного інтервалу.

Комерційна складова взаємодії, у свою чергу, цілком залежить від вищезазначеної технологічної частини, також виглядає пасивною та односпрямованою. Мережі у вигляді енергозбутових організацій дізнаються про будинки та їх потреби тільки в моменти щомісячних комерційних взаєморозрахунків, за винятком договірних відомостей, що оновлюються не частіше одного разу на рік. Будинки (вірніше, споживачі у будинках) платять за фіксованими, централізованими тарифами, що поширюються на цілі райони, міста. Тарифи для кінцевих споживачів змінюються централізовано-організаційними процедурами за участю держави на тривалих інтервалах часу. ніякий зворотнього зв'язкуз погляду інформації про стан енергоспоживання в будівлі, можливості взаємодії, тим більше в режимі реального часу, у будівлі з мережами та тим більше централізованими виробниками енергії на даний момент немає.

Тепер уявіть собі загальну картину, в якій великі виробники електроенергії генерують і постачають електроенергію в обсязі, в режимах та за вартістю (!), що практично не залежать від реального стану споживача в масштабі реального часу. Таким чином, між попитом та пропозицією відсутній оперативний зв'язок. З точки зору надійності функціонування такої мережі в умовах дефіциту потужності та високих вимог з боку споживача така схема є вразливою, оскільки не може оперативно виявляти проблеми та реагувати на них на рівні споживачів.

Давайте тепер подумаємо про кінцевих споживачів не тільки як про окремі будівлі, а й як про великі підприємства, райони, міста! Особливо це важливо для найбільших мегаполісів з централізованою схемою електропостачання, коли єдині параметри енергопостачання стосуються великої кількості різноманітних споживачів і враховують їх індивідуальні характеристики.

Важливо, що поточна схема з погляду енергопостачання є повністю односпрямованою, тобто. споживач тільки отримує електричну енергію. Останнім часом розвиваються схеми з акумуляторами та розподільниками енергії, що дозволяють накопичувати, трансформувати та розподіляти електричну енергію між мережами та споживачами. На відміну від поточної схеми Smart Grid знає про такі елементи і вміє керувати ними. Таким чином, Smart Grid є комплексною технологією, що стосується принципів не тільки взаємодії учасників та пристроїв, але й розподілу самої електричної енергії.

Описана пасивно-централізована схема цілком влаштовувала всіх до певного моменту за умов дешевої електроенергії, невичерпних можливостей як генераторів енергії, і розподільчих мереж. Однак часи змінилися. Зростання мегаполісів, збільшення вартості електроенергії, вимог до якості електроенергії, витрат на розвиток генеруючої та розподільчої інфраструктури, збільшення ризику зовнішніх загроз (тероризм, катаклізми) явно призводить до зміни стратегії розвитку енергоринку.

Технологія Smart Grid характеризується декількома інноваційними властивостями, що відповідають новим потребам ринку, серед яких можна виділити:

1. Активна двонаправлена ​​схема взаємодії у реальному масштабі часу інформаційного обміну всіма між елементами та учасниками мережі, від генераторів енергії до кінцевих пристроїв електроспоживачів.
2. Охоплення всього технологічного ланцюжка електроенергетичної системи, від енерговиробників (як центральних, АЕС, ТЕЦ, ГЕС, так і автономних ДГУ, сонячних індивідуальних генераторів, накопичувачів енергії), електророзподільних мереж та кінцевих споживачів.
3. Для забезпечення інформаційного обміну даними Smart Grid передбачено використання цифрових комунікаційних мереж та інтерфейсів обміну даними. Однією з найважливіших цілей Smart Grid є забезпечення практично безперервного керованого балансу між попитом та пропозицією електричної енергії. Для цього елементи мережі повинні постійно обмінюватися між собою інформацією про параметри електричної енергії, режими споживання та генерації, кількість споживаної енергії та плановане споживання, комерційну інформацію.
4. Smart Grid вміє ефективно захищатися та відновлюватися від великих збоїв, природних катаклізмів, зовнішніх загроз.
5. Сприяє оптимальній експлуатації інфраструктури електроенергетичної системи.
6. З погляду загальної економіки Smart Grid сприяє появі нових ринків, гравців та послуг.
7. Завдяки сучасним технологіям Smart Grid може застосовуватися як у масштабах будівель, підприємств, так і для звичайних домашніх електричних пристроїв, наприклад, холодильника або пральної машини. Відповідно, всі пристрої, що входять до складу Smart Grid, мають бути оснащені технічними засобами, які здійснюють інформаційну взаємодію.

Основні переваги Smart Grid

Надійність та якість електропостачання

Smart Grid запобігає масовим відключенням, забезпечує постачання чистої електроенергії.

Безпека

Smart Grid постійно контролює всі елементи мережі з погляду безпеки їхнього функціонування.

Тут можна згадати як про недавні проблеми з енергопостачанням в Московській області в зимовий час, у зв'язку з погодними умовами та зледенінням ліній електропередач, так і про проблеми в Москві спекотного літа у зв'язку з пожежами на високовольтних підстанціях.

Енергоефективність

Зниження споживання електричної енергії. Оптимальне споживання призводить до зниження потреб у генеруючих потужностях.

Екологія та охорона навколишнього середовища

Найголовніший ефект досягається за рахунок зниження кількості та потужностей генеруючих елементів мережі. Це веде, наприклад, до зниження викиду в атмосферу.

Фінансові переваги

Зниження операційних витрат. Споживачі мають точну інформацію щодо вартості та можуть оптимізувати свої витрати на електричну енергію. Бізнес, у свою чергу, може оптимально планувати та формувати витрати на експлуатацію та розвиток генерації та розподільчих мереж.

Зазначені переваги стосуються всіх учасників, від кінцевих споживачів та енергопостачальників до всього суспільства загалом.

Перспективи застосування

Продовжимо наш приклад із будинком, тепер уже з урахуванням перспективи застосування Smart Grid.

Сучасна будівля, оснащена пристроєм зв'язку з комунікаційною мережею Smart Grid, може автоматично вибрати режим роботи найбільш енерговитратного обладнання (освітлення, кондиціювання та приводна вентиляція) протягом тижня, з точністю до години, з урахуванням оптимального комерційного тарифу (і потреб орендарів), інформація про якому була доставлена ​​з місцевої енергозбутової компанії також цифровою мережею. Відповідно, енергозбутова компанія, маючи поточні дані про плановане енергоспоживання окремих будівель, може оптимально налаштувати свої потужності, в т.ч., наприклад, використовуючи акумулятори елеткроенергії та активні розподільні пристрої, закупити необхідну електроенергію у мережевого постачальника за оптимальними тарифами. Весь ланцюжок постійно обмінюється інформацією, яка активно використовується керуючими елементами для забезпечення збалансованого графіка споживання/генерації та безпечної трансформації та передачі електроенергії.

Початковий генеруючий елемент ланцюга (наприклад, міська ТЕЦ) замість постійної генерації максимальної кількості електричної енергії видає оптимальну потужність відповідно до реального балансу потужності/споживання електроенергетичної системи в даний момент часу.

Для конкретизації наведемо приклад з життя сучасного мегаполісу. Сучасні комерційні будівлі, складні інфраструктурні об'єктивимушено оснащуються великою кількістю систем гарантованого та безперебійного електропостачання (ДГУ, ДБЖ), оскільки робочі системи централізованого міського електропостачання не можуть гарантувати якісніше постачання складної інженерної та комп'ютерної інфраструктури таких об'єктів. Витрати на виробництво, реалізацію та експлуатацію таких спеціальних систем електропостачання є дуже суттєвими. Застосування Smart Grid дозволило б не лише скоротити такі витрати, а й в окремих випадках уникнути їх повністю.

Звичайно, завдання переходу до технологій Smart Grid має бути довгостроковою стратегією, що ініціюється і підтримується на рівні держави. Перехід до такої інноваційної технології ставить найсерйозніші вимоги як до технічної модернізації основних елементів інфраструктури, так і до зміни правил роботи всього ринку. Основним драйвером такого переходу має бути державна стратегія підвищення енергоефективності та безпеки електроенергетичної системи країни загалом.

У Росії поки можна відзначити початковий етап ознайомлення та формування перших організаційних ініціатив щодо Smart Grid, а також випробування окремих технічних рішень. Поки не буде вироблено реальної державної стратегії щодо енергоефективності, про розвиток технологій Smart Grid говорити ще зарано. Необхідно також враховувати гігантську довжину електророзподільних мереж у нашій країні та недостатньо розвинену інфраструктуру. Однак перші ініціативи у цій галузі у нас уже з'являються.

Державна компанія ВАТ «Системний оператор Єдиної енергетичної системи», відповідальна за контроль та управління електророзподільними мережами, активно розглядає Smart Grid та окремі елементи цієї технології щодо застосування в РФ і вже реалізує окремі пілотні технічні проекти.

Як бачиться, нам необхідно уважно знайомитися з досвідом провідних країн світу, які вже активно пробують Smart Grid, і робити правильні висновки з урахуванням нашої вічної російської специфіки.

Проблеми та рішення

• Робота відновлюваних джерел енергії (вітер і сонце) обумовлена ​​швидше погодними та кліматичними умовами, ніж потребами користувачів, що робить управління та розподілення електроенергії ще більш складним. Як наслідок, зачіпається стабільність мереж у частині напруги та частоти.
• Проблеми виникають і у теплових електростанцій, які мають працювати з максимальним повним навантаженням. Проте, враховуючи зміни попиту та вироблення електроенергії від сонця та вітру, станції повинні регулювати виробництво енергії досить часто. Це призводить до втрат продуктивності та зносу.
• Акумулювання електроенергії може вирішити обидві проблеми.
• Серед різних доступних технологій для зберігання електроенергії, акумуляторна (гальванічна) батарея набула найбільшого поширення.
• Однак акумулятор - це джерело постійного струмутому для його підключення до мережі необхідний перетворювач.
• Ansaldo Sistemi Industriali виробляє силове обладнання та відповідні системи керування, необхідні для регулювання акумуляторів електроенергії та гарантії відповідності параметрів із національною мережею.

Акумулятори електроенергії – частина проекту ASI під назвою Zeus

ZEUS: Локальні інтелектуальні мережі

Локальні інтелектуальні мережі (Micro Smart Grid) є електросистемою пов'язаних генераторів і навантажень. Інтелектуальна електрична мережа може бути невеликою мережею, яка обслуговує певну територію і не приєднана до інших мереж (напр. острів).
Локальна мережа контролюється інтелектуальною інфраструктурою (напр., Система управління електроенергією), яка управляє енергопотоками.

Power Management System (PMS) або Система керування електроенергією регулює в режимі реального часу вироблення та споживання електроенергії.

Інтелектуальна електрична мережа (Smart Grid) поділяється на кластери, як правило, за територіальним принципом Кожен кластер може працювати в автономному режимі, якщо зовнішня мережа не працює.

Локальні інтелектуальні мережі

Рішення для зберігання електроенергії

Основні характеристики акумулятора

Система зберігання електроенергії може брати енергію з мережі, коли спостерігається надлишок її вироблення, і навпаки, видавати електроенергію пропорційно
потребам, якщо спостерігається дефіцит. Тимчасова межа заряджання/розряджання може тривати секунди, хвилини або години. Тому система може працювати по-різному:

• Зняття піків навантаження / тимчасова маніпуляція: система може зберігати енергію, коли навантаження мережі мала, і видавати електроенергію під час піків навантаження. Стандартне застосування: сонячна енергетика, вітрові станціїзбільшення продуктивності.
• Балансування: компенсація довільного виробництва енергії від сонця/вітру щомиті/щохвилинно. Якість електроенергії: система може здійснювати контроль за реактивною потужністю, незалежно від активної потужності. Завдяки цьому зростає лінійний коефіцієнт потужності або зменшуються небажані гармоніки в мережі.
• Регулювання напруги: пристрій регулювання реактивної потужності може застосовуватися оператором мережі для забезпечення стабільності лінійної напруги.
• Регулювання частоти, первинний та вторинний резерви: спеціально виділена функція керування з'єднує активну потужність з лінійною частотою автоматично. Оператор мережі може використовувати цю функцію для забезпечення роботи обладнання в режимі резервування для регулювання частоти.
• Холодний запуск: система може також забезпечувати аварійний запуск із повністю знеструмленого стану. Акумулятор через інвертор живить мережу після перебою електропостачання і дозволяє тим самим мережі працювати в нормальному режимі.
• Первинний резерв для традиційних електростанцій: обладнання працює паралельно з головним теплогенератором, забезпечуючи їх повне завантаження, оскільки необхідний резерв може бути наданий акумулятором протягом однієї хвилини.

Рішення для акумулятора

Акумулятор з'єднаний з мережею інвертором з активним фільтром; дане рішення використовується у сонячних та вітряних електростанціях. Заряджання/розрядження групи акумуляторів контролюється DC/DC перетворювачем.

Система базується на рішенні PMS, власність Ansaldo Sistemi Industriali:

DC/DC перетворювач

Заряджання/розрядження групи акумуляторів контролюється окремими DC/DC перетворювачами, кожен з яких працює з групою акумуляторів
відповідно до схеми (В/I) напруги - струму, наданого виробником акумуляторів. Кожна група акумуляторів має BMS (система управління
акумулятором). BMS з'єднана із системою Scada Artics Smat Energy компанії. Стандартні криві акумулятора наведені нижче:

Система може взаємодіяти з різними типами акумуляторів: літій-іонні, натрієві та інші. Використання окремого DC/DC контролера для кожної групи акумуляторів дозволяє краще керувати системою в оперативному режимі і досягти більш високої ефективності.
Кожна група акумуляторів може бути заряджена та розряджена за допомогою окремої логіки керування з метою оптимізувати роботу акумулятора. Різниця в роботі серед різних видівакумуляторів через неминучі відхилення може бути компенсована. Кожен DC/DC перетворювач пов'язаний з внутрішньою шиною постійного струму перетворювача з активним фільтром. Стандартна внутрішня схема DC працює в діапазоні напруги 0,6 -1 кВ, залежно від розмірів і потужності системи зберігання. Рішення Ansaldo Sistemi Industriali передбачає резервування групи акумуляторів (напр. Кожна група працюватиме незалежно від роботи інших груп акумуляторів).

Інвертор з активним фільтром

	Інтерфейс із мережею забезпечується за рахунок зв'язку інвертора з активним фільтром з окремою системою управління, що дозволяє окремо регулювати активну та реактивну потужність. Спеціальний лінійний фільтр чистить високочастотні гармоніки, не пропускаючи їх у мережу.
	Напруга фільтрується інвертором для видалення гармонік. Повний коефіцієнт гармонійних спотворень - у межах допустимих значень (Напр., не більше 2%).

Контроль активної та реактивної потужності

Окремі функції для контролю активної та реактивної
потужності

A): Ця функція прив'язує активну потужність до частоти мережі B): Коефіцієнт потужності як функція активної потужності. C): Реактивна потужність як функція напруги мережі.

Здатність підтримувати безперервність
електропостачання при збоях (приклад)

Первинне та вторинне регулювання частоти. Регулює реактивну потужність для стабілізації напруги в мережі. Автоматична паралельна робота у слабких мережах, запитаних від невеликих дизель-електричних груп.

Інвертор з активним фільтром для слабких мереж

Можливості системи при короткому замиканні, щоб захисні розподільні пристрої встигли включитися.

МОДУЛЬНИЙ ІНВЕРТОР: мощність 20 - 1000 кВт

ІНВЕРТОР У КОНТЕЙНЕРІ: 500-750-1000-1500 кВт станції

Рішення для зберігання електроенергії

Система акумулятора в автономному режимі

Акумулятори у паралельному з'єднанні на одній шині постійного струму. Сонячна електростанція

КОМУНІКАЦІЯ: інвертор – станція – зовнішня мережа

Валогенератор

Валогенератор - це спеціальний синхронний генератор, що приводиться в рух валом головної силової установки; обертається на постійних оборотах. Зв'язок генератора та мережі забезпечується за рахунок інвертора з активним фільтром. Система використовується під час навігації як економії палива.

Мережа судна також живиться від дизель-електричного генератора.
Мережа характеризується малою встановленою потужністю і може бути розглянута як локальна мережа, що регулюється системою управління електроенергією (PMS). Валогенератор повинен забезпечувати живлення мережі в автономному або паралельному режимі з іншими дизельними групами. Повинні бути забезпечені такі параметри:

Інвертор здатний забезпечити первинне регулювання у частині частоти та напруги. Можливо також забезпечити повторне регулювання за допомогою точок, заданих PMS.

ЗМІШАНА ГЕНЕРАЦІЯ: ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОТ І СОНЯЧНА

ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ ДЛЯ ВІДДАЛЕНИХ ТЕРИТОРІЙ

У віддалених регіонах мережі можуть бути ізольовані від основних ліній електропередач. Такі мережі, зазвичай, працюють у автономному «острівному» режимі і живляться від генераторів різного типу, зокрема. від дизель-електричних. Розвиток відновлюваних джерел енергії сприяє розвитку систем, здатних працювати на традиційних чи екологічно чистих видах палива.

Новими драйверами стають високі ефективність та енергозбереження. Приклад: проект віддаленої насосної станції, де дизель генератори працюють паралельно із сонячними. Система включає одну станцію для генерації енергії за допомогою дизельних установок. Паралельно застосовується генерація від сонячних панелей. Сонячна установка виробляє електроенергію і пускає її в мережу з допомогою інвертора з активним фільтром. Таке рішення дозволяє заощаджувати енергію та скоротити викиди вуглекислого газу, т.к. у денний годинник пріоритет розподілу надається енергії, отриманої від поновлюваних джерел енергії.

ЗМІШАНА ГЕНЕРАЦІЯ: ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНА І ПРИЛИВНА ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ

ГІДРАВЛІЧНІ ГЕНЕРАТОРИ (МАЛІ ГЕС)

СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ТА АКУМУЛЯЦІЯ

Сонячні установки, потужний діапазон 1 - 10 МВт год

ЗБЕРІГАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ ДЛЯ ЛІНІЙ ПЕРЕДАЧ І РОЗПОДІЛУ

Зберігання електроенергії діапазоні від кількох МВт до десятків МВт. Тип батареї: натрієво-нікелеві та літій-іонні.
Функціональність:

• Первинне та вторинне регулювання частоти
• Реактивна потужність: ємнісний/індуктивний режим
• Можливість тимчасового зсуву
• Обмеження пікового навантаження

ВИСНОВКИ

ASI може поставити необхідне технологічне обладнання, інтегрувати його в систему, здійснювати управління переважно енергетичного ланцюжка.
Багатий досвід ASI в альтернативній енергетиці та у створенні стійких енергетичних рішень гарантує:

• Розробку та впровадження гнучких та ефективних технологічних рішень.
• Швидке повернення інвестицій.
• Комплексний підхід.
• Легку інтеграцію з автоматизацією будівлі та бездротовими рішеннями для моніторингу.

Вже близько 15 років у світовій та приблизно 8 років у вітчизняній енергетиці триває дискусія про впровадження та розвиток концепцій Smart Grid та Цифрова підстанція. Участь у цілій низці форумів та дискусій, присвячених цій тематиці, особисті контакти з фахівцями електромережевого комплексу, власний досвід розробки та впровадження силового електроустаткування змушують мене насторожено ставитися до цієї модної теми. У мене складається відчуття, що все, що зараз робиться у цій сфері, нагадує секту.

Є кілька тез, сумніви в яких є «табу» і виключені з суспільної дискусії:

1. Smart Grid – це принципово новий підхід побудови електроенергетики загалом та електромережевого комплексу зокрема.
2. Smart Grid – це цілеспрямована політика великих гравців енергоринку, спрямовану підвищення ефективності використання ресурсів.
3. Технології Smart Grid та Цифрової підстанції призведуть до помітного зниження витрат на будівництво та експлуатацію електромережевих об'єктів.
4. Впровадження «розумних мереж» та «цифрових підстанцій» забезпечить різке підвищення ефективності використання відновлюваних джерел електроенергії та покращить екологію.
5. Технології Smart Grid та Цифрової підстанції – це енергетика завтрашнього дня, яка створюється вже сьогодні.

Це далеко не повний перелік тем, але в рамках цієї статті ми ними обмежимося.

Отже, за пунктами:

1. Що такого принципово нового у побудові електроенергетики пропонують апологети «розумних мереж»?Накладення на існуючу систему виробництва, передачі та споживання електроенергії ще однієї системи – інформаційної. Цей принцип описувався у нашому дитинстві таким анекдотом: що буде, якщо схрестити вужака з їжаком? Ага, півтора метри колючого дроту. Принципова новизна системи має на увазі появу НОВИХ, які раніше були відсутні якостей і функцій. В цьому сенсі, сучасні технології«smart grid» та «цифрової підстанції» просто змінюють виконавця у низці технологічних операцій. Замість тітки з блокнотом показання лічильника знімає електронну систему комунікації, замість електромагнітного реле використовується мікроелектронне тощо. Впровадження нових систем та технологій не є революційним – воно має звичайний еволюційний характер. І, з погляду теорії розвитку технічних системМи зараз маємо справу з «завершальним етапом розвитку», який характеризується великою кількістю незначних поліпшень існуючої системи. Це пов'язано не з розвитком як таким, а з тим, що за десятиліття утворилося велика кількістьрізних підприємств та структур, які мають виправдовувати своє існування. Т. е., на початковому етапі розвитку електромережевого комплексу вони працювали на його розвиток, а зараз - на свій.
2. Єдиним, по-справжньому зацікавленим у просуванні технологій «smart grid» та «цифрової підстанції» гравцем, я бачу виробників електрообладнання (і, конкретніше, виробників цифрових пристроїв та засобів комунікації). Більшість декларацій про високу ефективність та інші чудові властивості цих виробів мають суто маркетинговий характер і не підтверджуються скільки-небудь серйозними кількісними дослідженнями. Напевно, вони є і просто вміло приховані від мого погляду. Резони виробників зрозумілі та благородні – вони створюють нові вироби та намагаються сформувати ринки для їхнього сталого збуту. Які стосунки ці резони мають до декларацій щодо створення нової енергетики – я не розумію.
3. Одним із аргументів виробників обладнання для «цифрових підстанцій» та «smart grid» є заява про те, що застосування нових технологій призведе до скорочення вартості будівництва нових електромережевих об'єктів. Реального підтвердження цієї тези я не зустрічав ніде. А ось що зустрічав, то це деяка лукавство, коли для демонстрації економічної ефективності витрат на цифрове обладнання виносять за дужки вартісного підрахунку багато додаткових систем. Наприклад: під час будівництва цифрових підстанцій вдається суттєво заощадити вартості контрольних кабелів. При цьому за дужки виноситься вартість організації системи гарантованого оперативного харчування, витрати на організацію та забезпечення функціонування самої шини процесу, витрати на навчання персоналу та підтримку ПЗ. Адже ні для кого не секрет, що електронні пристрої як швидко розвиваються, так само швидко і старіють. І знімаються із виробництва. І позбавляються підтримки виробників. Жоден чесний виробник електроніки не декларує без застережень життєвий цикл своїх виробів хоча б у 20 років, я вже не говорю про 30-40 роки. А саме стільки зазвичай слугує силове обладнання. Це призводить до загального скорочення періодів між реконструкціями. Що добре для виробників, але навряд чи веде до зниження вартості володіння об'єктом. Та й взагалі, де ви бачили виробника, який каже: «я зробив такий чудовий пристрій, який коштує дешевше, а купувати його треба рідше»?!!
4. Прогнозоване різке підвищення ефективності теж вселяє довіри.І ось чому. Сучасні цифрові системи дозволяють збирати величезний обсяг інформації. Що подається як безумовне благо. Але це не факт. Обсяг інформації не дуже корелюється з керованістю. Те, що ми зараз володіємо терабайтами даних про різні аспекти економічної та соціальної діяльності, не робить наше суспільство більш розумним та керованим. Так само і з мережами. Спочатку ми створюємо систему збору даних, потім – систему зберігання даних. А потім систему сортування та фільтрації даних. Тому що реально нам потрібний 1% від отриманого. Крім того, існує дуже помітна відмінність у ментальності між розробниками механічних системта розробниками електроніки та програмного забезпечення. Цю різницю дуже точно ілюструє один із законів Мерфі: «якби будівельники будували вдома так, як програмісти пишуть програми, то перший дятел, що залетів, зруйнував би цивілізацію» (Другий закон Вайнберга). Це жарт, так. Але в ній дуже велика частка правди. А ми говоримо про електромережі, які мають функціонувати протягом десятиліть без системних збоїв та віялових відключень. У будь-яких географічних та кліматичних зонах. Крім того, хотілося б торкнутися ще одного аспекту. Тред на виключення людини з контуру оперативного управління системою, що намітився вже понад 15 років тому. Ця блакитна мрія фантастів поки що не досяжна, але вже позначилася на кваліфікації персоналу та принципах навчання. Образно кажучи, ми прагнемо ситуації, яка описана в старому радянському анекдоті про політ Білки та Стрілки: «Чукча, собак нагодував? Дивись, прилади НЕ чіпай!». Про екологічний ефект просто замінимо для ясності. Або треба міняти цивілізацію. Наша ж цивілізація завжди вибирала між екологією та комфортом – комфорт.
5. То що таке технології Smart Grid?Вони залишають більше запитань, ніж відповідей. Вони не формалізовані і часто різноспрямовані. Їх частіше використовують як пароль. Ще п'ять років тому такими словами-паролями були «нанотехнології» та «інновації». Мало хто з тих, хто застосовував ці слова, реально уявляв, про що вони. У кращому разі, підтягував свої рішення під визначення з «Вікіпедії», перейнявшись лише формальною відповідністю. Звичайно, наші дроти нанотехнологічні – вони ж складаються з атомів (якщо уважно придивитися). Більшість дискусій на тему «smart grid» упирається в жонглювання смислами. І з цієї причини беззмістовно. Це – майбутнє нашої енергетики? Крім того, ця концепція народжена на заході та впроваджується у нашу систему «як є», без творчого та критичного осмислення. Я не «західофоб», хоч це зараз і модно. Але бездумна відмова від вітчизняного, майже вікового досвіду … дивує.

Резюмуючи все сказане вище, хочу запропонувати своє бачення теми «smart grid» і «цифрова підстанція»

1. Ці терміни є маркетинговою фішкою для позначення класу продуктів та технологій модернізації електромережевого комплексу із застосуванням сучасних IT-рішень.
2. Електромережевий комплекс як у нашій, так і в більшості інших країн підходить до завершення свого життєвого циклу та перебуває на порозі глобального оновлення. Оскільки сьогодні не запропоновано жодних принципово нових способів виробництва та передачі електроенергії, новий цикл розвитку глобальної енергетики не має можливості в процесі оновлення зробити якісний принциповий стрибок. Запуск дискусії та розробок у галузі «smart grid» та «цифрової підстанції» був спробою створити цей принциповий якісний стрибок штучно. Успішність цієї спроби – питання дискусійне. Але задум красивий: закинемо ідею, і хай народ сам вигадає, що з нею робити.
3. Як і належить, навколо базової – дуже не дурної – ідеї наросло безліч спекуляцій та відвертого сміття. Але цей побічний ефект– річ цілком очікувана та нормальна. Ніколи нові технології не народжувалися у всій повноті та опрацьованості відразу. Єдине, що хотілося б бачити від людей, які ухвалюють рішення в нашій енергетиці, це виважену та активну позицію. Не тільки виробники обладнання повинні писати, як буде розвиватися енергосистема на 50-річному горизонті планування. Це завдання енергосистем: сформулювати генеральну концепцію та забезпечити платоспроможний попит продукції.
4. Ідея «smart grid» і «цифрової підстанції» не має чіткої та привабливої ​​ідеології. Не може надихати на творчий подвиг та прорив ідея «зробити трохи краще, ніж є».
5. І найпарадоксальніше: цим треба займатися!
   Є надія, що сукупний броунівський рух набуде нарешті осмисленого вектора розвитку і ми зможемо зробити цей якісний стрибок. І набагато цікавіше працювати ось на цю хиткі перспективи, ніж намагатися відтворювати технології минулого століття.

Розумні мережі Smart Grid є модернізованими каналами електропостачання, що працюють з використанням комунікаційних та інформаційних технологій. Основним завданням впровадження подібних систем є забезпечення надійної роботи обладнання за допомогою впровадження дистанційного контролю за справністю окремих компонентів.

Сутність технології Smart Grid в електроенергетиці

Система збирає інформацію про виробництво та споживання електроенергії, що дозволяє коректно розподіляти енергоресурси, забезпечувати надійність їх споживання та ефективність використання. Класичні розумні мережі Smart Grid в електроенергетиці мають такі характеристики:

• здатність керувати роботою споживачів;
• самостійне відновлення після збоїв;
• захищеність від фізичного та кібернетичного зовнішнього втручання;
• забезпечення електропостачання необхідної якості;
• синхронна робота генеруючих джерел та центрів зберігання електроенергії;
• здатність суттєво підвищувати ефективність роботи енергосистеми загалом.

Іншими словами розумні мережі Smart Grid в електроенергетиці повинні відповідати критеріям гнучкості, доступності, надійності та економічності. Крім цього, концепція Smart Grid містить ще один важливий аспект - каталізацію економічного підйому. Розгортання подібних проектів сприяє розвитку інноваційних технологій, стимулює виробництво високоінтелектуальної продукції, розширює можливості використання електричної тяги у транспортній інфраструктурі.

Споживачі стають активними учасниками ринку, оскільки отримують можливість продавати електроенергію, вироблену на локальних джерелах, що генерують. Людство вступає в нову фазу гармонійної взаємодії з довкіллям. Створюються передумови для загального економічного підйому та поліпшення якості життя.

Канали передачі між об'єктами Smart Grid

Для передачі інформації між елементами Smart Grid можна використовувати різні типизв'язку: низькочастотні контрольні кабелі, високочастотні коаксіальні кабелі, проводи високовольтних ліній електропередач, оптичні кабелі, спрямовані захищені радіоканали та ін.

Через дешевизну та доступність найбільшої популярності набули мережеві технології Ethernet/Internet. До таких мереж через вбудовані модеми легко підключаються різноманітні електронні датчики, вимірювальні перетворювачі, трансд'юсери, мікропроцесорні лічильники та інші прилади. Альтернативою даному варіанту є оптоволоконні канали та різні технології сучасного бездротового зв'язку.

Для надійного функціонування мережі Smart Grid важливо звести до мінімуму кількість окремих модулів. Від численних компонентів інформація повинна подаватися на потужні сервери, оброблятись і пересилатися на виконавчі елементи. Щоб уникнути втрат ефективності, основна функціональність системи має забезпечуватися на програмному рівні.

Релейний захист у мережах Smart Grid

Концепція Smart Grid передбачає поєднання релейного захисту з інформаційно-вимірювальними функціями. Мікропроцесорні пристрої релейного захисту вимірюють струми та напругу у векторній формі, накопичують дані про спрацьовування та аварійні режими у спеціальних блоках пам'яті. Таким чином, релейний захист перетворюється на своєрідний центр обробки інформації, елемент системи діагностики та моніторингу електрообладнання.

Досвід реалізації проектів Smart Grid

1. Проект Flexible Electricity Networks до Integrate The Expected Energy Evolution (FENIX). Гнучка електрична мережа, що реалізує концепцію загальноєвропейської енергосистеми з використанням віртуальних електростанцій (VPP), відновлюваних джерел енергоресурсів (RES) та розподілених джерел генерації (DER).
2. Проект Active Distribution Network With Full Integration O Demand And Distributed Energy RESourceS (ADDRESS). Складова частинаєвропейської концепції мереж майбутнього Smart Grids European Technology Platform, що об'єднує роботу 25 енергокомпаній із 11 європейських країн.
3. Проекти Microgrids – окремі енергомережеві структури, які розміщені на невеликих територіях (реалізовані в США, Європі, Японії та Канаді). Такі системи мають локальні генеруючі джерела, тому здатні взаємодіяти з центральними мережами при необхідності покриття максимуму пікових навантажень.
4. Проект інтелектуальної енергетичної інфраструктури компанії Mitsubishi Electric. Передбачає розподілену генерацію, використання відновлюваних джерел енергії, диспетчерських центрів та засобів акумулювання енергії.

Як бачимо, побудова розумних мереж Smart Grid в електроенергетиці є перспективною і затребуваною. Сьогодні це закономірний етап розвитку глобальної економіки та соціальних відносин.

«Розумні мережі» електропостачання, іменовані також Smart Grid, що у свою чергу розшифровується як Self Monitoring Analysis and Reporting Technology, здобули популярність відносно нещодавно, хоча початок досліджень можливостей створення та впровадження подібних технологій у СРСР, США та Європі припадає на 70-ті роки коли йшлося, перш за все, про самодіагностику. Основними ж завданнями були підвищення надійності роботи обладнання та забезпечення можливості дистанційного контролю за його справною роботою.

Сьогодні під «розумними мережами», як правило, розуміють модернізовані мережі електропостачання, які включають використання як інформаційних, так і комунікаційних технологій (ІКТ) з метою збору інформації та про виробництво електроенергії, та про її споживання, що дозволяє автоматично підвищувати надійність, ефективність, економічну вигоду, а також забезпечує стійкість виробництва та коректного розподілу електроенергії.

Нововведення, пов'язані з електронними технологіями, дозволили вже на початку XXI століття почати усувати недоліки електричних мереж, а також оптимізувати їх з економічного погляду.

Наприклад, технологічні обмеження споживання при пікової потужності позначається усім споживачах однаково. Плюс до всього, зростало занепокоєння щодо екологічних збитків, завданих спалюванням викопного палива, що призвело до рішення використовувати більше відновлюваних джерел енергії.

Сонячна енергія і енергія вітру - ресурси у плані корисні, але вкрай непостійні, і тому виникає потреба у складних системах управління, щоб полегшити підключення цих альтернативних джерел до керованої електричної мережі. Більш того, одержувана від сонячних батарейпотужність (і меншою мірою - від вітрогенераторів) у країнах ставить під сумнів використання великих централізованих електростанцій.

В наявності тенденція до переходу від централізованої топології мережі на сильно розподілену, коли виробництво та витрата електроенергії відбувається в межах локальних мереж.

Терористична загроза в деяких країнах призвела до закликів створити більш надійну енергетичну систему, яка була б менш залежною від централізованих електростанцій, які є потенційними мішенями для атак.

Так термін Smart Gridотримав ширший зміст і асоціюється тепер з новим масштабним напрямом в енергетиці, що дозволяє, з одного боку, вирішувати проблеми, що стосуються енергоефективності, - скорочувати енерговтрати, зменшувати витрати ресурсів та знижувати обсяги викидів в атмосферу.

З іншого боку - життя сучасної людини стає більш зручним і комфортним, наприклад, за допомогою цих технологій можна керувати електропостачанням будинку та електронікою в ньому.

У 1980 році в США для моніторингу споживання енергії великими клієнтами, було застосовано автоматичне зчитування показань лічильників, і ця технологія перетворилася на Інтелектуальний лічильник 1990-х років, який зберігав інформацію про використання електроенергії у різний час доби.

Інтелектуальний лічильник безперервно пов'язаний із виробником енергії, що дозволяє вести моніторинг у режимі реального часу, а це, по суті, робить його інтерфейсом для пристроїв швидкого реагування на попит і для так званих «розумних розеток». Найперші форми управління попитом були пристрої, які пасивно визначали навантаження на енергосистему, контролюючи зміни частоти джерела живлення.

Так побутові та промислові кондиціонери, а також холодильники та обігрівачі могли коригувати свій робочий цикл, щоб уникнути запуску в періоди пікового навантаження мережі. У 2000 році був запущений у роботу італійський проект Telegestore, що забезпечує мережу майже з 30 мільйонів будинків із застосуванням смарт-лічильників з'єднаних через цифрову мережу за допомогою самої лінії електропередачі.

Десь був використаний широкосмуговий доступ по лінії електропередачі, в інших випадках - бездротова пориста топологія для надійного підключення до різним пристрояму будинку, а також для підтримки обліку інших комунальних послуг, включаючи газ та воду.

Справжню революцію у сфері моніторингу та синхронізації глобальних мереж зробило на початку 1990-х американське агентство Bonneville Power Administration, яке розширило дослідження розумних мереж датчиками швидкого аналізу аномалій якості електроенергіїу значних географічних масштабах.

В результаті роботи агентства, у 2000 році запрацювала перша система вимірювань на широких площах (WAMS). Китай та низка інших країн одразу перейняли нову технологію.

В рамках пілотних проектів «Розумні мережі»реалізується у багатьох країнах світу: у Республіці Корея, у Китаї, США, Індії, Японії, Канаді, й у Євросоюзі. В інноваційному розвитку електроенергетичного комплексу, шляхом впровадження «Розумних мереж», зацікавлена ​​і Росія, де вирішенням завдання зайнялася компанія ФСК ЄЕС, яка активно вкладає кошти у розробку інтелектуальних мереж, починаючи з 2010 року. Експерти вважають, що у разі успіху втрати в електричних мережах Росії знизяться на 25%.