Анализ состояния методов управления энергетическими системами в РФ

В последнее время электрические сети во всем мире претерпели радикальную реструктуризацию как с точки зрения используемых источников энергии, так и с точки зрения принципов управления этими источниками. Эти изменения связаны с широким внедрением территориально распределенных альтернативных источников энергии в энергосистеме. Широкое внедрение альтернативных источников энергии можно объяснить следующими причинами: прогнозируемым истощением ископаемых источников энергии, необходимостью снижения экологических последствий использования традиционных генерирующих станций и низкой стоимостью установки и эксплуатации альтернативных источников энергии в труднодоступных - охват областей по сравнению с традиционными.

На основе традиционных подходов к управлению распределенными объектами для географически распределенных энергетических систем могут применяться принципы централизованного, иерархического и распределенного управления. Наиболее эффективным из них является использование интеллектуальных систем управления [1].

Анализ основных проблем управления энергетическими системами в РФ

В России и за границей активно работают над разработкой концепций и апробации интеллектуальных сетевых технологий. Перспективы их развития в России можно сформулировать следующим образом:

• -    развитие возобновляемых источников;

• -    развитие распределенной энергии;

• -    снижение потерь мощности за счет построения интеллектуальных систем учета с учетом качества электроэнергии и ограничения нагрузки;

• -    развитие коммуникационной среды, способной надежно и качественно поддерживать двунаправленный обмен информацией между поставщиками и потребителями энергоресурсов;

• -    повышение качества электроэнергии за счет использования устройств компенсации реактивной мощности;

• -    применение интеллектуального оборудования и программных комплексов для управления топологией сети для обеспечения надежности работы;

• -    использование высокопроизводительных накопителей энергии для выравнивания графика загрузки, а также для обеспечения бесперебойной работы важнейших объектов [2].

Основные проблемы в Российской энергетике:

• 1)    Учет электроэнергии

В настоящее время состояние учета электроэнергии в Российской Федерации, несмотря на высокую доступность электрических счетчиков (более 97%), не позволяет достоверно определить объем взаимных обязательств между участниками на рынках электроэнергии, и между ними имеются разногласия. Приборы учета принадлежат десяткам миллионов владельцев, которые используют более 300 типов приборов учета разных поколений и производителей, и менее 9% этих приборов соответствуют современным требованиям для интеллектуального учета электроэнергии.

Отсутствие нормативного закрепления за какой-либо инфраструктурной организацией ответственности за учет электроэнергии, регламентов взаимодействия и информационного обмена между участниками рынка электроэнергии приводит к возникновению ряда разногласий и конфликтов [3]. В таблице 1 приведена таблица учета электроэнергии в разных странах.

Таблица 1 - Учет электроэнергии в разных странах

Страна	Виды сбора данных
	Ручной сбор данных со счетчиков	Электронный сбор данных	Автоматизированн ый сбор данных	Интеллектуальны й учет
Великобритания	нет	нет	есть	есть
Италия	нет	нет	нет	есть
Китай	нет	нет	есть	нет
Россия	есть	есть	нет	нет
США	нет	нет	нет	есть
Франция	нет	нет	есть	нет

• 2)    Уличное освещение

Касательно уличного освещения, здесь имеются такие проблемы как:

• -    отсутствие централизованного контроля за расходами на оборудование и освещение;

• -    отсутствие энергосберегающих режимов;

• -    эксплуатация устаревшего и изношенного оборудования;

• -    неэффективный учет электроэнергии;

• -    высокий уровень эксплуатационных расходов;

• -    расположение шкафов управления на большом расстоянии;

• -    возможность несанкционированного вмешательства в процесс управления из-за наличия оборудования шкафа управления для посторонних лиц [4].

• 3)    Генерация, транспортировка и распределение энергии.

Большинство электростанций интегрированы в энергосистемы, каждая из которых подчиняется следующим требованиям:

• -    Соответствие мощности генераторов и трансформаторов максимальной мощности потребителей электроэнергии;

• -    Обладание достаточной мощностью линий электропередач;

• -    Обеспечение бесперебойного электропитания с высоким качеством энергии [5].

От производителей к потребителям электроэнергия передается по электрическим сетям (тепловая энергия направляется в тепловые сети), которые вместе образуют энерготранспортную систему.

Электрические сети, в свою очередь, подразделяются на магистральные (220 кВ и выше) электрические сети и распределительные (110 кВ и ниже) электрические сети.

Сети связаны между собой трансформаторными и распределительными подстанциями.

Далее, электрическая энергия, генерируемая на электростанции, попадает в магистральные сети, где под высоким напряжением она транспортируется к потребителям. При этом, электроэнергия от магистральных сетей может идти как напрямую к крупным потребителям, так и через трансформаторные подстанции - в распределительные сети. В свою очередь, из распределительных сетей электроэнергия может доставляться крупным потребителям или через распределительную подстанцию к малым и средним потребителем [6].

В последнее время за рубежом начали активно применятся так называемые умные сети электроснабжения (Smart Grid).

Интеллектуальные энергетические сети

Интеллектуальные сети - это специфическое применение интеллектуальных энергетических систем, которые, посредством использования информационных технологий, корректируют поток электроэнергии между поставщиками и потребителями. Собирая информацию о состоянии сети, интеллектуальные сети способствуют согласованию генерации, распределения и потребления электроэнергии. Электрическая система затем становится прогностической, коммуникативной и контролируемой. Цель состоит в том, чтобы сделать интеллектуальные сети гибкими и способными более точно взаимодействовать с поведением и действиями всех подключенных пользователей (производителей, потребителей), чтобы обеспечить синхронизацию между производством и потреблением с меньшими затратами. В последние годы, за рубежом широко внедрена усовершенствованная измерительная инфраструктура (AMI), позволяющая детально измерять энергопотребление на более высокой частоте. Это привело к большому объему данных интеллектуальных счетчиков, которые показывают больше информации о поведении потребителей и отображают их на сайте, позволяя информационной системе вводить различные ценовые тарифы на потребление электроэнергии в зависимости от времени суток и сезона. Интеллектуальная информационная система собирает и передает информацию системным компонентам, таким как поставщики услуг, клиенты. Например, потребители могут извлечь выгоду из информации, предоставленной системой, чтобы рационально использовать электроэнергию, и пользоваться более низкими тарифами. На рисунке 1 показано

сравнение нынешней системы электроснабжения и интеллектуальной.

Информационные потоки

Как есть

Как есть

— — ► Как будет

Как будет

Рисунок 1 – Сравнение нынешней системы электроснабжения и Smart Grid

Системным

оператор

Надежные и гибкие сеги

Построение интеллектуальной системы учета электроэнергии устранит все накопившиеся проблемы, обеспечит получение положительных эффектов для всех субъектов розничного рынка. В таблице 2 представлены зарубежные проекты интеллектуального учета электроэнергии.

Таблица 2 - Зарубежные проекты интеллектуального учета электроэнергии

Наименование проекта	Технология	Начало тиражирования
ERDF (Франция)	GPRS, PLC	2012
Silicon Valley Power (США)	PLC, Radio	2014
The Salt River Project (США)	PLC, 3G	2013
EDF Energy (Великобритания)	PLC, 3G	2015
E.ON (Великобритания)	PLC	2016
Rwe npower (Великобритания)	PLC	2016
Ernst & Young (Германия)	PLC, 3G	2013
Alliander (Нидерланды)	PLC, Radio	2013
Vattenfall (Швеция)	PLC, Radio	2014

Использование технологии Smart Grid эффективно при решении следующих задач:

• -    высокоинтеллектуальные системы мониторинга, интеграции и управления возобновляемыми источниками энергии;

• -    распределенные устройства для производства и накопления энергии на основе методов искусственного интеллекта с использованием микропроцессорных систем и технологий Internet / Intranet;

• -    высокоинтеллектуальные системы, ориентированные на мониторинг и управление параметрами электроэнергии потребителями;

• -    управление потреблением электроэнергии;

• -    мониторинг нагрузки в экстремальных условиях;

• -    автоматизированная передача, обработка и предоставление информации о потреблении энергоресурсов;

• -    формирование ситуационных баз данных об энергопотреблении [9, 10].

Заключение

Исходя из проведенного анализа можно сделать вывод, что применение интеллектуальных сетей электроснабжения позволяют достичь следующих эффектов:

• -    сокращение технологических и минимизация коммерческих потерь;

• -    снижение потребительских расходов и получение дополнительного дохода;

• -    новые рынки, отрасли, рабочие места;

• -    рост энергоэффективности;

• -    рост экологичности энергетики;

• -    снижение потребности в моторных топливах;

• -    максимальная кибер-физическая безопасность;

• -    рост конкурентоспособности экономики.