SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Новая экономика и умные сети

В статье описан экспериментальный проект, реализованный компанией «Мицубиси Электрик» на собственном предприятии в Японии. Рабочая модель интеллектуальной сети позволяет  проверять функционирование электротехнического оборудования и совершенствовать алгоритмы работы EMS-системы в разных сложных ситуациях, например при авариях, погодных, экономических и политических изменениях и т. п.

ЗАО «Мицубиси Электрик Юроп Б. В.», г. Москва

mitsubishi_electric_web.gif


Процессы, начавшиеся в прошлом веке, привели к преобразованию структуры экономики. Возникла новая экономическая модель, в которой повысилась роль нематериальных активов (услуг и технологий), а роль материальных активов, наоборот, понизилась. Эти процессы не могли не затронуть энергетику. Времена индустриализации, когда строили предприятия-гиганты, а рядом с ними приходилось возводить источник энергоснабжения, остались в прошлом. Под влиянием трансформации экономической структуры, на фоне бегства промышленных предприятий в страны Азиатского региона существенно изменился энергобаланс в развитых государствах. Сегодня наблюдается повышенный спрос на электрическую энергию и дефицит электрической мощности в мегаполисах.

Развитие новых технологий по производству электроэнергии (солнечные батареи, ветрогенераторы, газопоршневые электростанции, накопители электроэнергии) помогает удовлетворить возникший спрос. Но одновременно возникает задача управления как традиционными, так и новыми источниками электроснабжения и потребителями электроэнергии в реальном времени. Иными словами, изменение энергобаланса требует абсолютно нового подхода к построению систем управления энергорайонами. Интеллектуальные сети (Smart Grid) позволяют решить именно эту задачу – управлять всеми объектами энергорайона в реальном времени.

Ris.1.png

Рис. Управление сетью из диспетчерского центра в режиме реального времени 

В корпорации «Мицубиси Электрик» уже более пяти лет ведется деятельность по разработке и практической реализации интеллектуальных сетей. За это время компанией накоплен значительный опыт по:
- построению изолированных, частично изолированных и синхронных энергетических сетей;
- управлению распределенными сетями с большим количеством альтернативных источников энергии;
- регулированию возмущений, воздействующих на энергосистему в жестких условиях (землетрясения, цунами, грозы и другие погодные факторы);
- созданию современных интеллектуальных систем учета электроэнергии.

Один из своих самых интересных проектов по созданию интеллектуальной сети компания «Мицубиси Электрик» реализовала в 2012 году в городе Амагасаки (Япония).

В экспериментальную систему были включены:
- сеть среднего напряжения (6,6 кВ) кольцевой топологии;
- солнечные батареи суммарной мощностью 4000 КВт;
- имитатор гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС) мощностью 200 кВт;
- имитатор тепловой электростанции (ТЭС) мощностью 200 кВт;
- аккумуляторные батареи с пиковой мощностью 1000 кВт;
- станция для зарядки электромобилей;
- статические компенсаторы реактивной мощности;
- сети передачи данных (опто­волоконная, проводная и радиосвязи);
- интеллектуальные счетчики электрической энергии;
- диспетчерский центр.

Интеллектуальная сеть развернута на базе завода «Мицубиси Электрик» по производству высоковольтного оборудования. Все генерирующие источники и потребители объединены в электрическое кольцо 6,6 кВ. В зависимости от конфигурации общая длина кольца может колебаться от 7 до 16 км.

Основу питающей сети составляют солнечные батареи, которые покрывают более 50 % ежедневной потребности завода. Остальную мощность завод может получать от внешней сети, имитаторов ГАЭС и ТЭС, а также от аккумуляторных станций.

Для приема электрической энергии из внешней сети и передачи ее в интеллектуальную сеть применяются вставки постоянного тока производства «Мицубиси Электрик».

Имитатор ГАЭС представляет собой гидротурбину, на валу которой находится электрический генератор. Нагнетание воды в гидротурбину производится с помощью электрического водяного насоса. Управление электрической мощностью, выдаваемой в интеллектуальную сеть, осуществляется за счет высоковольтного преобразователя частоты производства «Мицубиси Электрик», который гибко регулирует обороты электрического насоса.

Аналогичным образом устроен имитатор ТЭС – на валу электродвигателя, который подключен к внешней электрической сети, находится электрический генератор.

С помощью этих устройств имитируются различные режимы работы интеллектуальной сети: синхронный/изолированный, нештатный, с дефицитом мощности, с превышением мощности и др.

Сеть управляется из диспетчерского центра, в который стекается вся информация о состоянии системы в реальном времени. Управление сетью также осуществляется в реальном времени.

В диспетчерском центре развернута система энергоменеджмента (EMS), которая состоит из следую­щих подсистем:
- подсистемы управления балансами;
- подсистемы управления производством электроэнергии;
- подсистемы управления потреблением;
- подсистемы учета.

Первая из подсистем поддерживает баланс между потреблением и поставкой электроэнергии, обеспечивая стабильную частоту в интеллектуальной сети. Функциональность данной подсистемы позволяет ей выбирать поставщика энергии (питающий центр) из нескольких вариантов по заранее определенному сценарию (днем питание поступает от солнечных батарей, ночью – от внешней сети или аккумуляторных станций) либо на основании определенных критериев (оптимизация стоимости электроэнергии, экологичность производства, минимизация затрат на передачу и распределение электроэнергии).

Подсистема управления производством электроэнергии обеспечивает надежную поставку электроэнергии в интеллектуальную сеть. Данная подсистема контролирует состояние генерирующего оборудования и управляет генерирующими источниками по заданному профилю нагрузки с возможностью подстройки, исходя из реального потребления и конфигурации сети. Также предусмотрены сложные режимы эксплуатации энергетической системы (короткие замыкания, замыкания на землю, отказ генератора).

Подсистема управления потреблением поддерживает надежное электроснабжение потребителей электроэнергии. Подсистема контролирует состояние распределительного оборудования, трансформаторных подстанций, компенсаторов реактивной мощности, реклоузеров и другого оборудования. С помощью этой подсистемы (выполненной на базе оборудования автоматизации производства «Мицубиси Электрик») поддерживается стабильность профиля напряжения распределительной сети.

Подсистема учета обеспечивает EMS-систему данными о расходе  электроэнергии в реальном времени для управления потреблением. Функциональность подсистемы учета позволяет развернуть веб-портал для информирования потребителей и выполнения энергосберегающих мероприятий.

Этот экспериментальный проект позволил компании «Мицубиси Электрик» создать опытный образец энергосистемы, с помощью которой можно моделировать и проверять работу электротехнического оборудования, а также отрабатывать алгоритмы работы EMS-системы в следующих ситуациях:
- сложные и аварийные условия эксплуатации энергетической системы (замыкание на землю, короткие замыкания, асинхронные режимы, отказ генераторов);
- политические перемены (либерализация энергетических рынков, требования к объединению энергосистем, регулирование правил транзитной передачи мощности и др.);
- перемены в экономике (внедрение систем энергоменеджмента, создание региональных энергокомпаний, переход на альтернативные источники энергии);
- изменение климатических условий (температуры, влажности, солнечной радиации, силы ветра и т. д.).

Ris.2.png

Рис. Smart Grid развернута на базе завода «Мицубиси Электрик» 
по производству высоковольтного оборудования 

В рамках данного проекта в г. Амагасаки производилась проверка технологий и оборудования для будущих интеллектуальных сетей передачи и распределения энергии. Были заложены следующие целевые показатели:
- энергоснабжение и обеспечение баланса потребления с высокой степенью использования возобновляемых источников энергии;
- стабильность напряжения в распределительных сетях при большом количестве распределенных генераторов;
- энергосбережение и сохранение энергии;
- предупреждение сбоев подачи электроэнергии и сокращение времени простоя оборудования;
- повышение надежности электроснабжения;
- управление потреблением в сложных условиях эксплуатации энергосистемы;
- полигонные испытания оборудования.

Испытательные объекты можно масштабировать и упорядочивать для моделирования различных конфигураций интеллектуальных сетей. При этом можно отрабатывать алгоритмы работы энергосистемы как в части отдельных подсистем, так в комплексе, например:
- операции проверки управления балансом;
- операции проверки управления распределением;
- операции проверки всего цикла (полномасштабные);
- операции проверки работы в островном режиме.

При каждом из заданных режимов проводится фиксация следующих параметров:
- превышения или повышения производимой мощности;
- понижения или превышения напряжения;
- понижения частоты.

В ходе проведенных экспериментов и отработки различных режимов специалистами компании «Мицубиси Электрик» были выработаны нормы для энергосистем будущего, которые соответствуют  всем требованиям, предъявляемым к интеллектуальным сетям, и позволяют оптимизировать производство и потребление электроэнергии (поддерживать энергобаланс) в реальном времени.

Экспериментальный проект выполнен на базе оборудования и силами специалистов компании «Мицубиси Электрик».

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(50)_2014

С.Э. Хангараев, менеджер по работе 
с ключевыми клиентами,
ЗАО «Мицубиси Электрик Юроп Б.В.», г. Москва,
тел.: (495) 721-2070,
www.ru3a.mitsubishielectric.com