Возможности сетей, построенных в соответствии с концепцией Smart Grid для индивидуализации потоков мощности от поставщиков к потребителям
Введение
В последние годы активно развиваются технологии Smart Grid. В рамках этой концепции разрабатываются методы и оборудование для быстрого компьютерного управления в основном коммутационными устройствами в электросетях с целью оптимизации направления энергопотоков от источников к потребителям. Основой подхода является развертывание специальной информационной сети, согласованной по архитектуре с электросетью, для управления устройствами последней. С помощью специальных программ анализируются состояния устройств потребления энергии и рассчитываются необходимые переключения на электросетях для получения максимальной эффективности использования энергии.
В этой области ведутся активные разработки и уже реализованы конкретные примеры в масштабах населенных пунктов, городов и целых штатов. Но Smart Grid на сегодняшний день решает, в основном, технологические задачи: снижает вероятность аварий на линиях, значительно увеличивает скорость их устранения или делает их «незаметными» для пользователя, эффективнее распределяет сгенерированную энергию и т.д. Другими словами, модернизирует энергосеть, в первую очередь, с выгодой для поставщиков и сетей передачи. Новизна работы заключается в использовании функциональных возможностей Smart Grid в интересах потребителя. Решается техническая задача своеобразного «окрашивания» мощности, поступающей в систему от разных поставщиков. Зная реальный вклад в купленный объем мощности каждого из источников, потребитель сможет производить расчеты с поставщиками напрямую. Результаты работы показывают возможность индивидуализации потоков мощности от различных поставщиков к каждому потребителю. Практическая значимость исследования заключается в возможности исключения промежуточной инстанции при расчетах на рынке электроэнергии, что значительно повлияет на ее стоимость для конечного потребителя.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях «ИСТ-2010», «ИСТ-2011», результаты исследования опубликованы в сборниках трудов данных конференций.
Целью работы является исследование возможностей сетей, построенных в соответствии с концепцией Smart Grid для индивидуализации потоков мощности от различных поставщиков к каждому из потребителей с целью изменения механизмов расчетов на рынке электроэнергии.
1. Обзор технологии Smart Grid
Grids - это электрические сети, которые могут грамотно интегрировать поведение и действия всех пользователей, подключенных к ним - генераторов, потребителей и других, для того, чтобы предоставлять эффективный, экономичный и надежный сервис поставок электроэнергии. Smart Grid использует инновационные продукты и услуги в сочетании с интеллектуальным мониторингом, контролем, коммуникациями и технологиями самовосстановления в следующих целях:
обеспечение простоты подключения и эксплуатации генераторов всех размеров и технологий,
предоставление потребителям возможности принимать участие в оптимизации работы системы,
предоставление потребителям больше информации и возможностей для выбора источника питания,
значительное сокращение воздействия на окружающую среду всей системы электроснабжения,
сохранение или даже улучшение высокого уровня надежности системы, качества и надежности поставок,
эффективное поддержание и улучшение существующих сервисов и услуг.
Первый пример реализации был внедрен в Италии в 2005 году. Также функционируют системы во многих штатах США, отдельных городах Канады, Польши, Германии и других странах.
Разработкой данных технологий сейчас занимаются исследовательские институты по всему миру, предлагаются технические решения для реализации функциональных возможностей интеллектуальных сетей. Остановимся подробнее на тех аспектах технологии Smart Grid, развитие которых спровоцировало проведение исследований в рамках данной работы.
2. Учет электрической мощности
Основными функциями систем учета и мониторинга является прогноз перегрузок и оценка стабильности энергосистемы, отслеживание рабочего состояния оборудования, предотвращение хищения электроэнергии, а также поддержка стратегии управления smart grid. Они реализуются с помощью следующих технологий и систем:
современные счетчики с микропроцессором (смарт-метры) и оборудование для считывания и анализа их показаний удаленно
системы обширного мониторинга
динамическая оценка состояния участков сети (как правило, на основе онлайн чтения с помощью волоконно-оптического измерения температуры в сочетании с системами оценки температуры в режиме реального времени (Real time thermal rating <http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Real_time_thermal_rating&action=edit&redlink=1> - RTTR))
усовершенствованные переключатели и кабели
технология обратного рассеивания радиоволн
цифровые реле защиты
2.1 Интеллектуальные счетчики (Smart Metering)
Meter - это электрический счетчик, который записывает измерения потребления электроэнергии с интервалом в час или меньше, и сообщает данную информацию на сервер мониторинга и биллинга. Интеллектуальные счетчики предоставляют возможность двусторонней связи между прибором учета и центральной системой. Smart Meter может передавать данные о потреблении энергии практически в реальном времени, помогая потребителю принимать обоснованные решения о том, сколько энергии использовать и в какое время суток. В будущем счетчики станут отслеживать потребление энергии каждым домашним устройством и поддерживать определенные правила поведения в часы пиковой нагрузки и в другое время суток. Такой подход дает преимущества не только потребителям, но и энергетическим компаниям, которые повышают эффективность своих процессов (за счет удаленного управления счетчиками) и могут эффективнее бороться с кражами электроэнергии (сегодня 10-20 процентов потребленной энергии не оплачивается).
2.2 Phasor measurement unit
электроэнергия smart grid мощность
PMU (Phasor Measurement Unit) - высокоскоростной датчик, измеряющий комплексные величины тока и напряжения. В отличие от традиционных телеизмерений, данные от PMU синхронизированы по времени через GPS, точность их выше и поступают они в пункты сбора информации PDC (Phasor Data Concentrator) тысячами срезов в секунду, тогда как SCADA принимает один срез в несколько секунд.