Интеллектуальные системы в электроэнергетике - "умные сети"

 

 

 

 

ГЛАВА 4: «Умные сети», SMART GRID

Одним из направлений совершенствования  электросетей является внедрение технологии «Smart Grid» или «Умные сети».

К сожалению, не существует общепризнанного единого определения  понятия Smart Grid.

 

European Technology Platform SmartGrids дает следующее определение: «Smart Grids» - это электрические сети, удовлетворяющие будущим требованиям по энергоэффективному и экономичному функционированию энергосистемы за счет скоординированного управления и при помощи современных двусторонних коммуникаций между элементами электрических сетей, электрическими станциями, аккумулирующими источниками и потребителями.  

 

По данным The NETL Modern Grid Initiative, «Smart Grid» – это совокупность организационных изменений, новой модели процессов, решений в области информационных технологий, а также решений в области автоматизированных систем управления технологическими процессами и диспетчерского управления.

 

По данным IEEE The IntelliGrids, «Smart Grid» – это новая энергетическая инфраструктура передачи и распределения, которая интегрирует продвижение в коммуникациях, компьютерных системах и электронике для обеспечения требований энергетики будущего.  

 

Исходя из вышеизложенных определений, можно резюмировать, что  «Smart Grid» – это комплекс технических средств, составляющих в совокупности систему электросетей, позволяющий оперативно менять характеристики электросетей, тем самым оптимизируя затраты на энергию, и способствовать перераспределению электроэнергии. Другими словами «умные сети» представляют собой автоматизированную систему, элементами которой являются электрические сети, производители электроэнергии и потребители. Данная система позволяет on-line отслеживать и контролировать режимы работы всех участников процесса. 

 

Структура системы  Smart Grid представлена следующими элементами: 

• Smart Sensons and Devices – интеллектуальные датчики и устройства для магистральных и распределительных сетей;
• IT Hardware and Software – IT-решения, используемые в основном в магистральных и распределительных сетях;
• Smart Grid Integrated Communications – интегрированные системы контроля и управления – комплексные решения в области автоматизации; некоторый аналог известных систем ERP в пределах предприятия;
• Smart Metering Hardware and Software – интеллектуальные счетчики в форме ПАС.

Как работает Smart Grid:

В традиционных сетях ток по проводам поступает от генерации к потребителю  в соответствии с заранее заданным уровнем напряжения и сопротивления. При внедрении Smart Grid электросеть сможет самостоятельно регулировать подачу электроэнергии в зависимости от снижения или увеличения режима потребления. На предприятиях и жилых домах (то есть у потребителей) устанавливают «интеллектуальные» счетчики, которые передают информацию о потреблении. Этот факт позволяет скорректировать использование электроприборов во времени и распределить электричество в зависимости от потребности, что существенно снижает расходы на электроэнергию. 

Цели  создания интеллектуальной сети:

• увеличение использования цифровых и контролирующих технологий для обеспечения надежности, безопасности и эффективности электрической сети;
• динамическая оптимизация операций в сети с обеспечением полной информационной защищенности;
• развитие и интеграция распределенной генерации, включая возобновляемые источники энергии;
• управление спросом. Повышение энергоэффективности потребителей;
• использование интеллектуальных технологий для мониторинга состояния сети и управления сетью;
• интеграция «умных» приборов учета и устройств потребителя;
• развертывание и интеграция технологий хранения электроэнергии и снятия пиков нагрузки;
• предоставление потребителям своевременной информации и возможностей управления;
• разработка стандартов взаимодействия «умных» приборов и оборудования, подключенного к сети, включая инфраструктуру управления сетью (Plug&Play);
• идентификация и снижение неразумных и излишних барьеров, препятствующих развитию технологий, практик и услуг в области интеллектуальных сетей.

 

Отношение к концепции энергосбережения

Концепция «smart grid» чрезвычайно популярна во многих странах мира и рассчитана не только на собственно сетевые компании, но и на потребителя, генерацию и сбытовые компании. При этом интеллектуальный учет (smart metering) представляет собой необходимое условие реализации задачи повышения эффективности ЕЭС России и первый шаг на пути к построению интеллектуальной энергосистемы.

Конечно, в России уже  сейчас есть лидеры в вопросах энергосбережения, достигшие реальных результатов  в экономии топливно-энергетических ресурсов. Как правило, это коммерческие промышленные предприятия, которые, безусловно, заинтересованы в снижении энергоемкости  производства, так как это повышает их конкурентоспособность и прибыль. Они системно подходят к вопросу  и уже давно реализуют комплексные  программы, включающие в себя как  модернизацию основного производственного  оборудования, так и повышение  энергоэффективности зданий и сооружений.

Дела обстоят хуже в  государственных организациях, поскольку, не встав перед необходимостью конкурировать  на рынке, они пассивно выполняют  задачи вышестоящих инстанций. Принимая во внимание колоссальный имущественный  комплекс, принадлежащий государству, имеет смысл сделать акцент на развитии энергосервисных контрактов именно в этом секторе и на привлечении частных компаний для снижения энергозатрат.

Что касается населения, то оно очень пассивно, поскольку  люди просто не могут увидеть, как  затраты на электроэнергию связаны  с их поведением. Необходимо внедрять интеллектуальные технологии учета  электроэнергии и других ресурсов, предоставляющие возможность частному потребителю сформировать свой профиль  потребления. Имея возможность выбора гибкого тарифа, потребитель сможет экономить, практически только изменяя  свои привычки.

Применение  «умных» приборов учета

Остановимся более подробно на использовании «умных» приборов учета для реализации масштабной задачи построения интеллектуальной сети. Если в России такие проекты только набирают обороты, учитывая определенные Федеральным законом №261-ФЗ об энергосбережении сроки обязательной установки приборов учета, то в мире процесс уже давно  запущен и подобные инициативы исчисляются  десятками и сотнями.

К примеру, правительство  Канады приняло в 2006 году закон (Energy Conservation Responsibility Act), подразумевающий установку «умных» приборов учета в каждом доме и офисе к 2010 году и успешно движется к этой цели. Государственная сетевая и распределительная компания Hydro One, снабжающая электричеством Онтарио, разработала и реализует масштабную инициативу по внедрению системы «умных» приборов учета. К концу 2010 года этой инициативой будет охвачено около 1,3 млн. клиентов на территории обслуживания компании. Этот проект получил награду «Лучшая AMR-инициатива в Северной Америке».

Страны Евросоюза ставят перед собой задачу к 2020 году снизить  объем энергопотребления на 20% и  реализуют для этого необходимые  проекты. К примеру, еще в 2006 году Enel, крупнейшая итальянская энергетическая компания, завершила проект по оснащению 32 млн. собственных потребителей «умными» приборами учета. Энергокомпании Швеции уже снабдили подобными приборами 100% потребителей электроэнергии.

В России сегодня существует реальная проблема, заключающаяся в  том, что жилые и коммерческие здания тратят большой объем электроэнергии впустую, а организации, занимающиеся эксплуатацией таких зданий, не знают, сколько электричества потребляется в каждый момент времени. Это происходит потому, что существующие сети не оснащены системой обратной связи и цифровыми  контроллерами, которые смогли бы помочь с распределением энергии и ее экономией.

Данная проблема рождает  необходимость оснащения существующих распределительных сетей на границах с потребителями устройствами учета, соединенными в единую информационную сеть и позволяющими оптимально расходовать  энергоресурсы.

Возможным решением могло  бы стать использование, к примеру, приборов учета с авансовой системой оплаты за энергоресурсы.

У классической схемы расчетов за потребляемые энергоресурсы есть множество отрицательных моментов. На наш взгляд, ключевая проблема –  разрастающиеся операционные расходы, которые включаются в тариф, что  приводит к увеличению стоимости 1 кВт·ч для конечного потребителя. Повышение стоимости 1 кВт·ч приводит к увеличению среднего счета, что, в свою очередь, сказывается на платежеспособности малообеспеченных слоев населения. Это, безусловно, влечет за собой увеличение дебиторской задолженности, а также удорожание превентивных мер по борьбе с ней (продажа долгов коллекторам, дополнительное информирование потребителей посредством обзвона, печать писем-напоминаний, долговых квитанций и так далее). Помимо таких неизбежных операционных расходов, как аренда помещений, ФОТ и налоги, есть группа затрат, которая может быть существенна сокращена:

• стоимость обслуживания кредитов, предназначенных для покрытия кассовых разрывов;
• регулярные расходы на печать, конвертование и доставку счетов;
• содержание штата контролеров/обходчиков, осуществляющих контрольные обходы и вручную снимающих показания приборов учета;
• расходы, связанные с взысканием дебиторской задолженности и ведением претензионно-исковой работы в случае невозможности взыскания долгов собственными силами.

Выходом из ситуации может  стать внедрение решений, основанных на принципе авансовых платежей с  использованием смарт-карт, таких как, например, Intelica Meter-To-Cash. Процесс взаимодействия между сбытовой компанией и абонентом предельно упрощается и строится по следующему алгоритму:

• абонент вносит денежные средства на смарт-карту с помощью терминала самообслуживания/банкомата или оператора энергосбытовой компании;
• возвращаясь домой, абонент вставляет карту на 2 сек. в прибор учета. При этом данные об оплате и тарифе записываются в память прибора;
• по мере потребления электроэнергии прибор учета осуществляет списание денежных средств в соответствии с тарифом абонента;
• при достижении определенного уровня денежных средств (может устанавливаться индивидуально для каждого абонента) прибор учета автоматически информирует абонента звуковыми сигналами о необходимости пополнения баланса;
• если денежные средства на счете потребителя закончились, возможен отпуск электроэнергии в кредит. Размер кредита также может устанавливаться индивидуально для каждого абонента. Когда кредит исчерпан, прибор осуществляет автоматическое отключение до внесения денежных средств;
• после пополнения баланса прибор возвращается в режим штатного функционирования.

Помимо автоматического  отключения существует режим ограничения  по мощности. При активации данного  режима прибор будет производить  кратковременные отключения при  превышении установленного порогового значения мощности.

 

Преимущества  интеллектуальной сети

Реализация такой системы  позволяет потребителю увидеть, как его поведение влияет на стоимость  электроэнергии. Подобные интеллектуальные технологии учета электроэнергии предоставляют  возможность частному потребителю  сформировать свой профиль потребления. Это, в свою очередь, усиливает «энергосознательность» потребителя, который, преследуя собственные цели экономии, постепенно становится активным звеном энергосистемы. Сбытовые компании, в свою очередь, полностью решают проблему неплатежей в бытовом секторе.

Планка, заданная новой государственной  программой энергосбережения и повышения  энергоэффективности, принятой в октябре 2010 года и предполагающей снижение энергоемкости ВВП не менее чем на 13,5% к 2020 году, весьма высока. Для выполнения такой сложной задачи требуется комплексный подход, охватывающий всех субъектов рынка электроэнергетики: производителей (генераторов), сети, сбытовые компании и, конечно же, потребителей, и использующий такие технологии и процессы, при которых адекватно учитываются их интересы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 5: Общая функциональная структура интеллектуальных систем управления

В общем случае свойства ИСУ должны быть согласованы с  назначением и характеристиками объектов управления (ОУ), под которыми будем понимать ТК. Исходным моментом такого согласования является формулировка задачи управления. Остановимся на рассмотрении функциональной структуры  ИСУ, полагая, что представление  о ТК дают решаемые ими задачи. 
 Любая интеллектуальная деятельность опирается на знания о предметной области, в которой ставятся и решаются задачи. Предметной (или проблемной) областью обычно называют совокупность взаимосвязанных сведений, необходимых для решения данной задачи или определенной совокупности задач. Знания о предметной области включают описания объектов, явлений, фактов, а также отношений между ними и составляют базу знаний (Б3) и базу данных (БД). БЗ содержит сведения, отражающие закономерности данной предметной области и позволяющие прогнозировать и выводить новые факты. не отраженные в ней. БД содержит информацию, имеющую локальный или текущий характер, являющуюся вспомогательной. Иногда БЗ и БД рассматриваются как подсистемы интеллектуального банка данных. При этом в него еще включают блок обучения, состоящий из блока распознавания ситуаций (образов) (БРО) и блока формирования понятий (БФП). Однако БЗ была бы не полной, если бы не содержала знания о целях функционирования системы {Ф1,...,Фп}.