Распределенная синхронная генерация Smart Grid

Умные сети электроснабжения (Smart Grid) - достаточно новый термин, который приобрел известность после 2003 года. Пример архитектуры такой сети представлен на схеме ниже.

Smart Grid (далее SG) объединяет несколько технологий применительно к сетям электроснабжения или другими словами - к общей энергосистеме (ОЭС). Умная сеть имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной ОЭС:

Архитектура сети Smart Grid

  • 1. SG это автоматизированная сеть генерации, передачи и потребления электроэнергии;
  • 2. SG является S.M.A.R.T. системой, то есть способна осуществлять самомониторинг и предоставлять отчеты как о любом участниках сети (его состоянии, потребностях и пр.) так и полную информацию о произведенной и переданной э/э в любом разрезе: эффективности, потерь или экономической выгоды;
  • 3. SG также повышает надежность сети, обеспечивая незаметное для потребителя переключение на другой источник при отказе основного. Поскольку надежность отдельных сетей электроснабжения уже достигает 99.97% использование SG способно гарантировать бесперебойное электроснабжение в режиме 24/7;
  • 4. SG повышает "производительность" сети в целом за счет уменьшения потерь в проводах и оптимального распределения нагрузки, устанавливая для крупных потребителей эффективные (меньшей протяженности) маршруты подключения.

 
Данные о cуммарном потреблении ОЭС России за 2015

В России, зафиксированный максимум дневного планового потребления с начала 2015 года составил 2,44 млн. МВт*ч, причем суммарный объем планового потребления с начала года вырос на 1,1% по отношению к аналогичному периоду прошлого года и на 3.6% в Сибирском регионе.

Графиком нагрузки называют зависимость активной Р, реактивной Q или полной S мощности нагрузки от времени. Графики нагрузки могут быть суточными и годовыми.

Типовой суточный график нагрузки

В большинстве случаев в разные периоды года суточные графики нагрузки отличаются один относительно другого. Особенно значительно изменяется в средних и северных широтах осветительная нагрузка вследствие изменения продолжительности светового дня. При расчетах часто ограничиваются двумя характерными суточными графиками для зимнего (рис. 3.1, а) и летнего (рис. 3.1,6) дней. Годовой график (рис. 3.2, а) — это изменение по месяцам года максимальной получасовой нагрузки. Он характеризует колебания расчетной мощности объекта в течение года.

Для практических целей удобен годовой график нагрузки по продолжительности (рис. 3.2, б). На этом графике по оси абсцисс откладывают время (в году 8760 ч), а по оси ординат — минимальную нагрузку, которая соответствует этому времени. Годовой график по продолжительности составляют на основе суточных графиков за все дни года.

Типовые графики нагрузки

Высоковольтная линия (ЛЭП) Поскольку энергопотребление постоянно растет, внедрение Smart Grid путем модернизации существующих сетей представляет реальную альтернативу дорогостоящему строительству объектов генерации как крупного так и локального масштабов. Такие системы внедряются в США, Европе, Японии и КНР поскольку доступные энергоресурсы - крайне важная составляющая успешной экономики.

Для любого потребителя существует два варианта получения мощностей:

  • Вариант А: Подключение мощностей из центральной энергосистемы. Распространенный вариант при котором мощность приобретается на ближайшей подстанции низкого напряжения в соответствии с установленными тарифами
  • Вариант Б: Строительство объекта малой генерации. Минусы здесь неравномерность потребления электроэнергии и отсутствие центральной поддержки. Кроме того, любая авария это катастрофа и прекращение теплоэнергоснабжения. Следовательно необходимо подключать элекстростанцию к ОЭС, а это дополнительные затраты (до 2-3ех кратной стоимости электростанции в зависимости от расстояния до высоковольтной линии). Подключение электростанции в сеть низкого напряжения невозможна, так как эти сети пассивные и не предназначены для приёма электроэнергии.

Инновационный проект УЭР — умная энергетика России

Новосибирский Государственный Технический Университет совместно с компанией ООО «Модульные Системы Торнадо» разработали проект «Smart Grid» - Умная Энергетика России (УЭР), который позволяет в 5 раз сократить стоимость подключения к сетям, за счёт установки специальной автоматики, которая берёт на себя функции управления энергорайоном

В настоящее время продукт «УЭР-Smart Grid» прошёл макетные испытания и готов к реализации на любом объекте малой генерации.

Созданы учебно-тренажерные стенды физического микромоделирования автоматизированных энергосистем для подготовки специалистов по управлению режимами энергосистем.

Тренажер УЭР Smart Grid

Уникальность предлагаемого решения базируется на запатентованных технологиях:

Автоматического управления нормальными и аварийными режимами электрических сетей с распределенной малой генерацией

4-х фазной передачи электрической энергии на большие расстояния

Децентрализованного мультиагентного регулирования напряжения в распределительных сетях для обеспечения компромиссного качества электроэнергии



          Технологические препятствия для свободного доступа генерации в распределительные электрические сети или в распределенные энергосистемы  на переменном токе с общим режимом



Негативные последствия (Риски)​

Традиционные решения​

Новые решения​  проекта Торнадо​

1​



Возможность нарушений статической и динамической  устойчивости режима при параллельной работе генераторов​



Централизованное автоматическое противоаварийное  и режимное управление, диспетчирование  ​



Децентрализованное автоматическое режимно-противоаварийное управление​



2​



Возможность возникновения многократных ударных моментов на валах энергоблоков малой генерации​



Быстродействующее отключение генераторов с нарушением баланса мощности в подсистемах и отключением нагрузки​



Опережающее сбалансированное отделение подсистем с малой генерацией​




3​



Длительное восстановление нормального режима оперативно-диспетчерским персоналом​



Высокая квалификация оперативно-диспетчерского персонала, поддерживаемая отбором, подготовкой и тренировками​



Автоматические восстановление нормального режима, а также переводы  в режимы параллельной или автономной работы​



4​



Чрезмерный рост аварийных токов в районе сети при подключении генераторов​



Масштабная реконструкция  в узлах сети (на подстанциях) подключения​



Опережающее  сбалансированное отделение подсистем с МГ, как источников и получателей подпитки при кз​



5​



Усложнение релейной защиты элементов сети ввиду роста числа источников питания, возникновения реверсивности потоков мощности и взаимного влияния настроек устройств РЗА​



Реконструкция средств релейной защиты  в узлах сети (на подстанциях) подключения​




Опережающее  сбалансированное отделение подсистем с МГ, как источников  подпитки и факторов взаимного влияния настроек устройств РЗА​




 

Создаваемая режимно-противоаварийная автоматика достаточно полно соответствует представлению об автоматике SMART GRID. Она позволит: ​
  • Преодолеть технологические барьеры на пути малозатратного присоединения синхронной МГ к сети территориальных энергосистем или создания ИРЭС​
  • ​Обеспечить эффективность использования объектов малой генерации как генерирующих источников​
  • ​Обеспечить использование в полной мере преимуществ, как автономной, так и параллельной работы с сетью объектов малой генерации.

Презентация научного руководителя проекта, А.Г. Фишова, на XIV (2017) Форуме СТПА — «Автоматика для Smart grid». <

Дополнительную информацию по тематике Smart Grid можно найти в презентациях:

 

* 

*

*

*

*