Интеллектуальные сетки и новый век энергии
Смарт-сетка //
- Сетевое планирование
- Силовая электроника (HVDC / FACTS)
- Массовая возобновляемая интеграция
- Система управления энергией (EMS)
- Интеллектуальная подстанция автоматизации и защиты
- Мониторинг состояния подстанции (ISCM)
- Коммуникационные решения
- Система управления распределением (DMS)
- Автоматизация распределения и защита
- Распределенные энергетические ресурсы (DER)
- Децентрализованная система управления энергией (DEMS)
- Интеллектуальные измерительные решения
- Вывод
1. Сетевое планирование
Смарт-сетка - видение будущего, сеть интегрированных микрогрид, которые могут контролировать и излечивать себя
Создание Smart Grids - очень сложная задача, которая начинается с детальной количественной оценки требований к системе, определения фактических целей и их требуемых уровней производительности, а также спецификации системных концепций и оборудования.
В результате необходима комплексная стратегия построения Smart Grids - в том числе и в той части сети, которая касается систем электроснабжения.
Основой для разработки эффективной Smart Grid является подробный анализ требуемой производительности системы. Это ключевая задача стратегического сетевого планирования.
Постоянное внимание к системе в целом гарантирует, что архитектура и конфигурация обеспечивают необходимые уровни производительности и отвечают другим требованиям. Это решение будет включать в себя самые инновационные технологии для производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии, принимая во внимание индивидуальную историю и текущее состояние каждой системы.
В большинстве случаев переход от сегодняшней системы электропитания к будущей Smart Grid не может быть выполнен за один шаг; вместо этого он требует пошаговых планов модификации.
Вернуться к Контент ↑
2. Силовая электроника (HVDC / FACTS)
Реинхаузен для оптимизированной передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC)
Силовые электронные решения для высоковольтной передачи постоянного тока (HVDC) и гибких систем передачи переменного тока (FACTS) затрагивают самые большие проблемы при передаче электроэнергии.
Устройства FACTS могут значительно увеличить пропускную способность существующих систем переменного тока (AC) и продлить максимальные расстояния передачи переменного тока, балансируя переменную потребляемую мощность реактивной мощности системы.
Компенсация реактивной мощности используется для управления напряжением переменного тока, повышения стабильности системы и снижения потерь мощности.
Современные устройства FACTS включают в себя стационарные компенсаторы (FSC) и компенсаторы серии с тиристорным управлением (TCSC), или стабилизаторы VAR (SVC) для компенсации динамического шунта.
Последнее поколение устройств Siemens SVC называется SVC PLUS. Это высоко стандартизованные компактные решения, которые легко могут быть реализованы в сложных сетевых средах; например, разрешить подключение крупных оффшорных ветропарков.
Технология AC доказала свою эффективность в области генерации, передачи и распределения электроэнергии. Тем не менее, есть задачи, которые невозможно выполнить экономически или с технической точностью с использованием переменного тока.
К ним относятся передача мощности на очень больших расстояниях, а также между сетями, работающими асинхронно или на разных частотах. Напротив, уникальной особенностью систем HVDC является их способность подавать энергию в сетки, которые не могут переносить дополнительное увеличение токов короткого замыкания.
В последнее время пропускная способность одной системы передачи HVDC была расширена с помощью системы сверхвысокого напряжения постоянного тока Siemens (UHVDC).
Передача UHVDC с пропускной способностью более семи гигаватт и низким уровнем потерь - это наилучший способ обеспечить высокоэффективную передачу мощности на 2000 километров или более. Электрические суперрешетки, основанные на передаче UHVDC, могут связывать регионы по климатическим и часовым поясам, что позволяет использовать максимальные преимущества для сезонных изменений, времени суток и географических характеристик.
Вернуться к Контент ↑
3. Массовая возобновляемая интеграция
Решения для интеграции возобновляемых источников энергии (S & C)
Чтобы начать выполнение требований по защите климата до 2020 года, нам необходимо эффективно использовать энергию и сокращать выбросы CO 2. Соответственно, необходимо изменить производство электроэнергии.
Крупные электростанции будут продолжать обеспечивать основные поставки, но также будут источники возобновляемой энергии, которые будут колебаться локально в зависимости от погоды и других условий.
Вернуться к Контент ↑
4. Система управления энергией (EMS)
Сеть Smart Grid Distribution - Система управления энергией (EMS)
На электростанциях основное внимание уделяется обеспечению надежного снабжения, эффективному использованию ресурсов генерации и снижению потерь при передаче.
Поскольку система управления энергопотреблением (EMS) справляется с этим, балансируя потребности системы передачи, генерирующих единиц и потребления. Интеллектуальные сигнальные процессоры (IAP) уменьшают критическое время, необходимое для анализа сбоев в сетке и принятия корректирующих действий, а также риск неправильного анализа.
Инновационные приложения для анализа стабильности напряжения (VSA), работающие автоматически и независимо, предупреждают оператора перед критическими ситуациями, которые ставят под угрозу стабильность напряжения в статической системе, что дает оператору время принимать профилактические меры, а не реагировать под напряжением. Повышенная надежность сети обеспечивается приложениями Optimal Power Flow (OPF), которые постоянно работают, чтобы поддерживать высокий уровень напряжения в системе и устранять недопустимые условия напряжения.
Любые меры контроля, которые необходимо предпринять, могут автоматически выполняться в процедуре с замкнутым циклом.
Вернуться к Контент ↑
5. Автоматизация и защита интеллектуальной подстанции
Автоматизация и защита подстанций должны быть усилены для надежного удовлетворения расширенных требований будущих интеллектуальных сетей. Подстанция находится в процессе становления узлом в сети IT-сервиса для всей информации от распределительной подстанции до потребителя.
Например, данные по модулям автоматизации фидера, качеству электроэнергии, счетчикам, децентрализованным энергоресурсам и системам домашней автоматизации будут собраны и проанализированы для улучшения системы.
Помимо новых задач Smart Grid, обычная задача защиты, управления и автоматизации должна оставаться как можно более надежной и эффективной.
Цели для подстанций начинают пересекать границы ведомств, охватывая операции, требования к обслуживанию и безопасности. Интеллектуальные подстанции и их отдельные компоненты должны быть разработаны с учетом этого всеобъемлющего видения и структуры.
Интеллектуальные системы автоматизации подстанций поддерживают следующие цели:
- Безопасный и надежный источник питания
- Гарантированный высокий уровень защиты объектов и людей
- Сокращение ручных взаимодействий для ускорения операций самовосстановления
- Внедрение интеллектуального удаленного мониторинга ошибок, обнаружения, отчетности
- Включение профилактического обслуживания на основе условий
- Поддержка проектирования и тестирования с помощью функций plug-and-play
- Упреждающее распределение информации подстанции всем заинтересованным сторонам
- Снижение затрат на установку и обслуживание.
6. Интегрированный мониторинг состояния подстанций (ISCM)
Мониторинг состояния подстанции (ISCM) - это модульная система для мониторинга всех соответствующих компонентов подстанции, от трансформатора и распределительного устройства до воздушной линии и кабеля.
Основываясь на известных, проверенных устройствах телеуправления и устройствах автоматизации подстанций, ISCM предлагает комплексное решение, идеально подходящее для подстанций.
Он легко интегрируется в существующую инфраструктуру связи, чтобы отображать информацию мониторинга со станции и центра управления.
7. Коммуникационные решения
Новая Эпоха Электричества характеризуется сочетанием как центральной, так и децентрализованной энергетики, которая требует двунаправленных потоков энергии, включая мощность от умных зданий и жилых районов, где потребители становятся «прокумерами».
Ключевой предпосылкой для этого сдвига парадигмы является однородная, сквозная сеть связи, которая обеспечивает достаточную пропускную способность между всеми элементами сетки.
Телекоммуникационные системы для передачи электрической сети имеют долгую историю в коммунальной промышленности. В современных сетях передачи почти все подстанции интегрированы в сеть связи, которая позволяет осуществлять онлайн-мониторинг и контроль с помощью системы управления энергией (EMS).
В распределительной сети ситуация совсем иная. В то время как высоковольтные подстанции часто оснащены цифровой связью, инфраструктура связи на более низких уровнях распределения слаба.
В большинстве стран контролируется и контролируется дистанционно менее 10 процентов (10%) трансформаторных подстанций и кольцевых блоков (RMU). За последние несколько лет технологии связи продолжали быстро развиваться, и Ethernet стал стандартом в секторе энергоснабжения.
Международные стандарты связи, такие как IEC 61850, еще более упростят обмен данными между различными партнерами по коммуникации. Однако последовательные интерфейсы будут продолжать играть роль в будущем для небольших систем.
Важным элементом создания и эксплуатации Smart Grid является комплексная, последовательная связь с использованием достаточной пропускной способности и устройств с поддержкой IP / Ethernet.
Сети такого рода должны в конечном итоге полностью распространиться на отдельных потребителей, которые будут интегрированы в них с помощью интеллектуального учета. Постоянная сквозная связь помогает удовлетворить требования к онлайн-мониторингу всех компонентов грида и, помимо прочего, создает возможности для разработки новых бизнес-моделей для интеллектуального измерения и интеграции распределенной генерации энергии.
Вернуться к Контент ↑
8. Система управления распределением (DMS)
Система управления распределением (DMS)
Сегодняшняя распределительная сеть в основном характеризуется ручными процедурами, основанными на опыте стареющей рабочей силы.
Использование Spectrum Power Distribution Management System (DMS) создаст интеллектуальную, самовосстанавливающуюся сетку, обеспечив следующие усовершенствования:
- Сокращение времени возникновения и продолжительности выхода из-за применения расширенных алгоритмов обнаружения неисправностей и сетевых реконфигураций.
- Минимизация потерь за счет улучшения мониторинга.
- Оптимизированное использование активов посредством управления спросом и распределенной генерации.
- Сокращение затрат на обслуживание за счет мониторинга состояния сети.
Умное управление сетями распределения электроэнергии является одним из ключевых факторов успеха для достижения амбициозных целей Smart Grid.
Вернуться к Контент ↑
9. Автоматизация распределения и защита
Предпосылкой для комплексного проектирования автоматизации и защиты является определение требуемых уровней автоматизации и функциональности для распределительных подстанций и ЕА.
Это может отличаться среди RMU в одной распределительной сети или в одном и том же фидере из-за различного первичного оборудования или доступности связи. Тем не менее, с ограниченным доступом к коммуникациям или без него, может быть реализован определенный уровень автоматизации и функциональность Smart Grid, а также возможность комбинирования функций в системе автоматизации фидера.
Следующие уровни автоматизации распространения могут служить в качестве дорожной карты для модернизации сетей, приближающейся к внедрению Smart Grid:
Локальная автоматизация (без связи)
- Разделитель (автоматическое восстановление неисправностей с помощью последовательностей пользовательских операций)
- Регулятор напряжения (автоматическое регулирование напряжения для длинных питателей)
- Контроллер повторного включения (автоматический автоматический выключатель для воздушных линий)
Только мониторинг (односторонняя связь с распределительной подстанцией или центром управления)
Блок обмена сообщениями (например, индикаторы короткого замыкания с односторонней связью с распределительной подстанцией в центр управления для быстрого места повреждения)
Контроль, мониторинг и автоматизация (двухсторонняя связь с распределительной подстанцией или центром управления)
-
Автоматизация распространения RTU (DA - RTU) с мощными функциями связи и автоматизации, применимыми к функциям Smart Grid, например:
- Автоматизированные процедуры самовосстановления
- Станция узла для приложений с качеством электроэнергии
- Концентратор данных для интеллектуальных измерительных систем
- Узел узла для децентрализованной выработки электроэнергии
- Узловая станция для приложений спроса и ответа
Защита, контроль, мониторинг и автоматизация (двухсторонняя связь с распределительной подстанцией или центром управления)
Контроллер повторного включения для воздушных линий, а также автоматический повторный выключатель с расширенными функциями защиты и расширенными функциями связи и автоматизации.
Вернуться к Контент ↑
10. Распределенные энергетические ресурсы (DER)
Различные конфигурации для управления DER
Интеграция распределенных энергетических ресурсов (DER) требует совершенно новой концепции: виртуальной электростанции. Виртуальная электростанция соединяет многие небольшие заводы, которые участвуют в энергетическом рынке совершенно по-новому.
Это позволяет использовать каналы продаж, которые в противном случае не были бы доступны операторам отдельных заводов.
Взаимодействуя в сети, электростанции могут эксплуатироваться еще более эффективно и, следовательно, более экономично, чем раньше, принося пользу операторам децентрализованных генерирующих мощностей.
В виртуальной электростанции оптимальная поддержка децентрализованного управления энергией и связи с генерирующими установками играет особую роль, а благодаря системе децентрализованной системы управления энергопотреблением (DEMS) и DER Controller компании Siemens. Центральным элементом является DEMS, что обеспечивает интеллектуальную, экономичную и экологически чистую связь децентрализованных источников энергии.
Контроллер DER облегчает связь и специально адаптирован к требованиям децентрализованных источников энергии.
Вернуться к Контент ↑
11. Децентрализованная система управления энергией (DEMS)
DEMS, ядро виртуальной электростанции, одинаково подходит для коммунальных предприятий, промышленных предприятий, операторов функциональных зданий, энергообеспечивающих сообществ, регионов и поставщиков энергетических услуг.
Децентрализованная система управления энергией (DEMS) - Схема
DEMS использует три инструмента для оптимизации мощности:
- Предсказания,
- Оперативное планирование и
- Оптимизация в реальном времени.
Инструмент прогнозирования предвосхищает электрические и тепловые нагрузки; например, в зависимости от погоды и времени суток. Прогнозирование генерации из возобновляемых источников энергии также важно и основано на прогнозах погоды и уникальных характеристиках растений.
Краткосрочное планирование для оптимизации эксплуатационных расходов всего установленного оборудования должно соответствовать техническим и контрактным условиям фона каждые 15 минут в течение не более одной недели.
Расчетный план минимизирует затраты на производство и эксплуатацию, в то время как DEMS также управляет экономией и экологическими соображениями.
Вернуться к Контент ↑
12. Интеллектуальные измерительные решения
Интеллектуальный счетчик BC Hydro, который использует короткие всплески радиоволн для связи с электрической сетью.
Автоматизированная измерительная и информационная система (AMIS) регистрирует энергопотребление каждого отдельного потребителя с течением времени, а потребителям, в свою очередь, предоставляется подробная информация об их потреблении энергии.
По оценкам экспертов, использование интеллектуальных счетчиков может сэкономить до десяти тераватт-часов электроэнергии или почти два процента от общего потребления энергии.
Вывод
Нет сомнений в том, что будущее принадлежит Smart Grid, и что производство электроэнергии значительно изменится к тому времени, когда оно станет реальностью.
Крупные электростанции будут продолжать обеспечивать базовое предложение, но также будут возобновляемые источники энергии, что приведет к колебаниям в сетке. В недалеком будущем возможно гибкое промежуточное хранение временной избыточной мощности в сетке с использованием электрических транспортных средств и стационарных блоков хранения.
Датчики и интеллектуальные счетчики будут включать или выключать эти устройства, обеспечивая эффективное управление нагрузкой.
Вернуться к Контент ↑
Ссылки: Руководство по энергетике SIEMENS