Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активноадаптивной сетью
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ С АКТИВНО-АДАПТИВНОЙ СЕТЬЮ 2012 2 Аннотация В данном документе представлены основные положения Концепции развития интеллектуальной электроэнергетической системы России с активно- адаптивной сетью, разработанные в 2011 г. по заказу ОАО «ФСК ЕЭС» ОАО «НТЦ электроэнергетики» с привлечением ряда отраслевых и академических институтов, в том числе ОАО «Институт «Энергосетьпроект», Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ РАН), Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения РАН (ИСЭМ СО РАН), Института энергетических исследований РАН (ИНЭИ РАН), Института проблем управления РАН (ИПУ РАН), ГУ «Институт энергетической стратегии» (ГУ ИЭС), Высшей школы экономики, Московского энергетического института (ТУ), ОАО «Научно-исследовательский институт по передаче энергии постоянным током высокого напряжения» (НИИПТ). В документе учтены замечания ОАО «СО ЕЭС». Концепция рассмотрена и одобрена на совместном заседании НТС ОАО «ФСК ЕЭС» и Российской академии наук в октябре 2011г. 3 ВВЕДЕНИЕ Единая электроэнергетическая система (ЕЭС) России (бывшего СССР), созданная более шестидесяти лет назад, является уникальным организационно-техническим объектом, структура которого и управление им построено по иерархическому принципу, что обеспечивает сбалансированное единство генерации, сетевого распределения и потребления в территориальном разрезе для обеспечения энергетической безопасности регионов и возможность межсистемного обмена потоков мощности и энергии в нормальных и аварийных режимах для повышения эффективности энергообъединения. Наличие межсистемных связей большой пропуcкной способности, составляющих Единую национальную электрическую сеть нынешней ЕЭС России, позволяет обеспечить рациональное использование различных энергетических ресурсов, географически и технологически неравномерно распределенных по территории страны (угольные и гидроэнергетические ресурсы, АЭС и ГАЭС), для энергоснабжения крупных центров энергопотребления. Применяемые в ЕЭС системы автоматического управления в нормальных и аварийных режимах, системы релейной защиты и автоматики, способы и методы регулирования возбуждения синхронных генераторов и компенсаторов и др. позволили обеспечить в высокой степени надежную и устойчивую работу ЕЭС и электроснабжение потребителей. Централизованная система организации и управления ЕЭС в условиях современной постреформенной России прошла глубокий реинжиниринг деятельности с усилением вертикали оперативно-диспетчерского управления и продолжает совершенствоваться, в том числе для поддержки развивающихся моделей рынка и обновления технологической инфраструктуры ЕЭС. Вместе с тем, необходимо отметить, что ЕЭС, создававшаяся достаточно давно, нуждается в серьезной модернизации основных фондов и обновлении как в части замены почти 50% физически и морально устаревшего оборудования, так и в применении новых технологий и оборудования, информационно-диагностических систем и систем управления. Реструктуризация электроэнергетики, рыночные условия функционирования электроэнергетики вносят свои особенности и проблемы. Необходимо создание клиенто-ориентированной электроэнергетики, обеспечение 4 существенно более надежного электроснабжения потребителей, привлечение последних к участию в процессе управления режимами работы энергосистемы. Требуется применение нового энергоэффективного оборудования и новых технологий, обеспечивающих снижение издержек при производстве и передаче электроэнергии, снижение уровня потерь при транспорте тепловой и электрической энергии, оптимизацию величины и размещения резервных мощностей. В последнее десятилетие в передовых странах мира развивается технология Smart Grid (интеллектуальная сеть). Существуют уже десятки пилотных проектов, где применение «умных счетчиков», «умных лифтов», «умных домов», использование солнечной и ветровой энергии в сочетании с «умными домами» дает существенный выигрыш потребителю в оплате услуг энергетических организаций. Электроснабжающие организации, в свою очередь, получают положительный эффект благодаря сглаживанию графика пиковой нагрузки и уменьшению потерь электроэнергии (Приложение 1). При разработке данной Концепции основное внимание было уделено развитию элементов интеллектуальной энергосистемы на высоком и сверхвысоком напряжении, хотя эффекты от ее внедрения рассмотрены в комплексе по всей энергосистеме. Ведущая роль при модернизации электроэнергетики на новых принципах отводится электрической сети как структуре, обеспечивающей надежные связи генерации и потребителя. Новейшие технологии, применяемые в сетях, обеспечивающие адаптацию характеристик оборудования к режимной ситуации, активное взаимодействие с генерацией и потребителями, позволяют создать эффективно функционирующую систему, в которую встраиваются современные информационно-диагностические системы, системы автоматизации управления всеми элементами, включенными в процессы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. В целом речь идет о создании так называемой Интеллектуальной электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС), под которой понимается система, в которой все субъекты электроэнергетического рынка (генерация, сеть, потребители) принимают активное участие в процессах передачи и распределения электроэнергии. В составе ИЭС электрическая сеть из пассивного устройства транспорта и распределения электроэнергии превращается в активный элемент, параметры и характеристики которого изменяются в реальном времени в зависимости от режимов работы энергосистемы. Для реализации этой новой функции сети оснащаются современными быстродействующими устройствами силовой электроники и электромашиновентильных систем, системами, обеспечивающими получение информации в режиме on-line о режимах работы сети и состоянии оборудования. В сетях и у потребителя находят широкое применение различного рода накопители (аккумуляторы) электрической энергии, а 5 потребители становятся активными участниками процесса распределения и потребления электроэнергии. ИЭС ААС оснащаются современными системами автоматизации управления нормальными и аварийными режимами работы с использованием мощных компьютерных средств и единой сети связи для управления и оценки состояния режимов работы ИЭС. Для целей достижения энергоэффективности, снижения потерь, помимо применения современного экономичного оборудования и технологий применяются и прорывные технологии, такие как использование явления высокотемпературной сверхпроводимости. Реализация идеологии ИЭС ААС направлена на достижение качественно нового уровня эффективности ее функционирования и развития, а также на повышение системной надежности и пропускной способности, повышение качества и надежности электроснабжения потребителей. Практическое воплощение данных направлений осуществляется во взаимосвязи и в развитие положений стратегических документов ОАО «ФСК ЕЭС» – Программы инновационного развития и Политики инновационного развития и модернизации. 1. Принципы создания ИЭС ААС Стратегическая цель и направления развития ИЭС ААС Электроэнергетика России должна базироваться на ключевых ценностях, основанных на клиенто- и социальной направленности с высоким общественным имиджем, обеспечивая: достаточность (по мощности и объему с учетом графика электропотребления) энергетических услуг надлежащего качества; допустимость (технологическую и социально-экологическую) совместной работы систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения с поддержанием необходимого уровня резервирования и надежности энергоснабжения; доступность предоставления услуг (подключения) и передачи электроэнергии в соответствии с экономически обоснованным спросом. Основные новые качества ИЭС ААС определяются следующими аспектами: Обеспечение равного доступа любых производителей и потребителей электрической энергии к услугам инфраструктуры. Создание специальных интерфейсов для унифицированного и надежного подключения к сетям возобновляемых и нетрадиционных источников энергии на условиях параллельной работы в составе энергосистемы. 6 Участие в управлении режимом работы ИЭС генерации, управляемых элементов сетевой инфраструктуры, потребителей электроэнергии. Обеспечение «активности» потребителей электроэнергии за счет их оснащения интеллектуальными системами учета с возможностью ситуативного управления спросом. Обеспечение за счет применения этих систем рационального использования энергии в нормальных режимах и управления потреблением электроэнергии с целью поддержания требуемых параметров функционирования ИЭС. Наличие достаточных объемов информации о текущем состоянии и ее элементов (включая векторные измерения), и о внешней среде (освещенность, осадки, гололед, ветровые нагрузки и другие метеофакторы), а также современной системы управления, позволяющей в реальном времени обрабатывать указанную информацию. Обеспечение максимальной самодиагностики элементов ИЭС, использование ее результатов в алгоритмах функционирования автоматических систем режимного и противоаварийного управления. Наличие распределенных и иерархических централизованных систем режимного и противоаварийного управления, основанных на адаптивных алгоритмах реального времени. Применение быстродействующих программ и вычислительных ресурсов, обеспечивающих как выработку автоматических управляющих воздействий, так и предоставление рекомендаций (с помощью экспертных и других систем) диспетчерскому, оперативно- технологическому и ремонтному персоналу для реализации управляющих воздействий и проведения необходимых работ. Концепция интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью Интеллектуальная электроэнергетическая система с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС) представляет собой электроэнергетическую систему нового поколения, основанную на мультиагентном принципе организации и управления ее функционированием и развитием с целью обеспечения эффективного использования всех ресурсов (природных, социально- производственных и человеческих) для надежного, качественного и эффективного энергоснабжения потребителей за счет гибкого взаимодействия всех ее субъектов (всех видов генерации, электрических сетей и потребителей) 7 на основе современных технологических средств и единой интеллектуальной иерархической системы управления. В ИЭС ААС важная роль отводится активно-адаптивной электрической сети, как технологической инфраструктуре электроэнергетики, собственно наделяющей интеллектуальную энергосистему принципиально новыми свойствами. Активно – адаптивная сеть представляет собой совокупность подключенных к генерирующим источникам и потребителям энергии элементов электрических сетей и систем управления, включающих: линии электропередачи с управляемым изменением характеристик (активных и реактивных составляющих сопротивлений), а также систем контроля их состояния (стрел провеса, гололедообразования, систем защиты от разрядов и перенапряжений и др).; устройства электромагнитного преобразования электроэнергии с широкими возможностями регулирования параметров (напряжения по модулю и по фазе, мощности активной и реактивной, преобразования рода тока – переменного и постоянного и др.), а также средства накопления и аккумулирования энергии; коммутационные аппараты с высокой отключающей способностью и большим коммутационным ресурсом; исполнительные механизмы, позволяющие в реальном времени воздействовать на активные элементы сети, изменяя ее параметры и топологию (конфигурацию и сопротивления); датчики положения и текущих режимных параметров в количестве, достаточном для обеспечения оценки состояния сети в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах работы энергосистемы, с высокой скоростью съема показаний в цифровом виде; современные цифровые устройства защиты и автоматики; информационно – технологические и управляющие системы, в т.ч. программное обеспечение и технические средства адаптивного управления с возможностью воздействия в реальном времени на активные элементы сети и электроустановки потребителей; быстродействующую многоуровневую управляющую систему с соответствующим информационным обменом для управления и контроля состояния системы в целом, ее частей и элементов с различными временными циклами для разных уровней управления; Сравнение традиционной и активно-адаптивной сетей дано в Приложении №2. 2. Ключевые направления концепции ИЭС ААС В концепции ИЭС ААС представлены три основных направления развития электроэнергетики: 8 1. Создание и применение улучшающей, новой и прорывной техники, обеспечивающей экономичность и управляемость электрической сети, разработка и использование технологий мониторинга и диагностики сетей. 2. Развитие современных и создание новых систем управления электроэнергетикой; проработка новых принципов информационного взаимодействия энергообъектов, включая и «информационное облако»; обеспечение их кибербезопасности. 3. Разработка принципов вовлечения в управление энергопотреблением как отдельных активных потребителей, так и коллективных интеллектуальных микросетей. На базе этих трех направлений образуются технические, экономические и социальные эффекты, обосновывающие необходимость развития ИЭС ААС. Для реализации концепции предусматривается создание пилотных проектов, строится дорожная карта. Пилотные проекты в регионах Пилотные проекты в мегаполисах Дорожная карта Развитие систем управления Прорывная и улучшающая новая техника (НТ) Направления применения и места установки новой техники в ИЭС ААС Состав подсистем управления, включая новые направления Новые принципы информационного взаимодействия Развитие принципов взаимодействия с потребителями Участие активного потребителя в работе ИЭС ААС Интеллектуальные распределительны е сети и микросети Технические, экономические и социальные эффекты Ключевые направления концепции ИЭС ААС Технологии мониторинга и диагностики электрических сетей 9 3. Новая техника — приоритетные (основные) технологии интеллектуальной ЕНЭС Технические средства активно-адаптивной сети, обеспечивающие её управляемость, в значительной степени определяют возможность «интеллектуализации» электроэнергетики. Указанные технические средства можно разделить на следующие основные группы: Устройства регулирования (компенсации) реактивной мощности и напряжения, подключаемые к сетям параллельно. Устройства регулирования параметров сети (сопротивление сети), подключаемые к сети последовательно. Устройства, сочетающие функции первых двух групп – устройства продольно-поперечного включения. Устройства ограничения токов короткого замыкания. Накопители электрической энергии. Преобразователи рода тока (переменный ток в постоянный и постоянный ток в переменный). Кабельные линии электропередачи постоянного и переменного тока на базе высокотемпературных сверхпроводников. 3.1. Управляемые устройства компенсации реактивной мощности предназначены для выполнения задачи обеспечения качества электрической энергии по напряжению путем поддержания заданных уровней напряжения в контрольных пунктах сети. В определенных случаях, особенно для межсистемных и системообразующих связей, при дальнем транспорте электроэнергии эти устройства вносят вклад в повышение статической и динамической устойчивости электроэнергетических систем, устойчивости нагрузки. Данные устройства по принципу действия делятся на статические и электромашинные. К статическим устройствам относятся: простейшие батареи статических компенсаторов (БСК) и шунтирующие реакторы (ШР), обеспечивающие ступенчатое регулирование реактивной мощности, реакторные группы, коммутируемые вакуумными выключателями (ВРГ), управляемые шунтирующие реакторы (УШР) , статические тиристорные компенсаторы (СТК), статические компенсаторы реактивной мощности, выполненные на базе современной силовой электроники (мощные IGBT транзисторы) – СТАТКОМ. К электромашинным относятся синхронные (СК) и асинхронизированные (АСК) компенсаторы. Реакторные группы, коммутируемые выключателями (ВРГ). Ступенчато-регулируемые реакторы, подключаемые к третичной обмотке автотрансформаторов (трансформаторов) посредством вакуумных 10 выключателей с числом коммутаций 5000 – 10000, временем включения/отключения выключателя c t 12 , 0 02 , 0 . Применяются для компенсации зарядной мощности линий электропередачи и в узлах нагрузки для поддержания напряжения в требуемых пределах в установившихся режимах. Возможны комбинации, когда параллельно ВРГ подключаются конденсаторные батареи (КБ). Отечественной промышленностью освоено производство ВРГ. Управляемый шунтирующий реактор с подмагничиванием постоянным током. Выполняется на основе специального трансформатора в составе УШР. На общем сердечнике содержится сетевая обмотка реактора, компенсирующая обмотка, обмотка управления, и вне бака с УШР – тиристорное выпрямительное устройство и фильтр. УШР предназначены для плавного регулирования напряжения (реактивной мощности). УШР могут устанавливаться как на линиях электропередачи (линейные УШР), так и на шинах подстанции. Предпочтительная область применения – распределительные сети. Возможна комбинация, когда параллельно УШР подключается конденсаторная батарея (КБ). Производство УШР освоено промышленностью России и Украины. Статические тиристорные компенсаторы (СТК). В состав СТК входит реактор с воздушным охлаждением и тиристорный вентиль с воздушным или водяным охлаждением, образующие тиристорные группы (ТРГ) с плавным регулированием угла зажигания тиристоров. Параллельно с ТРГ подключена конденсаторная батарея (КБ),а иногда и фильтро- компенсирующие устройства (ФКУ). Подключается к сети ВН через третичную обмотку НН автотрансформатора или через блочный повышающий трансформатор. СТК применяются для регулирования напряжения, а также для повышения пределов передаваемой мощности по линиям электропередачи. Отечественной промышленностью освоено производство СТК мощностью 50, 100, 160 МВА 11-15.75 кВ. Мировые производители (Siemens, ABB, Areva и др.) выпускают СТК единичной мощностью 50-500 МВА, напряжением до 35 кВ. В мировой практике СТК нашли широкое применение. |