16 мая 2023 года состоялось первое заседание созданной в марте Секции 4 «Стратегические и общесистемные вопросы функционирования и развития электрических сетей» Научно-технического совета (НТС) ПАО «Россети». В повестку заседания вошли вопросы оптимизации топологии распределительных сетей и интеллектуального управления в распределительных электрических сетях, также был представлен доклад, посвященный гравитационным накопителям большой емкости. Обзор докладов и фоторепортаж с заседания — в нашем материале.
Открывая заседание, руководитель Секции — заместитель генерального директора издательства журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» Борис Механошин отметил, что перед участниками новой секции стоит достаточно сложная задача — определить, каким может быть новый взгляд на решение текущих вызовов в распределительных сетях. Их протяженность в нашей стране составляет почти 2 млн км.
Обосновывая актуальность темы, спикер обозначил следующую проблематику: снижение аварийности и потерь при передаче электроэнергии, а также обновление и развитие сетей в условиях тарифных ограничений.
Затем Борис Механошин перешел к первому вопросу заседания — проблематике топологии распределительных сетей. В качестве примера он привел проект по оптимизации топологии распредсетей, реализованный в Индии в 2002–2004 годах.
Работы были проведены в три этапа. На первом — построена оптимальная модель сети, учитывающая карту нагрузок. На втором — создавались две топологии будущей сети с разными конфигурациями и уровнями напряжениями, рассчитывались эффективности. Третьим этапом стала физическая оптимизация сетей: «Там, где оптимальные линии совпали с существующими сетями, там их оставили, где не совпали, — их демонтировали и проложили новые по оптимальным маршрутам», — пояснил Борис Механошин.
По словам спикера, вложенные в проект инвестиции окупились за два года, протяженность сетей сократилась вдвое (с 2,4 до 1,2 тысячи км), потери электроэнергии также кратно сократились. Борис Механошин добавил, что в России есть опыт подобных проектов — они были реализованы в Кабардино-Балкарии и Тверской области. Выполненные работы уже принесли положительные результаты.
«Мы хотим сегодня предложить «Россетям» посмотреть на проблему не только со стороны стандартных подходов и программ (по борьбе с потерями, по повышению надежности и т.д.). У старых проблем могут быть и новые решения. И стратегическим решением здесь является оптимизация топологии сети», — резюмировал спикер.
«Одной из ключевых проблем в части оптимизации топологии являются «грязные данные», — отмечает Борис Механошин. Под этим определением понимается разница показателей, которыми оперируют сетевые компании, сбыты, абонентские базы на ГИСе и др. «Для того, чтобы двигаться дальше, необходимо иметь точное описание массива из 2 млн км распредсетей. В первую очередь — 110 кВ и ниже. На сегодня, к сожалению, этот массив полон «грязных данных», — отметил он. — И на их основании делаются какие-то выводы и прогнозы, строятся кампании. Поэтому первая задача — создать систему, которая позволит верить получаемым данным».
Он подчеркнул, что возникшая проблема решаема за счет применения технологий искусственного интеллекта и машинного обучения. «Все эти данные уже есть, их просто нужно «пропустить через мясорубку» и выделить из них то, что нужно. Но когда мы соберем эти данные, мы столкнемся с тем, что ни у кого нет САПР по построению оптимальной сети по карте нагрузок. Однако эта задача тоже решаема, а ее решение позволит посмотреть на распредсети под новым углом», — считает Борис Механошин.
Также, по словам спикера, после создания САПР необходимо будет определиться с критериальной базой, понять каким должно быть соотношение полезного отпуска к у.е. в прогнозируемой перспективе и т.д. «В этом и есть наша попытка найти другой взгляд на существующую проблему», — подвел итог руководитель секции.
Тему продолжил содокладчик Бориса Механошина — директор практики «Развитие энергетических систем и электрических сетей» VYGON Consulting, к.ю.н. Илья Киселев, представивший в своем докладе технико-экономическое обоснование рассматриваемой модели оптимизации распределительных сетей.
Спикер коснулся проблемы «грязных данных» и хаотичности изменений структуры потребителей, которая требует реконфигурации сети. В завершение выступления он продемонстрировал эскизную модель использования цифровых двойников для оптимизации сети.
Заместитель главного инженера ПАО «Россети» Григорий Гладковский в свою очередь отметил, что успешная реализация поставленной цели потребует в том числе решения ряда задач в части совершенствования нормативно-правового регулирования.
«Здесь есть два процесса, которые схожи, но на самом деле будут значительно отличаться в деталях: новое строительство и реконструкция существующих сетей. Вот это предлагаемое «спрямление» сетей имеет исторический аналог — спрямление железных дорог в Европе, где они изначально строились не плановым, а рыночным, конкурентным способом. Есть множество примеров, когда ранее построенные дублирующие жд-ветки в последствии просто убирали. Видимо, мы можем прийти к похожему процессу с распределительной сетью. В какой-то момент ее нужно будет «спрямлять», оптимизировать существующие трассы. Например, убрать что-то с болот и проводить вдоль автомобильной дороги, или наоборот — убрать с дороги и проложить по более оптимальному маршруту. Так вот, при новом строительстве все понятно, мы используем, например, ИИ уже при проектировании и выстраиваем некую сверхэффективную модель. А если мы работаем с уже существующей сетью, то возникает ряд вопросов: как организовать это в рамках действующего регулирования, как при этом не потерять в доходах, как объяснить необходимость реконструкции региональным энергетическим комиссиям, Минэнерго и т.д. Вот это действительно непростая задача», — сказал Григорий Гладковский.
Советник председателя Правления АО «СО ЕЭС» Андрей Жуков обратил внимание на необходимость учета схемы расположения магистральных электросетей при изменении топологии распределительного комплекса.
«Распредсети работают не сами по себе, а от источников питания. То есть, самая важная задача — определить этот интерфейс, те точки, где мы одно состыковываем с другим. Вот если мы сможем это сделать правильно и обосновать научно, тогда уже можно будет моделировать, проектировать и развивать распредсети, исходя из задач и требований потребителей и тех или иных качеств сетей. Но не сопрягать нельзя, обязательно надо найти те принципы, по которым одни сети будут гармонизироваться с другими», — отметил Андрей Жуков.
Доклад «Разработка интеллектуальной системы регулирования напряжения и реактивной мощности в распределительной электрической сети» представил директор института электроэнергетики НИУ «МЭИ», главный редактор журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» Владимир Тульский.
Говоря об актуальности разработки, спикер выделил следующие основные проблемы в современных распределительных сетях:
- Контроль уровня напряжения только на центре питания.
- При управлении не учитываются потери активной мощности и статические характеристики нагрузки.
- Наличие фидеров с различающимися требованиями по управлению напряжением, подключенных к одной подстанции.
- Распределительные сети с большой сезонной/недельной неравномерностью нагрузки.
Как отметил спикер, сбор и анализ результатов инструментального контроля качества электрической энергии (более 1000 измерений в сетях 10/0,4 кВ) и жалоб потребителей (более 10 000 заявлений) показал, что на сегодня большинство нарушений нормативных требований связано с таким показателем качества электроэнергии как «медленные изменения напряжения». «Эффективным решением в данной части может стать создание интеллектуальной системы регулирования напряжения и реактивной мощности в распределительной электрической сети», — считает Владимир Тульский. Такая система, позволит в режиме реального времени управлять устройствами РПН центров питания, а при необходимости и устройствами компенсации реактивной мощности и ПБВ трансформаторов 10/0,4 кВ.
Таким образом, могут быть решены следующие задачи:
- Обеспечение максимально возможного количества потребителей качественной электроэнергией, соответствующей требованиям ГОСТ.
- Управление потреблением электрической энергии в соответствии с фактическими статическими характеристиками нагрузки по напряжению.
- Снижение потерь электрической энергии в распределительной сети.
- Получение максимальной выгоды от передачи электрической энергии.
«Для того, чтобы это реализовать, мы предложили НИОКР, состоящий из нескольких этапов», — рассказал Владимир Тульский.
Среди таких этапов спикер назвал:
- Выбор пилотного участка электрической сети и формирование его цифрового двойника, включающего:
— проведение одновременных измерений параметров электрического режима в контрольных узлах выбранной сети и снятие статических характеристик по напряжению для различных типов потребителей;
— составление математической модели выбранной сети с верификацией по результатам инструментального обследования;
— проведение исследований электрических режимов работы электрической сети пилотного района на момент проведения измерений, а также на перспективу. - Разработка алгоритма оптимизации режима работы распределительных сетей:
— обзор современных российских и зарубежных систем оптимизации режима работы распределительных сетей;
— теоретическая разработка метода оптимизации режима работы распределительных сетей;
— теоретическая разработка архитектуры системы оптимизации режима работы распределительных сетей;
— создание математической модели системы оптимизации режима работы распределительных сетей;
— тестирование математической модели системы оптимизации режима работы распределительных сетей;
— разработка технико-экономического обоснования целесообразных границ себестоимости интеллектуальной системы регулирования напряжения и реактивной мощности в распределительной электрической сети;
— разработка технического задания на опытный образец интеллектуальной системы регулирования напряжения и реактивной мощности в распределительной электрической сети. - Проектирование опытной модели системы:
— сборка опытного образца интеллектуальной системы регулирования напряжения и реактивной мощности в распределительной электрической сети;
— создание версии программного обеспечения для опытного образца интеллектуальной системы регулирования напряжения и реактивной мощности в распределительной электрической сети;
— разработка методики и программы испытаний.
Конечным результатом разработки должны стать система и алгоритмы централизованного регулирования напряжения и реактивной мощности на основе распределенных измерений при различном составе управляющих устройств и точек контроля.
Доклад о гравитационных накопителях электроэнергии, разработанных в рамках проекта «Энергозапас» Технопарком новосибирского Академгородка, представил руководитель проекта Петр Кропотин.
Он отметил, что с развитием ВИЭ-генерации в мире закономерно растет спрос на накопители большой мощности, поскольку такие накопители позволяют сгладить негативные эффекты для энергосистемы от неравномерности ВИЭ-генерации. И в данной части эффективным решением могут стать гравитационные накопители на твердых грузах.
«Такие накопители работают по тому же принципу, что и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), но вместо воды используется твердый груз, — рассказал Петр Кропотин. — Применение твердого груза позволяет избавиться от ограничений, присущих как гидроаккумулирующим электростанциям, так и литий-ионным накопителям. Например, нет необходимости в наличии водоема поблизости, не требуется естественный перепад высот и т.д.».
Среди других преимуществ гравитационных накопителей спикер назвал:
- высокую маневренность (3 миллисекунды за счет кратковременного участия суперконденсаторов);
- низкие операционные расходы (нет водяной коррозии);
- простоту облуживания (замена небольших функциональных блоков);
- однотипность проектирования;
- срок строительства 3–4 года, включая проектирование;
- отсутствие негативного влияния на экологию и рисков для окружающей территории (затопление, пожар);
- высокий КПД (85%).
Далее Петр Кропотин привел примеры зарубежных проектов гравитационных накопителей на твердых грузах, отметив, что «Энергозапас» в настоящее время является единственным подобным российским проектом. В завершении своего выступления спикер продемонстрировал видео работы гравитационных накопителей «Энергозапас».
По словам Петра Кропотина, на данный момент разработка проекта завершена, разработчики готовы начать проектирование «пилота».
Опубликован подробный фоторепортаж о прошедшем мероприятии.