Мы уже писали (см. статью "Энергетический переход с инженерной точки зрения"), что новый энергетический уклад будет определяться пакетом кибер-физических технологий. Нидерландские коллеги в своей статье "Self-Organization in Cyberphysical Energy Systems" в IEEE Power & Energy magazine разделяют эту точку зрения. Они пишут:
"Добавление ИКТ приводит к эволюции в сторону кибер-физической энергетической системы (CPES), где физические и вычислительные компоненты интегрированы для мониторинга и управления физическими энергетическими процессами".
Далее в статье обсуждается, что "в настоящее время проектирование, строительство, эксплуатация и обслуживание этих CPES представляют собой огромную проблему, поскольку общество еще не полностью уверено в том, как будет выглядеть будущая энергетическая система. Многое еще неизвестно о будущих цепочках создания стоимости и обязанностях на энергетическом рынке, особенно в области децентрализованного и автономного управления. Кроме того, новые технологии для более эффективного производства, хранения, распределения и управления электрической энергией еще находятся на стадии становления и роста". Если будут сделаны неправильные ставки в части архитектур энергосистем будущего, то станет сложно оптимизировать CPES в будущем.
По мнению авторов, ключом к успешной эволюции существующей энергетики в сторону CPES является такое проектирование решений, которое не определяет жестко организацию рынка, бизнес-роли и обязанности участников. Для этого CPES должна обладать свойством самоорганизации, обеспечивающим возможные изменения в организационных структурах, ожиданиях и обязанностях. Реализовать такой подход позволяет использование цифровых двойников (DT) и кибер-агентов. Его применение обеспечивает дальнейшее развитие на «беспроигрышных» эволюционных этапах и, таким образом, максимально предотвращает невыгодные инвестиции в технологические решения.
Агенты (кибер-агенты) — это (интеллектуальные) цифровые компоненты, которые действуют от имени сторон, таких как подключенные клиенты и операторы сетей. Они относятся к кибернетической части CPES. Агентов можно рассматривать как системы, которые могут самоорганизовываться. Они могут использовать информацию от физических компонентов сети для анализа того, что делать для достижения целей заинтересованных сторон. Эта информация может быть (историческими) измерениями или прогнозами будущего поведения на основе модели физической реальности. DT являются полезными активами для кибер-агентов, поскольку DT позволяют им использовать эту информацию для прогнозирования поведения, пробовать новые стратегии управления и тестировать систему в новых обстоятельствах, что позволяет им оптимизировать свои стратегии.
Цифровой двойник (DT) - виртуальное представление физического объекта. Он содержит модель реальности, которая также может состоять из кросс-доменных подмоделей. Также существует набор данных, которые содержат аспекты (записанной/исторической) реальности и выходные результаты модели. Наконец, существует связь между моделью/набором данных и внешним миром: датчики, исполнительные механизмы, (иногда) интерфейс человек-машина и/или интерфейс связи для обмена информацией с кибер-агентами и DT. По мнению авторов статьи, такая страна, как Нидерланды, будет иметь миллионы агентов в кибернетической части CPES, представляющих подключенных клиентов, и миллионы DT, которые предоставляют агентам цифровой интерфейс для подключения к миллионам физических компонентов (например, установкам фотоэлектрических систем в домах) CPES.
В статье разбирается задача управления напряжением в сети. До недавнего времени операторы сетей могли за счет хорошего проектирования сетей и простых операций управления поддерживать напряжение в пределах стандартов и предписанных параметров так, что подключенные клиенты редко испытывали проблемы с напряжением. Теперь это стало сложнее: подключенные клиенты сталкиваются с тем, что их зарядные порты для электромобилей (EV) или инверторы фотоэлектрических станций (PV) прекращают потреблять или вырабатывать электроэнергию из-за недостаточного или избыточного напряжения. В этой новой ситуации существующие соглашения и договоренности об ожиданиях и обязательствах должны измениться.
Оператору сети придется сделать больше, чем раньше, чтобы выполнить обязательства. Операторы сетей будут инвестировать в новые возможности управления напряжением, например, более динамичное (и цифровое) управление напряжением на трансформаторах, и в некоторых случаях будут выбирать усиление сети, но будут ситуации, когда у оператора сети временно не будет вариантов. Во всех этих случаях подключенные клиенты могут стать менее удовлетворенными (например, они не согласны с более высокими расходами на сеть или не желают ждать решения). В случае, если это произойдет, и оператор сети, и подключенные клиенты, вероятно, будут искать альтернативы и пересмотрят свои соглашения. Многообещающей альтернативой является то, что подключенные клиенты будут более активно участвовать в управлении напряжением. Это означает, что у подключенных клиентов возникнут обязательства либо перед оператором сети, либо непосредственно перед другими подключенными клиентами.
В статье показано, как с использованием цифровых двойников и мультиагентных систем данная задача решается разными способами ("опосредованная конкуренция", "неявное сотрудничество") за счет задействования регулировочных возможностей подключенных клиентов.
В заключении необходимо отметить, что члены команды Центра "Энерджинет" еще в 2013 году участвовали в инновационном проекте по применению мультиагентных технологий для управления напряжением и реактивной мощностью (об этом можно почитать статью "Multiagent voltage and reactive power control system" в EAI Endorsed Transactions on Energy Web). Сформированный в рамках проекта мультиагентный подход мы развили при разработке архитектуры Интернета энергии (с фреймворком архитектуры можно познакомиться здесь). Статья специалистов из Нидерландов подтверждает верность и перспективность нашего подхода.
Источник: IEEE Power & Energy magazine / январь-февраль 2024 г.
Подготовлено АНО «Центр «Энерджинет» при поддержке Фонда НТИ и Минобрнауки России
