Использование цифровых технологий в распределительных сетях во многих регионах сдерживается отсутствием или слабым развитием телекоммуникационной инфраструктуры. Модернизации энергосистем в таких регионах может способствовать использование облачных платформ, в которые передаются данные о подстанциях и эксплуатационных показателях сети при помощи спутниковой или сотовой связи, – что повышает эффективность, надежность и отказоустойчивость сетей.
В статье коллектива авторов (Фаррух Аминифар, Дэн Бранкаччо, Бабак Энаяти, Шей Бахрамирад, Эрик Удрен, Джонатан Сайкс и Крис Карпентер), опубликованной в журнале IEEE Electrification Magazine (т. 13, № 1 за 2025 год), облачные платформы описаны в качестве альтернативы традиционным внутренним системам вычислений и хранения данных. Они представляют собой масштабируемые, гибкие, безопасные, надежные и экономичные решения, которые ускоряют развертывание и использование систем мониторинга и управления, обеспечивая бесперебойную работу и эффективное управление сетью даже в районах с ограниченными возможностями подключения.
Облачные системы и вычисления
Облачные системы – это комплексные сервисы, предоставляющие вычислительные ресурсы через Интернет и позволяющие предприятиям и частным лицам получать доступ к ИТ-инфраструктуре, управлять ею и использовать ее, не владея физическим оборудованием.
Варианты облачных платформ включают предоставление следующих возможностей:
- Инфраструктура как услуга (IaaS). Позволяет пользователям арендовать виртуальные машины (ВМ), хранилища и сети, примерами которых являются Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure и Google Cloud Platform (GCP).
- Платформа как услуга (PaaS). Позволяет вести разработку, запуск и управление приложениями без использования инфраструктуры. Примеры – Heroku, Google App Engine и Microsoft Azure App Services.
- Функция как услуга (FaaS), или бессерверные вычисления. Примеры – AWS Lambda, Azure и Google Cloud.
- Программное обеспечение как услуга (SaaS). Предоставляет через Интернет программные приложения на основе подписки. Примеры – Salesforce, Microsoft Office 365 и Google Workspace.
Преимущества и недостатки облачных систем для предприятий электроэнергетики
Основные преимущества облачных систем для предприятий электроэнергетики состоят в том, что, пользуясь ими, энергокомпании получают возможности наращивать или сокращать ИТ-ресурсы в зависимости от своих потребностей и не зависеть от инвестиций в инфраструктуру. Они могут снизить капитальные затраты на аппаратное и программное обеспечение и сократить операционные расходы за счет снижения требований к техническому обслуживанию и управлению.
Компании получают инструменты анализа данных, основанных на методах искусственного интеллекта (AI) и машинного обучения (ML), которые могут обрабатывать огромные объемы данных, генерируемых различными датчиками и интеллектуальными счетчиками.
Благодаря встроенным решениям для резервирования и аварийного восстановления облачные решения обеспечивают высокую надежность сетей. Также они способствуют быстрому внедрению и интеграции новых технологий, таких как усовершенствованная инфраструктура учета (AMI), распределенные энергетические ресурсы (DER) и устройства Интернета вещей.
Благодаря централизованному доступу к данным и общим приложениям улучшается взаимодействие между сотрудниками коммунальных служб и внешними партнерами.
Вместе с тем, освоение облачных систем электроэнергетическими компаниями сталкивается с рядом проблем.
Первая – это безопасность: перенос в облако конфиденциальных данных, включая информацию о клиентах и деталях критически важной инфраструктуры, может вызвать утечку данных и несанкционированный доступ к ним. Поэтому от коммунальных служб требуется соблюдение строгих нормативных требований, регулирующих хранение, передачу и доступ к данным.
Во-вторых, многие утилиты работают с устаревшими системами и инфраструктурой, которые могут быть несовместимы с современными облачными технологиями. Эта проблема снижается или даже устраняется в новых приложениях, таких как управление DER или VPP.
Третье: для коммунальных предприятий решающее значение имеет обеспечение непрерывной работы и надежности. Необходимо гарантировать бесперебойную работу облачных провайдеров и разработать надежные планы аварийного восстановления.
Четвертое: облачные системы зависят от подключения к Интернету, что может привести к задержкам и снижению производительности, особенно при выполнении операций, требующих времени.
Наконец, переход на облачные системы требует обеспечения их бесперебойного взаимодействия с устройствами и платформами коммунальных служб, а также подготовки персонала.
Применение облачных систем в электроэнергетике
Возможности облачных приложений для электроэнергетических компаний включают в себя широкий спектр функций и возможностей.
Облачная реализация управления и мониторинга электросетей в режиме реального времени повышает их надежность и операционную эффективность предприятий электроэнергетики. Используя облачные платформы, коммунальные службы могут собирать данные с AMI и осуществлять мониторинг и управление энергопотреблением в режиме реального времени, а также расширяют свои возможности реагирования на спрос (DR). Масштабируемость облачной инфраструктуры позволяет им обрабатывать растущий объем данных, генерируемых интеллектуальными счетчиками, без инвестиций в физическую инфраструктуру. Благодаря мониторингу работы энергосистем в режиме реального времени коммунальщики могут эффективно балансировать энергопотребление в сети и поддерживать стабильность частоты.
Облачные платформы позволяют координировать и оптимизировать совокупность DER, управляя ими как единой виртуальной электростанцией (VPP) с помощью обработки данных в режиме реального времени и расширенной аналитики. Благодаря доступу к облачным данным и аналитике коммунальные службы могут быстро обнаруживать перебои электроснабжения, диагностировать их и реагировать на них. Облачные платформы обеспечивают цифровое преобразование традиционных систем защиты, автоматизации и управления подстанциями, а также интеграцию их с другими цифровыми платформами.
Наконец, облачная реализация геоинформационных систем (ГИС) позволяет энергетическим предприятиям анализировать пространственные данные, расширяя возможности мониторинга и обслуживания коммунальных объектов.
Глобальная система мониторинга: архитектура «Сенсор-облако»
По мнению авторов, системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) и системы энергоменеджмента (EMS) уже устарели, поскольку не способны быстро управлять динамикой и отслеживать помехи в будущих энергосистемах с высокой долей нестабильных инверторных ресурсов. В статье предлагается идея передачи данных датчиков непосредственно с подстанций в облако, минуя загрузку в наземные хранилища. Такой подход видится особенно актуальным для распределительных сетей и микрогридов.
На рисунке 1 показана архитектура, разработанная для непрерывного сбора синхронизированных по времени электрических измерений в потоковом режиме.
На подстанции должно быть установлено следующее оборудование:
- GPS-приемник/таймер времени, обеспечивающий синхронизацию измерений PMU по времени;
- PMU – в настоящее время производятся защитные реле и цифровые регистраторы неисправностей с возможностью потоковой передачи.
- Сетевой коммутатор Ethernet, через который потоки данных PMU передаются внутри подстанции.
- Брандмауэр - устройство безопасности, которое анализирует трафик и защищает сеть передачи данных и ретрансляции от несанкционированного доступа извне.
- Маршрутизатор виртуальной частной сети (VPN), через который данные отправляются на точку доступа в Интернет.
- Интерфейс интернет-сервиса. Зашифрованные данные PMU передаются на виртуальную машину, размещенную за дешифровальной частью интерфейса VPN.
Расшифрованный однонаправленный поток данных PMU обрабатывается концентратором данных (GPA openPDC) и архивируется в хранилище (GPA openHistorian). Данные подготавливаются для удаленной визуализации пользователем с помощью веб-редактора Grafana.
В статье также приведены результаты лабораторных испытаний описанной модели. Авторы отмечают, что децентрализация обмена между датчиками и облаком способствует более быстрому принятию решений и сокращает задержки, имеющие решающее значение для поддержания стабильности электросети и устранения помех. В совокупности эти технологии будут способствовать интеграции ВИЭ, повышению энергоэффективности и общей устойчивости электроэнергетических систем.
Первоисточник читайте в IEEE Electrification Magazine, т. 13, № 1 за 2025 г.
Подготовлено АНО «Центр «Энерджинет» при поддержке Фонда НТИ и Минобрнауки России
