Концепция построения интеллектуальных систем передачи и распределения электроэнергии, получившая название Smart Grid, рассматривается в Европе и Соединенных Штатах в первую очередь в приложении к распределительным сетям, обслуживающим конечных потребителей. В распределительных сетях Smart Grid при транспортировке энергии используются цифровые технологии, обеспечивающие двустороннюю связь между ее поставщиками и потребителями, позволяющие оптимизировать энергопотребление при сохранении надежности и устойчивости работы электрических сетей, в том числе в условиях появления альтернативных возобновляемых источников электроэнергии. В нашей стране данная технология активнее всего развивается в магистральных сетях.

Протяженность магистральных линий единой национальной электрической сети России превышает 120 тыс. км. В соответствии с программой реформирования отечественной электроэнергетики управление этой сетью, в состав которой входят линии с напряжением от 110 до 1150 кВ, ее эксплуатация и развитие поручено «Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы".

Протяженность магистральных линий единой национальной электрической сети России превышает 120 тыс. км.

Одна из важнейших задач ФСК ЕЭС — модернизация электросетевого хозяйства на базе инновационных технологий. Затраты на НИОКР в этой области в период с 2010-го по 2014 год составят около 19 млрд руб. Модернизация осуществляется под эгидой Минэнерго в рамках технологической платформы «Интеллектуальная энергетическая система России".

Исследования в области модернизации магистральных электрических сетей проводятся в «Научно-техническом центре электроэнергетики", где разрабатываются концепции и решения, предоставляющие возможность преобразовать магистральную сетевую инфраструктуру, являющуюся сегодня пассивным компонентом комплекса энергоснабжения, в ключевой элемент интеллектуальной электроэнергетической системы с активно-адаптивными сетями.

Создание адаптивной инфраструктуры не только приводит к необходимости внедрения электротехнических компонентов, позволяющих изменять параметры сетей в зависимости от режимов энергопотребления, но и требует построения многоуровневой автоматизированной системы технологического управления, способной оперативно реагировать на такие изменения и управлять активными сетевыми элементами.

Переход к адаптивным технологиям связан с увеличением объема технологической информации, повышением точности и достоверности измерений, требует наличия средств оперативной обработки и хранения полученных данных. В настоящее время создаются первые крупные инфраструктурные компоненты, обеспечивающие внедрение адаптивных принципов управления магистральными сетями.

Примером может служить инновационный центр управления сетями Кузбасского предприятия магистральных электрических сетей, которое является сибирским филиалом "ФСК ЕЭС". Этот центр, введенный в эксплуатацию в конце прошлого года компанией «РТСофт», осуществляет автоматизированное оперативно-технологическое управление десятью энергообъектами сибирского филиала и контролирует также несколько десятков сетевых объектов смежных энергосистем. В его функции входят сбор, контроль достоверности, обработка, передача, хранение, визуализация телеметрических и других данных, характеризующих режимы работы энергетической системы.

Для анализа и поддержки принятия оперативных решений поступившая информация направляется после обработки в автоматизированные рабочие места диспетчерского персонала и отображается на видеостене.

Для построения центра использован оперативно-информационной комплекс СК-2007, разработанный компанией «Монитор Электрик» при поддержке Microsoft Consulting Services. На основе Microsoft SQL Server 2005 создана база данных реального времени, а также подсистема хранения и извлечения оперативных и исторических данных. База данных целиком размещается в оперативной памяти сервера, выполняя функции хранилища текущих данных и высокоскоростного диспетчера запросов.

Благодаря удачным архитектурным и технологическим решениям центр управления Кузбасского предприятия магистральных электрических сетей имеет производительность, обеспечивающую обработку в режиме реального времени до 210 тыс. результатов электрических измерений в секунду.

"Центры управления магистральными сетями должны обладать способностью принимать и обрабатывать параметры электрических величин, формируемых каждую секунду технологическим оборудованием всех связанных с ними энергообъектов. Дальнейшее развитие систем технологического управления связано с расширением состава обрабатываемых данных за счет неоперативной технологической информации, а также перехода к использованию синхронизированных векторных измерений параметров электрического режима", — пояснил Алексей Небера, директор направления систем сбора, обработки и передачи информации компании "РТСофт".

Еще одной важной особенностью центров управления сетями является возможность интеграции с другими информационно-технологическими системами и ERP-приложениями, используемыми ФСК ЕЭС, на основе общей модели данных, создание которой осуществляется с участием специалистов "РТСофт".

Разработка такой модели — весьма трудоемкая и ответственная задача, поскольку в российской электроэнергетике применяются продукты и решения, в состав которых входят электротехническое оборудование и системы локальной автоматики различных производителей, а также разнообразные программные комплексы и базы данных.

В настоящее время в компании «РТСофт» осуществляется опытная эксплуатация программно-технического комплекса, предназначенного для ведения общей информационной модели, который создан на основе программных решений компании Siemens.

Иерархическая структура автоматизированной системы технологического управления ФСК ЕЭС в целом соответствует административной структуре этой организации. В состав автоматизированной системы входят главный центр управления, восемь центров магистральных сетей и около 40 центров региональных предприятий магистральных электрических сетей.

Для передачи данных между центрами управления, а также между этими объектами и контролируемыми подстанциями, в ФСК ЕЭС создается собственная коммуникационная инфраструктура на базе волоконно-оптической сети.

"Общей тенденцией является переход от использования множества частных протоколов и физических интерфейсов обмена данными к стандартным протоколам МЭК. Наибольшее распространение получают протоколы, базирующиеся на использовании стека TCP/IP", — отметил Небера, подчеркнув важность применения наиболее эффективных современных средств, обеспечивающих безопасность передачи данных.

Такими средствами снабжены продукты ведущих производителей сетевого и телекоммуникационного оборудования. Начинается также выпуск специализированного сетевого оборудования, предназначенного для комплексов автоматизации объектов электроэнергетики. Примером подобных устройств являются маршрутизаторы и коммутаторы Cisco Systems, установленные в комплексе управления гидроэлектростанции, входящей в "Каскад Кубанских ГЭС».

Connected Grid в российской электроэнергетике

В конце прошлого года компания «РусГидро» завершила строительство Егорлыкской ГЭС-2, входящей в состав «Каскада Кубанских ГЭС» Ставропольского края, а также провела комплексные и пусконаладочные испытания четырех гидроагрегатов станции, суммарная мощность которых превышает 14 МВт.

По данным Cisco, это первый объект российской электроэнергетики, где внедрено сетевое оборудование компании, входящее в портфель продуктов Connected Grid, предназначенных для систем управления энергоснабжением в рамках концепции Smart Grid.

Маршрутизаторы Cisco 2010 Connected Grid Router и коммутаторы Cisco 2520 Connected Grid Switch, соответствующие требованиям стандартов IEEE 1613 и IEC 61850-3, созданы для коммуникационных систем, способных работать на объектах с высоким уровнем электромагнитных помех, включая электросиловые подстанции. Эти устройства снабжены также развитыми функциями информационной безопасности, поддерживаемыми операционной системой Cisco IOS, в числе которых – предотвращение внешних вторжений, управление сетевым доступом, идентификация пользователей, многопротокольная коммутация по меткам, формирование виртуальных частных сетей, межсетевое экранирование.

На основе коммуникационной IP-инфраструктуры, построенной на базе продуктов Cisco специалистами компании "Системинвест", на Егорлыкской ГЭС-2 организована система внутриобъектовой связи, включающая IP-телефонию, громкоговорящую связь, транкинговую радиосвязь, которая осуществляет обмен данными с корпоративной сетью "Каскада Кубанских ГЭС". Наряду с этим обеспечена передача информации систем технологического и охранного видеонаблюдения, а также сформированы два независимых канала связи ГЭС с региональным диспетчерским управлением Ставропольского края, которые используются для передачи данных и диспетчерской телефонной связи.

Управление работой Егорлыкской ГЭС-2 осуществляется комплексом программно-технических средств компании "Микроника». Он предназначен для автоматизации управления и оптимизации эксплуатации оборудования, используемого в основных и вспомогательных технологических процессах производства и распределения электроэнергии.

Совместная работа этого комплекса и коммуникационной IP-инфраструктуры позволяет осуществлять обмен оперативной и технологической информацией с системой управления "Каскада Кубанских ГЭС». Такое информационное взаимодействие повышает эффективность использования вводимых в действие электроэнергетических мощностей, а также улучшает сбалансированность и надежность энергосистемы Ставропольского края.

Модернизация систем управления и коммуникационной инфраструктуры других объектов генерации и сетей распределения электроэнергии, а также установок конечных потребителей позволит в итоге перейти к полномасштабной реализации концепции Smart Grid в рамках "Каскада Кубанских ГЭС", а затем распространить эту технологию на другие энергосистемы Ставропольского края.