УДК 621.3.051.3

Центры управления распределением в сетях электроснабжения

Хрусталева Мария Сергеевна – студент кафедры электроснабжения и электротехники тверского государственного технического университета.

Павлов Александр Вячеславович – студент кафедры электроснабжения и электротехники тверского государственного технического университета.

Аннотация: В данной статье рассматривается вопрос об управлении в центрах управления в электрических сетях. Изучен вопрос взаимодействия компаний, занимающихся производством, распределением и потреблением электроэнергии. Рассмотрена работа центров сетевого, передача данных защиты и управления на передающие и распределительные подстанции. Результатом исследования данного вопроса является вывод о том, что центры сетевого управления являются неотъемлемой частью современной энергосистемы, которая постоянно развивается и увеличивается.

Ключевые слова: электростанция, электроэнергия, энергосистема, распределение электроэнергии, электрическая сеть.

Электрическая энергия передается по линиям электросети от электростанций до запланированных пунктов назначения через передающие и распределительные сети. Этот процесс передачи требует наличия повышающих и понижающих подсистем. Коммунальные службы подключают конечных потребителей к распределительным подстанциям по линиям электропередачи или непосредственно к ближайшим передающим подстанциям, т.е. к промышленным объектам, где распределительные подстанции расположены в крупных местах расположения потребителей, например, завод, крупный коммерческий центр, аэропорт и т.д.

На континентальном уровне планирование передачи и распределения осуществляется в соответствии с соглашением между правительственными органами при сотрудничестве коммунальных служб и компаний по производству электроэнергии. На региональном уровне электрические компании поддерживают стабильность сети передачи и распределения. На национальном уровне государственный орган осуществляет надзор за координацией и сотрудничеством между региональными компаниями. В России энергетическая сеть включает в себя как передающие, так и распределительные сооружения. Она включает в себя около 900 электростанций мощностью 5 МВт и выше [1], которые передают электроэнергию по более чем 500 000 км высоковольтных (более 100 кВ) линий электропередачи [2].

Как правило, электрические сети состоят из передающих и распределительных сетей, во многих странах сети сверхвысокого напряжения, принадлежащие крупным энергетическим компаниям, передают электроэнергию от электростанций к крупным центрам нагрузки и распределительным сетям. Распределительные сети, также известные как сети среднего/высокого напряжения, используются для электроснабжения конечных потребителей [3].

Передающие и распределительные подстанции создают коммутационные компоненты в топологии электросети. Эти подстанции с линиями электропередачи могут быть изменены во время сбоев или модернизации сети, что приводит к изменению электросети, следовательно, система электроснабжения зависит от этих компонентов для обеспечения надежного обслуживания. Телекоммуникационная сеть используется для обмена информацией между электростанциями, передающими и распределительными подстанциями и центрами дистанционного управления [4]. Другой подсистемой является система защиты и управления, которая контролирует энергетическое оборудование на подстанциях путем сбора данных о конфигурации и эксплуатации для защиты оборудования электрических распределительных устройств во время внешних неисправностей или сбоев в системе электроснабжения. Эти подсистемы распределены между центрами управления сетью и внутри подстанций, что позволяет осуществлять локальное и удаленное управление компонентами системы электроснабжения [5].

В целом (жилые дома) потребляют большое количество электроэнергии для многих целей, таких как отопление, кондиционирование воздуха, освещение, приготовление пищи и т.д. Следовательно, уровень потребления электроэнергии зависит от темпов роста населения и стиля жизни. Промышленное использование электроэнергии требует прямого подключения к сети сверхвысокого напряжения через специальную небольшую распределительную подстанцию, установленную на промышленных объектах. Крупные производственные предприятия могли бы иметь собственные энергоблоки для обеспечения бесперебойной работы электроснабжения. Спрос на электроэнергию увеличивается как естественная реакция на возросшее промышленное потребление. Удовлетворение растущих потребностей требует расширения мощности электроэнергетической системы либо за счет увеличения количества вырабатываемой электроэнергии, либо обслуживаемой площади для охвата новых областей потребления. Согласно статистической информации, в 2009 году мировое потребление энергии столкнулось с небольшим снижением впервые с 1981 года в относительно значительных масштабах - из-за финансового и экономического кризиса [6]. Во всем мире накопление энергии становится ключевой частью достижения целей в области энергетической устойчивости, которые приводят к экономии энергии и затрат. Было предпринято много усилий для выявления и внедрения наиболее подходящей технологии для устранения этих проблем.

Для управления надежностью электросети центры управления отслеживают состояние электросети, такие как пики нагрузки, сбои и т.д. Эти центры помогают коммунальным службам поддерживать баланс между потребностью в электроэнергии и доступностью электрической нагрузки (реагирования), отслеживая почасовое использование электроэнергии в отдельных зонах. Обычно эти центры, т.е. центры сетевого управления имеют удаленное подключение к системам диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) на передающих и распределительных подстанциях через глобальную сеть, предоставляемую либо телекоммуникационными операторами, либо собственными сетями связи. С другой стороны, центры сетевого управления обмениваются данными с энергетическими компаниями и отделами планирования электроснабжения с целью предоставления актуальных отчетов для планирования электросетевого хозяйства на уровне корпорации [7].

Современные центры сетевого управления удаленно отправляют данные защиты и управления на передающие и распределительные подстанции через сетевые шлюзы и маршрутизаторы. Эти подстанции взаимодействуют с центрами сетевого управления либо по подключенным кабелям, либо с помощью средств беспроводной связи, таких как мобильные сети. Операторы центров сетевого управления могут удаленно изменять конфигурации подстанций и параметры процессов. Например, они могут размыкать разъединитель с приводом от двигателя или автоматические выключатели во время планового технического обслуживания или модернизации. Кроме того, центры сетевого управления получают обновляемую информацию о технологическом оборудовании (распределительных устройствах), такую как состояние разъединителей и положения автоматических выключателей, например, разомкнуты или замкнуты. В настоящее время человеко-машинные интерфейсы с сенсорными экранами обеспечивают удобный интерактивный доступ, что улучшает условия работы в диспетчерских [7].

По данным [https://tass.ru/ekonomika/19814169] в 2023 г. выработка электроэнергии в России, по оценкам, составила 1151,6 млрд кВт·ч, потребление электроэнергии - 1139,2 млрд кВт·ч, что свидетельствует о поступательном развитии российской экономики, увеличении деловой активности и, соответственно, создании новых рабочих мест. По результатам 2022 года выработка электроэнергии в РФ составила 1,14 трлн кВт·ч, а потребление - 1,12 трлн кВт·ч. В 2023 году введено 801 МВт новой мощности, из них 340 МВт приходится на возобновляемые источники энергии.

Подготовлен проект долгосрочного прогноза потребления электрической энергии и мощности в ЭЭС России до 2042 года, который ляжет в основу впервые разрабатываемой генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики до 2042 года.

Список литературы

ЕЭС 2021: Системный оператор единой энергетической системы. [Online]. URL: https://www.so-ups.ru/functioning/ups/ups2021/ (дата обращения: 25.01.2024).
Линии электропередач: Электротехническая компания «Меркурий-ДВ». [Online]. URL: https://etkmdv.ru/index.php/dopinfo/514-2012-01-13-03-49-02 (дата обращения: 25.01.2024).
Электрические сети: Современные технологии производства. [Online]. URL: https://extxe.com/16475/jelektricheskie-seti/ (дата обращения: 26.01.2024).
Telecommunications network: Wikipedia. [Online]. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Telecommunications_network (дата обращения: 26.01.2024).
Управление, защита и автоматика на электростанциях: Современные технологии производства. [Online]. URL: https://extxe.com/16492/upravlenie-zashhita-i-avtomatika-na-jelektrostancijah/. (дата обращения: 27.01.2024).
Мировое потребление энергии в 2009 году снизилось впервые с 1982 года: Abercade. [Online]. URL: http://www.abercade.ru/research/industrynews/4472.html (дата обращения: 27.01.2024).
Цифровизация и автоматизация в электроэнергетике: преимущества, технологии и перспективы развития: Научные Статьи.Ру. [Online]. URL: https://nauchniestati.ru/spravka/czifrovizacziya-i-avtomatizacziya-v-elektroenergetike/ (дата обращения: 27.01.2024).
Энергопотребление в России в 2023 году составило 1,14 трлн кВт·ч: ТАСС. [Online]. URL: https://tass.ru/ekonomika/19814169 (дата обращения: 28.01.2024).