УДК 004

Анализ существующих методов и технических средств организации интеллектуального мониторинга электрической сети

Старостин Иван Олегович – магистрант Сахалинского государственного университета

Минервин Игорь Георгиевич – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры электроэнергетики и физики Сахалинского государственного университета

Максимов Виктор Петрович – доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой электроэнергетики и физики Сахалинского государственного университета

Аннотация: Научная статья посвящена актуальной на данной момент теме анализа методов и технических средств организации интеллектуального мониторинга электрической сети. Показано, что сегодня в рамках развития интеллектуализации электрических сетей получили распространение три типа архитектуры мультиагентных систем управления. Показано, что с точки зрения технических средств организации интеллектуального мониторинга наряду с широко применяемыми в последнее время полностью управляемыми силовыми ключами (IGBT, GCT, IGCT, SIT и т.д.) продолжают использовать стандартные биполярные приборы. По-прежнему диоды, тиристоры и триаки остаются основой отечественного преобразовательного оборудования для электроэнергетики, транспорта, машиностроения, металлургии, стройиндустрии, военной техники и т.д.

Ключевые слова: методы, технические средства, организация интеллектуальный мониторинг, электрические сети.

Введение

В большинстве развитых зарубежных стран все больше внимания уделяется вопросам внедрения в электроэнергетике «интеллектуальных» технологий («Smart Grid») как основы будущего развития энергетики. В этой связи в зарубежной энергетической практике инициирована разработка концепций инновационного обновления электроэнергетики, основанной на следующих положениях: генерация электроэнергии, диспетчеризация, передача и распределение, сбыт и управление энергопотреблением. Стратегическая цель развития электроэнергетического комплекса Российской Федерации - построение интеллектуальных электрических сетей (ИЭС) – Smart Grid как платформы для рыночных, управленческих и технологических инноваций, что обеспечит переход к новому уровню развития российской электроэнергетики [1]. Именно поэтому весьма актуальным направлением исследования является осуществления анализа особенностей построение интеллектуальных электрических сетей и особенностей применяемых методов и технических средств организации интеллектуального мониторинга в них.

Цель статьи – исследовать методы и технические средства организации интеллектуального мониторинга электрических сетей.

Материалы и методы

Материалами исследования выступают методы и технические средства организации интеллектуального мониторинга электрических сетей. Методы исследования включают комплекс средств систематизации, обобщения и анализа научной и исследовательской литературы по тематике развития методов и технических средств организации интеллектуального мониторинга электрических сетей.

Обсуждение

На пути развития системы интеллектуализации электрических сетей внедрение современных методов и технических средств организации мониторинга электрических сетей приведет к уменьшению последствий аварийных ситуаций, потерь электрической энергии и позволит получить значительный суммарный энергосберегающий эффект. При реализации интеллектуальных сетей в ведущих странах мира были признаны основные 10 шагов, которые подлежат реализации для российского рынка электроэнергетики [2]:

  • обеспечение нормативных стимулов для инновационных инвестиций в сети);
  • разработка моделей рынка;
  • установление стандартов и обеспечение защиты данных и конфиденциальности;
  • тестирование с использованием демонстрационных проектов и обмен знаниями;
  • развертывание интеллектуальных измерений
  • информированные клиенты;
  • мониторинг и управление сетями с рассредоточенной генерацией, а также движение к интеграции местной и центральной балансировки для всех типов генерации;
  • агрегация рассредоточенных источников, а также интеграция в больших масштабах е-мобилей, отопления, охлаждения и хранения;
  • движение к реальному участию потребителей в энерго-рынке.

В основу современной системы управления интеллектуальной системой в большинстве случаев должен быть положен мульти-агентный подход, в рамках которого формируется распределенная автоматизированная система реального времени, обеспечивающая взаимодействие персонала интеллектуальной электроэнергетической системы с автоматизированными и автоматическими комплексами управления [3-4].

Можно выделить основные преимущества мульти-агентных систем управления (МАСУ):

  • развитие средств адаптации к изменениям среды, возможность модификации ее структуры и параметров непосредственно в процессе функционирования;
  • применение динамического моделирования в реальном времени с прогнозированием состояния энергосистемы;
  • организация распределенного информационно-технологического пространства, синхронизированного обменом и оптимизацией взаимодействия между разными подсистемами, возможность информационного обмена не только данными, но и знаниями;
  • применение параллельных вычислений, позволяющих резко повысить быстродействие и на порядок экономить вычислительные ресурсы;
  • способность управлять состоянием технических комплексов и систем на основе распределенных сетевых информационных сетей и гибкой инфраструктуры вычислительных компонентов.

Важнейшие возможности МАСУ приведены ниже [5-7]:

  • модификация структуры и параметров непосредственно в процессе функционирования; применение динамического моделирования в реальном времени с прогнозированием состояния;
  • организация распределенного управления с оптимизацией взаимодействия между подсистемами;
  • возможность обмена, как данными, так и знаниями;
  • параллельные вычисления, повышающие скорость вычислений при экономии вычислительных ресурсов;
  • управление состоянием технических комплексов и систем на основе распределенных сетевых информационных сетей и гибкой инфраструктуры вычислительных компонентов.

Получили распространение три типа архитектуры МАСУ. Архитектура МАСУ по принципам искусственного интеллекта использует методы и средства символьного представления знаний. Ограниченность архитектуры – отсутствие подсистемы моделирования для прогнозирования собственного поведения, поведения остальных агентов и наружной среды.

Реактивная архитектура употребляет способы и средства символьного представления знаний. Ограниченность архитектуры – отсутствие подсистемы моделирования для прогнозирования собственного поведения, поведения остальных агентов и внешней среды.

Организационная модель МАСУ описывается многофакторным вектором состояния всей совокупности агентов МАСУ, поэтому целесообразно использовать гибридную архитектуру МАСУ, дополненную системой моделирования, позволяющей агенту обеспечить выбор стратегии и выполнить действия для достижения целей выбранной стратегии и гибкую корректировку иерархий в структуре системы интеллекта.

Результаты

Построение современных ИЭС, в частности, с использованием МАСУ и обеспечение эффективного управления электроэнергетическими процессами позволяет применение различных типов устройств на основе силовых полупроводниковых устройств (СПУ). Отметим, что комплексный подход к оценке и последующей оптимизации электромагнитных процессов в ИЭС включает следующие составляющие [8-10]:

  • анализ обменных процессов;
  • анализ составляющих потерь электроэнергии;
  • анализ электрических сетей и качества электроэнергии в них.

При построении современных ИЭС и реализации современных программных и аппаратных средств систем управления ИЭС необходимо учитывать появление в электроэнергетических системах активных потребителей, виртуальных электростанций (VPP) и микросетей – Microgrid.

Развитие СПУ в Российской Федерации определяется состоянием отечественного рынка преобразовательной техники, а также мировыми тенденциями развития силовой электроники для эффективной организации интеллектуального мониторинга электрических сетей.

Наряду с широко применяемыми в последнее время полностью управляемыми силовыми ключами (IGBT, GCT, IGCT, SIT и т.д.) продолжают воспользоваться стандартные биполярные приборы. По-прежнему диоды, тиристоры и триаки остаются основой отечественного преобразовательного оборудования для электроэнергетики, транспорта, машиностроения, металлургии, стройиндустрии, военной техники и т.д.

В России производят широкий ряд низкочастотных диодов, тиристоров, силовых полупроводниковых модулей и является одним из немногих в мире предприятий по выпуску мощных триаков с двухполярным управлением. В России раньше триаки именовались симисторами или симметричными тиристорами.

Эти устройства считаются достаточно эффективными в качестве регуляторов и коммутаторов в цепях переменного тока промышленной частоты. В своей основе они имеют пятислойную n-p-n-p-n структуру, в которой интегрально соединены две тиристорные p-n-p-n структуры (прямая и обратная), включенные встречно-параллельно. Триак имеет один управляющий электрод, способный работать при любом сочетании полярности на силовых и управляющих электродах.

Большой опыт применения триаков в системах электропривода, разрабатываемых на кафедре электроэнергетики и физики Сахалинского государственного университета подтверждает выводы о том, что обеспечение устойчивости триаков к критической скорости нарастания коммутационного напряжения (dUD/dt)com – одна из главных задач усовершенствования триаков с сохранением приемлемого уровня мощности управления. При создании этой конструкции учитывался весь мировой опыт разработки мощных триаков.

Разработанная авторская конструкция выполнена с максимальной изоляцией составляющих структур в объеме, с полным отсутствием перекрытия n+ эмиттеров в области управления.

Это стало возможным благодаря применению новой конструкции управляющей области, обеспечивающей включение силовой структуры током 100–200 мА с ожидаемым уровнем динамических параметров dUD/dtcom =100-300 В/мкс, di/dt =100-200 А/мкс.

Наряду с токовым управлением силовой полупроводниковой структурой одним из перспективных направлений считают применение светового излучения как управляющего сигнала, что позволяет создать новый класс приборов с гальванической развязкой силовой и управляющей цепи. Собственно, изделиями такого типа являются серийно выпускаемые оптронные триаки: ТСО 115, 132, 142, 165, 152 на токи 5–125 А и полупроводниковые модули на основе оптронных тиристоров типов МТОТО4, МТОТО8, МТОТО9 на токи 2А.

В оптронных приборах оптическая связь между источником излучения (светодиодом) и фотоприемником осуществляется путем прямого управления светом, падающим на лицевую поверхность силовой n-p-n-p-n структуры, обеспечивающей гальваническую развязку между сигналом управления и силовой цепью. По мнению потребителей этой продукции, эти приборы являются одними из лучших на мировом рынке силовых полупроводниковых приборов.

Однако в последнее время такие оптоэлектронные приборы удовлетворяют не всем потребителям. Они характеризуются незначительной мощностью управления (постоянный ток управления – 10 мА). Триаки изготавливают в стандартных металлостеклянных, модульных (МТСТС, МТОТО) и таблеточных корпусах для работы в диапазоне токов от 10 до 1000 А и напряжением до 1800 В.

Заключение

На сегодняшний день увеличиваются объемы информации для принятия обоснованных решений, что требует значительного времени на ее передачу в центр и соответствующую обработку. Повышаются требования к комплексности решения задач обеспечения надежности и качества, повышения экономичности, как при текущем функционировании, так и при развитии энергосистемы.

Создание интеллектуальной системы организации интеллектуального мониторинга электрических сетей – это формирование новой информационно-энергетической структуры, основу которой составляют современные силовые и информационные технологии, система эффективных рынков электроэнергии и сопутствующих услуг (системных, информационных и др.). Сегодня в рамках развития интеллектуализации электрических сетей получили распространение три типа архитектуры МАСУ. Архитектура МАСУ по принципам искусственного интеллекта использует методы и средства символьного представления знаний.

Показано, что с точки зрения технических средств организации интеллектуального мониторинга наряду с широко применяемыми в последнее время полностью управляемыми силовыми ключами (IGBT, GCT, IGCT, SIT и т.д.) продолжают воспользоваться стандартные биполярные приборы. По-прежнему диоды, тиристоры и триаки остаются основой отечественного преобразовательного оборудования для электроэнергетики, транспорта, машиностроения, металлургии, стройиндустрии, военной техники и т.д.

Список литературы

  1. Анашкин С.С. Способы повышения надежности электроснабжения потребителей в сельской местности / С.С. Анашкин, А.П. Борисовский, Ю.Е. Ерохина // Молодой ученый. – – № 3 (189). – С. 34-36. – URL: https://moluch.ru/archive/189/47932/ (дата обращения: 13.04.2023).
  2. Безбожнов О.Н., Чадаев Д.И. Интеллектуальные сети энергоснабжения: мониторинг качества электроэнергии // NBI-technologies. 2022. № 2. С. 5-10.
  3. Бородин М.В., Виноградов А.В. Редакция методики корректировки стоимости потребленной электроэнергии в зависимости от её качества и алгоритм её реализации в соответствии с гост на качество электроэнергии // Вестник НГИЭИ. 2018. № 4 (83). С. 54-64.
  4. Игольникова И.В., Чепиков Е.В. Развитие электроэнергетики в условиях цифровизации // Экономика. Социология. Право. 2022. №2 (26). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-elektroenergetiki-v-usloviyah-tsifrovizatsii (дата обращения: 13.04.2023).
  5. Колчин М.А., Фенцель А., Муромцев Д.И., Попов С.О., Павлов Д.С., Климов Н.В., Андреев А.А., Гарайзуев Д.С.. Мониторинг потребления энергии в умных сетях электроснабжения (smart grid) на основе семантического анализа потоковых данных // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 2. С. 285-292.
  6. Кравченко А. Г. Повышение качества электроэнергии в сельских электрических сетях // Материалы XIII Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум» URL: https://scienceforum.ru/2021/article/2018025326/ (дата обращения: 12.04.2023).
  7. Лещинская Т. Б., Наумов И. В. Электроснабжение сельского хозяйства: Учебник для вузов. – М.: Колосс, 2008. – 655 с.
  8. Мозохин А.Е., Шведенко В.Н. Анализ направлений развития цифровизации отечественных и зарубежных энергетических систем // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. № 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-napravleniy-razvitiya-tsifrovizatsii-otechestvennyh-i-zarubezhnyh-energeticheskih-sistem (дата обращения: 13.04.2023).
  9. Налбандян Г.Г., Жолнерчик С.С. Ключевые факторы эффективного применения технологий распределенной генерации в промышленности // СРРМ. 2018. №1 (106). С. 80-87.
  10. Ховалова Т.В., Жолнерчик С.С. Эффекты внедрения интеллектуальных электроэнергетических сетей // СРРМ. 2018. № 2 (107). С. 92-101.

Интересная статья? Поделись ей с другими: