Тенденции усовершенствования систем распределения электроэнергии

В этой статье рассматриваются изменения систем распределения электроэнергии. Цели изменений — контроль отдельных элементов распределительной системы; обнаружение неисправностей и управление ими; управление энергопотреблением.

Ключевые слова: энергосистема, электроэнергетика, управление энергопотреблением, интеллектуальная сеть, Smart Grid.

Электроэнергетическую инфраструктуру можно разделить на четыре основные категории: генерация, передача, распределение и потребление. В рамках каждой из этих категорий предлагаются или осуществляются значительные изменения. Многие из этих изменений потенциально могут оказать общесистемное воздействие во многих областях проектирования, планирования, эксплуатации и контроля энергосистемы. Одной из важнейших движущих сил во всех этих секторах является интеллектуальная сеть (Smart Grid) [1]:

1. Самовосстановление после сбоев в подаче электроэнергии.
2. Обеспечение активного участия потребителей в реагировании на спрос.
3. Устойчивость к физическим и кибератакам.
4. Обеспечение качества электроэнергии для нужд потребителей.
5. Использование всех вариантов генерации и хранения
6. Внедрение новых продуктов, услуг и рынков сбыта
7. Оптимизация активов и эффективная работа.

Эта инициатива по созданию интеллектуальных сетей требует повышения уровня сенсорной информации, коммуникаций и контроля в системе распределения. Это также требует создания систем хранения энергии, реагирования на потребности и динамической оптимизации сетевых операций и ресурсов [2].

Глобальный экономический рост продолжает подпитывать спрос на энергоносители. То есть, по мере роста национальных экономик, они продолжают потреблять энергию и электроэнергию для питания фабрик, административных и жилых помещений, транспорта. Ожидается, что тенденции развития использования возобновляемых источников энергии (ветер и солнечная энергия) и увеличения потребления электроэнергии развивающимися странами по всему миру сохранятся. Технологические инновации в подсистемах генерации, передачи и распределения электроэнергии, которые позволяют энергосистеме поддерживать свою целостность, необходимы для того, чтобы справляться с высоким уровнем проникновения возобновляемых источников энергии [3].

Независимые системные операторы или региональные организации по передаче электроэнергии, как правило, стремятся минимизировать эксплуатационные расходы системы при условии соблюдения определенных системных ограничений. В идеале стимулирование повышения эффективности систем и минимизация затрат являются как долгосрочными, так и краткосрочными целями на рынках электроэнергии; например, расширение системы планирования (будущий рост) может быть направлено на получение максимальной выгоды для всех участников рынка. Таким образом, основные изменения в системе передачи данных были сосредоточены на: усовершенствованных инструментах моделирования и анализа системы; сборе данных; мониторинге; новых технологиях, которые обеспечивают гибкую и надежную работу в различных условиях системы; и добавлении возможностей для улучшения работы системы.

Система распределения электроэнергии была довольно хорошо смоделирована и хорошо понята распределительными компаниями, которые обслуживают миллионы потребителей. Распределительные системы часто проектируются сетевым образом (с изолирующими выключателями), но работают как радиальная система с основными питателями, отходящими от одной распределительной подстанции (с переключателями между питателями, обозначенными как нормально разомкнутые). Сетевая конструкция обеспечивает ограниченную возможность реконфигурации, когда нормально разомкнутые выключатели могут быть замкнуты для переключения источника питания на другую подстанцию. Несмотря на то, что конструкции современных систем хорошо изучены, большая часть современных систем была спроектирована с учетом неопределенности нагрузки, роста нагрузки и помогает поддерживать надежность системы [4]. Современная система распределения электроэнергии обычно содержит сенсорную информацию, собираемую в основном на распределительной подстанции; например, значения напряжения на шине и измерения расхода в линии. Мониторинг напряжений фидера, линейных токов и нагрузок потребителей может осуществляться в режиме реального времени по мере необходимости.

Рассмотрение инициатив в области интеллектуальных сетей, наряду с изменениями, происходящими в сфере передачи и генерации электроэнергии, означает смену парадигмы для будущих распределительных систем. Элементы будущих распределительных систем вполне могут стать участниками рынка, поскольку маркетологи электроэнергии и операторы линий электропередачи стремятся расширить свой охват за пределы традиционных инструментов (обеспечение выработки электроэнергии в объеме, достаточном для удовлетворения нагрузки, и использование компонентов распределительного устройства для поддержания целостности системы). Нагрузка на распределительную систему может стать такой же чувствительной к изменениям цен, состояния системы и загруженности, как и генераторы на оптовых рынках электроэнергии [5]. Например, сценарий эксплуатации с наименьшими затратами для всего региона может включать сокращение потребления за счет отключения ненужных нагрузок распределительной системы в рамках реагирования на спрос. Объединение в сеть первичных и вторичных потребителей распределительной системы может стать выгодным в системах с высоким уровнем проникновения распределенной генерации и возобновляемых источников.

Литература:

1. Соколова Ю. М. «SMARTGRID» в России // Теоретические, экспериментальные и прикладные исследования молодых учёных тверского государственного технического университета. Сборник научных трудов. Тверь: ТвГТУ. 2017. С. 362–366.

3. Varaiya P. P., Wu F. F., Bialek J. W. Smart operation of smart grid: risk limiting dispatch // Proc IEEE, 99:1, 2011, pp. 40–57

4. Brown R. E. Impact of smart grid on distribution system design // Proceedings of IEEE power energy society general meeting, IEEE, Pittsburgh PAю 2011, pp. 1–4

5. Heydt G. T. The next generation of power distribution systems // IEEE Trans Smart Grid 1(3), 2010, р. 225