Дата публикации: 16.05.2021
Серикбол Айдос Серикқанұлы
2 курс магистранты
Ғұмарбек Даукеев атындағы Алматы Энергетика және Байланыс Университетi,
Қазақстан, Алматы қ.
Ғылыми жетекші: Сагындикова Айгуль Журсиновна, доцент
АҢДАТПА
Өзектілігі мен мақсаттары. Интеллектуалды энергетикалық желілерді дамыту қазіргі уақытта өзекті міндеттердің бірі. Ақпараттық және цифрлық технологияларды пайдаланусыз энергия жүйесін жаңғырту мүмкін емес.
Энергетикада іске асырудың түбегейлі жаңа әдістерін пайдалану және оны біртұтас, өзара байланысты және дербес инфрақұрылымға біріктіру бүгінгі күні пісіп-жетілген көптеген мәселелерді шешеді. Бұл жұмыстың мақсаты Smart Grid интеллектуалды жүйесін іске асырудың әртүрлі аспектілерін қарастыру болып табылады.
Smart Grid энергия желісі. Материалдар мен әдістер. Теориялық зерттеудің келесі әдістерін қолдану есебінен қойылған мақсатқа қол жеткізілді :
Дәстүрлі энергия жүйесінен жоғары энергия желілері. Негізделген дәлелдер келтірілген.
Болашақ энергетикасын дамытудың пайдасы. Smart Grid негізгі архитектурасы сипатталған.
Тұжырымдар. Біздің елімізде Smart Grid тұжырымдамасын енгізу бүгінгі күні қолданыстағы энергия желісін жаңғыртуға арналған жаһандық шығындар.
Кілт сөздер: энергетика, интеллектуалды жүйелер Smart Grid.
Қазіргі бар әлемдік энергия жүйесі өткен ғасырдың басында қалыптасқан қағидаттарға негізделді, бірақ соңғы онжылдықтарда әлемнің барлық елдерінде техниканы дамыту есебінен электр энергиясын тұтыну көлемі айтарлықтай өсті, бұл жеткізушілерді электр желілері мен өндіруші көздерді барынша жүктеуге, сондай-ақ мәселелерді шешудің жолдарын іздеуге мәжбүр етеді. Инновациялық технологияларды қолдана отырып, түбегейлі жаңа әдістерді пайдалану әлемдік энергетиканы дамудың түбегейлі жаңа кезеңіне шығаруға мүмкіндік береді.
Бүгінгі таңда батыста Smart Grid технологиясы кеңінен қолданылады. Шын мәнінде, Smart Grid-бұл электр жеткізушілерін, энергия объектілерін және тұтынушыларды бірыңғай "интелллектуалды" энергия желісіне біріктіретін күрделі энергия жүйесі. Ол энергияны өндіру, беру, тарату және тұтыну процестерінің сенімділігін және ашықтығын қамтамасыз ететін жаңа цифрлық технологияларды, көп тарифтік санауыштарды және электр энергиясын тарату аспаптарын пайдалануды көздейді. Интеллектуалды желіні пайдалану электр энергиясының шығынын тиімді жоюға және төлем жасамаушылармен күресуге мүмкіндік беретін дискретті энергетикалық жүйені құруға мүмкіндік береді.
Жетілдірілген желілік аналитикаға және ақпаратты жинау мен өңдеу аспаптарын басқарудың заманауи автоматтандырылған жүйелерін (SCADA) пайдалануға негізделген Smart Grid технологиясы қағидаты бойынша жұмысқа көшу, сондай-ақ жабдықты қашықтықтан мониторингтеу және бақылау мүмкіндігі энергетикалық компанияларына жабдықтың пайдалану мерзімін ұзартуға, желіні жаңғыртуға арналған шығындарды азайтуға және желілік ақауларды алдын алуға мүмкіндік береді.
Кең мағынада Smart Grid технологиясы бірқатар негізгі міндеттерді шешуі керек:
- электр энергиясын өндіру шығындарын азайту және оның сенімді берілуін қамтамасыз ету;
- тұтынушыны қол жетімді энергияның қажетті мөлшерімен қамтамасыз ету;
- желі жұмысының бұзылуына жедел ден қою;
- заманауи технологиялар мен жаңартылатын энергия көздерін қолдана отырып, атмосфераға CO2 шығарындыларын азайту арқылы жүйені экологиялық таза ету;
- энергия ресурстарының автоматтандырылған есебін қамтамасыз ету;
- желіні зиянкестердің физикалық және кибернетикалық араласуынан қорғайды.
Сурет 1. Жаңғыртылатын энергия көздері секторының көрсеткіштері
Кесте 1. Қазақстандағы ЖЭК жалпы қуаты
|
ЖЭК түрі |
Орнатылған қуаты МВт |
|
Жел электр станциясы (ЖЭС) |
123 |
|
Күн электр станциясы (КЭС) |
310 |
|
Су электр станциясы (СЭС) |
200 |
|
Барлығы |
633 |
Сурет 2. Smart Grid архитектурасы
Smart Grid шартты архитектурасын қарастырамыз (сурет – 2). АЭС, ГЭС, ЖЭС электр станциялары интеллектуалды желінің электр энергиясының негізгі жеткізушісі болып қала береді. Олармен бірге баламалы энергия көздері пайда болады, олардың жұмысы ауа райы мен басқа да жағдайларға байланысты жергілікті ауытқуларға ие болады. Оларға жаңартылатын энергия көздерін жатқызуға болады-бұл жел электр станциялары (ЖЭС), күн батареялары. Интеллектуалды желілерді пайдалану өндіріс тиімділігін арттыруға және энергия шығындарын азайтуға ықпал етеді. Электр энергиясын өндірушіден тұтынушыға беру кезіндегі шығындар айтарлықтай төмендейді, электрмен жабдықтау сенімділігі артады, жоғары жүктемелерді азайту мүмкіндігі пайда болады.
Smart Grid операциялық орталығының басты назары энергия желісінің сенімділігін қамтамасыз етуге, ресурстарды тиімді пайдалануға және электр энергиясын беру кезінде шығындарды азайтуға бағытталатын болады. Автоматтандырылған басқару жүйесі мұның бәрін энергияны беру жүйесінің, электр энергиясын жеткізушілер мен тұтынушылардың сұранысын талдау арқылы қамтамасыз етуі керек. Ақылды сигналдарды өңдеу жүйелерін пайдалану желінің істен шығуын талдау және тиісті әрекеттерді орындау үшін қажет уақытты азайтады. Кернеудің тұрақтылығын талдау автоматты түрде жүзеге асырылады және жүйе статикалық кернеудің тұрақтылығын бұзатын апатқа дейінгі жағдай туындағанға дейін операторға дербес ескертеді. Желінің сенімділігін арттыру жүйеде кернеудің жоғары деңгейін ұстап тұру және кернеудің бұзылуын жою үшін үздіксіз жұмыс істейтін Автоматтандыру құралдарының көмегімен қамтамасыз етіледі.
Smart Grid ақпараттық желісі көптеген техникалық элементтер мен түйіндерді біріктіреді.
Электр энергиясын тұтынушылардың доменінде мұндай элементтер ақылды есептегіштер, Электр аспаптары, энергияны сақтау жүйелері, электр көлігі, сондай-ақ таратылған генерация объектілері болып табылады.
Энергияны беру және тарату доменінде ақпараттық жүйенің элементтері фазалық өлшеу блоктары, қосалқы станция контроллері, таратылған генерация объектілері, энергияны сақтау жүйелері болып табылады.
Операциялық доменде ақпараттық жүйенің элементтері SCADA жүйелері болып табылады.
Өз кезегінде, жоғарыда аталған домендердің әрқайсысы өз ішкі желілерінен тұруы мүмкін, бұл желінің жалпы архитектурасын өте күрделі етеді. Сонымен қатар, осы ақпараттық жүйенің негізгі компоненттерінің бірі деректерді сақтау және беру қауіпсіздігі болып табылады.
Шетелде қабылданған тәсілдерге сәйкес, IP (Internet Protocol) - желілер Smart Grid ақпараттық жүйелерінің негізгі элементі болып табылады. IP протоколдарын қолданудың артықшылықтары осы технологияның кең таралуын, бұрыннан жасалған салалық стандарттардың көп болуын және тиісті бағдарламалық өнімдердің едәуір санын қамтуы керек.
Сонымен қатар, IP қағидаттарына негізделген шешімдер жақсы масштабталуға ие, бұл ақпараттық жүйеге желі элементтерінің едәуір санын (ақылды есептегіштер, үй құрылғылары және т.б.) қосуға мүмкіндік береді.
Әлемдік смарт-есепке алу нарығының перспективаларын қалыптастыруда деректерді беру интерфейстерін бастапқы есепке алу аспаптарынан концентраторларға және концентраторлардан деректерді өңдеу жүйесіне біріздендіру маңызды рөл атқарады.
ЕО елдерінде GSM/GPRS арналары, PLC және радио арналары арқылы деректерді беру интерфейстері кеңінен қолданылады. Төменде ЕО елдеріндегі энергияны ақылды есепке алу жүйелерінде қолданылатын негізгі байланыс интерфейстері берілген.
Қосалқы станциялардың қалыпты жұмыс істеуі жеткіліксіз; олар Ықтимал күтпеген жағдайларда сенімді жұмыс істеуі керек . Электр жүйесінің ағымдағы жағдайы туралы жылдам және сенімді ақпарат жұмыс пен басқарудың жақсаруына әкеледі. Осыған байланысты, SAS қазіргі заманғы тарату және тарату желілерінде бақылау, қорғау және басқару функцияларын жобалаудың, іске асырудың және автоматтандырудың қуатты, жылдам және өміршең әдісін ұсына алады. SAS-ті орналастыру нарықтың жалпы құнын төмендету талаптарын қанағаттандыру үшін де өсті. Мысалы, техникалық қызмет көрсету шығындарын оңтайландыру және өз кезегінде қосалқы станцияның өмірлік цикліне шығындарды азайту, жоғары тиімді жұмыс немесе қосалқы станция жабдықтарының шекті жұмысын қамтамасыз ету және т. б.
Автоматтандырылған қосалқы станциялар қашықтан қол жеткізуге болатын графикалық интерфейс модулімен біріктірілген және басқарылатын реле, ажыратқыштар, трансформаторлар, ажыратқыштар және т.б. сияқты ақылды және заманауи жабдықтардан тұрады. Соңғы онжылдықтарда SAS-тегі электромеханикалық құрылғылар IED-мен алмастырылды және көптеген функцияларды, соның ішінде қорғаныс пен басқаруды қазір олар орындайды. SAS негізгі функцияларын I кестеде сипатталғандай санаттарға бөлуге болады. SAS-тің көпшілігінде бұл мүмкіндіктер бар, тіпті олар әртүрлі жобаларда әр түрлі болуы мүмкін.
Кесте 2. SAS архитектурасы
|
Негізгі функциялар |
Мысалдар |
|
Мониторинг |
Тарату құрылғысын бақылау Электр параметрлерін бақылау, жиілік, кернеу аткивті және реактивті қуат Құрылғының ақаулығы туралы жазба |
|
Бақылау |
Тарату құрылғысын басқару Кернеуді реттеу Жүктемені реттеу Синхронизмді тексеру және блоктау
|
|
Қорғау |
Электр желісін, трансформаторды, шинаны, фидерді және т. б. қорғау. Шамадан тыс жүктеме, қашықтық, дифференциалды қорғаныс және т. б. |
IEC – 61850 стандартына сәйкес, РҚA құрылғылары шинамен біріктірілген, оның көмегімен құрылғылардың өздері бір-бірімен байланысып, осы деректерді жоғарғы деңгейге өткізеді. Мұндай сәулет ыңғайлы, өйткені технологиялық шинаны қолдану мыс сымдарының санын едәуір азайтады, бұл орнатуды, жобалауды және пайдалануды жеңілдетеді.
Станциялық Шина бойынша релелік қорғау терминалдарынан алынған деректер операторға жоғарғы деңгейге берілуі мүмкін, бұдан басқа, тиісті қол жеткізу деңгейі бар бақылаушы органдардың кез келген қосалқы станциядан және кез келген РҚА терминалынан жедел деректерді алу мүмкіндігі бар. Бұл ақпарат бағынысты қызметтердің жұмысын бақылауға мүмкіндік береді, бұл энергетикалық объектілердің сенімділігін арттырады
Хаттамалардың маңызды ерекшелігі-хабарламаларды кепілдендірілген жеткізу, ал MMS және GOOSE-де деректерді беру жылдамдығы, мысалы, Modbus сияқты басқа деректерді беру протоколдарына қарағанда жоғары.
Жүйенің жекелеген компоненттерінің өзара алмасуына мыналар арқылы қол жеткізіледі: деректерді беру хаттамаларын стандарттау, сондай-ақ жабдықтың үйлесімділігіне қойылатын қатаң талаптар. 61850-де салынған жүйелерді кабельдік байланыс желілері санының азаюына байланысты күту оңайырақ, бұл тұтастай алғанда жүйенің сенімділігіне оң әсер етеді.
Жүйенің архитектурасы интуитивті, нәтижесінде әзірлеушілер мен интеграторлар белгілі бір объектінің архитектурасын түсінуге аз уақыт жұмсайды, нәтижесінде дизайн мен интеграцияның құны айтарлықтай төмендейді.
Қорытынды
Мұндай жүйелерге қызмет көрсету, әдетте, стандарттармен салыстырғанда, қызметкерлердің тәжірибесіне сәл өзгеше талаптар қойса да оңай.Энергия желісіндегі жүктемені азайту, жаңартылатын энергия көздерін енгізу есебінен энергия тапшылығын азайту, энергия желісі жұмысының сапасы мен сенімділігін арттыру сияқты міндеттерді шешу түптеп келгенде отандық, сол сияқты әлемдік энергетиканың жаңа даму сатысына алып келеді. Осы тұжырымдаманың негізгі ережелерін іске асыру инновациялық технологияларды дамытуды, жоғары зияткерлік өнім өндіру ауқымын кеңейтуді, электр энергиясын неғұрлым қарқынды қолдануды, энергияның жаңа, балама көздерін дамытуды білдіретін болады. Ірі электр станциялары электр энергиясын негізгі жеткізуді қамтамасыз етуді жалғастырады, бірақ олармен бірге жаңартылатын энергия көздері де пайдаланылады, бұл желінің ауытқуын тудырады. Бұл құрылғылар жүктемені тиімді басқаруды қамтамасыз ете отырып, датчиктер мен энергияны тұтынудың ақылды есептегіштерінің көмегімен автоматты түрде қосылып, өшіріледі.
Әдебиеттер тізімі:
-
Положение о технической политике в распределительном электросетевом комплексе. – М., 2006. – URL: http://www.cius-ees.ru/uploaded/document_files/25/ Polozhenie_o_tekhnicheskoy_politike_v_raspredelitel_nom_setevom_komplekse.pdf
-
Умные сети и интеллектуальные энергетические системы. – URL: http:// venture-biz.ru/energetika-energosberezhenie/290-intellektualnye-seti (дата обращения: 07.11.2016).
-
Портал по энергосбережению. – URL: http://www.energosovet.ru/stat328.html (дата обращения: 07.11.2016).
-
Умные сети и новая эпоха в энергетике. – URL: http://forca.ru/stati/energetika/ umnye-seti-i-novaya-epoha-v-energetike.html (дата обращения: 07.11.2016).