Интеллектуальный город – создание платформы для анализа взаимодействия элементов энергетической инфраструктуры

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ФГБОУВПО "Самарский государственный технический университет"

Интеллектуальный город - создание платформы для анализа взаимодействия элементов энергетической инфраструктуры

И.Д. Кубарьков

А.С. Блинов

Аннотация

21 век характеризуется глобальной тенденцией к увеличению концентрации населения в относительно небольшом пространстве крупных городов. Это приводит к новыми подходами к планированию, проектированию, финансированию, строительству, управлению и эксплуатации объектов городской инфраструктуры и услуг, которые в широком смысле называются умным городом. Электроэнергия является критически важной инфраструктурой, лежащей в основе всех других важнейших объектов. Сбои в системе электроснабжения имеют серьезные экономические и социальные последствия, даже в течение коротких периодов времени. Проектирование интеллектуальных систем управления имеет важное значение для повышения производительности сети в экстремальных условиях. Целью данной работы является разработка требований и условий для базовой электрической и информационной инфраструктуры для городских объектов.

Ключевые слова: умный город, безопасность питания, моделирование системы электроснабжения, интеллектуальное управление, системы управления зданиями.

Intelligent city - create a platform for analysis of the interaction energy infrastructure

I.D. Kubarkov1, A.S. Blinov, Y.P. Kubarkov1

1FGBO UVPO "Samara State Technical University", Samara, Russia

E-mail: tsara.cuba@yandex.ru

The 21st century is characterized by a global trend towards an increase in population concentration in the relatively small space of large cities. This leads to new approaches to the planning, design, financing, construction, management and operation of urban infrastructure and services, which in a broad sense are called smart cities. Electricity is a critical infrastructure that underlies all other critical facilities. Failures in the power supply system have serious economic and social consequences, even for short periods of time. Designing intelligent control systems is important for increasing network performance in extreme conditions. The purpose of this work is the development of requirements and conditions for basic electric and information infrastructure for urban facilities.

Keywords - smart city, the security of supply, modeling of power systems, intelligent control, building management systems.

Введение

Операторы распределительных городских электрических сетей современных мегаполисов постоянно сталкиваются с возрастающими требованиями к качеству электроэнергии и надежности поставки. Чтобы удовлетворить этим требованиям, операторам необходимо своевременно внедрять автоматизацию системы управления всей сети.

Интеллектуальная технология для умных городов

Сегодня в городах проживает более 50 процентов населения мира и к 2050 году предполагается, что в городах будет проживать 2,9 миллиарда человек. Эти города нуждаются в новой и интеллектуальной инфраструктуре для удовлетворения потребностей своих жителей и предприятий [1].

Эффективным способом достижения этих целей в городах является использование технологий для более разумного мониторинга, оптимизации и контроля ключевых систем и инфраструктуры. Другими словами, ориентироваться на создание системы «умный город».

Современные энергокомпании предлагают продукты и решения для энергетики и автоматизации по

всей цепочке классов напряжения и стоимости. Они включают в себя поддержку основных городских служб надежной связью с высокой пропускной способностью, что позволит коммунальным предприятиям предоставлять своим клиентам надежные услуги в области электроснабжения, водоснабжения, отопления и т.д..

Для примера решения ABB для развитой городской инфраструктуры показаны на Рис. 1.

Преимущества интеллектуального распределения электроэнергии в городе

Высокая надежность поставок электроэнергии

Основное внимание при автоматизации распределительной сети уделяется предотвращению перерывов в энергоснабжении. Можно обнаружить проблемы до того, как они вызовут прерывания, путем проведения непрерывных измерений или другого мониторинга во всей распределительной сети. Если возникает ошибка, ее можно быстро исправить и восстановить источник питания, используя систему дистанционного управления для быстрой реконфигурации сети.

Эксплуатационная эффективность

Эффективное использование сети обеспечивается за счет включения всего основного оборудования в систему SCADA / Distribution Management System (DMS). Это гарантирует сохранение режима в реальном времени с помощью системы мониторинга, управления и связи.

Рис.1. Решения АВВ для городской инфраструктуры

Ситуации с нарушениями могут быть эффективно разрешены с помощью точного определения места повреждения и функций DMS.

Поддержка ограничения выбросов

Удаленный доступ ко всей распределительной сети исключает длинные перемещения аварийных бригад, что снижает расход топлива и, следовательно, снижает выбросы парниковых газов.

Короткое время окупаемости инвестиций

Инвестиции в распределительную сеть (РЭС)Smart City оказывают значительное влияние и определяют прямую экономию средств в результате меньшего количества перерывов электроснабжения и более эффективную ее работу. Это приводит к сокращению времени окупаемости инвестиций. Улучшенное управление активами с использованием функций мониторинга состояния оборудования дополнительно повышает преимущества внедрения интеллектуальных решений.

Адаптация к изменениям в окружающей среде

РЭС Smart City развивается в соответствии с требованиями, предлагая решения как на сегодняшний день, так и на будущее. Инвестиции в интеллектуальную сеть можно делать поэтапно (Рис.2, уровни 1-4) и направлять на действия, которые являются наиболее важными для потребителей. Поэтапное непрерывное совершенствование и создание долгосрочных программ способствуют повышению эффективности и надежности сети. Концепция такого развития адаптируется к ситуациям, когда существуют различные требования к производству электроэнергии или когда к сети подключаются новые значительные потребители энергии.

Рис.2. Уровни инвестиций в интеллектуальную сеть

Концепция распределения энергии для Smart City

Концепция распределения энергии с интеллектуальными решениями для оборудования, как правило, разрабатывается для требовательной городской системы распределения электроэнергии. Непрерывное распределение электроэнергии требуется не только для обеспечения нормальной жизни и условий ведения бизнеса, но и для обеспечения доступности электроэнергии для аварийных служб. Чтобы обеспечить бесперебойное распределение мощности в критических узлах, таких как коммерческие центры, необходимо получать ранние предупреждения о предварительном отказе и определить участки сети, по которым могут быть организованы альтернативные маршруты поставок. В чрезвычайных ситуациях важно иметь быструю и точную локализацию неисправностей, устранение неисправностей и восстановление питания посредством удаленной реконфигурации сети [2]. Кроме того, возникающие потребности в энергосбережении, реагирование на спрос, интеграция распределенной генерации и поддержка зарядки электрических транспортных средств должны выполняться с информацией о сетях в режиме реального времени.

Концепция распределенной сети Smart City должна:

Отвечать общим потребностям распределения электроэнергии в городах, но позволять поэтапно, с учетом ситуаций, реализовать наиболее приемлемое решение.

Опираться на согласованный диапазон первичного и вторичного оборудования компаний-поставщиков.

Опираться на стандарты, которые позволяют интегрироваться в существующие системы, а также обеспечивать адаптивность, поскольку есть новые разработки и изменения потребностей.

Раннее выявление возникающих неисправностей

Когда можно выявить возникающие ошибки на ранней стадии и обнаружить оборудование, работающее близко к его границам оптимальности, необходимо перенаправить источник питания, прежде чем потребители будут испытывать перерыв питания. Как правило, обнаружение мест замыкания на землю достигается с помощью современных алгоритмов.

В городских условиях, с обширными и стареющими кабельными сетями, важно постоянно следить за состоянием кабелей.

С помощью компенсации токов замыкания на землю возможно допустить работу сети с однофазным замыканием на землю в течение ограниченного времени, что обеспечит паузу для организации альтернативного источника питания, прежде чем отсоединить и отремонтировать неисправную секцию.

Мониторинг состояния оборудования с точки зрения безопасности оборудования, позволяет проводить активные действия и повышает надежность.

Данные мониторинга состояния оборудования узлов сети (например, трансформаторов, кабелей и т.д.) могут собираться и анализироваться в центральной системе управления. Исходя из этих результатов, могут быть начаты действия по техническому обслуживанию по ликвидации непредвиденных перерывов электроснабжения.

Безопасная и надежная связь

Для оптимального решения требуются универсальные возможности обмена данными и передачи данных, которые обеспечивают надежную и быструю связь.

Для существующих сетей самым простым и наиболее осуществимым методом часто является использование общедоступных решений для беспроводной связи.

Чтобы устранить опасность внешнего несанкционированного доступа, все коммуникационные решения используют технологию IT. Кроме того, коммуникационные решения имеют встроенный и непрерывный сквозной контроль. Система дополнительно защищена всесторонним мониторингом, включая контроль доступа для вторичных подстанций.

Гибкая реализация интеллектуальных дистрибутивных решений

Приоритет и уровень автоматизации для каждого раздела

Уровень и порядок развертывания интеллектуальных распределенных решений, как правило, различаются по-разному в разных частях сети, поскольку критичность предложения, вероятность сбоев и необходимость дистанционного управления различаются. В большинстве случаев предлагается гибкий подход для удовлетворения этого требования.

Доступные интеллектуальные распределительные решения сгруппированы на основе их возможностей на четыре уровня:

(1) ситуационная осведомленность,

(2) устранение неисправностей и восстановление мощности,

(3) управление потоком мощности и

(4) селективность защиты.

В большинстве автоматизированных энергосетей одновременно существует комбинация всех четырех уровней [3].

Уровень 1: Ситуационная осведомленность

На уровне 1 необходимо контролировать сеть. Мониторинг обеспечивается с помощью дистанционно доступных индикаторов прохождения прохода в основных блоках. Кроме того, вторичные подстанции могут также быть снабжены функциями измерения НН, поскольку важнейшим аспектом здесь является контроль загрузки трансформатора и возможные ненормальные условия обслуживания для предотвращения разрушения оборудования.

Как правило, контрольное оборудование уровня 1 обеспечивает локализацию неисправностей и, в некоторых случаях, также информацию мониторинга состояния. Локализация неисправностей используется для очистки пост-сбоев, тогда как информация мониторинга состояния может использоваться для активной ликвидации нарушений питания.

Уровень 2: Изоляция ошибок

На уровне 2 доступна возможность устранения сбоев. Устройства на узлах СН оснащены моторизованными дистанционно управляемыми переключателями СН. Эти переключатели позволяют действовать на основании полученной информации мониторинга и предоставлять средства для устранения неисправностей, реконфигурации сети и восстановления источника питания удаленно.

Уровень 3: Управление потоком энергии

На уровне 3 добавляется управление потоком мощности. Устройства на узлах СН позволяют проводить измерения, что позволяет активно контролировать и управлять потоком мощности. Это особенно важно в сетях, где распределенная генерация, энергия

Хранения и специальной зарядки электрических транспортных средств.

Без надлежащего управления потоком мощности, вероятно, возникает ситуация перегрузки и последующие прерывания. Управление потоком мощности также облегчает минимизацию потерь мощности.

Уровень 4: Селективность защиты

На уровне 4 добавляется селективность защиты. Оборудование на центральных узлах СН подключается к автоматическим выключателям (CB) и защитным устройствам, которые обеспечивают распределенное, быстрое и выборочное отключение поврежденных участков сети.

Центральная система управления и защита при поставке станций ВН / СН не требуется. Когда защитные устройства включают функции мониторинга состояния для обнаружения извергающихся неисправностей, возможно - уже заранее - перенастроить сеть и изолировать проблемную секцию без прерывания электроснабжения.

Распределение электроэнергии в городской распределительной сети Smart City

Городская система распределения электроэнергии должна быть оптимальной независимо от ее размера и возраста. Решения объединяют разумную топологию первичной сети, соответствующее основное оборудование и интеллектуальную защиту, а также функции управления и автоматизации в один оптимальный функциональный объект.

Гибкость решений для интеллектуального управления делает их доступными как для новых, так и для существующих установок.

Первичные подстанции ВН / СН.

В зависимости от плотности населения и доступности пространства технология подстанции ВН / СН может варьироваться от подстанций с воздушной изоляцией до подстанций с подземной газовой изоляцией.

Вторичные подстанции (в зданиях).

Большие здания, предназначенные для коммерческих, промышленных или жилых помещений, обычно имеют в своих помещениях отдельную вторичную подстанцию ??СН / НН.

Внутри этих вторичных подстанций чрезвычайно важна способность вторичной технологии. Эти места потребления все чаще снабжаются функциями энергосбережения. Таким образом, необходимыми являются информационные и управляющие возможности интеллектуальных распределительных решений.

Вторичная технология этих подстанций очень важна для контроля качества поставляемого напряжения.

Микрогенерация также растет, то есть развивается мелкомасштабное производство тепла и электроэнергии отдельными лицами и малыми предприятиями. Таким образом, возможность измерять и обрабатывать потоки энергии также становится обязательной.

Центр управления

Для городского распределения электроэнергии важны возможности центра управления. Интеллектуальные перспективные решения могут, как таковые, интегрироваться в существующий центр управления.

Система хранения энергии батареи (BESS)

Потребность в распределенных системах хранения энергии в сетях стала реальностью, поскольку необходимо обеспечить непрерывность электропитания и обеспечить устойчивость при повышении мощности в сети.

Пики нестабильности вызваны неплановыми реверсивными перетоками мощности, колебаниями потребления и прерывистой генерацией. ABB предлагает ряд BESS, которые могут быть оснащены необходимой технологией. Для правильной работы в распределительной сети работа BESS координируется с работой других элементов в системе распределения электроэнергии.

Интеллектуальные решения

Интеллектуальные перспективные решения построены на интеллектуальных продуктах для защиты и контроля, мониторинга, измерения и связи. Существуют решения для городских, сельских и смешанных сетей распределения электроэнергии. Решения могут быть применены к новым распределительным устройствам, кольцевым и радиальным схемам, секционным выключателям или выключателям нагрузки на полюсах Эти решения используются как экономически обоснованные обновления существующих установок.

Шкафы интеллектуального управления выполнены на стандартизированных блоках готовы к использованию в принятых решениях. Существуют варианты шкафов для воздушных линий и подземных кабельных сетей. Шкафы подходят для всех применений, начиная от мониторинга и управления решениями для более сложных решений с точными измерениями и функциями защиты.

Комплексный набор оборудования для защиты и контроля позволяет проводить точные измерения, которые обеспечивают масштабируемые функции мониторинга, управления и защиты. Стандартные решения включают безопасную связь, централизованный надзор и управление учетными записями пользователей в экономически эффективных сетях общего пользования [4].

Управление жизненным циклом оборудования

Жизненный цикл решений и оборудования, включенного в сети, начинается со спецификаций и дизайна, за которыми следуют изготовление, монтаж и ввод в эксплуатацию. Чтобы получить лучший результат, важно, чтобы это было сделано в соответствии с проверенными процессами и применяли самые надежные стандарты качества. Кроме того, управление жизненным циклом также включает в себя техническое обслуживание, запасные части, расширения и модернизацию, а также услуги в конце срока службы.

Выводы

Автоматизация распределительных сетей является ключевым фактором и является необходимым условием для создания интеллектуальных городских сетей будущего.

Список литературы

энергетический инфраструктура городской экстремальный

Paulker, S.G., Zane, E.M. and Salem, D. M., Creating A Safer Healthcare System: Finding the Constraint, JAMA, vol. 294, no. 22, pp. 2906-2908, 2005.

Z. Morvaj, L. Lugaric, B. Morvaj, "Smart cities, buildings and distribution networks - perspectives and significance for sustainable energy supply", presented at 2nd Croatia CIRED Conference, Umag, Croatia, 2010.

The European Electricity Grid Initiative (EEGI) Roadmap 2010-18 and Detailed Implementation Plan 2010-12, Brussels, May 25, 2010.

A. Moderink et al., "Simulating the effect on the energy efficiency of smart grid technologies", in Proc. 2009 Winter Simulation Conference,

pp 1530-1541.

Размещено на Allbest.ru