Опыт внедрения ADMS в канадской компании BC Hydro

В статье рассказывается о модели работы сети, разработанной компанией BC Hydro (Ванкувер, Канада), и планах компании по модернизации принадлежащей ей распределительной сети, совершенствованию ее работы и процесса управления.

Усовершенствованная система управления распределительными сетями (ADMS, на базе решения EcoStruxure ADMS от Schneider Electric), внедренная в распределительной сети BC Hydro, представляет собой основной инструмент для поддержки расширенной инфраструктуры компании. В статье также описываются основные расчетные и аналитические приложения, которые используются для модернизации или расширения распределительной сети BC Hydro.

Введение

Системы BC Hydro для распределения электроэнергии не проходили серьезной модернизации с 70-х годов прошлого века.

BC Hydro — канадская электроэнергетическая компания, которая является поставщиком электроэнергии для более чем 95% населения провинции Британская Колумбия. Сеть передачи и распределения электроэнергии компании BC Hydro до реализации проекта состояла из оборудования для передачи энергии, в том числе 18 000 км высоковольтных линий и 1 300 распределительных фидеров. Системы, которыми пользовалась BC Hydro для распределения электроэнергии в режиме реального времени, не проходили серьезной модернизации с 70-х годов прошлого века. Большое количество операций по распределению энергии выполнялось вручную.

Распределительная сеть до реализации проекта была представлена на электронном мнемощите, на котором для обеспечения требований безопасности, все события отмечались, регистрировались и отображались для диспетчеров BC Hydro вручную. Такой распределительный щит едва ли помогал диспетчеру в принятии решений. В настоящее время все команды на блокировку повторного включения отмечаются, регистрируются и отображаются в cистеме управления производством и распределением энергии компании BC Hydro. В 2007 году BC Hydro завершила работу над Проектом модернизации центра управления электрическими сетями, в котором функции щитов управления четырех районных диспетчерских пунктов и одного центра управления сетями были объединены в главный и резервный (горячее резервирование) диспетчерские центры, расположенные на расстоянии 450 км друг от друга. Проект был реализован на базе решения EcoStruxure ADMS от Schneider Electric. После этого компания BC Hydro совместно со специалистами Schneider Electric планировала пошаговое обновление системы и перевод на новую операционную систему.

Данный проект показывает задачи и их решения, с которыми BC Hydro совместно со специалистами из Сербии начала работать более 10 лет назад. Параллельно с этим проектом реализовывались и многие другие по всему миру. Опыт, полученный за многие годы объединен в последних версиях программного продукта EcoStruxure ADMS, что высоко оценивается многими заказчиками, так как внедрение данного продукта гарантированно обеспечивает существенные выгоды электросетевым компаниям, внедряющих системы класса ADMS в настоящее время.

В последние годы программисты Schneider Electric работают не только над расширением функционала, но и над улучшениями платформы: оптимизация работы в реальном времени, упрощение использования функций (даже над сокращением количества кликов для выполнения той или иной задачи), виртуализация серверов и снижение себестоимости проектов. Разработчики Schneider Electric составили дорожную карту развития продукта, которая корректируется 2 раза в год в зависимости от получаемой обратной связи от заказчиков в рамках реализации проектов и ежегодных конференций пользователей.

Система управления распределительными сетями (DMS) предоставляет возможность значительно модернизировать работу щитов управления и заменить существующую систему ручного управления на электронную систему поддержки принятия решений. Технология DMS позволяет операторам и эксплуатационному персоналу распределительных сетей BC Hydro не только управлять системой, но и получать оперативную информацию о состоянии периферийного оборудования, а также предоставляет информацию о происходящих процессах в сети при достаточно низкой наблюдаемости.

У каждого потребителя BC Hydro установлен умный счетчик.

Одновременно с проектом DMS BC Hydro также запустила программу установки интеллектуальных приборов учета и создания инфраструктуры интеллектуальных измерений — долгосрочную программу по внедрению новых технологий и модернизации сетей, которая должна помочь провинции в достижении важных целей развития и принести пользу потребителям, сотрудникам и акционерам BC Hydro. К концу 2012 года компания установила примерно 1,7 млн умных счетчиков и создала вспомогательную измерительную инфраструктуру. У каждого потребителя BC Hydro установлен умный счетчик, что благоприятно сказывается на качестве предоставления услуг по поставке энергии как в настоящем, так и в будущем.

Кроме того, BC Hydro также реализовала программу создания прогрессивной инфраструктуры, состоящую из ряда проектов, систем управления, оборудования для интеллектуальных распределительных линий и подстанций, а также основополагающих элементов, таких как проект DMS, который был реализован в течение пяти лет и позволил BC Hydro остаться надежным поставщиком дешевой энергии для будущих поколений, в соответствии с Законом о чистой энергии провинции Британская Колумбия.

Рис. 1. Переход к расширенной инфраструктуре

Термин «цифровая сеть» обозначает современную интеллектуальную систему распределения энергии, которая основана на традиционных и инновационных принципах электроэнергетики, технологиях сложных измерений и мониторинга, информационных технологиях и технологиях связи, которые позволяют повысить эффективность работы энергосистемы и обеспечить предоставление широкого спектра дополнительных услуг для потребителей и экономики в целом. На рисунке 1 показана упрощенная схема модернизации сети BC Hydro, целью которой являлся переход от существующей сейчас пассивной сети к более динамичной и активной системе.

BC Hydro рассматривает DMS как основополагающий элемент своей программы создания прогрессивной инфраструктуры. Основные причины, мотивирующие BC Hydro внедрять интеллектуальные сети, включают в себя:

  • Увеличение количества установок распределенной генерации, в том числе с использованием экологически чистых и возобновляемых источников энергии (энергии ветра и солнца), а также распределенных источников энергии (DER), которые поставляют энергию от локальных систем электроснабжения.
  • Старение населения и увеличение конкуренции на рынке труда.
  • Устаревающая инфраструктура распределительных сетей.
  • Повышение стандартов надежности.
  • Возрастание интереса к проблеме экономии энергии.
  • Увеличение количества случаев возникновения неблагоприятных погодных явлений.

DMS также позволила координировать программы развития средств накопления энергии и снижения пиковой нагрузки. По прогнозам BC Hydro, в будущем количество DER в распределительной сети этой компании увеличится, поэтому компания планирует использовать DMS для координации и управления работой большого количества установок распределенной генерации, которые могут стать причиной неустойчивой работы сети.

Рис. 2. Область внедрения ADMS

Для внедрения DMS потребовалась сложная интеграция данной системы в режиме реального времени в ряд систем, таких как геоинформационная система (ГИС), система управления аварийными отключениями (OMS), а также система управления работой эксплуатационных бригад. Эта задача была выполнена благодаря использованию технологий сервисных шин (основанных на стандарте IEC 61850 CIM) и в некоторых уникальных случаях на технологиях безопасных двухточечных соединений. На рисунке 2 показана схема сложного процесса интеграции DMS. Такая DMS-система называется расширенной DMS (ADMS).

По требованиям BC Hydro, ADMS должна обеспечивать возможность перехода от существующей практики к автоматизированной электронной системе поддержки принятия решений. ADMS обеспечивает общую наблюдаемость процессов и управляемость оборудования распределительных сетей, а также расширяет возможности поддержки принятия решений, что оказало положительное влияние на повседневную эксплуатацию распределительной системы, тем самым поспособствовала достижению следующих показателей эффективности, которые согласуются с долгосрочными целями и задачами компании BC Hydro:

  • Финансовые показатели: получение экономической выгоды от отсрочки капитальных затрат на обновление и прокладку новых фидеров, экономии электроэнергии, сокращения времени, затрачиваемого на поиск и устранение повреждений.
  • Показатели надежности для потребителей: сокращение средней длительности прерывания энергоснабжения.
  • Показатели надежности для сотрудников: расширение возможности поддержки принятия решений.
  • Показатели безопасности: создание более безопасных условий работы для эксплуатационного персонала.
  • Показатели соответствия Закону о чистой энергии провинции Британская Колумбия.
  • Экологические показатели: постепенное сокращение электроемкости и объема выбросов углекислого газа в атмосферу за счет быстрого развития способов экономии энергии.

Усовершенствованная система управления распределительными сетями (ADMS)

Система ADMS, которая используется BC Hydro, основана на базе данных, получаемых от несбалансированной распределительной сети в реальном времени, и математической модели (с функцией обработки данных в реальном времени). Кроме того, применяются следующие основные функции (расчетные приложения):

  • Функции обработки данных в реальном времени (выполняются непрерывно и обеспечивают общую наблюдаемость всей топологии и состояния распределительной сети, заведенной в систему):
    • модель сети;
    • анализатор топологии;
    • оценка состояния.
  • Функции поддержки работы диспетчеров (координируют работу периферийного автоматического оборудования, играя роль центрального расчетного механизма, который обеспечивает эффективное и безопасное управление полевым оборудованием для операторов и эксплуатационного персонала BC Hydro):
    • оптимальная последовательность переключений;
    • переключение под нагрузкой;
    • управление повреждениями (определение места повреждения, отключение поврежденного участка и восстановление энергоснабжения — FLISR);
    • восстановление энергоснабжения крупных участков сети.
  • Функции оптимизации работы сети (выполняются в полностью автоматическом режиме (без участия диспетчеров) для повышения эффективности работы отдельных участков сети, например, через снижение потерь и пиковой нагрузки в сети, оптимизацию профилей напряжения, приведение характеристик фидера в соответствие с номинальными требованиями, балансирование нагрузки и т. д.):
    • оптимизация напряжения и реактивной мощности;
    • оптимальная реконфигурация сети.
  • Функции анализа работы сети (обеспечивают проведение подробного анализа состояний сети, параметров повреждений, а также чувствительности релейной защиты, уставок и координации защитных реле, безопасности рассматриваемого состояния сети, расчета надежности оборудования и т. д.):
    • потокораспределение;
    • расчет токов короткого замыкания;
    • проверка чувствительности релейной защиты;
    • анализ безопасности;
    • анализ надежности;
    • показатели производительности.
  • Функции планирования сети:
    • усиление сети;
    • установка конденсаторов;
    • планирование развития сети;
    • установка автоматики и устройств связи с объектами (УСО);
    • планирование размещения оборудования.
  • Учебный тренажер для диспетчеров обеспечит высококачественную подготовку диспетчеров и эксплуатационного персонала.

Основные расчетные приложения

Математическая модель ADMS совместима с CIM.

База данных и математическая модель с функцией обработки данных, поступающих в реальном времени, используются для сложных вычислений во всех приложениях ADMS. Математическая модель ADMS совместима с CIM (общей информационной моделью). Она основана на расширении CIM и имеет каталог топологий. Она может храниться во всех известных системах управления реляционными базами данных (RDBMS). База данных ADMS является открытой базой данных. Это означает, что, когда система уже установлена и введена в эксплуатацию, пользователь может расширять структуру базы данных для приведения ее в соответствие с собственными требованиями без вмешательства производителя. И база данных, и математическая модель полностью используют данные сложных измерительных систем, в том числе технологиям интеллектуальной измерительной инфраструктуры (Smart Metering Infrastructure), установок распределенной генерации (DG) и распределенных источников энергии (DER). Кроме того, они используются для обеспечения последовательной интеграции со всеми другими системами, находящимися в рабочей среде ADMS. Некоторые из этих систем — ГИС, система управления аварийно-восстановительными работами (OMS), система управления передачей электроэнергии (EMS), система управления работой эксплуатационных и оперативно-выездных бригад и другого персонала.

На DMD-схеме отображаются два представления сети: схематическое и географическое.

Динамическая мнемосхема системы ADMS (DMD-схема) заменила старый электронный щит, что позволило операторам распределительной системы и эксплуатационному персоналу BC Hydro получать оперативную информацию о состоянии системы, обеспечило общую наблюдаемость системы и управление периферийным распределительным оборудованием. На DMD-схеме отображаются два представления сети: схематическое (для диспетчеров) и географическое (для проектировщиков и эксплуатационных бригад). DMD-схема представляет собой основное связующее звено между пользователями и ADMS. Результаты выполнения программы анализа топологии напрямую представлены в приложении DMD. Данное приложение также используется для запуска расчетных и аналитических приложений и представления соответствующих результатов.

Приложение оценки состояния используется для оценки (текущего) состояния сети. Система автоматически пересчитывает все параметры сети при поступлении в нее информации об изменениях (переключения, режимы и т. д.). Пересчитанные значения сохраняются в архив, что позволяет выполнять их анализ за любой, интересующий оператора, период. Например, расчет технических потерь за прошедший месяц. Кроме выполнения функции оценки индексов производительности (приложение для анализа показателей производительности), рассчитанные значения играют роль основы для прогнозирования аварийных событий различного рода. Одним из наиболее важных приложений является анализ различных сценариев развития интеллектуальных сетей.

Управление напряжением и реактивной мощностью — это основной элемент управления в распределительных сетях. Такое управление осуществляется приложением, отвечающим за оптимизацию активного напряжения и реактивной мощности. Она выполняется непрерывно в нескольких режимах. Наиболее важные из них:

  • Нормальный режим (минимальные потери, минимальная реактивная мощность, поступающая от сетей передачи электроэнергии, и оптимальные профили напряжения).
  • Режим экономии энергии (посредством снижения напряжения и/или реконфигурирования сети).
  • Аварийный режим (снижение активной мощности — сглаживание пиков нагрузки).

Программа управления повреждениями состоит из трех модулей:

  • Модуль локализации повреждения.
  • Модуль отключения аварийного участка.
  • Модуль восстановления энергоснабжения (вместе обозначаемых FLISR).

Алгоритмы всех трех модулей разработаны так, чтобы задействовать всю доступную автоматику, а также оборудование, управляемое и контролируемое удаленно:

  • Модуль локализации повреждения использует регистраторы аварийных событий и индикаторы повреждений, а также статистические данные о частоте возникновения повреждений электросетевого оборудования.
  • Модуль отключения аварийного участка — оборудование автоматизации, а также удаленно управляемые коммутационные аппараты.
  • Модуль восстановления энергоснабжения — расчет системой ADMS всех возможных вариантов восстановления энергоснабжения, причем выбранный (оптимальный) вариант реализован с использованием доступного оборудования автоматизации и удаленно управляемых коммутационных аппаратов; если для выполнения оптимального (или единственно возможного) варианта восстановления энергоснабжения потребуется секционирование участков сети, тогда задействуется распределенная генерация (DG) и распределенные источники энергии (DER) секционируемого участка для восстановления энергоснабжения для максимально возможного числа потребителей, тем самым обеспечивая необходимый уровень управления частотой и напряжением на секционируемом участке.

Значимыми результатами внедрения ADMS стало быстрое повышение уровня экономии энергии (сокращение потерь) и снижение объема выбросов углекислого газа в атмосферу. Этот результат получен путем сравнения опыта использования внедренной ADMS и предыдущего варианта DMS.

Заключение

В статье описываются результаты, полученные BC Hydro при модернизации принадлежащей ей распределительной сети: повышение эффективности эксплуатации сети и ее управляемости для достижения целей общей Программы создания прогрессивной инфраструктуры посредством выполнения следующих долгосрочных задач:

  • Увеличение экономической выгоды.
  • Повышение надежности — сокращение средней длительности прерывания энергоснабжения.
  • Расширение возможностей осуществления поддержки принятия решений персоналом.
  • Повышение уровня безопасности персонала.
  • Достижение соответствия требованиям Закона о чистой энергии провинции Британская Колумбия.
  • Защита окружающей среды (постепенное снижение электроемкости, потерь и выбросов углекислого газа в атмосферу).

Цифровая подстанция

(close)