Алексей Севостьянов, Александр Волошин. «Интернет энергии» в комплексных системах управления коммунальной инфраструктурой сетевых компаний

Решения на базе Интернета вещей (IoT) способствуют созданию новых инструментов управления городской коммунальной инфраструктурой. Сервисы управления энергоснабжением для ресурсных организаций, промышленных предприятий и управляющих компаний в жилом секторе базируются на связи GPRS / 3G и новых каналах связи NB IоT, McWILL, LPWAN, которые сейчас разворачиваются во многих регионах России.

Алексей СЕВОСТЬЯНОВ,
Технический директор, Инженерный центр «ЭНТЕЛС»

Александр ВОЛОШИН,
Заведующий кафедрой, к.т.н.,
Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Возможность получать с каждого устройства достоверную цифровую информацию позволяет внедрить недорогие системы контроля и управления. Наиболее актуальны решения по учету энергоресурсов и диспетчерскому управлению, а объединенные в один технологический процесс, они дают дополнительные преимущества пользователю.

Задачи, решаемые с использованием IоT:

• коммерческий и технический учет энергоресурсов;
• снижение времени поиска и устранения аварий;
• контроль нарушения основного тех. процесса;
• снижение потерь при транспорте ресурсов;
• снижение затрат на эксплуатацию объектов инфраструктуры;
• организация дополнительных сервисов для потребителей.

Новые IoT-сервисы для энергетики не требуют первичных инвестиций, что позволяет внедрять автоматизацию для электросетей, водоканалов, теплосетей, промышленных предприятий при значительном снижении стоимости владения системами.

Совокупность инновационных решений для комплексной автоматизации на базе многофункциональных микропроцессорных устройств и беспроводных каналов связи формируют цифровую платформу, которая  обеспечивает учет и управление энергоснабжением. Причем сегодня устройства, подключаемые к автоматизации, становятся не только цифровыми, но и многофункциональными: приборы коммерческого и технического учета позволяют автоматизировать задачи диспетчерского управления транспортом ресурсов.

Цифровые платформы в энергетике и устройства IoT
позволяют достигать новых технологических и экономических эффектов

Сценарий применения – распределительная электрическая сеть

Инфраструктура распределения электроэнергии уровня напряжения 0,4 / 10 /35 кВ, в отличие от опорной электросети 35 кВ и выше, имеет большее число объектов контроля и управления, и здесь использование беспроводных каналов связи GPRS / NB IоT позволяет внедрять автоматизацию и решать задачи учета, диспетчеризации и телемеханики, объединив их в единый комплекс, доходящий до конечного абонента.

При автоматизации распределительных сетей 10 – 6 кВ задачи автоматизации различны для разных групп объектов в зависимости от их функционального назначения.

Для распределительных (РП) и распределительно-трансформаторных подстанций (РТП) приоритетны задачи контроля нагрузок, телесигнализации, диспетчеризации и технического учета электроэнергии. Это позволяет оперативно-диспетчерским службам иметь полную информацию о состоянии объектов, а службам учета и транспорта контролировать распределение электроэнергии и мощности, выявлять хищения электроэнергии и места возникновения сверхнормативных потерь.

В распределительных сетях большинство трансформаторных подстанций (ТП) питают одного-двух потребителей, и задача расчетного учета может быть решена на самой подстанции установкой приборов коммерческого учета. В городских сетях ТП имеет большое число потребителей, и кроме учета появляются задачи диспетчеризации, схожие с объектами типа РТП – охранная и пожарная сигнализация, состояние силового оборудования, контроль параметров электросети.

Для воздушных и кабельных линий электропередач среднего напряжения применимы системы автоматического секционирования и осуществления децентрализованной автоматизации распределительной сети с применением интеллектуальных реклоузеров, пунктов секционирования, КРУ и пунктов учета, связанных между собой единой информационной сетью. Автоматическое секционирование комплексно влияет на ключевые показатели надежности – недоотпуск электрической энергии, количество и длительность отключения потребителей, а также позволяют отслеживать внутрисетевую информацию о режимах работы, аварийных режимах, потреблении энергии.

Появляются новые активные элементы сети, такие как бытовые накопители, устройства домашней генерации электроэнергии, которые необходимо не просто включать в сеть, а сделать их применение для пользователя выгодным.

Переход к типовым решениям и сервисам

Задачи, стоящие в электроэнергетике, распространяются и на информационные комплексы, и без их решения невозможно создавать современные системы управления:

• снижение дублирования информации и моделей сети в различных информационных системах при отсутствии механизмов их синхронизации;
• снижение затрат на эксплуатацию электросетевого комплекса;
• снижение затрат на поддержание полноты и актуальности данных в локальных информационных системах;
• предотвращение противоречивости и недостоверности данных из-за множественности источников информации;
• интеграция информационных систем по принципу «точка – информация для всех»;
• кибербезопасность;
• зависимость бизнес-процессов от реализации информационных систем, в том числе их интеграции;
• в случае отсутствия возможности автоматизации и большого количества ручного труда при эксплуатации систем – большое количество ошибок при стыковке различных систем.

Решением может стать переход от частных дорогих решений к коробочным устройствам и сервисам. «Эталонные» решения позволят автоматизировать объекты с минимальными затратами: обеспечить необходимый объем информации и управляющих воздействий; добиться целостности управления сетью за счет логической связанности информации в рамках единой информационной модели; упростить информационный обмен за счёт унификации цифровых данных от элементов сети.

Эталонные коробочные решения
снижают стоимость внедрения и эксплуатации
цифровых систем в энергетике

Такие эталонные системы интегрируются с задачами учета, предаварийной диагностики, контроля и безопасности, что дает синергетический эффект. Применение инновационного оборудования и программно-аппаратных комплексов позволяет не только внедрить автоматизированное снятие показаний с приборов учета, но и создавать адаптивные сети. Это дает экономические выгоды за счет снижения резервов мощности и создания гибких тарифных планов, в том числе с использованием demand response (услуги снижения резервов мощности за счет специальных тарифов, предусматривающих краткосрочное отключение электроэнергии в пиковые часы).

Еще более экономически выгодным внедрение таких систем становится с дополнительными сервисами (управление наружным освещением, теплоснабжением, водоснабжением), что создает единое цифровое пространство управления городской инфраструктурой.

Экономические эффекты

Применение подобных систем дает целый ряд осязаемых преимуществ за счет эффективного использования мощности и пиковой пропускной способности сетей, создания активного потребителя с регулируемой нагрузкой:

• снижение эксплуатационных затрат на ремонт на 15 — 30%;
• снижение на 3 — 4% технологических потерь за счет повышения точности мониторинга сетевых параметров, моделирования режимов работы сети;
• оптимизация использования производственного персонала, сокращение привлечения подрядных организаций до 20%;
• оптимизация инвестиционных затрат за счет принятия обоснованных решений в эксплуатационной деятельности, планировании развития сети и технологического присоединения;
• снижение затрат на обслуживание электросетей на 20% — 30%;
• повышение оперативности и снижение недоотпуска электроэнергии (уменьшение времени отключения на 20 — 50%);
• снижение затрат на обслуживание единого комплекса оборудования, каналов связи и программного обеспечения до 50% по сравнению с затратами на отдельные системы;
• снижение потерь электроэнергии за счет контроля и выявления хищений, неправильно работающего оборудования, аварий, увеличение полезного отпуска.

Переход к цифровой экономике

Системы управления на базе IоT-сервисов – это первый шаг к построению энергосистем нового поколения с функциями самодиагностики и автоматизированным принятием решений по управлению режимами и авариями. Применение IоT-решений для энергетики уже сейчас может позволить интегрировать в энергосистемы новые технологии домашней микрогенерации и накопителей, обеспечить управление осветительной нагрузкой.

Сегодня цифровые сервисы на базе IоT-решений могут быть хорошим драйвером для инновационного развития, однако для этого необходимо систематическое внедрение новых отечественных технологий с одновременным повышением квалификации персонала.

Для развития направления IоT в энергетике «МегаФон», Национальный исследовательский университет «МЭИ» и инженерный центр  «Энтелс» заключили в декабре 2018 года соглашение, по которому будут совместно разрабатывать и развивать цифровые решения для мониторинга и управления инфраструктурой городского хозяйства и энергетикой.

Преемственность опыта лучших отечественных практик и разработка на их основе типовых решений и методик по эксплуатации цифровых систем и оборудования – именно такие задачи поставлены сегодня в рамках соглашения, в котором каждый из участников может принести отличный вклад в развитие отрасли цифровизации энергетики.