Исследовательский проект Dyna Grid Center

Исследовательский проект DynaGrid Center

Этот трехлетний проект, цель которого заключается в разработке вспомогательной системы для автоматического управления энергосистемой и предотвращения сбоев, осуществляется научно-исследовательскими организациями Германии. 
DynaGridCenter – инновационный проект, нацеленный на будущее

Инновационный проект, нацеленный на будущее

Федеральное министерство экономики и энергетики Германии (BMWi) поддерживает инновации немецких компаний, предлагая благоприятные условия, а также выполняя ориентированные на рынок научно-исследовательские работы и инновационную деятельность. Объем финансирования проекта DynaGridCenter по преобразованию традиционных центров управления передачей электроэнергии в перспективные центры динамического управления составляет примерно 5 миллионов евро.

BMWi (англ. язык)

Проект

Интеллектуальное управление энергосистемами

Эффективное управление работой системы. В связи с комплексной интеграцией возобновляемых источников энергии и силовой электроники, управление и контроль сетями передачи электроэнергии все более усложняются. Во многих странах крупные атомные или угольные электростанции выводятся из энергосистемы, в то время как электрическая энергия должна передаваться на большие расстояния. Это увеличивает вероятность колебаний частоты и напряжения в системе. Для того, чтобы избежать или устранить такие перегрузки и защитить установленное оборудование, необходимо активно управлять генерирующим оборудованием, изменяя схему передачи, что ведет к постоянному увеличению затрат. Перспективным решением этой проблемы является инвестирование в интеллектуальные системы управления и технологии управления цифровыми подстанциями, позволяющие эффективно реагировать и прогнозировать динамику системы.
Доктор технических наук, профессор Райнер Кребс
Для сохранения стабильности высокодинамичных сетей передачи в будущем нам потребуются автоматизированные центры управления.
Доктор технических наук, профессор Райнер Кребс (Rainer Krebs), ведущий эксперт и начальник отдела эксплуатации и управления защитой систем компании «Сименс»
Центр моделирования в реальном времени, Магдебург

Центр моделирования в реальном времени, Магдебург

Программная среда моделирования энергосистемы в реальном времени была установлена в университете им. Отто фон Герике в Магдебурге для работы с упрощенной моделью сети передачи электроэнергии Германии. Среда моделирования связана с лабораторией силовой электроники, оснащенной оборудованием для передачи постоянного тока высокого напряжения, что позволяет осуществлять гибридное моделирование. Такие защитные и измерительные компоненты, как реле и PMU, совместно со средствами связи и автоматизации подстанций формируют так называемые цифровые подстанции.

Центр динамического управления энергосистемой, Ильменау

Центр динамического управления энергосистемой, Ильменау

Центр динамического управления энергосистемой на базе решения «Сименс» Spectrum Power был установлен в качестве основного элемента проекта в Техническом университете Ильменау, в 200 км от модели энергосистемы реального времени в Магдебурге. Новые динамические приложения были интегрированы в качестве вспомогательных систем для оценки текущего и прогнозируемого состояния энергосистемы, таких как «Динамическая оценка безопасности», «Настройка адаптивной защиты» и «Аналитика потоковой передачи данных PMU». Эти приложения предлагают операторам надежные профилактические или исправительные меры. Центр управления подключен к цифровым моделям подстанций в Магдебурге. Модель энергосистемы отправляет измеренные данные в центр управления с использованием моделей цифровых подстанций. В центре управления динамическое состояние моделируется и непрерывно анализируется в режиме реального времени.

Консорциум

Консорциум

Члены консорциума:
«Сименс»

  

Вот уже более 170 лет инновационные идеи, новые концепции и эффективные бизнес-модели являются гарантами нашего успеха. Наши инновации – это не только идеи, но и эффективные продукты, завоевывающие рынки и задающие новые стандарты. Сотрудничая с ведущими мировыми университетами, компания «Сименс» разрабатывает инновационные технологии в различных областях, включая интеллектуальное и эффективное управление энергией. 

Магдебургский университет имени Отто фон Герике

 

Магдебургский университет имени Отто фон Герике, являясь ведущим центром инноваций как в регионе, так и за его пределами, внедряет инновационные стратегии по развитию передачи технологий и знаний в региональных и глобальных компаниях. Ключевыми областями исследований являются медицинские технологии, автомобильная промышленность, цифровая инженерия, технологии псевдоожиженного слоя и возобновляемые источники энергии.

Технологический университет Ильменау

 

Технологический университет Ильменау является передовым исследовательским университетом, в котором проводятся фундаментальные и прикладные исследования в различных областях. Университет предоставляет результаты исследований на высшем государственном и мировом уровне и способствует междисциплинарному и межведомственному сотрудничеству в областях научных исследований и образования. Исследовательская деятельность в сфере энергосистем связана с проектированием и эксплуатацией энергосистем будущего и системной интеграцией новых технологий.

Рурский университет в Бохуме (RUB)

 

Рурский университет в Бохуме (RUB) входит в десятку крупнейших университетов Германии. Рурский университет имеет более 300 партнерских соглашений со многими мировыми исследовательскими центрами. Работу над этим проектом вел институт технологий энергосистем и силовой мехатроники (EneSys), возглавляемый профессором Суркунисом. Этот институт проводит широкий спектр исследований, включая силовую электронику, системы передачи и распределения энергии, а также возобновляемые источники энергии и транспортные средства с электроприводом.

Институт Фраунгофера по эксплуатации и автоматизации предприятий (IFF)

 

Являясь технологическим партнером в области цифрового инжиниринга, Институт Фраунгофера по эксплуатации и автоматизации предприятий (IFF) в Магдебурге занимается проектами, посвященными новым методам и технологиям цифровых подстанций и их широкому применению для эксплуатации и защиты систем. Основные направления исследований включают в себя интеллектуальные системы эксплуатации, эффективное с точки зрения использования ресурсов производство и логистику, а также конвергентную инфраструктуру поставок.

Институт Фраунгофера

 

Отделение передовых системных технологий института Фраунгофера, занимающегося оптической электроникой, системными технологиями и анализом изображений (IOSB-AST), в Ильменау ведет работы над новыми методами и процессами оптимального использования сложных кибернетических систем и преобразует их в инновационные средства управления операциями, предназначенные для различных областей, таких как межотраслевые энергетические системы и водоснабжение. Решения института используются по всему миру во многих сферах и включают в себя планирование управления электростанциями, управление системами хранения, системы энергоснабжения, виртуальные электростанции, сети водоснабжения и каскады ГЭС.

Ассоциированные партнеры

Ассоциированные партнеры

Партнеры в рамках проекта:
50Hertz

 

Компания 50Hertz отвечает за эксплуатацию, техническое обслуживание, планирование и расширение сети электропередач напряжением 380/220 киловольт на всей территории Северной и Восточной Германии. Эта электросеть охватывает площадь более 109 360 км² и имеет протяженность около 10 000 км, что равно расстоянию от Берлина до Рио-де-Жанейро. Она представляет собой магистральную линию, которая стабильно обеспечивает электроэнергией около 18 миллионов человек 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году.

Amprion

 

Система передачи энергии сверхвысокого напряжения Amprion протяженностью около 11 000 километров, включающая в себя 170 подстанций на участке между Нижней Саксонией и границей со Швейцарией и Австрией, является крупнейшей в Германии и обеспечивает электроэнергией более 29 миллионов человек. Для удовлетворения растущих потребностей в отношении пропускной способности и эксплуатационной гибкости, компания Amprion интенсивно работает над интеграцией инновационных технологий в свою энергосистему.

TenneT

 

Компания TenneT является ведущим европейским системным оператором передающих сетей (СО) и осуществляет деятельность в основном в Нидерландах и Германии. Высоковольтная энергосистема протяженностью почти 23 000 километров обеспечивают надежную поставку электроэнергии для 41 миллиона конечных пользователей. TenneT является одним из основных европейских инвесторов в государственные и международные энергосистемы на суше и на море, объединяющим энергетические рынки Северо-Западной Европы и обеспечивающим трансформацию энергетической отрасли. 

TransnetBW GmbH

 

Компания TransnetBW GmbH управляет сетью передачи электроэнергии в федеральной земле Германии Баден-Вюртемберг. Эта электросеть обеспечивает поставку электроэнергии на территории данного региона, а также в другие регионы Германии и Европы. TransnetBW управляет потоками энергии в сети и осуществляет необходимую деятельность по обслуживанию, планированию и расширению сети. Клиентами TransnetBW являются многочисленные продавцы электроэнергии и операторы электростанций и сетей распределения как в Германии, так и в других странах.

Результаты

Краткий обзор результатов проекта

Основная идея проекта состояла в разработке инновационной методологии управления энергосистемами высокого и сверхвысокого напряжения на основе инфраструктуры существующих центров управления. Эта методология направлена на адаптивную интеграцию новых сложных технологий в существующие инфраструктуры энергосетей и позволит операторам обеспечивать высокую надежность поставок в будущем.

Сценарий 1: программно-аппаратное моделирование

Высоковольтные линии передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения (HVDC) будут играть важную роль в энергосистемах будущего. Они передают большие объемы энергии на большие расстояния с использованием существующих сетей переменного тока, однако за счет применения силовой электроники они работают совершенно иначе по сравнению с традиционным оборудованием. Для изучения особенностей работы таких сетей в лабораторных условиях была организована система HVDC, которая затем была интегрирована в модель сети переменного тока (программно-аппаратное моделирование).

Сценарий 2: профилактические меры в отношении высоковольтной передачи электроэнергии постоянного тока

Линия HVDC в сети линий передачи может использоваться в качестве дополнительного средства достижения оптимально стабильной работы при отказах оборудования, позволяя избежать дорогостоящих операций по повторному подключению электростанций к сети. Информация о необходимых изменениях в работе системы HVDC непрерывно получается с использованием новых алгоритмов, а также проверяется средствами динамического анализа стабильности перед отправкой на электростанцию. Это позволяет обеспечить непрерывное соблюдение не только температурных пределов, но и пределов стабильности.

Сценарий 3: корректирующие меры в отношении высоковольтной передачи электроэнергии постоянного тока

Благодаря быстро управляемым операционным ресурсам, таким как системы HVDC или возобновляемые источники энергии, проблемные ситуации могут устраняться по мере их фактического появления. Такое подход предполагает оперативную и комплексную координацию, инициацию и реализацию таких необходимых мер, как изменения рабочих параметров. Такой подход имеет название «корректирующие меры n-1». Для определения подходящих корректирующих мер, которые затем автоматически осуществляются на практике соответствующим центром управления, в рамках проекта DynaGridCenter были разработаны системы, использующие алгоритмы оптимизации (HEOneu), динамическое моделирование (DSA) и высокодинамичные локальные измерения. Аналогично профилактическим мерам в сценарии 2, разработанный рабочий процесс обеспечивает постоянное соблюдение пределов стабильности и температуры.

Сценарий 4: обнаружение неисправностей (коротких замыканий) в энергосистеме

Аналогично сценарию 3, корректирующие меры должны осуществляться только при возможном возникновении проблем по причине сбоев или отключений энергосистемы. Принимаемые меры предварительно проверяются посредством динамического моделирования (DSA). Потенциальные проблемные места определятся с помощью сложных алгоритмов машинного самообучения, которые позволяют сравнивать векторные измерения в реальном времени с моделируемыми измерениями PMU, выполняемыми DSA. Время реагирования менее одной секунды резко сокращает текущее время реагирования персонала центров управления.

Сценарий 5: синхронная настройка параметров

Динамическая работа энергосистем в значительной мере зависит от локальных центров управления. Например, параметры центра управления электростанцией оптимизируются таким образом, чтобы они соответствовали требованиям энергосистемы во всех возможных режимах работы. Обычно они задаются один раз и после этого не изменяются. Если параметры можно будет изменить в зависимости от состояния сети, во многих ситуациях стабильность системы может быть увеличена. В рамках проекта DynaGridCenter были разработаны алгоритмы оптимизации всех параметров управления с учетом текущего состояния энергосистемы через регулярные промежутки времени. Такие оптимизированные параметры также проверяются с использованием DSA. Центр динамического управления способен непрерывно передавать оптимизированные параметры соответствующему оборудованию согласно стандарту МЭК 61850.