XII Международная научно-техническая конференция «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА ГЛАЗАМИ МОЛОДЕЖИ - 2021» СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ RUSSIAN POWER SYSTEM OPERATOR Развитие РЗА в эпоху цифровизации: цели, задачи, решения Жуков Андрей Васильевич, к.т.н., советник директора ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРАТЕГИЯ РОССИИ на период до 2035 года (утв. распоряжением Правительства РФ от 09.06.2020 №1523-р) В условиях прогнозируемых изменений мировой и российской экономики требуется ускоренный переход (модернизационный рывок) к более эффективной, гибкой и устойчивой энергетике, способной адекватно ответить на вызовы и угрозы в своей сфере и преодолеть имеющиеся проблемы, предусматривающий: структурную диверсификацию, в рамках которой углеродная энергетика дополнится неуглеродной, централизованное энергоснабжение - децентрализованным, экспорт энергетических ресурсов - экспортом российских технологий, оборудования и услуг в сфере энергетики, расширится спектр применений электрической энергии, сжиженного природного газа и газомоторного топлива; цифровую трансформацию и интеллектуализацию отраслей топливно-энергетического комплекса, в результате которых новое качество приобретут все процессы в сфере энергетики, новые права и возможности получат потребители продукции и услуг отраслей топливно-энергетического комплекса; оптимизацию пространственного размещения энергетической инфраструктуры, в рамках которой в Восточной Сибири, на Дальнем Востоке и в Арктической зоне Российской Федерации сформируются нефтегазовые минерально-сырьевые центры, нефтегазохимические комплексы, расширится инфраструктура транспортировки энергетических ресурсов, Российская Федерация станет ведущим игроком на рынках Азиатско-Тихоокеанского региона; уменьшение негативного воздействия отраслей топливно-энергетического комплекса на окружающую среду и адаптацию их к изменениям климата, в результате чего Российская Федерация внесет существенный вклад в переход к низкоуглеродному развитию мировой экономики, в международные усилия по сохранению окружающей среды и противодействию изменениям климата. 2 Тренды, оказывающие влияние на энергетику Декарбонизация энергетики (зеленая энергетика) Цифровизация – внедрение цифровых технологий и развитие новых бизнес-моделей на базе цифровых решений Децентрализация управления Электрификация транспорта и промышленности Смарт-технологии (FACTS) Децентрализация генерации (ВИЭ, СЭС, накопители) Направления цифровой трансформации: Создание условий трансформации цифровой Цифровая трансформация компаний (культура, подходы, компетенции) Внедрение цифровых решений для текущей деятельности и развития новых бизнесов Конвергенция продуктов Институциональная поддержка цифровой трансформации в отрасли технологий и 3 Вопросы эксплуатации. Состояние комплексов РЗА сети 110-750 кВ ЕЭС России на 01.01.2009 на 01.01.2018 на 01.01.2022 МП ПА ВИД ИСПОЛНЕНИЯ 110-220 330-750 110-220 330-750 110-220 330-750 РЗ и СА 86% 74% 68% 42% 62,76% 36,45% ПА 46% 53% 29% 23% 17,38% 14,65% РЗ и СА 8% 11% 4% 9% 3,47% 6,45% ПА 36% 23% 10% 12% 9,72% 7,29% РЗ и СА 6% 15% 28% 49% 33,76% 57,10% ПА 18% 24% 61% 65% 72,9% 78,06% Эл.мех МЭ МП МП РЗ и СА В сетях ЕЭС России в эксплуатацию вводятся преимущественно МП РЗА отечественного производства 4 Показатели функционирования устройств РЗА ЛЭП и оборудования 110-750 кВ ЕЭС России Оценка правильной работы устройств РЗА 97,00% 96,50% 96,34% 96,12%96,14% 95,97% 96,00% 95,50% 96,44% 96,35% 96,03% 95,43%95,43% 95,00% 94,78% 94,50% 94,00% 93,50% 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Организационные причины неправильной работы устройств РЗА в 2021 году Неправильная работа устройств РЗА, связанная с человеческим фактором, составляет 66% от общего количества неправильных действий устройств РЗА: • 38% - ошибки, связанные с недостатками эксплуатации и технического обслуживания; • 11% - ошибочные (неправильные) действия персонала; • 11% - ошибки в конструкции, изготовлении; • 6% - дефекты (недостатки) монтажа. Технические причины неправильной работы устройств РЗА в 2021году Наиболее часто неправильная работа устройств РЗА происходила вследствие: • 20% - дефектов (неисправности) электромеханики; • 17% - дефектов и неисправностей во вторичных цепях РЗА; • 9% - дефектов и неисправностей устройств РЗА из-за физического износа (старения); • 6% - дефект или неисправность микроэлектронной и полупроводниковой аппаратуры; • 5% - ошибок при выполнении переключения с устройствами РЗА; • 4% - дефектов (неисправности) МП РЗА; • 7% - по неопределенным причинам. 5 Основные направления развития системы РЗА ЕЭС России Задача: разработка и проведение современной технической политики в области РЗА субъектов электроэнергетики и потребителей электроэнергии, не сдерживающая возможность инновационного развития ЕЭС России и обеспечивающая требуемую надежность ее функционирования: Разработка концептуальных вопросов развития систем релейной защиты, противоаварийной и режимной автоматики (РЗА), учитывающих перспективы цифровой трансформации электроэнергетики и тенденции перспективного развития ЕЭС России; Повышение технического совершенства отечественных комплексов РЗА, базирующихся на достижениях современной цифровой техники, информационных технологий и коммуникаций; Разработка вопросов эксплуатации и обеспечения надежности функционирования современных устройств и комплексов РЗА на всех этапах жизненного цикла; Типизация проектных технических решений; Развитие процедур аттестации и сертификации устройств РЗА; Развитие системы мониторинга и анализа функционирования устройств и комплексов РЗА; Совершенствование нормативно-технической базы систем РЗА; Развитие программных комплексов расчетов и выбора параметров настройки устройств РЗА. 6 Перспективы развития РЗА в эпоху цифровизации энергетики реализация преимуществ киберфизической системы Стратегическое направление развития - повышение эффективности функционирования систем управления в электроэнергетике путем: развития систем мониторинга параметров электроэнергетического режима, состояния электросетевого комплекса, технического состояния и доступных ресурсов управления системы РЗА с целью верификации в реальном масштабе времени математических моделей в технологических алгоритмах систем управления для повышения адаптивности и эффективности их функционирования; применения совершенных математических моделей - цифровых двойников с целью оптимизации процессов поддержания информационных моделей субъектов электроэнергетики, повышения качества и согласованности данных в моделях с созданием логической Единой цифровой модели электрической сети для повышения уровня точности и достоверности расчетов и анализа ретроспективных, прогнозных и перспективных электроэнергетических режимов; повышения технического совершенства цифровых систем управления применением современных средств доставки и обработки информации, разработки и внедрения современных алгоритмов управления на платформе технологий искусственного интеллекта, совершенства их архитектурных и аппаратных решений, реализующих принципы мультиагентного управления, гибкой функциональной архитектуры с миграцией функций, самоорганизацией и самонастройкой, осуществления функции адаптивного автоматического управления надежностью функционирования комплексов, что сократит издержки на управление, эксплуатицию и повысит надежность работы энергосистемы. 7 Развитие РЗА в эпоху «цифровизации» Вызовы и задачи развития отечественной РЗА: 1. Импортозамещение (микроэлектронной базы и ПО). 2. Обеспечение информационной безопасности. 3. Переход на «безлюдные» технологии (интеллектуализация и автоматизация). 4. Адаптивность РЗА к характеристикам энергосистемы будущего (ВИЭ, СНЭЭ, управляемая нагрузка,..). 5. Риск ориентированное управление. 8 Цели и задачи развития РЗА в эпоху «цифровизации» Развитие технологии искусственного интеллекта (машинное обучение, предикативная аналитика, большие данные, видео-аналитика) Интеллектуальные технологии на основе применения цифровых двойников, порождающее проектирование Отделение функционального программного обеспечения РЗА от аппаратной части – бесконечный ЖЦ софта, «железо» - расходный материал Гибкая архитектура устройств (комплексов) РЗА – возможность автоматической миграции функций и реконфигурации алгоритмов функционирования при изменении условий работы энергосистемы и/или отказах отдельных элементов комплекса РЗА - изменение принципа аппаратного резервирования Адаптивность (интеллектуальный софт) и автономность, самонастройка и самоорганизация РЗА Управляемая деградация, сохранение критически важной функциональности РЗА на всех этапах ЖЦ Прозрачная автоматическая информационная интеграция РЗА-АСУТП-ЦУС-ДЦ Киберзащищенность устройств РЗА (интеллектуальный софт, иммунность на этапе разработки) Изменение стратегии эксплуатационного обслуживания Дифференцированное управление надежностью – целесообразный экономический критерий требуемого уровня развития РЗА 9 Развитие технологии синхронизированных векторных измерений Начало развития технологии СВИ в ЕЭС России – 2005 год Концептуальный подход при создании СМПР ЕЭС России ориентация на внедрение российских разработок и оборудования российских компаний Основная цель развития технологии СВИ – совершенствование технологий оперативного и автоматического управления ЭС: ` получение информации нового качества о характеристиках и режимах работы ЭС, развитие технологических задач мониторинга, управления и защиты, внедрение систем мониторинга, управления и защиты на платформе СВИ в реальный контур управления ЭС. ЗАДАЧА РЕШЕНИЕ 1 Разработана НТД для разработки, проектирования, производства, сертификации и эксплуатации устройств и комплексов СМПР требования к УСВИ и КСВД, методики испытаний, требования к СМПР (разработка, внедрение и эксплуатация) требования к состава передаваемой информации и т.п. 2 Критерии установки УСВИ и КСВД на эл. станциях Руст ≥ 500 МВт и ПС U ≥ 500 кВ на: отходящих ЛЭП 330 кВ и выше; СГ – 200 МВт и более, ГГ – 100 МВт и более; присоединениях контролируемых сечений U ≥ 220 кВ 3 Создание системы сбора данных СВИ Создана автоматическая система сбора данных СВИ, в режимах on-, off line 4 Разработка отечественного оборудования и ПО 5 российских компаний-разработчиков и производителей УСВИ, КСВД и технологического ПО 5 Сертификация устройств СМПР создание системы добровольной сертификации УСВИ, КСВД Главный КСВД (ЦДУ) 1 Региональные КСВД (РДУ, компании) 22 (2025 г. –до 50) Объекты э/э, оснащенные УСВИ 150 (2025 г. – более 200) Количество УСВИ (PMU) 950 (2025 г. – более 1500) Уровень развития технологии в России позволяет совершенствовать технологии мониторинга и управления ЭС на платформе СВИ 10 Свойства технологии синхронизированных векторных измерений СВОЙСТВА ТЕХНОЛОГИИ СВИ Нормированная точность измерений Соответствие требований к точности измерений в стационарных и переходных режимах проверяется на сертификационных испытаниях Измерение расширенного набора параметров: Ua, Ub, Uc, Ia, Ib, Ic, fa, fb, fc, P, Q, S, Iротора, Uвозбужд., δUa, δUb, δUc, δIa, δIb, δIc, fU1, dfa/dt, dfb/dt, dfc/dt, dUa/dt, dUb/dt, dUc/dt, U1, U2, U0, I1, I2, I0. Частота дискретизации – 50..200..1000 кадров/сек обеспечивает измерение параметров электромеханического переходного режима Синхронизация времени (1 мкс) обеспечивает точность измерения угла 0,1○ Протокол передачи данных – IEEE С37.118.2 + возможности СКАДА-системы ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ для задач объектов э/э резервирование (замена) телеметрии мониторинг (достоверизация) систем измерений, АИИС КУЭ (online) мониторинг работы устройств ПА послеаварийный анализ мониторинг работы АРВ и СВ (online) мониторинг работы генерирующего U(f), P(Q), S(U), Q(U) и сетевого оборудования (online), статистический анализ работы генераторов мониторинг НЧК (online) верификация расчетных моделей ген. оборудования (цифровые двойники) мониторинг динамики изменения погрешностей ТН; мониторинг несимметричного режима; расчет параметров схемы замещения ЛЭП Технология СВИ – результат конвергенции технологий цифровой обработки сигналов, технологии синхронизации времени и современных информационно-коммуникационных технологий !!! - сбор информации в режиме реального времени с задержкой около 100-150 мс Количество онлайн-параметров СВИ: 11 400 000 параметров в секунду (сбор в ДЦ) Количество оффлайн-параметров СВИ: 1200 000 параметров в секунду (сбор в ДЦ) Развитие информационно-коммуникационной инфраструктуры (АССИ СВИ) Создана информационная платформа on,- off line данных СВИ параметров электроэнергетическ ого режима работы ЕЭС России, предназначенная для применения СВИ в задачах оперативнодиспетчерского и автоматического управления ЕЭС России 12 Разработка и внедрение технологического ПО на базе данных СВИ ПО мониторинга работы системных регуляторов (в 22 ДЦ) ПО мониторинга синхронных качаний активной мощности (в 9 ДЦ) ПО визуализации динамики изменения параметров электрического режима в ЕЭС России (в главном ДЦ) ПО Phasor Point (в главном ДЦ) ПО мониторинга качества и достоверности данных СВИ в режиме реального времени (в 22 ДЦ) ПО мониторинга жизненного цикла устройств и комплексов СМПР (в 22 ДЦ) 13 Перспективы развития задач на базе СВИ для задач оперативнодиспетчерского и автоматического управления Режимное и противоаварийное управление: 2021 – 2022 – применение СВИ для автоматизации распределительных сетей 2022 – 2023 – применение данных СВИ в задаче оценивания состояния электроэнергетического режима для расчетных задач (СМЗУ, ЦСПА) 2022 – 2023 – управление по параметрам фазового угла (АРПМ, АЛАР), разработка и тестирование пусковых органов и ПА: испытания на полигоне ЦДУ на реальных данных разработанного алгоритма Развитие ПО на основе данных СВИ: 2021–2022 – разработка ПО мониторинга жизненного цикла устройств и комплексов СМПР (на основе рекомендаций CIGRE) 2021–2022 – разработка ПО автоматического мониторинга качества и достоверности данных (отчетность, сигнализация) 2021–2023 – модификация ПО ВДП (разработка экспертных функций) 2022–2023 – модификация ПО СКАМ (внедрение новых алгоритмов поиска источника колебаний (станций, генераторов), интеграция ПО СКАМ ДЦ, интеграция с ПО СКАМ электростанций 2022–2023 – разработка УСВИ нового поколения (модули для РЗА, измерение 20 точек в период при соблюдении нормированной точности) 14 Перспективы развития технологических задач на базе СВИ уровня объектов электроэнергетики Послеаварийный анализ режимов оборудования и систем регулирования; работы Мониторинг технического состояния генерирующего и сетевого оборудования; Мониторинг режимов работы генерирующего оборудования: мониторинг синхронных качаний активной мощности (НЧК) и крутильных колебаний, оценка корректности работы АРВ/СВ, систем регулирования, статистический анализ режимов работы генераторов; Мониторинг режимов работы сетевого оборудования (несимметричного режима работы, мониторинг работы ТН, устройств РПН и т.п.); Мониторинг векторной трансформаторов напряжения; погрешности Предупреждение персонала при приближении текущих параметров работы оборудования к их эксплуатационным пределам; Автоматическая достоверизация данных СВИ, СОТИ АССО и АИИС КУЭ; Визуализация синхронных качаний активной мощности на P-Q диаграмме на основе данных СВИ Информационная поддержка решений оперативного персонала и персонала служб РЗА; Развитие функциональности систем РЗА на основе применения данных СВИ. 15 РЗА на базе технологии «Цифровая подстанция» Архитектура ЦПС 1 типа Обмен всей информацией между ИЭУ осуществляется дискретными и аналоговыми электрическими сигналами, передаваемыми по контрольному кабелю; информационный обмен с верхним уровнем осуществляется по цифровому протоколу MMS (SCADA) Архитектура ЦПС 2 типа Взаимодействие между ИЭУ выполняется при объектно-ориентированных сообщений (протокол согласно стандарту МЭК 61850-8-1; помощи GOOSE), измерения тока и напряжения передаются в виде электрических аналоговых сигналов с использованием контрольных кабелей информационный обмен с верхним уровнем осуществляется по цифровому протоколу MMS; (SCADA) Архитектура ЦПС 3 типа Взаимодействие между ИЭУ РЗА выполняется при помощи объектно-ориентированных сообщений (протокол GOOSE), согласно стандарту МЭК 61850-8-1; информация от измерительных устройств тока и напряжения передается в цифровом виде с использованием протокола передачи мгновенных значений (SV), согласно стандарту МЭК 61850-9-2; информационный обмен с верхним уровнем осуществляется по цифровому протоколу MMS. Перечень объектов с использованием технологии ЦПС насчитывает 177 ПС 110 – 500 кВ (SCADA) Архитектура ЦПС 4 типа Архитектура централизованной РЗА 16 Дистанционное управление устройствами РЗА (УРЗА) Дистанционное управление УРЗА – управление функциями устройств РЗА путем передачи сигнала с АРМ оперативного персонала объекта, из ОИК ДЦ, ЦУС в процессе производства переключений. Аварийная сигнализация Электронные ключи управления Ожидаемый эффект от реализации ДУ устройствами РЗА: Оптимизация переключений по времени Снижение нагрузки на персонал Снижение риска ошибочных действий персонала Интеграция идеи необслуживаемых подстанций в электроэнергетике ДУ УРЗА ЛЭП из ДЦ: ОСНОВНАЯ ЗАЩИТА РЕЗЕРВНАЯ ЗАЩИТА ОАПВ, ТАПВ ПАВ ЛОКАЛЬНАЯ ПА (ЛАПНУ, АОПО, АРПМ, АОСН, АЛАР, УПАСК) Разработаны: Требования по автоматическому управлению функциями РЗА при переключениях в первичной схеме Минимальные технические требования, предъявляемые к УРЗА для возможности реализации ДУ Распределение функций ДУ УРЗА между ДЦ, ЦУС, АРМ ОП Требования по отображению состояния функций РЗ и ПА ЛЭП в ОИК Реализованы пилотные проекты ДУ УРЗА на ПС 220 кВ Зеленодольская (Татарстан), ПС 220 кВ Кожевническая, Белорусская, ПС 110 кВ Люблино (МОЭСК) 17 Разработка и внедрение технологического программного обеспечения Автоматизируемый процесс Внедряемая ИУС Расчет токов КЗ и выбор параметров настройки устройств РЗА PF.Protection, ПВК АРУ РЗА Расчет минимального состава генерирующего оборудования PF.МСГО, ПВК АРУ РЗА Проверка обеспечения требований селективности и дальнего резервирования Модуль для PF.Protection Расширение CIM модели АИП для задач РЗА АИП Синхронизация данных БММС с CIM моделью АИП PF.СИМбиоз, ПВК АРУ РЗА Контроль соответствия текущего состава генерирующего оборудования минимально допустимому составу МСГО Контроль состояния каналов противоаварийной автоматики СККПА Оформление и выдача заданий по РЗА, формирование перечней и хранение документации в части РЗА ИС СРЗА Технический учет устройств РЗА АС «Техучет РЗА» Анализ работы устройств РЗА АСА РЗА 18 Разработка и внедрение технологического программного обеспечения ССНТИ 2.0 07.2021 ПВК АРУ РЗА модификация для АИП 12.2022 Устройство РЗА Функция РЗА при вводе РАС в АИП при вводе УПАСК в АИП после модификации ПВК АРУ РЗА Уставки РЗА при вводе РЗА в АИП АИП ввод РЗА до 06.2022 Устройство РЗА PF.Protection ввод в ПЭ 06.2021-06.2022 Устройство РЗА Функция РЗА Уставки РЗА CIMбиоз 12.2022 после модификации ПВК АРУ РЗА СККПА Функция РЗА PF.МСГО ввод в ПЭ ~12.2021-06.2022 Техучет РЗА 12.2021 Устройство РЗА Функция РЗА при вводе РЗА в АИП ИС СРЗА ввод в ПЭ 06.2021 Устройство РЗА при вводе уставок в ИС СРЗА (неавтоматический импорт) АСА РЗА 12.2021 (пилотные РДУ) Функция РЗА Уставки РЗА ИУС МСГО Исполнительные схемы Задания Отчеты результаты расчетов после ввода PF.МСГО 19 Цифровая трансформация РЗА = Интеллектуализация Автоматический сбор всех необходимых исходных данных от силового оборудования и устройств защиты и автоматики без участия человека; Единая информационная модель данных для всех цифровых сервисов; Семантическое (смысловое) описание объектов, их параметров и технологических процессов, обеспечивающее выполнение процедур логического вывода и разметки данных; Набор общих системных сервисов для самоорганизации и самонастройки; Набор специальных протоколов передачи данных, начиная с полевого уровня до центра управления сетями; Формализованные регламенты управления информационными моделями и данными на всех стадиях жизненного цикла: от планирования развития до вывода из эксплуатации; Возможность эволюционного развития (модернизации) сервисов, технологий и информационных моделей данных без необходимости перепроектирования, перепрограммирования и переналадки смежных цифровых подсистем сервисов. 20 Цели и задачи развития РЗА в эпоху «цифровизации» Порождающее проектирование на основе цифровых двойников; Отделение функционального программного обеспечения РЗА от аппаратной части, бесконечный жизненный цикл софта, «железо» – расходный материал; Гибкая архитектура устройств (комплексов) РЗА – возможность автоматической миграции функций и реконфигурации алгоритмов функционирования при изменении условий работы энергосистемы и/или отказах отдельных элементов комплекса РЗА - изменение принципа аппаратного резервирования ; Адаптивность (интеллектуальный софт) и автономность, самонастройка и самоорганизация РЗА; Управляемая деградация, сохранение критически важной функциональности РЗА на всех этапах жизненного цикла; Прозрачная автоматическая информационная интеграции РЗА-АСУТП-ЦУС-ДЦ; Киберзащищенность устройств РЗА (интеллектуальный софт, иммунность на этапе разработки); Изменение стратегии эксплуатационного обслуживания; Дифференцированное управление надежностью – целесообразный экономический критерий требуемого уровня развития РЗА. 21 Образование в эпоху «цифровизации» Тренды: 1. Приоритезация развития цифровых компетенций. 2. Обеспечение максимальное охвата населения. Вызовы: 1. Спрос работодателей на новый тип сотрудников. 2. Нехватка квалифицированных кадров с «цифровыми» компетенциями. 3. Высокие требования к знаниям в естественно-научных дисциплинах при поступлении в ВУЗы на специальности ИКТ 4. Низкая доля женщин, поступающих на данные направления Задачи: 1. Развитие и внедрение в школах, ВУЗах, компаниях: - новых инструментов, способов и подходов к обучению цифровым компетенциям; - развитие когнитивных, «процессуальных» компетенций, навыков гибкого использования компьютерных программ, обеспечения кибербезопасности и эффективного общения. 2. Подготовка специалистов – энергетиков: без профессиональной подготовки специалистов невозможно решать задачи цифровой трансформации отрасли в реалиях 4-й промышленной революции. 22 СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ RUSSIAN POWER SYSTEM OPERATOR www.so-ups.ru Оперативная информация о работе ЕЭС России Спасибо за внимание! Жуков Андрей Васильевич Контактная информация: zhukov@so-ups.ru
