К.Б. Корнеев, Е.В. Долгополая, Осеи-Овусу Раймонд

Аннотация. В статье предлагается возможная реализация дифференцированных вариантов надежности электроснабжения для клиентов городских распределительных сетей. Для обеспечения различных вариантов надежности, основанных на предпочтениях клиента, электроснабжающая компания может как вводить в систему резервные мощности, так и перенастраивать топологию электрических сетей для подачи электроэнергии приоритетным потребителям. Эта проблема сформулирована как проблема оптимизации с целью минимизации ответственности энергоснабжающих компаний при обеспечении энергоснабжения приоритетных потребителей.

Ключевые слова: надежность, электрическая энергия, муниципалитет, недоотпуск.

Надежность электроэнергетической системы лежит в основе практически каждого сектора современной экономики Российской Федерации (РФ). Надежность энергосистемы остается одним из самых важных факторов национальной безопасности. С постепенным внедрением двунаправленных потоков информации в энергосистеме (данные с систем учета – от потребителя и управляющие воздействия диспетчера – от энергоснабжающих компаний) меняются требования к самой в надежности, а также изменяются определения и показатели надежности в целом. Поэтому одновременно с усложнением энергосистем (переход к так называемым Urban SmartGrid – городским «умным сетям») должны совершенствоваться и нормативные документы, регламентирующие работу этих систем.

Временные шкалы балансов мощности в энергосистеме сместились от ежедневной к часовой, от минутной или секундной к миллисекундой. Соответственно, оценка потенциала воздействия на систему случайных событий и плановых воздействий также требует изменения временнóго интервала в сторону уменьшения. Возросшие требования современной системы электроснабжения потребовали и будут требовать все больше инноваций в технологиях (например, появления инверторов, распределенной генерации, накопителей мощности), рынках (например, совершенствования глобальных и локальных рынков мощности) и системных операциях (например, введения оператора балансирования нагрузки).

Перебои в системе передачи (генерации) электроэнергии непропорционально связаны с перебоями в системе распределения (более 90 % перебоев происходит в системах распределения – на трансформаторных подстанциях и в линиях) как с точки зрения продолжительности, так и по частоте таких отключений. Повреждение системы передачи, хотя и нечастое, может привести к значительным по охвату перебоям в подаче электроэнергии, которые затрагивают большое количество потребителей со значительными экономическими последствиями.

По мере того, как проектирование и функционирование систем передачи и распределения становятся более интенсивными, сложными и взаимосвязанными, спрос на возможность наблюдения всей системы передачи и распределения электроэнергии увеличивается. Тем не менее развертывание и распространение данной инновационной технологии сталкиваются с многочисленными барьерами, которые могут различаться в зависимости от технологии и той роли, которую каждая из них играет в системе поставки электроэнергии. [1]

Анализ данных является важным аспектом сегодняшнего управления городской системой электроснабжения, но масштаб, скорость и сложность аналитики для оператора такой системы необходимо будет увеличить. При этом планирование передачи и распределения должно быть интегрировано в эту систему.

Владельцы и операторы сетей должны взять на себя управление рисками от широкого и растущего диапазона неблагоприятных факторов. Это как природные факторы (ветер, грозы, дожди, обледенение), так и воздействие участников системы электроснабжения (короткие замыкания у смежных потребителей, ошибочные коммутации и т. п.), а также повреждения электросетей из-за стороннего воздействия. Вышеназванные факторы могут воздействовать практически на любую часть электрической сети (например, физические воздействия), но некоторые из них зависят от положения объекта на местности или время года. Краткосрочное и долгосрочное управление рисками приобретает все большее значение на надежность системы электроснабжения.

Информационные и коммуникационные технологии все чаще используются на всех уровнях энергосистемы и в сфере измерений. Эти технологии имеют значительные преимущества с точки зрения эффективности и устойчивости передачи информации, а также предлагают широкие возможности для потребителей по-новому взаимодействовать с системой электроснабжения.

К недостаткам использования компьютеризированных систем передачи данных относится возросшая уязвимость таких сетей для кибератак, имеющих в данном случае значительно больше возможных направлений для вторжений и атаки, что превращает кибербезопасность электроэнергетики в общесистемную проблему. В настоящее время на законодательном и нормативном уровне не предложено универсальных метрик для измерения устойчивости (надежности) информационной сети применительно к объектам электроэнергетики. Несмотря на попытки разработки таких универсальных показателей (индикаторов), не было скоординированных инициатив энергетической отрасли и правительства по выработке консенсуса и внедрению стандартизированных показателей устойчивости.

Традиционные операции в системах электроснабжения построены таким образом, чтобы обеспечивать наиболее интегрированную сеть. Удовлетворение ожиданий потребителей в отношении надежности и объемов отпуска электроэнергии является фундаментальным требованием для электрических коммунальных предприятий (муниципальных электроснабжающих компаний), где надежность формально определяется через метрики, описывающие наличие энергии, а также продолжи-тельность и частоту недоотпуска электроэнергии. Муниципальные электроснабжающие компании обычно управляют надежностью системы посредством стратегии избыточности и управлением рисками для предотвращения сбоев от заведомо ожидаемых опасностей [2]. Переход к оценке продолжительности недоотпуска электроэнергии посредством международного показателя SAIDI (System Average Interruption Duration Index – англ. «Индекс средней продолжительности отключений по системе») хорошо зарекомендовал себя применительно к большим энергосистемам, однако в условиях городской застройки далеко не всегда может выступать значимым показателем. Это связано в первую очередь с тем, что в условиях агломерации наблюдается чрезвычайно разрозненная картина по требуемым и заявленным категориям по качеству электроснабжения, из чего вытекает необходимость соотнесения пообъектной продолжительности отключения с допустимой договорной. Учитывая высокую степень потенциального резервирования городских трансформаторных подстанций (к примеру, в Твери около 80 % трансформаторных подстанций имеют двухстороннее питание) при невысоком фактическом резервировании (большинство кольцевых контуров разомкнуто с помощью неавтоматических разъединителей и выключателей в точках токораздела для снижения перетоков мощности и технических потерь) требуются значительные организационные и технические мероприятия по восстановлению утраченного электро-снабжения абонента. Как правило, в аварийных случаях требуется выезд ремонтных бригад для осуществления переключения абонента, что приводит к росту показателя SAIDI.

Таким образом, для снижения недоотпуска электроэнергии, а также повышения скорости устранения аварий необходимо реализовать сразу три организационно-технических решения:

1) выявить распределение потребителей различных категорий надежности электроснабжения с привязкой к точкам поставки им электроэнергии;

2) произвести анализ существующей системы электроснабжения с целью выявления маршрутов (совокупности линий и трансформаторных подстанций), по которым должны осуществляться штатное и резервное электроснабжение особо ответственных потребителей электроэнергии;

3) произвести модернизацию коммутационного оборудования (уста-новить управляемые выключатели и реклоузеры на трансформаторных подстанциях) для обеспечения возможности восстановления электро-снабжения потребителей в автоматическом или полуавтоматическом режимах. В этом случае ответственные потребители с высокими требованиями к надежности будут обеспечены качественным электроснабжением с минимальным временем простоя. В то же время для потребителей или групп потребителей с невысокими требованиями к бесперебойности электроснабжения возможен выезд бригад с устранением причин перерыва в электроснабжении вручную.

Несмотря на то, что в договорах на электроснабжение для большинства потребителей не предусмотрена компенсация со стороны электроснабжающей организации за недоотпуск электроэнергии, имеется пример внедрения системы штрафов и поощрений в ряде зарубежных стран. Так, по состоянию на 2017 г. в Дании и Венгрии внедрены штрафы за несоблюдение показателей надежности, а в Болгарии, Чехии, Германии, Испании, Финляндии, Франции, Британии, Италии, Нидерландах, Норвегии, Португалии, Ирландии и Швеции реализуется система штрафов и поощрений за обеспечение бесперебойного электроснабжения. Имеется ряд сетевых компаний в РФ, проводящих в тестовом режиме политику оценки надежности для отдельных небольших населенных пунктов с целью повышения качества электроснабжения потребителей. Но пока данные показатели используются для внутренней оценки эффективности работы подразделений и не влияют на платежи потребителей. В данном случае для перехода на возмещение потребителю материального ущерба, связанного с недоотпуском электроэнергии, требуется достоверная оценка понесенного ущерба или упущенной выгоды. Для этого необходимы проработанный алгоритм финансовой оценки, а также полная переработка договорной системы работы с потребителями электроэнергии, включая создание компенсационного фонда электроснабжающей компании или страхование риска недоотпуска электроэнергии потребителям.

Таким образом, для городских распределительных сетей реализация дифференцированных вариантов надежности электроснабжения является технически выполнимой задачей. Тем не менее необходима проработка законодательной базы.

Библиографический список

1. Quadrennial energy review. Transforming the nation’s electricity system: the second installment of the QER. Chapter IV: Ensuring Electricity System Reliability, Security, and Resilience. Department of Energy, January 2017. URL: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/01/f34/Chapter IV Ensuring Electricity System Reliability, Security and Resilience.pdf (дата обращения: 15.12.2018).

2. Корнеев, К.Б. Стохастический метод оптимизации конфигурации электрических сетей с перетоками мощности между разными уровнями напряжения / К.Б. Корнеев, Ю.М. Соколова // Вестник Тверского госу-дарственного технического университета. 2016. № 2 (30). С. 148–151.