Автор Джерри Файрман (Jerry Fireman)
Быстрое увеличение числа средств для генерации возобновляемой электроэнергии позволяет снизить выбросы углекислого газа в атмосферу и воздействие на окружающую среду. Обычно генераторы ветровой и солнечной энергии устанавливаются далеко от мест, где она используется и системы передачи электроэнергии имеют ограниченную пропускную способность.
Мощность ветровых генераторов, установленных в Великобритании равняется мощности 30 угольных электростанций. Эти станции расположены на побережье, в основном в Шотландии, где часто дуют сильные ветры. Однако, самый крупный потребитель энергии находится за сотни километров в Южной Англии. Пока линии электропередач, соединяющие Шотландию с Англией обычно работают ниже своих предельных возможностей (максимальное количество энергии до возникновения нагрева, провисания и возможного касания предметов), доставляя энергию от места выработки к месту потребления.
При передаче используется переменный ток, при этом направление передачи меняется. Операторы системы, контролирующие сети должны контролировать все работающие электрогенераторы, так чтобы менять направление одновременно. С технической точки зрения это означает, что линии передачи сдвигают фазу передаваемого тока. Если разность фаз или угол между двумя генераторами в точке сети становится слишком большим, один из них или оба могут получить серьезные повреждения. Генераторы имеют системы защиты от блуждания полюса, предназначенные для мгновенного перевода их в режим отключения, когда разность фаз приближается к опасному значению. В этом случае потребители этого генератора будут переключены на другие. В худшем случае, отключается один генератор за другим, что приводит к отключению электроэнергии и требуются часы или даже дни на восстановление сети.
Операторы системы отслеживают линии передачи электроэнергии для быстрого принятия решений. Управление рисками осуществляется путем сочетания знаний и опыта, которые используются для определения того, смогут ли линии выдержать источники генерации дешевой энергии, например, ветровой, когда они становятся доступными. Фазовые углы всегда будут изменяться, но как только значение приблизится к критическому для какого-либо из работающих генераторов, ничего не стоит опасаться. Сегодняшние системы отслеживания не могут измерять фазовый сдвиг, который происходит в сети и передавать эту информацию на сотни километров в центр управления. Поэтому операторы не знают, приближается фазовый сдвиг в сети к опасной отметке. Они руководствуются правилами эксплуатации, которые основаны на исследованиях выполненных путем моделирования.
Без информации в реальном времени о состоянии сети, правила эксплуатации становятся очень формальными. «Неправильная информация об устойчивости, — говорит Питер Хэй (Peter Haigh), старший инженер по энергосистемам из National Grid, которая является основным поставщиком электроэнергии и газа в Великобритании и Северо-востоке США и оператором систем передачи электроэнергии Великобритании, — мы повысили безопасность путем добавления соответствующего запаса прочности в правила эксплуатации. Иногда, это может означать, что источники возобновляемой энергии в Шотландии необходимо отключить и заменить электростанциями на ископаемом топливе в Англии, чтобы избежать перегрузки линий».
В National Grid для решения этого вопроса используют Интернет вещей. Они установили 110 датчиков наблюдения сети на подстанциях и построили 26 переносных модулей. Каждый сенсор синхронизирован с данными времени глобальной системы определения местоположения (GPS), что позволяет очень точно определять значения фазовых углов. Мониторы также измеряют широкий диапазон таких значений, как качество формы кривой напряжения, которая становится крайне важной вследствие того, что возобновляемые источники энергии могут снизить этот параметр путем внесения нелинейных искажений. Такими искажениями можно управлять с помощью полученных от устройств измерений. Каждый модуль отслеживания имеет контроллер CompactRIO производства National Instrument, что обеспечивает управление, запись данных, обработку и передачу информации по сети. Контроллеры соединяются с центральным сервером через виртуальную локальную сеть (VLAN) National Grid.
База данных доступна для инженеров и руководителей компании, которые используют их для лучшего понимания состояния и производительности сети передачи электроэнергии и принятия оптимальных решений, например, по приоритезации капиталовложений. В ближайшем будущем, измерения фазового угла и других значений в любой точке будут интегрированы в информационную систему панели управления. Это позволит операторам систем в национальных центрах управления принимать решения по перераспределению энергии согласно реальному состоянию, а не полагаясь на правила эксплуатации.
«Зная угол фазы напряжений в критических точках сети передачи электроэнергии, наши операторы могут понимать, каков реальный предел устойчивости и работать около него, — говорит Хэй. — На практике это означает, что в некоторых случаях они смогли бы отключать электростанции на ископаемом топливе и заменять их генераторами от возобновляемых источников, которые стоят дешевле и наносят меньший вред окружающей среде. С развитием нашей сети, отслеживание в реальном времени позволит операторам наших систем использовать более дешевые ресурсы для снижения стоимости электроэнергии и снижения выбросов углекислого газа в атмосферу».
Источник: http://blogs.ptc.com/2015/12/11/generating-lower-electricity-costs-with-iot
Перевод подготовлен компанией «Ирисофт».
