Организация внедрения систем энергосбережения на базе концепции Smart Grid

метки: Электроснабжение, Технология, Элемент, Электроэнергетика, Обозначение, Таблица, Отображение, Служить

Целью курсового проекта является разработка автоматизированной системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid. Для решения обозначенной цели в курсовом проекте решаются следующие задачи:

1. Анализ объекта управления.

2. Формулирование требований к элементам системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid.

3. Выбор оборудования для каждого объекта управления.

4. Реализация человеко-машинного интерфейса, который позволяет следить за работой системы, состоящей из центрального сервера, автоматизированных рабочих мест, контроллеров активно-адаптивной сети, — управлять его работой.

1. Описание объекта исследования

Энергетическая система на базе концепции сетей Smart Grid — это единый энергоинформационный комплекс, в котором управляемые объекты должны позволять осуществлять дистанционное управление, а системы оценивания ситуации и противоаварийной автоматики — снижать избыточные требования к резервам силовых и информационных мощностей.

Такие сети дают возможность обеспечить новые свойства и эффекты за счет новых средств и новой организации управления функционированием и развитием интеллектуальной энергетической системы: живучесть, «цифровое» качество энергии, возможность ее аккумулирования, управления межсистемными перетоками и снятия излишних ограничений на синхронную работу всех частей системы, сегментацию и иерархию силовых энергетических и информационных потоков, распределения принимаемых управляющих решений (текущих и перспективных) и ответственности за них, оптимизации используемых первичных энергетических ресурсов и инвестиционных вложений, а также расширенное воспроизводство производственных и финансовых активов, всего энергетического потенциала страны.

Переход к сетям нового поколения создаст условия для модернизации электроэнергетики на новой организационной, информационной и технологической основах, и станет стимулом для инновационного развития смежных отраслей (энергомашиностроения, строительства, транспорта и связи, сервисных предприятий и т.д.), энергетической науки и профессиональных кадров для энергетики.

В настоящее время термин «Smart Grid» не имеет общепринятой интерпретации. Ниже приведем некоторые определения, используемые в зарубежных программах по развитию сетей Smart Grid.

В США NETL (The National Energy Technology Laboratory) позиционирует сети Smart Grid как совокупность организационных изменений, новой модели процессов, решений в области информационных технологий, а также решений в области автоматизированных систем управления технологическими процессами и диспетчерского управления в электроэнергетике.

Разработка системы контроля и управления доступом к охраняемым объектам

... В рамках поставленной задачи предполагается разработка информационно-компьютерной системы контроля и управления доступом к охраняемым объектам. Назначение данной СКУД не столь примитивно по сравнению со ... ключи, брелоки и др. 1.1 Общие принципы работы систем контроля и управления доступом Существуют различные конфигурации систем контроля управления доступом: самые простые из них рассчитаны всего ...

Хотя элементы интеллектуальных систем применяются во многих существующих сетях, разница между современной энергетической сетью и сетями будущего в основном в их способности эффективным способом справляться с более сложными задачами, чем сегодня. Сети Smart Grid используют инновационные продукты и сервисы вместе с интеллектуальным мониторингом, управлением, коммуникациями и технологиями самовосстановления, чтобы:

• лучше содействовать связи и функционированию генераторов всех размеров и технологий;
• позволить потребителям принимать участие в оптимизации работы системы;
• предоставить потребителям больше информации и возможностей использования энергии;
• значительно уменьшить воздействие на окружающую среду системы электроснабжения;
• поддержать или даже улучшить существующий высокий уровень надежности системы, качество и безопасность энергоснабжения;
• поддержать и улучшить эффективность существующих сервисных услуг;
• содействовать интеграции рынка.

2. Требования к элементам системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid

Система должна состоять их следующих элементов:

1. Подсистема

Подсистема является агрегированным элементом, который состоит из различных элементов (в том числе может состоять и из других подсистем).

Данный элемент служит для объединения группы элементов в один, что позволяет более наглядно отображать схемы, деля их по смыслу на группы. Данный элемент может менять свои размеры и количество выходов.

2. Трансформаторы

Элементы данного типа служат для замещения реальных трансформаторов в однолинейной схеме замещения. Выводы обмоток показывают одной линией с указанием на ней количества выводов в соответствии с требованиями ГОСТ 2.721-74. Обозначение схем соединения обмоток трансформаторов выполняется соответствии с ГОСТ 2.721-74. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 1.

Таблица 1

Обозначения трансформаторов на схемах ЭС

№ поз. на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Изображение элемента
	1	Трансформатор	2.723-68 с изменениями №3	Т

	2	Трансформатор со ступенчатым регулированием	2.723-68 с изменениями №3	Т

	3	Трансформатор с ферромагнитным магнитопроводом и экраном между обмотками	2.723-68 с изменениями №3	Т

3. Измерительные преобразователи

Элементы данного типа служат для замещения реальных измерительных преобразователей (трансформаторов тока и напряжения).

Требование к отображению и обозначению см. в таблице 2.

Таблица 2, Обозначение измерительных преобразователей на схемах ЭС

№ поз. на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Мат. модель	Изображение элемента
	1	Трансформатор напряжения	2.723-68 с изменениями №3	ТV	Обсуждается с Заказчиком

	2	Трансформатор тока	2.723-68 с изменениями №3	ТA	Обсуждается с Заказчиком

4. Реакторы, индуктивности, сопротивления, емкости

Элементы данного типа служат для замещения реальных реакторов, катушек индуктивности (индуктивных сопротивлений), сопротивлений, емкостей, силовых конденсаторных батарей. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 3.

Таблица 3, Обозначение реакторов, индуктивностей, сопротивлений и емкостей на схемах ЭС

№ поз. на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Изображение элемента
	1	Реактор	2.723-68 с изменениями №3	LR

	2	Сдвоенный реактор	2.723-68 с изменениями №3	LR

	3	Индуктивное сопротивление, катушка индуктивности, дроссель	2.723-68 с изменениями №3	L

	4	Емкостное сопротивление, конденсатор постоянной емкости	2.728-74	C

	5	Конденсаторная силовая батарея	2.728-74	CB

5. Электрические машины

Элементы данного типа служат для замещения реальных синхронных и асинхронных двигателей. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 4.

Таблица 4

Обозначения электрических машин на схемах ЭС

№ поз. на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Изображение элемента
	1	Синхронный двигатель	2.722-68	MS

	2	Асинхронный двигатель	2.722-68	M

	3	Синхронный генератор	2.722-68	G

6. Коммутационные элементы

Элементы данного типа служат для замещения реальных элементов коммутации. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 5.

7. Автоматические выключатели

Элементы данного типа служат для замещения реальных автоматических выключателей. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 6.

8. Предохранители

Элементы данного типа служат для замещения реальных предохранителей. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 7.

интерфейс сервер контроллер энергосбережение

Таблица 5

Обозначение элементов коммутации на схемах ЭС

Во вкл. положении (нормально замкнутом) соотв. поз. на рис.:

№ поз. на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соотв. с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Мат. модель	Изображение элемента
	1	Выключатель однополюсный	2.755-87	Q	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Во вкл. положении (нормально замкнутом) соотв. поз. на рис.:

	2	Разъединитель однополюсный	2.755-87	QS	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Во вкл. положении (нормально замкнутом) соотв. поз. на рис.:

	3	Короткозамыкатель	2.755-87	QK, QN	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Во вкл. положении (нормально замкнутом) соотв. поз. на рис.:

	4	Отделитель одностороннего действия	2.755-87	QR	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Во вкл. положении (нормально замкнутом) соотв. поз. на рис.:

	5	Отделитель двухстороннего действия	2.755-87	QR	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

9. Разрядники

Элементы данного типа служат для замещения реальных разрядников. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 8.

Таблица 6

Обозначение автоматических выключателей на схемах ЭС

Во включенном положении (нормально замкнутом) соответствует поз. на рис.:

№ поз. на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Мат. модель	Изображение элемента
	1	Выключатель напряжением выше 1 кВ	2.755-87	Q	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Во включенном положении (нормально замкнутом) соответствует поз. на рис.:

	2	Выключатель напряжением выше 1 кВ	2.755-87	Q	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Во включенном положении (нормально замкнутом) соответствует поз. на рис.:

	3	Выключатель-предохранитель	2.727-68	Q	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Во включенном положении (нормально замкнутом) соответствует поз. на рис.:

	4	Разъединитель-предохранитель	2.727-68	Q	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Во включенном положении (нормально замкнутом) соответствует поз. на рис.:

	5	Выключатель-разъединитель (с плавким предохранителем)	2.727-68	Q	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Во включенном положении (нормально замкнутом) соответствует поз. на рис.:

	6	Контакт с автоматическим возвратом при перегрузке	2.755-87	SF	Логика работы должна быть согласована с Заказчиком

Таблица 7

Обозначение предохранителей на схемах ЭС

№ поз. на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Мат. модель	Изображение элемента
	1	Предохранитель пробивной	2.727-68	F	См. раздел такой-то

	2	Предохранитель плавкий. Общее обозначение	2.727-68	F, FU	См. раздел такой-то

(Аналог предохранителю (2).

Утолщенная линия показывает сторону, остающуюся под напряжением)

	3	Предохранитель плавкий. Общее обозначение	2.727-68	F, FU	См. раздел такой-то

	4	Предохранитель инерционно-плавкий	2.727-68	F	См. раздел такой-то

	5	Предохранитель тугоплавкий	2.727-68	F	См. раздел такой-то

10. Линии электрической связи

Элементы данного типа служат для замещения линий электрической связи, шин, шинопроводов. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 9.

Таблица 8

Обозначение разрядников на схеме ЭС

№ поз.на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Мат. модель	Изображение элемента
	1	Промежуток искровой двухэлектродный. Общее обозначение	2.727-68	FV	Обсуждается с Заказчиком

	2	Разрядник. Общее обозначение	2.727-68	FV	Обсуждается с Заказчиком

	3	Разрядник трубчатый	2.727-68	FV	Обсуждается с Заказчиком

	4	Разрядник вентильный и магнитовентильный	2.727-68	FV	Обсуждается с Заказчиком

	5	Разрядник шаровой	2.727-68	FV	Обсуждается с Заказчиком

	6	Разрядник роговой	2.727-68	FV	Обсуждается с Заказчиком

	7	Разрядник угольный	2.727-68	FV	Обсуждается с Заказчиком

11. Схемные соединения и заземления

Элементы данного типа служат для замещения разборных соединений, кабельных муфт, заземлений. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 10.

12. Щиты, пульты, шкафы управления

Элементы данного типа служат для замещения реальных щитов, пультов, шкафов управления. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 11.

Таблица 9

Обозначений линий электрической связи, шин и шинопроводов на схемах ЭС

№ поз.на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Мат. модель	Изображение элемента
1	Линия электрической связи	2.721-74	Определяется Заказчиком	Обсуждается с Заказчиком
	2	Кабельная линия	СТ СЭВ 160-751	Определяется Заказчиком	Обсуждается с Заказчиком

	3	Воздушная линия	2.753-79	Определяется Заказчиком	Обсуждается с Заказчиком

	4	Шина, шинопровод	2.721-74	Определяется Заказчиком	Обсуждается с Заказчиком

Таблица 10

Обозначения разборных соединений, кабельных муфт и заземлений на схемах ЭС

№ поз. на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Мат. модель	Изображение элемента
	1	Разъемное соединение	2.755-87	Х	Нет

	2	Кабельная муфта соединительная	СТ СЭВ 160-75	Х	Нет

	3	Заземление	2.721-74	Z	Согласовывается с заказчиком

3. Выбор оборудования для системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid

Основным оборудованиям для построения систем энергосбережения на базе технологии Smart Grid являются датчики и генераторы электроэнергии.

Официальным поставщиком датчиков для систем Smart Grid в России является компания Cisco. Эти датчики отвечают всем необходимым требованиям.

Таблица 11

Обозначение щитов, пультов, шкафов управления на схемах ЭС

№ поз.на рис.	Название элемента	№ ГОСТа, в соответствии с которым изображен элемент	Буквенное обозначение элемента по ГОСТ 2.710-81	Мат. модель	Изображение элемента
	1	Щит, пульт, шкаф управления	7621-55	Определяется Заказчиком	Мат. модель согласовывается с Заказчиком. 2 вида входных данных: 1) P, Q; 2) R, X

	2	Щит, сборка распределительная	7621-55	Определяется Заказчиком	Мат. модель согласовывается с Заказчиком. 2 вида входных данных: 1) P, Q; 2) R, X

	3	Шкаф распределительный (силовой и освещения)	7621-55	Определяется Заказчиком	Мат. модель согласовывается с Заказчиком. 2 вида входных данных: 1) P, Q; 2) R, X

	4	Щиток групповой рабочего освещения	21.614-88	Определяется Заказчиком	Мат. модель согласовывается с Заказчиком.

Основным поставщиком генераторов является Capstone.

Микротурбины Capstone — это современное оборудование, представляющее собой газовые турбины малой мощности для автономного теплоэлектроснабжения потребителей, сочетающее в себе приемлемые технические и эксплуатационные характеристики.

Микротурбины идеально отвечают нуждам современной распределенной энергетики, прежде всего, за счет своих конструктивных особенностей.

4. Описание структурно-функциональной схемы системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid

Для реализации поставленных требований к элементам системы энергосбережения составлена структурно-функциональная схема управления работой энергосистемы.

Изображение схемы представлено в Приложении 1.

5. Реализация человеко-машинного интерфейса

Для реализации обозначенных алгоритмов управления спроектировано автоматизированное рабочее место оператора при помощи SCADA-системы, которое позволяет следить за работой системы, состоящей из центрального сервера, локальной сети, контроллеров активно-адаптивной сети.

Интерфейс представлен в Приложении 2.

6. Описание технологической (организационной) схемы системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid

Для реализации организации проекта системы энергосбережения составлена технологическая (организационная) схема управления проектом.

Изображение схемы представлено в Приложении 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовой работе был разработан проект системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid. В ходе проектирования в соответствии с заданием было выбрано следующее оборудование для управления cистемой:

1. Датчики Cisco;

2. Генераторы электроэнергии: микротурбины Capstone;

• Все оборудование было выбрано исходя из принципа соотношения надежности и качества, с учетом технических требований устройств.

Также были разработаны схемы управления системой (организационная и структурно-функциональная) и человеко-машинный интерфейс работы

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/tehnologiya-smart-grid/

1. ГОСТ Р МЭК 60050-826-2009. Установки электрические. Термины и определения.

2. IEC 61970/61968 Common Information Model for Transmission and Distribution.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1, ПРИЛОЖЕНИЕ 2, ПРИЛОЖЕНИЕ 3