Top.Mail.Ru
Попали в сети: как работают цифровые двойники в электроэнергетике
11 ноября 2019 в 12:04

Попали в сети: как работают цифровые двойники в электроэнергетике

Последний тренд в развитии энергетических технологий — это создание цифровых двойников. О том, как строить виртуальные электросети, и зачем они нужны, рассказала Елена Никитина, главный инженер подразделения «Интеллектуальные сети» компании Siemens

Попали в сети: как работают цифровые двойники в электроэнергетике

Цифровизация сейчас является основным направлением развития не только экономики, но и энергетики. По данным Navigant research и Bloomberg New Energy Finance в 2019 году размер рынка цифровых технологий в мировой энергетике составит $54 млрд, и с каждым годом он будет расти на 3–5%.

Частью цифровизации является работа с большими данными. Это информация, которая поступает с различных датчиков, сенсоров и измерителей. В таких условиях при наличии большого массива данных можно создать цифровой двойник единицы оборудования или системы.

Зачем нужен цифровой двойник в энергетике

Понятие цифрового двойника имеет несколько определений. Наиболее подходящее из них звучит так — это реальное отображение всех компонентов в жизненном цикле продукта с использованием физических данных, виртуальных данных и данных взаимодействия между ними. То есть цифровой двойник создает виртуальный прототип реального объекта, с помощью которого можно проводить эксперименты и проверять гипотезы, прогнозировать поведение объекта и решать задачу управления его жизненным циклом.

Цифровой двойник также экономит затраты на проектирование оборудования или системы и на ее эксплуатацию. Ведь ремонты можно проводить по необходимости, а не по графику.

Начиная с 2017 года исследовательская компания Gartner включает технологию цифрового двойника в топ технологических трендов. При этом к 2020 году эксперты ожидают более 20 миллиардов подключенных датчиков и конечных точек. А цифровые двойники будут существовать для миллиарда вещей. В сущности, это наиболее простой и эффективный шаг цифровизации.

Какими бывают двойники

По мнению специалистов, цифровых двойников можно разделить на три типа:

1. Двойник-прототип (Digital Twin Prototype)

Это виртуальный аналог реально существующего элемента. Он содержит информацию, которая описывает определенный элемент на всех стадиях — начиная от требований к производству и технологических процессов при эксплуатации, заканчивая требованиями к утилизации элемента.

2. Двойник-экземпляр (Digital Twin Instance)

Содержит в себе информацию по описанию элемента (оборудования), то есть данные о материалах, комплектующих, информацию от системы мониторинга оборудования.

3. Агрегированный двойник (Digital Twin Aggregate)

Объединяет прототип и экземпляр, то есть собирает всю доступную информацию об оборудовании или системе.

Для компаний, которые эксплуатируют электрические сети, наиболее актуален двойник-экземпляр. Он основывается на математической модели сети. В таком цифровом двойнике может находиться информация о технических параметрах используемого оборудования (кабели, трансформаторы, выключатели и т.д.), дате его ввода в эксплуатацию, географические координаты, данные с измерительных устройств. Эту информацию используют для проведения расчетов по подключению новых потребителей, а также различных расчетов электрических сетей. Например, расчет режимов, токов короткого замыкания, координации установок релейной защиты и другие.

Как правило, эти расчеты проводят различные подразделения, и в каждом из них существует своя собственная математическая модель одной и той же физической сети. Использование разных моделей часто приводит к ошибкам и снижению точности. Применение единого цифрового двойника всеми подразделениями компании может помочь решить данную проблему. Таким образом, для электрических сетей цифровой двойник — это база данных с информацией о сети, которая интегрирована с другими ИТ-системами энергокомпании (SCADA, геоинформационная система, система управления активами и пр.). Цифровой двойник должен синхронизировать данные, полученные из разных источников, таким образом, чтобы они точно соответствовали текущему состоянию электрической сети.

Кто использует цифровые двойники в энергетике

Компании, которые эксплуатируют электрические сети, можно разделить на два типа:

-операторы магистральных сетей (обслуживают сети классом напряжения 110–750 кВ);
-операторы распределительных сетей (обслуживают сети классом напряжения 0,4–110 кВ).

Концепцию цифрового двойника можно применять для каждого типа компаний, но реализация будет отличаться. Например, в магистральных сетях меньшее количество элементов, которые более широко распределены в пространстве (более протяженные линии с меньшим количеством подстанций). У распределительных сетей, особенно городских, больше оборудования — много непротяженных кабелей, большое количество трансформаторных пунктов.

Например, по данным компании «Россети Московский регион», в московском регионе используют 613 высоковольтных подстанций и более 40 тыс. трансформаторных пунктов. Это означает, что для распределительных сетей характерно создание огромных массивов данных, которые достаточно трудно обрабатывать. Так что в этом случае задача по интеграции цифрового двойника сети решается другим путем.

Решение для магистральных сетей

Цифрового двойника для магистральных сетей можно создать с помощью CIM (Common Information Model) модели. Это абстрактная логическая модель данных, которая описывает компоненты энергосистем в форме нотации UML — универсального языка семантического моделирования (стандарт IEC 61968). Благодаря такой стандартизации информацию, которая хранится в базе данных в формате CIM, можно использовать в различных ИT-системах компании.

В 2016 году компания Fingrid создала цифрового двойника для магистральных сетей в проекте ELVIS (ELectricity Verkko Information System). Fingrid — это оператор магистральных сетей в Финляндии. Он обслуживает 116 высоковольтных подстанций, 4600 км линий по 400 кВ, 2200 км линий по 220 кВ и 7600 км линий по 110 кВ. Все информационные системы компании объединили вокруг единой базы данных электрической сети, которая хранила информацию в формате IEC CIM 61970. Специалисты настроили цифрового двойника так, что данные из систем SCADA, геоинформационной системы ArcGIS, и системы управления активами Maximo, стали поступать в единую базу CIM-модели. Всю эту информацию Fingrid стала использовать для обслуживания сети и проведения различных расчетов. В результате цифровой двойник позволил компании повысить производительность, снизить затраты, повысить надежность передачи электроэнергии и улучшить эффективность бизнес-процессов.

Возможности для распределительных сетей

Для распределительных сетей, как уже было сказано, характерно большее количество элементов. Из-за этого сложнее внедрять различные ИT-решения и интегрировать их между собой. Оптимальный способ для создания цифрового двойника в этом случае — использование геоинформационной системы (ГИС) и расчетного комплекса, который содержит математическую модель электрической сети.

Словакская распределительная компания VSE Group (часть European RWE Group) обслуживает более 610 000 потребителей с помощью 34 подстанций по 110/22 кВ и 6000 подстанций по 22/0,4 кВ. Общая протяженность высоковольтных линий по 110, 22 и 0,4 кВ, а также кабельных сетей — 21 тыс. км. Компания внедрила большое количество ИT-систем, для эффективной работы которых требовалась актуальная математическая модель сети. На ведение такой модели уходило до 5 тыс. часов в год. Кроме того, любые изменения физической сети, которые происходят постоянно, требовали корректировок математической модели сети.

Эту проблему решил адаптор, который установили между геоинформационной системой и расчетным комплексом. Он стал выгружать данные из ГИС и переводил их в формат, который мог считать расчетный комплекс. После того как данные преобразовывались, дополнительная информация из SCADA и системы учета добавлялась непосредственно в эту базу данных. Такое решение позволяет добавлять данные и параметры различного оборудования, включая оборудование сети низкого напряжения, устройства защиты и информацию по нагрузкам. Цифровой двойник оказался более эффективным и простым в реализации, чем создание отдельных интерфейсов для всех ИT-подсистем. Эта система помогла компании создавать более точную модель и значительно ускорила работу с ней. Теперь специалистам нужно около двух-трех часов, вместо 500 часов, которые приходилось тратить на создание актуальной математической модели сети.

Источник: РБК

3631
Комментарии (2)
  • 11 ноября 2019 в 14:37 • #
    Алексей Чхонцев

    Полезно. спасибо

  • 8 декабря 2019 в 19:36 • #
    Вадим Глазунов

    хз,в стране полно старых сетей и оборудования,а они фигней занимаются,лучше бы модернизацией занялись,а не гавноцифрой,которая никак не может улучшить экономические показатели,разве что потребителя обидеть.


Выберите из списка
2021
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008