При реализации программ по повышению энергоэффективности иногда упускается, что использование современных устройств управления нагрузками, таких как тиристорные регуляторы, частотные преобразователи, высокочастотные инверторы, может приводить к тому, что электрические сети начинают функционировать в режимах, на которые они, возможно, не были рассчитаны. Достаточно распространенной является ситуация, когда внедрение энергосберегающих технологий на стороне потребления приводит к ухудшению качества электроэнергии и увеличению реактивной мощности в сети. Это в свою очередь, приводит к росту потерь электроэнергии в трансформаторах и кабельных линиях, к сбоям в работе электронных устройств и к снижению их срока службы.

Обеспечивать стабильное качество электроэнергии и надежную работу системы электроснабжения в условиях динамических изменений нагрузки на стороне потребителей позволяет использование цифрового двойника электрических сетей предприятия.
Цифровой двойник электрических сетей – это реализованная в специальном программном обеспечении математическая модель электрических сетей, позволяющая оценивать надежность электроснабжения промышленного предприятия и выявлять уязвимые места в энергосистеме при проектировании, в процессе эксплуатации, а также при разработке сценариев развития сети.

Цифровой двойник электрической сети позволяет выполнять следующие задачи:

• анализ установившихся и послеаварийных режимов сети;
• выявление слабых мест сети и определение приоритетов для мер по усилению или реструктуризации сети;
• оптимизация структуры сети, определение параметров сети с минимальными потерями и минимальным количеством нарушений технических ограничений;
• оценка резервов мощности сети при планировании затрат на модернизацию и расширение производства; моделирование сценариев развития сети для минимизации дорогостоящих ошибок проектирования и неэффективных инвестиций;
• выбор оборудования сети и определение оптимальных уставок и рабочих характеристик оборудования;
• расчет экономической эффективности мероприятий по развитию и реструктуризации сети; проведение тренинга эксплуатирующего персонала.

Цифровой двойник электрической сети: подход к созданию статических и динамических моделей электрических сетей

В качестве базовой платформы для разработки цифрового двойника электрических сетей компания «Сумма технологий» использует программный комплекс PSS SINCAL компании Siemens а также отечественный программный комплексы СИМЭС и Теплотэкс.

Подход к моделированию и оптимизации электрических сетей предприятия

Разработка модели сети начинается с проведения комплексного обследования электрических сетей, в процессе которого выполняется:

• сбор и обработка данных о существующей структуре и нормальном режиме электрических сетей;
• сбор и обработка данных о режимах потребления электроэнергии;
• формирование каталога оборудования сети, кабельных и воздушных линий электропередач;
• определение схем размещения объектов электрических сетей;
• инструментальное обследование оборудования сети с определением активной и реактивной мощностей в узлах сети, показателей качества энергии, паспортных и фактических характеристик оборудования.

При обследовании электрических сетей промышленных предприятий, в цехах которых используются мощные электродвигатели с частотно-регулируемым приводом в состав работ по обследованию необходимо включать анализ гармонических составляющих тока и напряжения.
Проведение инструментального обследования с использованием высокоточных поверенных приборов является критически важным для обеспечения достоверности математической модели, поскольку именно на этом этапе работ выполняется:

• актуализация данных о фактических характеристиках оборудования;
• оценка степени износа оборудования сети;
• верификация данных из АСУТП и систем энергоучета.

По итогам комплексного обследования сети разрабатывается отчет, содержащий выверенные схемы электрических сетей, каталог оборудования сети и энергоприемников с полным описанием их характеристик.

На основе полученных данных в программном комплексе формируется математическая модель сети, отрисовываются схемы сети в географическом, схематическом и смешанном форматах. После верификации модели выполняется необходимые Заказчику расчеты, в том числе:

• расчеты установившихся нормальных и послеаварийных режимов;
• расчет коротких замыканий, в том числе многофазных;
• расчет электромагнитных переходных процессов (броски тока, падения напряжения);
• расчет динамической устойчивости сети;
• расчет оптимальной структуры сети и схем присоединения;
• расчет коротких замыканий, множественных повреждений;
• моделирование срабатывания защит;
• расчет гармонического состава токов и напряжений сети.

  

Результаты расчетов используются для формирования рекомендаций по оптимизации структуры сети, уставок защит, рабочих характеристик оборудования, возможных сценариев развития сети с оценкой экономической эффективности их реализации.

Сформированная по результатам проекта модель (цифровой двойник сети) остается в распоряжении Заказчика. При наличии лицензии программного обеспечения цифрового двойника специалисты Заказчика смогут самостоятельно поддерживать модель в актуальном состоянии, разрабатывать новые модели, выполнять расчеты и вырабатывать решения по оптимизации электрических сетей предприятия. Пользовательский интерфейс системы удобен и интуитивно понятен.

При наличии на предприятии современной Автоматизированной системы диспетчерского управления электрическими сетями (АСДУЭ) цифровой двойник может быть использован в режиме подсказки диспетчеру. Это наиболее сложный программно режим работы двойника. В этом режиме данные по нагрузкам сети и рабочим положениям коммутационных элементов подгружаются из базы данных АСДУЭ и служат исходными данными для расчетов. Например, перед диспетчером стоит задача планирования вывода в ремонт силового трансформатора. Используя типичные нагрузки сети, оператор в окне цифрового двойника меняет схему сети и имеет возможность рассчитать установившийся режим сети, оценить режим работы оборудования и, следовательно, возможность реализации такой схемы без уменьшения технологических нагрузок.