Характерной особенностью сегодняшнего дня стало ускоренное формирование системы стандартов, определяющих принципы построения «умных» энергетических систем, или Smart Grid, как своего рода «энергетического Интернета», открытая, развивающаяся архитектура которого позволяет достичь высокой степени энергетической и информационной интероперабельности. Погружение в подобную среду новых энергетических и информационных технологий позволит улучшить управляемость энергосистем, повысить их гибкость и устойчивость к внешним воздействиям, поднять качество электроэнергии, а также расширить спектр услуг, предоставляемых конечному пользователю, и заметно уменьшить его зависимость от поставщика электроэнергии.

Развитие энергетики поставило вопрос о постепенном переходе от традиционных технологий, предполагающих использование главным образом крупной генерации и пассивных энергетических сетей, к принципиально новым решениям, ориентированным на широкое применение возобновляемых источников энергии, и активных сетей, которые способны предоставлять услуги по передаче, а также по хранению и преобразованию электрической энергии. Активные энергетические сети, способные быстро адаптироваться к изменяющимся потребностям заинтересованных сторон — владельцев, потребителей, продавцов, — рассматриваются сегодня в качестве ключевого элемента инфраструктуры «умных» энергосистем будущего. Формирование новой энергетической инфраструктуры неразрывно связано с развитием информационной инфраструктуры, пригодной для решения задач технического и управленческого характера, возникающих в связи с необходимостью обеспечения устойчивого, безопасного, экономически выгодного функционирования и развития «умных» энергосистем. Таким образом, успех «умных» энергосистем зависит от нашей способности к эффективной интеграции постоянно развивающейся энергетической и информационной инфраструктуры, причем эта интеграция должна осуществляться в государственных масштабах. По сути, речь идет о создании гигантского интеллектуального предприятия, использующего в качестве технологической платформы интегрированную информационно-энергетическую сеть, своего рода «энергетический Интернет». Научно-методические, организационно-технические и, в какой‑то мере, правовые аспекты создания подобных «умных» энергосистем рассматриваются сегодня в концепции Smart Grid в энергетике. В нашей стране подобные работы проводятся в рамках программы создания интеллектуальных энергетических систем с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС).

Что такое Smart Grid?

В соответствии с Руководством и дорожной картой по стандартам интероперабельности Smart Grid, подготовленными Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST), Smart Grid представляет собой крупномасштабную автоматизированную систему передачи и распределения электроэнергии. В ней поддерживается двухсторонний обмен потоками электроэнергии и информации, осуществляются текущий контроль, защита и оптимизация функционирования всех взаимодействующих элементов. К этим элементам относятся крупные генераторы и возобновляемые источники энергии, которые посредством передающих и распределительных сетей объединены с промышленными потребителями, с установками накопления электроэнергии, а также с конечными потребителями.

Следует подчеркнуть, что Smart Grid — это не только новые энергетические технологии, но также и современные информационные и коммуникационные технологии биллинга, электронной коммерции, управления доступом и администрирования в сетях различного масштаба, моделирования и хранения данных, виртуализации, компьютерной безопасности, распределенных вычислений, сбора, обработки и передачи информации в реальном времени. По существу, Smart Grid следует рассматривать не как отдельную технологию, а как комплексный подход и методику создания крупномасштабных «умных» предприятий, функционирующих на базе новой технологической платформы и предоставляющих широкий спектр услуг с использованием развивающихся информационных и энергетических технологий.

Специалисты полагают, что применение современных технологий управления, наряду с широким использованием новейших информационных и коммуникационных технологий, даст возможность поддерживать в «умных» энергосистемах динамического баланса спрос и предложение на уровне отдельного устройства. Считается, что Smart Grid позволит потребителям осознанно участвовать в функционировании энергосистем, улучшится использование активов в энергетике и возрастет экономическая эффективность, повысятся качество электроэнергии и устойчивость энергосистем к несанкционированным внешним воздействиям и стихийным бедствиям. Наконец, переход к «умным» энергосистемам даст толчок развитию новых видов продукции и услуг, а также к формированию новых рынков.

Можно сказать, что по мере развития Smart Grid сначала в масштабах США, Евросоюза, Индии, Китая и других крупных государств, а затем в глобальных масштабах будет формироваться своего рода «энергетический» Интернет. Для успешной интеграции широкого спектра технологических, общетехнических, проектных, организационно-управленческих и логистических решений такой «энергетический» Интернет должен развиваться на основе открытых, общедоступных, признанных индустриальным и управленческим сообществом стандартов. Мировая система подобных стандартов сейчас бурно развивается.

Основополагающие стандарты

Стандарты Smart Grid можно условно разделить на четыре группы:

  1. принципы системной организации, включая стандарты архитектуры и интероперабельности Smart Grid;
  2. услуги, включая электронную коммерцию, организацию бизнес-процессов, обеспечение безопасности и биллинг;
  3. управление и обмен информацией в энергоинформационных сетях, включая «умные» измерения, синхронизацию времени, автоматику подстанций и энергетических установок, организацию контроля и диагностики;
  4. новые энергетические технологии, включая «умные» датчики, интеллектуальные системы накопления и перераспределения электроэнергии, а также энергетические установки на основе возобновляемых источников энергии.

Развитием системы стандартов Smart Grid заняты официальные международные организации стандартизации, подобные IEC, профессиональные организации, например IEEE, некоммерческие консорциумы, в частности ZigBee Alliance, и, наконец, различные национальные организации, подобные NIST. В таблице показаны важнейшие организации, участвующие в создании и развитии системы стандартов Smart Grid

Стандартов, имеющих отношение к Smart Grid, сегодня насчитывается около сотни. Здесь стоит выделить ключевые документы, знакомство с которыми позволит читателю хорошо почувствовать атмосферу, царящую в сообществе создателей «умных» энергосистем.

В комплексе стандартов IEEE P2030 рассматриваются принципы обеспечения интероперабельности энергетических технологий, информационных технологий с элементами энергетических систем, приложениями конечных пользователей и нагрузочными устройствами потребителей. Стандарт был принят в сентябре 2011 г. и планируется к введению в нашей стране. В документе IEEE P2030.1 рассматриваются принципы организации инфраструктуры Smart Grid, в IEEE P2030.2 — принципы обеспечения интероперабельности между системами хранения энергии, интегрированными в инфраструктуру «умных» энергосистем, а в IEEE P2030.3 — процедуры испытаний систем и оборудования, предназначенного для использования в составе «умных» энергосистем. Комплекс стандартов IEEE 1547 содержит сегодня восемь документов, посвященных различным аспектам обеспечения взаимодействия и связности между распределенными ресурсами, интегрированными в состав энергетических систем.

IEC разрабатывает широкую гамму стандартов Smart Grid, но сама комиссия относит к ключевым следующие нормативные документы:

  • IEC/TR 62357 — Framework of power automation standards and description of the SOA;
  • (Service Oriented Architecture) concept;
  • IEC 61850 — Substation automation and beyond;
  • IEC 61970 — Energy Management System — CIM and GID definitions;
  • IEC 61968 — Distribution Management System — CIM and CIS definitions;
  • IEC 62351 — Security.

Краткую характеристику этих стандартов и путей их дальнейшего развития можно найти в дорожной карте по стандартизации IEC Smart Grid Standardization Roadmap (http://www.iec.ch/smartgrid/roadmap).

Заключение

Успешное развитие методологии Smart Grid позволит создать интеллектуальное предприятие, которое, по‑видимому, станет самым крупным среди всех, построенных до этого людьми. Услугами этого предприятия придется пользоваться нам всем, многие из читателей в рабочее время будут выступать в роли его системного элемента. Технологической платформой Smart Grid выступит открытая интегрированная инфраструктура, в составе которой будут совместно функционировать информационная и энергетическая инфраструктуры — до последнего времени они формировались самостоятельно, а теперь, хотя бы в отдельных своих проявлениях, начнут развиваться согласованно. Нормативно-методическая основа для успешного развития «умных» энергосистем закладывается сегодня в стандартах Smart Grid, о которых коротко рассказано в этой статье.

В результате реализации подхода Smart Grid на основе интеграции широкого спектра технологических, общетехнических, проектных, организационно-управленческих и логистических решений предполагается создать своего рода «энергетический Интернет», где будет обеспечена полная энергетическая и информационная интероперабельность и новый, более высокий уровень управляемости как на уровне системы систем, так и на более низких уровнях системной иерархии, включая отдельные подключенные к «умной» сети устройства.

Для успешной реализации подобных планов необходимо сформировать открытую, развивающуюся архитектуру «энергетического» Интернета, позволяющую интегрировать широкий спектр технологических, общетехнических, проектных, организационно-управленческих и логистических решений, реализуемых на основе открытых, общедоступных, признанных индустриальным и управленческим сообществом стандартов.

Причем первоочередными являются стандарты, задающие единые принципы моделирования и построения «умных» энергосистем. Именно на основе таких стандартов заинтересованные стороны смогут выработать единый язык и сформировать общепризнанный набор представлений об «умной» энергосистеме, где можно будет добиться полной совместимости элементов как на уровне системы систем, так и на более низких уровнях системной иерархии, включая отдельные устройства, подключенные к «умной» сети. Иными словами, будет достигнута энергетическая и информационная интероперабельность.