Билл Михан (Bill Meehan), директор ESRI по решениям для utilities (коммунальных служб, компаний по управлению инженерными коммуникациями), рассказывает о современных подходах к эффективной поддержке функционирования сетевого хозяйства c использованием геоинформационных технологий.
«Разумная сеть, управляемая с использованием ГИС, адаптируется к изменениям, основанным на информации, поступающей с тысяч датчиков, чтобы помочь предупредить сбои и поломки оборудования».
Что такое разумная сеть
«Разумная сеть» (от англ. Smart grid) – это не техническое устройство и не компьютерная система, а, скорее, понятие или концепция. Как следует из названия, разумная сеть (сетка, энергетическая система) представляет собой нечто вроде умной (интеллектуальной) системы передачи и распределения электроэнергии (газа, воды), которая реагирует на потребности клиентов посредством прямой передачи информации по линиям коммуникации. Хотя имеется много аспектов данной концепции, основных преимуществ у разумной сети три: более эффективное управление нагрузками, обеспечение значительно большей автоматизации во время восстановления после сбоя и обеспечение более полного взаимодействия между поставщиками и потребителями ресурсов.
Как коммунальные службы используют разумную сеть
Ключом к внедрению разумной сети является повсеместная установка автоматических счетчиков (smartmeters), которые измеряют расход энергии за небольшой интервал времени (секунды или меньше). Счетчик сохраняет эти данные в памяти и передает их непосредственно в обслуживающую коммунальную службу или потребителю. Некоторые «умные» автоматические счетчики могут автоматически отключать нагрузку (подачу газа, воды) и блокировать утечку энергии.
Для функционирования автоматического счетчика требуется наличие связи между ним и устройствами у потребителя и возможность передачи информации от счетчика коммунальной службе, обслуживающей сеть. Многие электрические приборы снабжены внутренними устройствами для соединения с автоматическими счетчиками. «Умные» автоматические счетчики также смогут сообщаться друг с другом и даже контролировать устройства в доме или офисе потребителя. В случае перебоя с подачей энергии автоматический счетчик извещает об этом обслуживающую компанию. Во время пиковых нагрузок в сети или в случае аварии оператор обслуживающей компании может передать автоматическому счетчику команду на отключение избранных нагрузок в соответствии с заданной для них тарификацией. Автоматические счетчики используются не только в электросетях, но также для контроля и учета подачи газа или воды.
Чтобы сглаживать пиковые нагрузки и предоставить коммунальным службам возможность достигнуть наиболее эффективных и безопасных для окружающих среды параметров работы, помимо автоматических счетчиков необходимы системы накопления энергии (energy storage systems). Эти системы могут оснащаться аккумуляторными батареями, маховиками (маховыми инерционными колесами) или системами накопления сжатого воздуха.
В большинстве систем управления сбоями (СУС, англ. OMS – outage management systems) применяются современные методы прогноза, основанные на телефонных звонках клиентов и сетевых моделях для определения мест аварий. СУС, подсоединенная к разумной сети, будет полагаться на систему датчиков для более быстрого и более точного реагирования на возникающие неполадки.
В «разумной» сети СУС объединяется с системой управления распределением (СУР, англ. DMS – distribution management system) для создания автоматизированного аналитического механизма. Интеграция СУР и СУС позволит коммунальным службам принимать решения, основанные на информации о нагрузках, возможных неисправностях оборудования, сбоях и восстановлении работоспособности, поступающей с сети датчиков и автоматических счетчиков.
При обслуживании и ремонте большинства инженерных сетей обслуживающая их компания (коммунальная служба) фактически слепа при возникновении неполадок «в поле». В разумной сети имеются датчики для фиксации неисправностей, скачков напряжения и силы тока и передачи этой информации центральному процессору.
Суть и главная ценность разумной сети заключается в возможности передавать сведения о состоянии системы от сети датчиков как в коммунальную службу, так и потребителю. Распределительные электрические системы постепенно развиваются от одинарной сети до интегрированной двухмодовой системы. Одна и та же сеть будет представлять как энергосистему, так и другие развитые сети коммуникаций.
Инженерные коммунальные службы нуждаются в средствах сбора данных с датчиков и автоматических счетчиков, чтобы принимать решения о восстановлении сети, переключении нагрузок и выставлении счетов. Восстановление сети означает, что система распределения электроэнергии будет задавать себе такую конфигурацию, которая позволит ограничить сбои подачи энергии потребителям без вмешательства человека. А развитая система управления данными (англ. data management system) будет хранить исторические и текущие данные о системе, поступающие с комплекса счетчиков и датчиков.
Традиционные системы SCADA(англ. supervisory control and data acquisition – гибкая система автоматизированного управления производством, диспетчерского управления и сбора данных) представляют собой ранние технологии «разумных» сетей. Однако сфера действия SCADA обычно ограничивается подстанциями и несколькими основными устройствами автоматизации распределения энергии, такими как дистанционно контролируемые переключатели. Хотя, конечно, контролируемые SCADA данные играют важную роль при развертывании любой разумной сети.
Для разумной сети необходимы аналитические механизмы, оперирующие в масштабе реального времени и способные вести анализ сети, определять текущее состояние и параметры системы, прогнозировать возможные сбои и разрабатывать план действий. Подобным механизмам понадобятся данные и коммунальных, и сторонних служб, например, метеослужб.
Сочетание автоматических умных счетчиков, средств управления данными, коммуникационных сетей и специальных приложений для измерения количественных параметров составляет развитую измерительную инфраструктуру (англ. AMI – advanced metering infrastructure). Эта перспективная инфраструктура играет ключевую роль в технологии разумной сети, и многие компании и корпорации, занятые оказанием коммунальных услуг, начинают внедрение разумных сетей с AMI.
Важнейшей составной частью разумной сети являются электрическая и коммуникационная сети. Корпоративная ГИС предоставляет инструменты, приложения, сопровождение бизнес-процессов (потоков работ) и возможность интеграции для поддержки разумной сети.
Какова роль ГИС в разумной сети
ГИС давно и широко используются в управлении традиционными сетями передачи и распределения электричества, газа, воды, в сфере телекоммуникаций. И, естественно, эта технология будет играть важную роль в управлении разумной сетью. В области инженерных коммуникаций ГИС уже предоставляет наиболее детальное описание компонентов сети распределения электроэнергии и их пространственного размещения. При сочетании и совмещении в «разумной сети» развитых коммуникационных и электрических сетей управление данными с помощью ГИС становится чрезвычайно важным.
Применяя ГИС, электрические компании и их инженерные службы могут создавать пространственную информацию о столбах, проводах, трансформаторах, люках, траншеях и насыпях с трубами для кабелей, а также о потребителях. С этими данными могут в многопользовательском режиме работать все сотрудники организации. Затем эти данные могут совместно использоваться в базовых бизнес-приложениях, можно объединять данные ГИС, SCADA и других пользовательских систем и приложений с другой информацией, поступающей извне, например, от транспортных и погодных служб, или со спутниковыми изображениями. Коммунальные службы используют эту комбинированную информацию в своей деятельности: от визуализации общей и оперативной обстановки до проведения инспекций и ремонтных работ, анализа и планирования сети.
ГИС поможет управлять данными о состоянии имущества коммунальных служб. Такие компании быстро и широко внедряют основанные на ГИС мобильные устройства для проведения инспекций и ремонтов. Некоторые данные о состоянии сетей могут поступать из автоматизированных систем и телеметрии, а другие данные – из систем инспектирования. ГИС уровня предприятия с ее настольными, серверными и мобильными компонентами позволяет собирать, хранить, отображать и анализировать разнообразные данные о состоянии сети, а также быстро вносить в них изменения в соответствии с текущей ситуацией.
Развитые возможности ГИС помогают коммунальным службам лучше понять взаимоотношения и взаимосвязи их имущественных объектов между собой. Поскольку разумная сеть состоит из двух подсистем (электрической и коммуникационной), необходимо понимать физические и пространственные отношения между всеми их компонентами. ГИС предоставляет инструменты и функции для моделирования сети, маршрутизации и картографического отображения.
ГИС также помогает коммунальным предприятиям выявить и более четкопонять отношения сетей с их окружением, являясь эффективным инструментом поддержки восстановления сетей, визуализации районов сбоев и аварий, мониторинга состояния и безопасности.
С позиций поддержки разумной сети, ГИС позволяет коммунальным службам визуализировать электрическую и коммуникационную составляющие и существующие между ними отношения. ГИС предоставляет наглядные и удобные для восприятия средства мониторинга статуса и работоспособности системы, например, с помощью таких команд, как “показать все датчики, с которых не поступало сообщений за последний час”. ГИС может показывать статус сети в режиме реального времени и отмечать текущие изменения.
ГИС часто используется и для определения оптимальных местоположений элементов разумной сети. В процессе развертывания или модернизации инженерных коммуникаций необходим разносторонний анализ для определения правильных мест размещения датчиков, подстанций и коммуникационных узлов, прокладки надземных и подземных оптоволоконных кабелей и т.д. ГИС предоставляет эффективные средства для решения подобных задач, поскольку оптимальные местоположения в значительной мере зависят от существующей территориальной (пространственной) инфраструктуры.
ГИС способна предоставить пространственный контекст для проведения подробного анализа разумной сети и получения ее метрик. Данные измерений контролируемых параметров можно отображать с пространственной привязкой, рассматривать их изменения во времени и визуализировать в виде наблюдаемых трендов. Поскольку разумная сеть, по определению, подразумевает «разумность», она должна уметь во многом самостоятельно проводить продвинутый анализ своей работоспособности, выявлять тренды эксплуатационного качества оборудования, реагировать на поведение потребителей и фиксировать ключевые параметры, влияющие на ее штатное функционирование.
Будучи сердцевиной системы управления распределением, ГИС может действительно обеспечить контроль составных элементов сети. Разумная сеть, управляемая с помощью ГИС, адаптируется к текущим изменениям на основе информации, поступающей с тысяч датчиков, что помогает предупредить сбои и поломки оборудования. Например, в Соединенных Штатах коммунальные компании пока не ведут постоянный мониторинг состояния большинства распределительных трансформаторов. Если нагрузка на одном из этих трансформаторов превышает его технические возможности, он может выйти из строя. Благодаря полноценному мониторингу, разумная сеть способна оперативно определить, испытывал ли любой трансформатор перегрузки прежде и утратил ли он жизнеспособность в связи с этим. Как только состояние трансформатора приближается к опасной границе, разумная сеть может принять превентивные меры для исключения его катастрофической поломки. Кроме того, в данном случае операторы, благодаря посреднику в лице ГИС, получают возможность провести пространственный анализ, чтобы определить риск сбоя и оценить его возможное влияние на потребителей. Алгоритмы разумной сети, действующие совместно с ГИС, позволили бы определить, следует ли уменьшить нагрузку у соответствующих потребителей, или изменить конфигурацию сети, чтобы сгладить пиковые нагрузки, либо заблаговременно отключить ее отдельные участки.
Дополнительную информацию по данной тематике, описание примеров проектов, аудиозапись беседы и брошюру по применению ГИС в разумной сети можно посмотреть по адресу www.esri.com/electric.
В октябре 2009 года компания National Grid Gas выбрала ГИС от ESRI для реализации программы информационной поддержки сотрудников центрального аппарата с целью повышения операционной эффективности и более качественного обслуживания клиентов. Компания National Grid – одна из крупнейших акционерных компаний мира, занимается поставками электроэнергии и газа миллионам потребителей энергоресурсов в Великобритании и на северо-востоке США.
Более 80% оперативных и управленческих решений National Grid имеет пространственный контекст – от управления активами, технического анализа, проектирования, содержания и ремонта и до работы операторов, маркетинга и финансов. Решения на основе ГИС от компании ESRI позволяют более эффективно объединять, анализировать, отображать эту информацию и обмениваться ею на общекорпоративном уровне. National Grid Gas получит полные преимущества, предоставляемые ГИС-технологией, за счет интеграции своих решений по управлению активами и бизнес-процессами с настольными, серверными и мобильными программными продуктами семейства ArcGIS.
