Организация внедрения систем энергосбережения на базе концепции Smart Grid
Аннотация
Данный курсовой проект посвящен исследованию темы «Организация внедрения
систем энергосбережения на базе концепции Smart Grid». В результате работы над проектом был разработан
проект создания автоматизированной системы энергосбережения, выбрано оборудование
для его реализации и составлены алгоритмы работы системы.
РЕФЕРАТ
21 стр., 5 источников, 3 приложения.
Организация внедрения систем энергосбережения на базе концепции SMART GRID.
Объектом исследования является система энергосбережения.
Цель исследований - разработка проекта данной системы.
В ходе выполнения курсовой работы было выбрано соответствующее
оборудование, предложен подход к реализации данной системы и составлена схема
реализации человеко-машинного интерфейса.
СОДЕРЖАНИЕ
Аннотация
Реферат
Введение
1. Описание
объекта исследования
2. Требования
к элементам системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid
. Выбор
оборудования для системы энергосбережения на базе концепции Smart Grid
. Описание
алгоритмического уровня обеспечения процесса управления системы
энергосбережения на базе концепции Smart Grid
. Реализация
человеко-машинного интерфейса
. Описание
технологической (организационной) схемы системы энергосбережения на базе
концепции Smart Grid
Заключение
Список
литературы
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
ВВЕДЕНИЕ
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.
. Выбор оборудования для каждого объекта управления.
. 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.
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:
. 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
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
|
G
|
|
6.
Коммутационные элементы
Элементы данного типа служат для замещения реальных элементов коммутации.
Требование к отображению и обозначению см. в таблице 5.
. Автоматические выключатели
Элементы данного типа служат для замещения реальных автоматических
выключателей. Требование к отображению и обозначению см. в таблице 6.
. 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
|
№ 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
|
Во вкл. положении
(нормально замкнутом) соотв. поз. на рис.: 
|
. 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
|
№ 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
|
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
|
Во включенном положении
(нормально замкнутом) соответствует поз. на рис.:  
|
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
|
|
|
3
|
Предохранитель плавкий.
Общее обозначение
|
2.727-68
|
F, FU
|
См. раздел такой-то
|
(Аналог предохранителю (2).
Утолщенная линия показывает сторону, остающуюся под напряжением)  
|
|
4
|
Предохранитель
инерционно-плавкий
|
2.727-68
|
F
|
См. раздел такой-то
|
или 
|
|
5
|
Предохранитель тугоплавкий
|
2.727-68
|
F
|
См. раздел такой-то
|
или 
|
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
|
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
|
|
. Схемные соединения и заземления
Элементы данного типа служат для
замещения разборных соединений, кабельных муфт, заземлений. Требование к
отображению и обозначению см. в таблице 10.
. 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
|
|
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.
. Описание структурно-функциональной схемы системы
энергосбережения на базе концепции Smart Grid
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.
. 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
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
