Контроль частоты
Частота переменного тока — основной параметр и показатель качества работы Единой энергетической системы. Частота переменного тока едина в Единой национальной энергетической системе России и параллельно работающих стран. Система должна находиться в балансе, то есть потребление и потери в сетях должны быть эквивалентны объемам выработки/генерации. Однако, если отключается какой-то объект генерации или, наоборот, кто-то из потребителей, возникает соответственно нехватка либо избыток электроэнергии. Подобный дисбаланс приводит к скачкам частоты в ЕЭС, что может негативно отразиться на работе чувствительной техники и даже привести к выходу оборудования из строя. В свою очередь авария на одной электростанции может оказать влияние на энергосистему в целом. Проблема может усугубляться тем, что при нехватке генерации частота снижается, что приводит к еще большему снижению генерации и к дальнейшему снижению частоты. Это называется «лавина частоты». Для предотвращения этого, все генераторы, работающие синхронно, должны оборудоваться первичными регуляторами частоты, которые увеличивают активную мощность при снижении частоты (и наоборот). Поэтому, если скачок частоты велик (более 100-200 миллигерц), в устранение дисбаланса должны включаться все станции единой энергосистемы, так как это вопрос устойчивости всей энергосистемы
СО ЕЭС разработал критерии участия оборудования электростанций в общем первичном регулировании, нормативно закрепил их в договорах присоединения. Для улучшения ситуации с мониторингом на электростанциях, в 2019 году Министерство энергетики РФ обязало все объекты генерации самостоятельно анализировать собственное участие в общем первичном регулировании частоты (ОПРЧ). На станциях должны были быть установлены системы мониторинга, записывающие параметры частоты и мощности требуемого качества.
Недостаточное участие в ОПРЧ или полное неучастие чревато не только потенциальными техническими проблемами для всей энергосистемы. По законодательству, станция, не участвовавшая в общем регулировании, может быть лишена тарифной надбавки платежа за мощность (3%). Сумма недополученной выручки в данном случае может достигать десятков миллионов рублей для холдингов, и такие ситуации были. Кроме того, собственнику станции придется внепланово устранять выявленные недостатки, настройку системы управления энергоблока (в штатных ситуациях она настраивается, когда энергоблок выводится в останов или ремонт), проводить испытания.
«Наши программные решения как раз и помогают избежать этой и других проблем, — рассказывает исполнительный директор Лаборатории ПРОСТОР Сергей Николаев — ПРОСТОР позволяет собственнику генерирующего объекта оперативно и самостоятельно получать оценку участия объекта генерации в регулировании частоты. Владелец станции сразу видит, какие штрафы ему могут грозить от Системного оператора Единой энергетической системы, если проблема не будет решена».
ПРОСТОР для Мосэнерго
Для поддержки регулирования в 2011 году был создан рынок системных услуг. Лаборатория ПРОСТОР с самого начала участвовала в разработке регламента ОПРЧ и уже в 2019 году предложила компании Мосэнерго свою собственную разработку, облегчающую мониторинг и анализ участия в регулировании частоты. На тот момент это был так называемый минимально работоспособный продукт, то есть образец, удовлетворяющий минимальным требованиям потребителя. В августе 2022 года материнская компания Лаборатории ПРОСТОР (Институт Энергетических Систем) и Мосэнерго подписали договор о внедрении до конца года системы ПРОСТОР ОПРЧ для 15 электростанций Мосэнерго. В рамках соглашения специалисты Лаборатории ПРОСТОР должны были установить в центре обработки данных Мосэнерго свое программное обеспечение и провести интеграцию с системой сбора и передачи технологической информации компании-заказчика.
Работа была разбита на два основных этапа: проектирование и внедрение с пуско-наладкой. Со стороны Лаборатории ПРОСТОР участвовали 12 специалистов: разработчиков и инженеров. Была проведена доработка ПО для обеспечения анализа порядка 100 энергоблоков, разработана информационная модель, решались вопросы с информационным обменом, на стендах проводились тесты для симулирования тех или иных ситуаций.
«Мы шли итерациями, — объясняет Сергей Николаев. — Были трудности, которых мы раньше не видели, что-то приходилось дорабатывать в процессе, адаптировать, переходить с одной технологии передачи данных и взаимодействия микросервисов на другую».
В ПО Лаборатории ПРОСТОР используется микросервисная архитектура, и, если работа какого-то микросервиса не устраивала, принималось решение о доработке или замене отдельных компонентов.
Но главной задачей было оптимизировать программное обеспечение для работы с большим количеством энергоблоков/электростанций. Ранее Лаборатория ПРОСТОР внедряла свои решения не более чем для 10 энергоблоков разом, тогда как у Мосэнерго было 15 станций, каждая из которых, в среднем, обладала 6-7 энергоблоками. Таким образом, сложность задачи превосходила то, что Лаборатория ПРОСТОР делала раньше.
В результате проектно-изыскательские работы были реализованы в течение месяца. Благодаря слаженной работе наших инженеров и сотрудников заказчика, период согласования проекта не мешал вести интенсивные пуско-наладочные работы и все работы были приняты в декабре 2022 года.
Трудности перевода
Анализ участия в ОПРЧ — сам по себе ресурсоемкая задача. А в процессе подготовки ПО под станции Мосэнерго стало понятно, что сбор и анализ данных с такого количества генерирующих объектов требует и больших вычислительных ресурсов. А учитывая, что все было реализовано на виртуальной машине, работа напрямую зависела от ресурсов виртуального сервера ЦОД Мосэнерго (количества ядер процессора, объема оперативной памяти). Изначально предполагалось, что все расчеты будут производиться одновременно, данные со всех генерирующих объектов будут обрабатываться параллельно, но в плане серверных ресурсов это оказалось слишком затратно.
«Совместно с коллегами из Мосэнерго мы нашли решение, — говорит Николаев. — Мы решили запускать нашу систему на всех 15 станциях одновременно, но данные с энергоблоков обрабатывались уже не параллельно, а последовательно».
Такой подход позволил снизить требования к ресурсам в шесть раз, что позволило заказчику направить свободные мощности на решение других задач. Фактически это означало в том числе и экономию финансовых средств.
Были и другие сложности. Так, специалисты Лаборатории ПРОСТОР столкнулись с тем, что часть данных поднимаемых с электростанций Мосэнерго не соответствовали регламентам СО ЕЭС. Один из критериев, по которым СО ЕЭС оценивает участие в ОПРЧ, — предоставление информации. То есть, если в течение часа не были предоставлены данные за условные 10 секунд, это может быть сочтено непредоставлением информации и, соответственно, неучастием в ОПРЧ.
«Мы разработали для клиента алгоритмы анализа получаемых данных, специальные дэшборды (интерактивные панели), демонстрирующие качество данных, получаемых от ССПТИ, — рассказывает Николаев. — с помощью нашей системы и алгоритмов заказчик четко определил задачу по модернизации измерительного оборудования для выполнения требований регламентов».
ОПРЧ и импортозамещение
По словам исполнительного директора Лаборатории ПРОСТОР, система ОПРЧ, которую предлагает компания, может решать и другие задачи. Например, заменить систему сбора и передачи технологической информации. Фактически речь идет об импортозамещении, так как текущая ССПТИ работает на операционной системе Windows и не зарегистрирована в реестре отечественного программного обеспечения Минцифры.
«Мы уже демонстрировали другой функционал нашего ПО, демонстрации заказчикам понравились, — говорит Николаев. — Но главное, что на данный момент мы предоставляем инструмент, который, благодаря веб-интерфейсам, позволяет любым заинтересованным лицам анализировать участие в ОПРЧ, получая оперативную информацию своевременно донастраивать оборудование для выполнения системных требований, что повышает надежность и безопасность всей энергосистемы России. И это российский продукт, зарегистрированный в Минцифры».
