Зеркало для энергосистемы или как уместить 70 тыс. км электросетей в 70 Гб информации

В июле 2020 г. в промышленную эксплуатацию был введен программный комплекс, который является виртуальным отражением системы электрических сетей Республики Татарстан. Цифровой двойник, созданный при участии GE, позволил оптимизировать работу электросетевого комплекса Республики и стал примером успешного сотрудничества двух достойных конкурентов.

Республика Татарстан, наряду с Москвой и Санкт-Петербургом, ежегодно занимает верхние строчки рейтинга инновационного развития регионов страны. Этот поволжский регион обгоняет большинство субъектов РФ по интенсивности затрат на технологические инновации, количеству студентов и исследователей, доле продукции высокотехнологичных и наукоемких отраслей в валовом региональном продукте. Именно Татарстан ежедневно становится своеобразным полигоном для отработки самых передовых технологий. Один из таких проектов – внедрение геоинформационной системы GE Smallworld™ Electric Office – цифрового двойника электросетевого комплекса. Заказчиком выступила одна из крупнейших электросетевых компаний России – ОАО «Сетевая компания» с территорией обслуживания 67 000 км² – примерно, как две Бельгии, на которой проживают 3,8 млн человек – как во всей Грузии.

Цифровой двойник, созданный специалистами GE, позволил энергетикам собрать в единую модель всю информацию об электрической сети Татарстана для эффективного управления и наблюдения за ней. Интересная особенность – этот проект стал плодом сотрудничества двух компаний, которые в «обычной жизни» являются конкурентами. Решение GE совмещено с комплексом автоматизированного диспетчерского управления электрическими сетями «СК-11» производства АО «Монитор Электрик», то есть  компании конкурента в этой области автоматизации электроэнергетики.

«Для нас это был вызов. Мы поняли, что проект должен быть построен на базе решений двух вендоров, каждый из которых имеет своё видение и свои подходы. Но выхода не было, отказываться мы не стали. Взяли нашего конкурента в субподрядчики, это уникальный случай. И мы нисколько не жалеем, поскольку эти ребята профессионалы своего дела, они прекрасно разбираются в интеграции и совместно мы много чего добились – со всех сторон улучшили оба продукта и реализовали свой проект», – вспоминает Елисеев Владимир, менеджер по проектам, Grid Software, GE Digital

Совместить несовместимоe

Условно, ИТ-инфраструктуру любой крупной сетевой компании можно разделить на два контура. Первый решает задачу оперативного управления оборудованием (линиями электропередачи, опорами, трансформаторами и т.д.). Проще говоря, это программно-аппаратный комплекс, который дает диспетчерам возможность управлять работой энергосистемы в реальном времени в зависимости от текущей обстановки – например, в случае необходимости выполнять переключения для локализации аварий и вывода оборудования в ремонт.

Второй контур – это система управления пространственно-распределенными активами, то есть непосредственно данными об объектах электросетевой инфраструктуры с привязкой к географическому расположению этих объектов. Система второго контура позволяет занести информацию об активах и оборудовании не только в части их перечня и паспортных данных (что с успехом делают обычные ERP системы), но и их географического расположения, а также их взаимоотношений и связей друг с другом. Причём это не просто отображение данных на карте местности, как можно видеть на привычной всем карте вроде Яндекса или 2ГИС. Это полноценная модель электрической сети, соответствующая международным стандартам CIM, со всеми связями между объектами как снаружи на местности, так и внутри подстанций (однолинейные схемы) от 500 кВ до 0.4 кВ, положенная на карту именно там, где эти объекты располагаются.

Задача специалистов GE заключалась в том, чтобы взять информацию из различных существующих источников данных, проверить и актуализировать их, а затем настроить механизм передачи этих данных в технологический контур для использования их в процессе оперативного управления работой энергосистемы, который как раз находился в зоне ответственности комплекса «СК-11». При этом вендоры совместно решили главную задачу – максимально быстро обеспечивать систему «первого контура» самой актуальной информацией обо всех изменения в составе электрической сети. До внедрения интегрированной системы GE Smallworld Electric Office и СК-11 ввод данных необходимо было дублировать в обоих контурах, и не всегда это делалось с необходимой точностью и скоростью. Таким образом, внедрение системы позволило не только улучшить качество данных и повысить эффективность учета объектов электрической сети Республики Татарстан, но и повысить качество управления!

В условиях, приближенных к боевым

Перед внедрением нового решения в масштабах всей энергосистемы Татарстана специалисты GE и ОАО «Сетевая компания» провели пилотный проект, чтобы посмотреть, как система будет работать на практике.

В качестве своеобразного «полигона» были выбраны три объекта – вся высоковольтная сетевая инфраструктура Татарстана и два наиболее передовых в плане технического оснащения района электрических сетей. Главными критериями стали оснащенность интеллектуальными приборами учета и качество информации об объектах электросетевого хозяйства в уже имеющихся системах заказчика.

Каждый РЭС имел свои особенности электросетевой инфраструктуры – в первом была развита сеть воздушных линий электропередачи (ВЛ), во втором – кабельных (КЛ). Это было сделано намерено – чтобы показать, что система может работать одновременно с разными типами сетей – одни проложены под землей, другие закреплены на столбах, и «физика» их учета и работы различается.

В рамках пилотного проекта в систему загружались данные о не менее 650 питающих центров (подстанций и сетей от 35 кВ до 500 кВ) высоковольтной сетевой инфраструктуры Татарстана, информация об объектах Елабужского и Тукаевского РЭС – данные о примерно 1500 трансформаторных подстанций и о сетях от 10 кВ до 0.4 кВ.

На реализацию пилота ушло 16 месяцев, еще четыре месяца длилось масштабирование решения в части системы управления активами на всю энергосистему Республики. Основные работы завершились в конце 2019 года. До конца 2020 года в промышленную эксплуатацию будет введена система, интегрированная в оперативный контур управления.

Никаких рамок нет

Для создания цифрового двойника необходима самая точная и актуальная информация об объектах, их элементах (например, паспортные характеристики устройств и их текущее состояние) и взаимосвязях. Поэтому первой и главной задачей команды проекта стало насыщение систем контура управления активами этой информацией. Для этого специалисты GE создали специальный набор программных инструментов, с помощью которых данные из старых систем переносились в новый программный комплекс, а параллельно анализировали эти данные на предмет коректности.

Сейчас специалисты GE продолжают отладку системы в рамках обязательств технической поддержки. Этот процесс можно сравнить с тонкой настройкой сложнейшего механизма, состоящего из множества элементов, взаимодействующих между собой или же с игрой музыкантов в оркестре, звучащих в унисон ровно в те моменты, когда это необходимо. Данные постоянно корректируются, расширяется их номенклатура, появляются новые классы, связи и процессы. На горизонте появляются новые задачи по цифровизации процессов Компании, связанные с интеграцией GE Smallworld™ Electric Office.

«Это же ИТ-проект в чистом виде, а значит, рамок и границ не существует – можно развивать систему, подстраивать ее под меняющиеся технические и технологические условия, кастомизировать. Очень здорово, что на стороне заказчика это хорошо понимают, формулируют нам задачи. Это говорит о том, что наше решение востребовано», – считает Евгений Орлов, GE Digital.

К настоящему моменту решение GE Smallworld™ Electric Office стало для энергетиков (даже для тех, кто поначалу скептически относился к проекту) первоисточником данных о модели сети – в случае каких-то сомнений или разногласий решающим фактором становятся данные программного продукта GE. В настоящий момент пользоваться системой могут эксплуатирующие подразделения ОАО «Сетевая компания», для которых точность технических данных является ключевым фактором – ремонтные бригады, специалисты, собирающие данные для системы (процесс проверки и корректировки данных продолжается до сих пор).

Согласно официальным документам, сегодня основными направлениями инновационно-технологического развития экономики Татарстана являются нефтяная, нефтехимическая промышленность, перерабатывающие отрасли, машиностроение, агропромышленный комплекс, строительство, сферы ИТ-технологий и наноиндустрии. Но только надежная энергетика может обеспечить развитие этих отраслей. Это хорошо понимают и в правительстве региона, и в кабинетах руководителей структурообразующих компаний Республики.

____

Система содержит информацию о 374 ПС напряжением от 35 кВ до 500 кВ суммарной мощностью 18628,3 МВА, 744 силовых трансформаторов напряжением от 3 кВ до 500 кВ, больше 72 000 км линий электропередачи классами напряжения от 0.38 кВ до 500 кВ. Фактически этот виртуальный двойник охватывает сотни тысяч элементов всей электросетевой инфраструктуры республики – от могучих опор линий 500 кВ до вводов в дома конечных потребителей. При этом вся база «весит» всего около 70 Гб.