Суперкомпьютер для электрика
Вписывается ли Россия в глобальные тренды цифровизации электроэнергетики?
Несмотря на то что ТЭК представляет собой наиболее консервативную сферу экономики, процессы цифровизации продолжают в нем активно развиваться. В частности, сейчас перед отраслью электроэнергетики стоит задача обеспечить надежность энергосистем.
Медленно, но безопасно
Этап автоматизации основных процессов в электроэнергетике закончился более 10–15 лет назад. В настоящее время полным ходом идет глобальная цифровизация энергетики, большинство стран мира стремятся максимально быстро перейти на цифровые устройства.
Мне очень понравился пример цифровизации электроэнергетики в Финляндии, там практически отсутствует персонал на подстанциях. Цифровизация энергетической системы наших "соседей" достигла значительных высот: подстанции 220 кВ и выше работают без обслуживающего персонала на подстанции, и все управление происходит дистанционно. Такие подстанции полностью автоматизированы, специалист приезжает на них для проверки надежной работы оборудования по необходимости или в соответствии с принятыми регламентами. У них есть центры обработки данных, которые удаленно получают всю необходимую информацию с нескольких подстанций.
Однако стремительная цифровизация представляется не только с положительной, но и с отрицательной стороны. В частности, появляется возможность реализации кибератак. К сожалению, в России пока преобладают методы релейной электромеханической защиты, а при переходе на цифровую защиту полностью меняется модель угроз и нарушений, в полной мере проявляется проблема кибербезопасности и кибератак. Если раньше в роли нарушителя чаще всего выступал невнимательный сотрудник, то сейчас, при переходе на цифровое оборудование, им может стать даже школьник, прочитавший на форуме, как взломать цифровую подстанцию. Именно из-за значительных киберугроз цифровизация электроэнергетики в России идет медленно. Но зато, как я считаю, качественно. Если мы внедряем ту или иную технологию, то только после того, как убедимся в ее полной безопасности.
Немаловажная задача отрасли – подготовка кадров. Современный специалист в области электроэнергетики – это не человек с отверткой в руках, как это было раньше. Это человек с ноутбуком и кабелем для подключения. Современный специалист-электроэнергетик – это релейщик, инженер, системный администратор и программист в одном лице. Такие кадры очень сложно подготовить, и когда они выходят на рынок, за них разворачивается борьба между крупными компаниями-работодателями.
Предсказать будущее
Одно из важнейших направлений цифровизации энергетики – предиктивная аналитика.
Сегодня во многих странах мира создаются суперкомпьютеры, помогающие принимать сложные решения и выполнять такие расчеты, которые не по силам человеку. Данные устройства способны производить моделирование в режиме реального времени, предсказывать сбои оборудования и необходимость проведения ремонта, создавать цифровые двойники энергосистем. Россия здесь не является исключением. В частности, сейчас в Центре компетенций НТИ НИУ "МЭИ" мы работаем над созданием комплексов, которые могут исполнять роль суперкомпьютеров, помогая принимать сложные решения и выполнять такие расчеты, которые человек просто не сможет сделать, даже если у него будет бесконечное количество времени.
Кроме того, современная энергосистема должна быть легко обслуживаемой, чтобы в случае выхода из строя какого-то компонента не нужно было бы долго ждать его поставки и замены. Однако в России из-за неразвитой компонентной базы нередко наблюдается недостаток чипов и процессоров. К счастью, у нас очень много хорошо подготовленных специалистов и разработчиков, которые позволят нам справиться с имеющимися трудностями.
Цифровой двойник энергосистемы
Импортозамещение – один из главных вызовов, стоящих сегодня перед российской электроэнергетикой. Особенно острым этот вопрос стал для сферы ИТ: отрасль оказалась в условиях, когда в короткие сроки необходимо перевести российские энергосистемы на отечественные электронные компоненты и ПО. Не только в РФ, но и в странах СНГ принят целый ряд концептуальных документов, определяющих направление развития информационных технологий.
Одним из ключевых решений для цифровизации отрасли стала разработка так называемых цифровых двойников. В МЭИ создан цифровой двойник энергосистемы (ЦДЭС) – российский программно-аппаратный комплекс моделирования энергосистем в реальном времени и облачная платформа предоставления цифровых сервисов на всех стадиях жизненного цикла энергообъектов. ПАК "ЦДЭС" сочетает в себе функционал трех хорошо известных в отрасли зарубежных информационных систем: RTDS, PowerFactory и MindSphere.
Среди главных областей применения комплекса можно отметить: выполнение расчетов электромагнитных и электромеханических переходных процессов; симуляцию поведения энергосистем в реальном режиме времени; разработку алгоритмов защиты и автоматики для них. Платформа также позволяет создавать проектные решения по планированию развития энергосистем и микроэнергосистем с ВИЭ и системами накопления электрической энергии (СНЭЭ); совершенствовать цифровые системы защиты и автоматики; проводить испытания реальных устройств и систем (аттестация, сертификация и кибербезопасность). Кроме того, она обеспечивает управление режимами работы энергосистем и адаптивную настройку защит в режиме онлайн. Наконец, на базе этой платформы можно проводить научные исследования и обучение, организовывать курсы повышения квалификации.
ЦДЭС может быть использован для планирования развития энергосистем, синтеза оптимальных проектных решений, оценки состояния и оптимизации режимов, расчетов надежности и ТЭО, прогнозирования и управления ВИЭ и СНЭЭ, расчетов токов короткого замыкания (ТКЗ) и релейной защиты и автоматики (РЗА) в режиме онлайн, моделирования переходных процессов, симуляции работы виртуальных терминалов РЗА, проведения киберучений и испытаний реальных устройств и систем, мультиагентного моделирования коммерческого взаимодействия субъектов.
Все программное обеспечение было разработано с нуля специалистами Центра компетенций Национальной технологической инициативы. В общей сложности базовый набор на платформе ЦДЭС включает 17 приложений и находится в завершающей стадии разработки, есть и ряд дополнительных. Основная часть приложений уже прошла пилотную эксплуатацию на энергетических объектах РФ.
