Более 30 лет назад в стенах Ивановского государственного энергетического университета начались разработки в области измерения электромагнитных величин. Постепенно это исследование выросло в крупный проект, посвященный цифровизации электроэнергетики в масштабах всей страны. «Эта идея опередила время лет на 20», – рассказывает заведующий кафедрой автоматического управления электроэнергетическими системами ИГЭУ Владимир Лебедев
Исследование началось в восьмидесятых
«Для меня все начиналось в далеком 1989 году, когда я был еще студентом, – вспоминает Владимир Дмитриевич. – Мой руководитель Владимир Николаевич Гречухин предложил провести исследовательскую работу, посвященную измерительным датчикам тока на магнитных транзисторах. В тот период он побывал на стажировке в ЛЭТИ* и познакомился с группой ученых, которые дали транзисторы для экспериментов. Пришла идея: а не использовать ли эти транзисторы для измерения токов?»
*СПбГЭТУ «ЛЭТИ» – старейший электротехнический вуз России
*СПбГЭТУ «ЛЭТИ» – старейший электротехнический вуз России
Первыми разработками коллектива стали датчики тока на магнитотранзисторах, позволяющие измерять как переменный, так и постоянный ток без искажений
Идея цифрового трансформатора появилась еще в девяностые
«Создали устройство, позволяющее измерять ток неинвазивно – просто повесив на провод. Однако столкнулись с проблемой, связанной с электромагнитной совместимостью, – объясняет Владимир Лебедев. – На проводах, которые шли от устройства, возникала наводка (помеха). Так возникла идея сделать трансформатор цифровым»
Объединив магнитотранзисторный датчик тока с микропроцессорным устройством оцифровки и передачи цифровой информации, ивановцы создали цифровой трансформатор тока. Первые публикации ученых ИГЭУ на тему цифровых трансформаторов вышли в девяностых – задолго до формирования концепций цифровых подстанций и интеллектуальных сетей. Идея опередила свое время
1997-1998 – первые публикации ученых ИГЭУ на тему создания цифровых трансформаторов
Это был энергопрорыв
В девяностые и начале 2000-х исследовательская работа велась на энтузиазме. Финансирования практически не было. Тем не менее, в 2006 году был создан первый образец цифрового комбинированного трансформатора тока и напряжения на номинальное напряжение 220 кВ. Ситуация начала меняться в 2013-2014 годах после победы в конкурсе Министерства образования и науки РФ.
Стало появляться финансирование, новые разработки, возможность участвовать в конкурсах и побеждать в них. В 2013 году разработаны датчики тока, позднее – трансформатор напряжения. На конкурсе «Энергопрорыв», организованном фондом «Сколково» и компанией «Россети», ивановцы взяли одно из первых мест
Стало появляться финансирование, новые разработки, возможность участвовать в конкурсах и побеждать в них. В 2013 году разработаны датчики тока, позднее – трансформатор напряжения. На конкурсе «Энергопрорыв», организованном фондом «Сколково» и компанией «Россети», ивановцы взяли одно из первых мест
Коллектив представлял свои решения на различных конкурсах инноваций как в России, так и за рубежом: Пловдив, Париж, Женева
Появилась «Цифровая подстанция»
В 2017 году в рамках реализации федеральной целевой программы университет получил 150 млн рублей на реализацию проекта в течение 3 лет. Это давало возможность не только разрабатывать технологию, но и тестировать ее в условиях, предельно приближенных к реальным. Так в ИГЭУ появился полигон «Цифровая подстанция»
«Целью работы в рамках гранта Минобрнауки было создание на основе цифрового трансформатора интеллектуальной системы с автоматизированными функциями для измерения и учета электроэнергии, – рассказывает Владимир Лебедев. – Работа была рассчитана на 3 года, и в рамках нее нам требовался индустриальный партнер. Им выступила компания «Ивэлектроналадка», за что им огромное спасибо»
150 млн рублей
выиграл ИГЭУ в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России»
60 млн рублей
из них направлены на создание полигона «Цифровая подстанция»
>20 патентов
получили ученые ИГЭУ на способы реализации и оборудование, которые либо входят в состав полигона, либо способствуют его развитию
На цифровой подстанции работает суперкомпьютер
Созданный в ИГЭУ в 2020 году цифровой полигон включает несколько уникальных научных установок. В частности, программно-аппаратный комплекс, работающий в режиме реального времени – RTDS (real time digital system). Это суперкомпьютер, осуществляющий расчеты процессов в энергосистемах, работы электрических станций и оборудования. На полигоне можно моделировать любую ситуацию в системе – как рабочую, так и аварийную. «С помощью RTDS мы проверяем работу не только цифрового трансформатора, но и всей цифровой системы, – говорит Владимир Лебедев. – Так создаются новые решения для современной электроэнергетики, энергетики будущего»
Как работает цифровой трансформатор
Цифровой трансформатор представляет собой устройство, которое измеряет ток, напряжение и другие параметры электрической энергии и в цифровом виде передает информацию об этом по оптическому каналу. Если поступает информация о технологическом нарушении, на подстанции либо срабатывает автоматика, либо решение о том, что делать, принимает человек. Например, получив информацию, что трансформатор на его объекте старый и перегревается, собственник может поменять его на энергоэффективный
Интеллектуальный датчик, передающий информацию по GPS ->
High Quality
Проблемы устраняются
быстрее
быстрее
Good Support
Учет точнее
Individual Approach
Электроснабжение становится надежнее
High Quality
Потерь меньше
Good Support
Воровства меньше
Individual Approach
Система работает экономнее, затраты оптимизированы
Экспериментальные образцы цифровых трансформаторов на экспозиции изобретений и инновационных разработок форума «Армия-2017»
Успехи на конкурсах Startup tour, Startup Village и GenerationS открыли разработкам перспективы с точки зрения бизнеса
Есть собственное производство
Сейчас цифровые трансформаторы тока и напряжения, их сборку и отладку производят в Иванове – в цехе малого предприятия «Цифровые измерительные трансформаторы». Научно-производственное объединение «ЦИТ» было создано в 2015 году и стало первым резидентом фонда «Сколково» в Иванове. В компании работают опытные инженеры и получают опыт студенты, магистры и аспиранты ИГЭУ. Работа ведется под руководством Владимира Лебедева (Владимира Гречухина не стало в 2012 году)
Первый трансформатор, созданный коллективом, долго стоял у Владимира Гречухина в гараже. Теперь он находится на «Цифровом полигоне» как часть истории проекта
Покрытие от воды и конденсата
В ходе разработки новых технологических решений ученые ИГЭУ и специалисты ЦИТ взаимодействуют с другими производителями. Например, ивановский «Полимер Экспорт» (лакокрасочные материалы Raum-Profie) разработал специальное защитное покрытие для платы. «Raum-Profie были нужны новые рынки сбыта для энергетики, а нам – покрытие для платы, которое защитило бы плату от попадания воды и конденсата: вся электроника на открытом воздухе, – объясняет Владимир Лебедев. – Предоставили плату, и они разработали специальное покрытие на основе силикона. Теперь влага, попадающая на плату, не нарушает ее работу. А еще покрытие можно счистить, чтобы, например, припаять деталь». Такое взаимодействие продуктивно для обеих сторон, отмечает Лебедев: «В рамках консорциума вузов взаимовыгодное сотрудничество могло бы быть выстроено у ИГЭУ, например, с ИГХТУ. Мы можем объединять усилия: материалы плюс технология»
В ходе разработки новых технологических решений ученые ИГЭУ и специалисты ЦИТ взаимодействуют с другими производителями. Например, ивановский «Полимер Экспорт» (лакокрасочные материалы Raum-Profie) разработал специальное защитное покрытие для платы. «Raum-Profie были нужны новые рынки сбыта для энергетики, а нам – покрытие для платы, которое защитило бы плату от попадания воды и конденсата: вся электроника на открытом воздухе, – объясняет Владимир Лебедев. – Предоставили плату, и они разработали специальное покрытие на основе силикона. Теперь влага, попадающая на плату, не нарушает ее работу. А еще покрытие можно счистить, чтобы, например, припаять деталь». Такое взаимодействие продуктивно для обеих сторон, отмечает Лебедев: «В рамках консорциума вузов взаимовыгодное сотрудничество могло бы быть выстроено у ИГЭУ, например, с ИГХТУ. Мы можем объединять усилия: материалы плюс технология»
Зачем нужна цифровая энергетика
За последние десятилетия в России (как и во всем мире) резко вырос уровень потребления электроэнергии. Огромными темпами растет Москва, постоянный рост энергопотребления показывают регионы. Появляются крупные производства, развивается городская инфраструктура. Все это требует не только генерировать больше электроэнергии, но и повышать надежность работы сетей
1157,1 млрд кВт.ч
составило производство электроэнергии в России в 2021 году, это исторический максимум
1,3 млрд кВт.ч
потребление электроэнергии в энергосистеме Ивановской области в январе-апреле 2022 года
Операционная не может остаться без света
Чем быстрее растут города, тем быстрее должна срабатывать релейная защита, продолжает Владимир Дмитриевич. Цифровые технологии помогают оперативно передавать сигнал о том, что в сети что-то не в порядке. Например, если в городской среде где-то возникает короткое замыкание, линия не отключается, но надо искать место повреждения.
«Искать – это огромное расстояние, – объясняет Владимир Лебедев. – И вот тут нам на помощь приходят цифровые технологии, в том числе наши разработки в области релейной защиты. Специальный алгоритм позволяет быстро найти место повреждения, а значит, устранить проблему. Оперативность отслеживания параметров и передачи информации тут критически важна, потому что есть потребители, для которых недопустим даже небольшой перерыв в электроснабжении. Например, операционная, где в этот момент спасают человека. Лифт. Или производство, где может остановиться целая линия»
“
Ток меняет направление 50 раз в секунду. Некоторые процессы протекают еще быстрее. Развивается техника и технологии, развивается общество. И надежность электроснабжения, скорость передачи данных – должны расти
Измерять энергию надо будет еще быстрее
Еще одна причина, по которой разрабатываемые в Иванове интеллектуальные датчики вызывают интерес компаний, – энергетика меняется и неизбежно будет меняться дальше. В частности, Россия активно развивает сектор возобновляемых источников энергии. А еще многие предприятия начали вырабатывать электроэнергию с помощью газовых установок. «Все бы хорошо, но получается, что в этом случае предприятие – и источник, и потребитель энергии. Это вызов для энергетики, – говорит Владимир Лебедев. – На крупных станциях турбины большие, они раскручиваются медленно. А вот когда потребительских станций будет больше, измерять электроэнергию надо будет быстро. И реагировать на изменение параметров надо будет быстро, потому что маленькие станции могут быстро выходить из строя. Без современных устройств не получится»
весит обычная система
18 КГ
весит комплект цифровых трансформаторов, разработанных в Иванове
Предстоит аттестация в компании «Россети»
Цифровые трансформаторы, которые делают в Иванове, проходят опытную эксплуатацию в компании «Ленэнерго» и холдинге «Сибур». «В энергетике все, как в медицине: прежде чем какое-то решение будет внедрено, должны пройти испытания, – объясняет Владимир Лебедев. – Однако заинтересованность рынка в наших технологиях есть».
Сейчас разработанные в Иванове цифровые трансформаторы готовят к аттестации в компании «Россети»
Сейчас разработанные в Иванове цифровые трансформаторы готовят к аттестации в компании «Россети»
«Мы привыкли, что у нас свет мигает только в грозу, – заключает Владимир Лебедев. – Те времена, когда электричество регулярно отключали, для большинства россиян остались в прошлом. Это произошло благодаря развитию технологий в энергетике, и эти технологии мы должны продолжать совершенствовать»
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Авторское право на материалы спецпроекта
принадлежит БУ «Ивановские газеты»
Частичное цитирование возможно только с гиперссылкой на Известно.ру
Редактор: Евгения Кочеткова
Дизайн: Станислав Депутатов
Фото: ИГЭУ, Дмитрий Рыжаков
2022
принадлежит БУ «Ивановские газеты»
Частичное цитирование возможно только с гиперссылкой на Известно.ру
Редактор: Евгения Кочеткова
Дизайн: Станислав Депутатов
Фото: ИГЭУ, Дмитрий Рыжаков
2022
Авторское право на материалы спецпроекта принадлежит БУ «Ивановские газеты»
Частичное цитирование возможно только с гиперссылкой на Известно.ру
Редактор: Евгения Кочеткова
Дизайн: Станислав Депутатов
Фото: ИГЭУ, Дмитрий Рыжаков
2022
Частичное цитирование возможно только с гиперссылкой на Известно.ру
Редактор: Евгения Кочеткова
Дизайн: Станислав Депутатов
Фото: ИГЭУ, Дмитрий Рыжаков
2022
