Центр компетенций НТИ по направлению «Технологии транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем»

Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Технологии транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем» на базе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ».

Программа развития Центра НТИ МЭИ «Технологии транспортировки электроэнергии и интеллектуальных энергосистем» направлена на развитие сквозных технологий в области распределенной энергетики, включая кадровое и инфраструктурное обеспечение комплексных проектов НИОКР, разработку технологий и продуктов в области распределённых интеллектуальных систем, реализацию образовательных программ подготовки научных и инженерных кадров в интересах рынков Национальной технологической инициативы, создание испытательного полигона для проведения НИОКР в области цифровых подстанций, цифровых измерителей электрических величин, универсальных измерительных контроллеров, программного обеспечения для интеллектуального управления электрическими сетями и микроэнергосистемами.

Работа Центра НТИ МЭИ осуществляется в соответствии с сетевыми принципами: совместная работа распределенного коллектива, включая партнеров по коммерциализации технологий, объединившихся в Консорциум, лидером которого является ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».

Цели и задачи

Основные задачи Центра НТИ МЭИ группируются вокруг ключевых направлений, которые определяют содержание «Технологии транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем»:

Разработка, проектирование и внедрение надежных и гибких электросетей, включающих в себя цифровые подстанции, интеллектуальные коммутационные аппараты, цифровые измерители электрических величин, универсальные измерительные контроллеры, автономные самобалансирующиеся микроэнергосистемы, программное обеспечение для управления сетями;
Разработка, проектирование и внедрение объектов распределённой энергетики, включая накопители электроэнергии и силовые полупроводниковые устройства.

Кроме того, в рамках деятельности Центра проводятся координационные научно-исследовательские работы по направлениям, связывающим ДК Энерджинет с планами мероприятий по следующим национальным проектам:

Разработка и внедрение цифровых электрических подстанций и станций на вновь строящихся и реконструируемых объектах энергетики;
Интеллектуальная энергетическая система России;
Энергоэффективная подстанция.

Стратегические цели реализации программы Центра:

В научно-техническом направлении осуществлена разработка технологий по следующим направлениям:

Разработка, проектирование и внедрение надежных и гибких электросетей, включающих в себя цифровые подстанции, интеллектуальные коммутационные аппараты, цифровые измерители электрических величин, универсальные измерительные контроллеры, автономные самобалансирующиеся микроэнергосистемы, программное обеспечение для управления сетями.
Разработка, проектирование и внедрение объектов распределённой энергетики, включая накопители электроэнергии и силовые полупроводниковые устройства.

По направлению образовательной деятельности:

Создание новых профилей подготовки в магистратуре и бакалавриате, потребность в которых обусловлена внедрением новых технологий в электроэнергетике.
Создание новых курсов повышения квалификации по разработанным совместно с участниками консорциума программам.

Данные курсы учитывают необходимость оптимизации времени, затрачиваемого на обучение, и используют технологии дистанционного образования без потери его качества с помощью внедрения современных технологий. Образовательная деятельность позволит устранить барьер дефицита компетенций в реализации сквозной технологии и технологического пакета Энерджинет.

Запуск новых учебных программ дополнительного образования для повышения квалификации работников технологических предприятий, заинтересованных во внедрении интеллектуальных систем в энергетике;
Запуск курсов повышения квалификации с реализацией технологий дистанционного образования («Цифровые комплексы Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП)», «Наладка и испытания МП устройств РЗА соответствующих МЭК 61850», «Локальные вычислительные сети и протоколы передачи данных», «Основы кибербезопасности в электроэнергетике»).

Основные заказчики: ПАО «ФСК ЕЭС», АО «СО ЕЭС», ПАО «Россети», ПАО «Русгидро»

В части формирования инфраструктуры:

Создание демонстрационного полигона интеллектуальных систем управления микрогрид;
Создание испытательной лаборатории «Цифровая подстанция»;
Создание испытательного полигона технологий транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем.

Результаты деятельности

Преодоление технологических барьеров

В 2020 году был создан программно-технический комплекс автоматизированного синтеза схем микроэнергосистем из заданного набора элементов, обеспечивающих минимизацию капитальных и операционных затрат при обеспечении заданных показателей надежности электроснабжения потребителей. Разработка позволит автоматизировать проектирование комплекса технических средств систем электроснабжения крупных и средних потребителей. Это позволит преодолеть технологический барьер, обуславливаемый отсутствием средств и инструментов порождающего проектирования систем управления.
В 2020 году был создан опытный образец программно-технического комплекса распределенной интеллектуальной системы управления режимами ЭЭС по напряжению и реактивной мощности и проекта внедрения программно-технического комплекса «Разработка распределенной интеллектуальной системы управления режимами ЭЭС по напряжению и реактивной мощности». Внедрение разработки позволит снизить затраты на транспортировку электроэнергии в магистральных сетях, увеличить эффективность использования и продлить ресурс средств компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения. В 2020 году проект «Разработка распределенной интеллектуальной энергосистемы для управления потреблением» Центра компетенций НТИ на базе МЭИ получил награду в номинации «Технологический прорыв – 2020» и попал в ТОП-10 лучших проектов в номинации «Технологический прорыв НТИ». В 2021 году успешно состоялась опытная апробация разработанного решения на двух реальных электроэнергетических объектах: ПС 220 кВ «Славянская» филиала ПАО «ФСК ЕЭС» - Кубанское ПМЭС и филиале ПАО «ФСК ЕЭС» - ЦУС МЭС Юга.

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

В 2019 году создан программно-технический комплекс автоматизированного синтеза структурно-функциональных схем РЗА ЦПС, обеспечивающих заданные показатели надежности и экономичности. Это позволит сократить трудозатраты и увеличить степень автоматизации в разработке технических решений для цифровых комплексов РЗА и АСУ ТП при проектировании цифровых подстанций за счет применения эвристических механизмов, базы знаний, мультиагентных систем и других методов искусственного интеллекта.
В 2021 году была разработана программно-аппаратная платформа "NeuralGrid", на базе которой создаются цифровые системы защиты и автоматического управления электрическими подстанциями. Уникальность заключается в возможностях самонастройки, самоорганизации и самовосстановления системы после аварий без участия человека. Система использует специализированные методы ИИ для автоматического супербыстрого (10-ки миллисекунд) восстановления функций защиты и автоматики при множественных отказах в системе. Разработанная технология создает новый класс решений в электроэнергетике, "обнуляющие" конкурентные преимущества лидеров глобального рынка.

Создание важных объектов инфраструктуры

В 2019 году на базе испытательного полигона был создан Центр коллективного пользования, в рамках которого организована реализация услуг по предоставлению доступа к научно-исследовательской инфраструктуре Центра компетенций НТИ на базе МЭИ.
В 2019 году в состав Испытательного полигона Центра НТИ МЭИ в 2019 году был интегрирован полигон TestBed Энерджинет, созданный в рамках проекта «Архитектура IoEN» при поддержке Фонда НТИ. Создание киберфизического полигон цифровой электроэнергетики "Testbed "Энерджинет", работающего на основе технологии Power Hardware in Loop (PHIL), является первым подобным проектом в России и одним из немногих в мире. Ввод в эксплуатацию полигона "Testbed "Энерджинет" станет важной вехой в реализации плана мероприятий "Энерджинет", так как позволит проводить испытания реальных силовых устройств с включением их в контур цифрового моделирования. В 2020 году проект Центра компетенций НТИ на базе МЭИ «Киберфизический полигон цифровой электроэнергетики» попал в ТОП-50 лучших проектов в номинации «Технологический прорыв НТИ»
В 2020 году был создан лабораторный комплекс кибербезопасности, в состав которого входят программное обеспечение и технические средства анализа сетевого трафика на предмет определения и локализации киберугроз.
В 2021 году введен в эксплуатацию демонстрационный полигон интеллектуальных систем управления микрогрид. В состав демонстрационного полигона входят устройства для имитации подключенных ветрогенераторов и солнечных электростанций к модели энергосистемы; устройства для моделирования работы систем в островном режиме; устройства для управления перетоками электроэнергии между участками сети; устройства для сбора данных о функционировании оборудования, устройства для визуализации измерений и результатов проводимых испытаний.
В 2021 году состав структуры Центра дополнился отделом по работе с иностранными заказчиками.
В 2021 году Киберполигон Центра НТИ МЭИ, объединивший функционал испытательного полигона «TestBed» Энерджинет» и лабораторного комплекса кибербезопасности, занимающийся отражением угроз в энергетической отрасли, в 2021 году в рамках сотрудничества с «Лабораторией Касперского», первым в России присоединился к Национальному киберполигону.

Внедрение и коммерциализация результатов деятельности Центра

В 2019 году разработаны технологии автоматического проектирования комплексов защиты и автоматики для Цифровых подстанций, обеспечивающие заданные требования по надежности и технико-экономической эффективности. Технологии построены на базе применения методов ИИ и реализуют концепцию порождающего проектирования (generative design). В 2020 году ПАО «МРСК Центра и Приволжья» запустило проект по разработке программного комплекса автоматизации проведения функциональных испытаний цифровых систем защиты и автоматизации на основе технологий ИИ, разработанных Центром НТИ МЭИ.
В 2020 году разработаны технологии интеллектуального распределённого управления режимами энергосистем по напряжению реактивной мощности. Разработанные технологии формируют прогнозы изменения параметров работы энергосистем и обеспечивают автоматическое взаимодействие субъектов, имеющих разные цели, при оптимизации общего режима работы. В 2021 году состоялся успешный ввод в опытно-промышленную эксплуатацию опытного образец системы оптимизации режимов электрической сети с применением разработанных технологий.
В 2021 году на рынок выведен комплекс программных продуктов «Технологии Цифровых РЭС», включающий в себя многоцелевой набор инновационных решений для реализации задач проектирования и эксплуатации цифровых РЭС в части автоматизации проектирования электрической сети, а также автоматизации управления комплексом РЗА и режимом сети.:
- Программный комплекс «Автоматизации проектирования электрической сети», предназначенный для автоматизации проектирования комплекса технических средств систем электроснабжения крупных и средних потребителей с учётом минимизации капитальных и операционных затрат при обеспечении заданных показателей надежности электроснабжения потребителей. Для реализации данных продуктов в 2021 году с ЗАО «ЭнЛАБ» (эксклюзивным представителем в России компаний RTDS Technologies, Канада, Manitoba HVDC Research Centre (MHRC), Канада и Ponovo, Китай) был заключен договор дистрибуции программного продукта на территории Российской Федерации, Республики Казахстан, Республики Узбекистан.
- Продукт «Автоматизация управления комплексом РЗА и режимом работы сети» предназначен для автоматизации расчета уставок устройств РЗА микроэнергосистем и распределительных электрических сетей с распределенной генерацией.Система выполнена на базе микросервисной архитектуры, что позволяет использовать её функционал как оператором в режиме оффлайн, так и в виде облачного сервиса, работающего в режиме онлайн с максимальной автоматизацией процесса расчета и корректировки параметров срабатывания релейной защиты. Для реализации данных продуктов в 2021 году с ООО «Сател» (одной из ведущих российских IT-компаний, работающей на рынке цифровых и инфокоммуникационных технологий) был заключен договор дистрибуции программного продукта на территории Российской Федерации.

Создание и лицензирование РИДов

Центром компетенций НТИ на базе МЭИ было подано 14 заявок на патентование объектов интеллектуальной собственности. За три года заключено 16 лицензионных договоров передачи прав на РИД, из них 5 в 2021 году.

Среди перечисленных были оформлены права на РИД и заключены лицензионные договоры (3 шт.) для проекта «Программно-технический комплекс автоматизированного синтеза структурно-функциональных схем РЗА ЦПС, обеспечивающих требуемые показатели надежности и экономичности», являющийся приоритетным проектом Центра.

Консорциум

Проекты

Разрабатываемые в Центре компетенций НТИ на базе МЭИ проекты смогут преодолеть существующие ограничения, не позволяющие обеспечить эффективное масштабирование нового энергетического уклада.

Перечь проектов Центра:

Программно-технический комплекс автоматизированного синтеза структурно-функциональных схем РЗА ЦПС, обеспечивающих требуемые показатели надежности и экономичности

Разработанный ПТК ССФ РЗА позволяет проектировать РЗА ЦПС различных архитектур. Функции ПТК ССФ РЗА включают импорт главной схемы цифровой подстанции в формате SSD/SCD, анализ главной схемы и синтез структурно-функциональной схемы РЗА (включая схему технологической ЛВС) на основе анализа требований к защите первичного оборудования и нормативной документации (с использованием баз знаний и онтологии РЗА) с учётом выбранных пользователем параметров надежности и критериев экономичности.
Программно-технический комплекс автоматизированного синтеза схем микроэнергосистем из заданного набора элементов, обеспечивающих минимизацию капитальных и операционных затрат при обеспечении заданных показателей надежности электроснабжения потребителей

Разработанный ПТК СМГ позволяет проводить экспресс-проектирование микрогрид на этапе разработки разделов ОТР и П при проектировании систем электроснабжения. Использование результатов работ должно привести к снижению затрат на системы электроснабжения при строительстве новых микрогрид, снижению затрат на проектирование, снижение затрат на эксплуатацию систем электроснабжения на основе микрогрид.
Автоматизированная система расчета параметров срабатывания РЗА в микроэнергосистеме в режиме он-лайн

Разработанный ПК позволит увеличить степень автоматизации процесса расчета установок в электрических сетях с сильно меняющимися за короткий срок режимами (наличие большого количества ВИЭ и других распределенных генерирующих установок), обеспечив выполнение требований, предъявляемых НТД к устройствам РЗА, что невозможно сделать, используя традиционный подход к расчету и актуализации параметров срабатывания устройств РЗА. Создаваемая адаптивность устройств РЗА к изменениям режимов, в свою очередь, позволит повысить надежность и качество электроснабжения потребителей.
Автоматизированная система планирования работ по техническому обслуживанию и ремонтам на основе риск-ориентированной модели для оптимизации операционных затрат и обеспечения операционной надежности микроэнергосистем (сервис)

Разработанная система позволит снизить операционные затраты и повысить надёжность электроснабжения потребителей за счёт внедрения системы ТОиР, основанной на мониторинге физического износа оборудования с учётом оценки критичности воздействия выхода из строя данного оборудования на энергосистему. На основании анализа надёжности в ПТК формируются критерии критичности оборудования для энергосистемы при соотнесении со статистикой износа оборудования и формируется порядок проведения ТОиР.
Разработка и внедрение комплексов РЗА ЦПС с различными архитектурами (централизованная, децентрализованная, гибридная)

Разработка комплектов технической документации (стадии ОТР, П и РД) для комплексов РЗА различных архитектур позволит типизировать проектные решения и подходы к выбору архитектуры комплекса РЗА для конкретного объекта. Исследование функционирования комплексов РЗА с различной архитектурой позволит оценить надежность функционирования РЗА ЦПС в нормальном и аварийном режиме работы на натурных образцах комплексов РЗА. Данный проект позволит значительно ускорить процесс проектирования и внедрения РЗА для ЦПС.
Разработка распределенной интеллектуальной системы управления режимами ЭЭС по напряжению и реактивной мощности

Внедрение интеллектуальных распределенных систем, которые автономно способны обмениваться информацией и договариваться друг с другом о дальнейших действиях, приведет к поддержанию необходимого уровня напряжения в сети, что позволит улучшить качество электроэнергии и снизить потери при ее передаче, так как при изменении схемо-режимных ситуаций по районам, возникает необходимость изменения параметров управляющих устройств СКРМ. Системы являются гибкими и надежными благодаря учету потребностей соседних районов и нахождению компромиссных решений.
Разработка распределенной интеллектуальной системы управления распределительными электрическими сетями (микроэнерго-системами)

Распределенные интеллектуальные системы автоматического управления и защиты распределительных сетей необходимы для решения задач автоматической реконфигурации топологии в нормальных и аварийных режимах, обеспечения скоординированного управления группой объектов распределенной генерации, оптимизации режимов работы электрической сети. Разработка и внедрение таких распределенных интеллектуальных систем управления позволит обеспечить соблюдение требований, предъявляемых к качеству электроэнергии и надежности электроснабжения потребителей в условиях интеграции значительного количества распределенных генерирующих установок малой мощности (в том числе на базе ВИЭ) и накопителей за счет самонастройки и самоорганизации систем управления (в т.ч. РЗА и коммерческого учёта), предиктивного анализа генерации, потребления и накопления электроэнергии, автоматической оценки рисков возникновения аварийных ситуаций и оценки ущербов.
Разработка основных технических решений по внедрению накопителей электроэнергии и ВИЭ в электрических сетях

Разработка и внедрение накопителей электроэнергии и ВИЭ в системах собственных нужд ПС. Разработка системы электроснабжения с применением ВИЭ и накопителей электроэнергии, включая разработку системы предиктивного управления зарядом и разрядом батарей на основе прогнозов генерации и потребления. Разработка данной системы позволит снизить потери в СН энергообъектов.
Внедрение технологий, разрабатываемых Центром, при выполнении работ/оказании услуг по договорам с организациями реального сектора экономики.

Образовательные программы

За 2018-2021 гг. в Центре было подготовлено 248 специалистов, из них 94 – в рамках магистерских программ, остальные - в рамках ДПО. Специалистами Центра разработаны и запущены 2 новых программы магистратуры, 1 новая программа бакалавриата, реализуемая в сетевой форме совместно с ФГБОУ ВО Тольяттинский ГУ, а также 12 программ ДПО по тематике СКВОТ.

В 2021 году Центр реализует 3 магистерских программы и 12 программ ДПО.

На базе Центра НТИ МЭИ ежегодно начиная с 2018 года проводится международная молодежная научно-техническая конференция IEEE «Релейная защита и автоматика» и Секция "Электроэнергетика" международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»; сотрудники Центра являются членами жюри открытого конкурса работ студентов и аспирантов по электроэнергетической и электротехнической тематикам, выполненных с использованием симуляторов RTDS и PSCAD; выпускники новой программы магистратуры «Интеллектуальные системы защиты, автоматики и управления энергосистемами», разработанной и реализуемой Центром НТИ МЭИ, участвуют и занимают призовые места во Всероссийском конкурсе выпускных квалификационных работ технических вузов по электроэнергетической и электротехнической тематикам.

Образовательные программы Центра НТИ МЭИ реализовываются на высшем уровне профессионального образования:

высшее образование, магистерская программа «Интеллектуальные системы защиты, автоматики и управления энергосистемами»;
высшее образование, программа бакалавриата «Релейная защита и автоматика цифровых подстанций»;

В виде дополнительного образования и профессионального обучения, включающие в себя следующие виды обучения:

повышение квалификации с выдачей удостоверения о краткосрочном повышении квалификации по программам 72 академических часа;
стажировки в научных лабораториях и исследовательских центрах с выдачей удостоверения о краткосрочном повышении квалификации;
курсы и семинары с выдачей сертификата, в том числе с использованием технологии дистанционного обучения.

Направления программ дополнительного образования и профессионального обучения:

Цифровые комплексы АСУ ТП;
Наладка и испытания МП устройств РЗА соответствующих МЭК 61850;
Локальные вычислительные сети и протоколы передачи данных;
Основы кибербезопасности в электроэнергетике.

Новая программа подготовки магистров «Интеллектуальные системы защиты, автоматики и управления энергосистемами» разработана специалистами Центра НТИ МЭИ при поддержке ПАО «ФСК ЕЭС» в рамках реализации плана Минэнерго России по цифровой трансформации электроэнергетики и реализована на базе " Национальный исследовательский университет «МЭИ». Студенты нового направления получают необходимые знания для преодоления технологических барьеров ДК Энерджинет.

Программа подготовки «Релейная защита и автоматизация энергосистем» была существенно модернизирована для достижения новых целей, поставленных Минэнерго. Усовершенствованная программа включает проектирование, наладку и эксплуатацию РЗА цифровых энергосистем.