Координация работы энергетической системы Европы

Сокращенный вариант доклада, опубликованного в материалах конференции CIGRE, GUILIN 2009

РАЗВИТИЕ РЫНКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Предпринимаемые сегодня операторами систем электропередачи (СЭП) усилия по обеспечению надежного функционирования электроэнергетических систем должны дополняться координацией  их взаимодействия. Слабые стороны координации хорошо известны — отсутствие общей и региональной  сетевой прозрачности, сегментированный анализ надежности и использование различных его моделей. Это препятствует совместной работе  и скоординированным действиям,  направленным на ликвидацию аварий, борьбу с перегрузками, вызываемыми нештатными ситуациями, влияющими на работу энергосистемы. Такой ограниченный подход каждого оператора СЭП к собственной электросети  является одной из главных причин недавних сбоев энергообеспечения в Европе (сентябрь 2003 г. и ноябрь 2006 г.). В настоящее время изменяются условия функционирования энергосистемы, и европейские операторы СЭП должны одновременно учитывать такие важные факторы, как:
• эксплуатационная надежность энергетических систем, в которых используются такие новшества, как фазосдвигающие трансформаторы или кабели высокого напряжения постоянного тока;
• значительное увеличение доли возобновляемых источников энергии,  особенно ветроэнергетики, которая уже обеспечивает генерацию 20 ГВт в Германии, быстрое развитие этой отрасли также наблюдается в других европейских странах;
• развитие рынка электричества — создание новых межсетевых соединений,  увеличение объемов транспортировки электроэнергии через границы.

СЕРЬЕЗНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

Следствиями вышеотмеченных изменений являются:
• рост непостоянства потоков энергии  в течение суток, что обусловлено  характером генерации (включая возобновляемые источники энергии) и внутрисуточными изменениями в реальном времени;  параметры, которые вчера могли рассматриваться как хорошо  известные и фиксированные на сутки вперед, теперь изменяются в течение суток;
• колебания мощности, связанные с непостоянством ветроэнергетической генерации или изменениями в коммутации отводов фазосдвигающих трансформаторов, имеют региональное значение. Некоторые  параметры могут иметь более  существенное значение по сравнению с национальным масштабом.

К сожалению, действия операторов  СЭП до сих пор характеризовались тремя особенностями:
• анализ надежности был подготовлен на основании данных на сутки вперед;
• в модели взаимодействия включались  только их собственные сети,  и во внимание принималось сотрудничество только с непосредственными соседями;
• модель взаимодействия между операторами строилась на основе двухсторонних отношений.

Все это ослабляет координацию действий операторов СЭП и приводит к следующим отрицательным последствиям:
• отсутствие общего, распространяющегося  на крупный регион, видения проблем;
• сегментированные анализы надежности,  использование их различных моделей, что препятствует совместному анализу;
• отсутствие общего подхода к разработке скоординированных действий, направленных на устранение проблем;
• продолжительный и сложный период принятия решений в проблемных ситуациях, когда их должны принимать более двух операторов.

СОЗДАНИЕ CORESO

Для обеспечения надежного электроснабжения  потребителей компании RTE и ELIA предложили создать специализированный координационный центр, в котором были бы объединены  технические ресурсы и профессиональный опыт операторов СЭП.

СORESO — центр координации операторов электроэнергетических систем. Он был создан 18 декабря 2008 г. компаниями RTE и ELIA — операторами Франции и Бельгии соответственно. CORESO является компанией с ограниченной ответственностью, дочкой операторов СЭП, которой в соответствии с законодательством Бельгии управляют ELIA, Национальная  электрическая сеть и RTE. Формат  организации позволяет в дальнейшем включать в ее состав новых партнеров.

Задачами центра являются:
• выработка с участием сетевых операторов общего подхода к работе путем объединения документации  разных стран в обобщенные  файлы для операторов европейской сети передачи электроэнергии (UCTE) в различных временных интервалах (недельный — D-1, внутрисуточный, в реальном времени);
• выполнение анализа надежности на основании обобщенных и детализированных  документов UCTE, моделируя последовательность N-k аварий на основе известных событий или принимая во внимание  различные варианты факторов,  таких, как генерация за счет энергии ветра, коммерческие аспекты взаимоотношений между странами. Также к задачам центра  относятся оценка взаимного влияния сетей разных государств и обеспечение повышенной надежности  сетей в крупных регионах,  а не только в национальном масштабе;
• разработка операторами систем электропередачи оптимизированных  и согласованных действий, которые необходимы для эффективного  управления рисками (топология сетей, объемы генерируемой энергии и т.д.).

Создание центра CORESO позволит разработать процедуру обеспечения «взаимной надежности», которая так же эффективна, как скоординированное  взаимодействие рынков. Основной целью CORESO является обеспечение энергетической безопасности при возникновении непредвиденных  обстоятельств, связанных с общими проблемами надежности в Центральной и Западной Европе.

В CORESO работают специалисты, пришедшие из компаний — операторов СЭП. Все они обладают знаниями и опытом для решения проблем надежности  и работы сетей и прошли специальную подготовку. Центр работает 7 дней в неделю с 15.00 до 23.00.

Программное обеспечение, используемое в CORESO, разработано в компаниях ELIA и RTE. Оно включает три основные функции:
• наблюдение: с помощью дисплея SCADA осуществляется мониторинг  состояния сети и имеется доступ к детальной топологии подстанций;
• оценка: совместная работа сетей и средства для оценки надежности;
• документирование: объединение файлов, результатов оценки надежности,  предложенные меры по устранению неисправностей, которые утверждает CORESO, предоставляются  в распоряжение операторов СЭП для более полного информирования и повышения надежности электроснабжения.

ФУНКЦИИ CORESO

Каждый оператор предоставляет свои суточные прогнозы по возможным  перегрузкам (DACF-файлы*), которые затем объединяются в обобщенный UCTE-файл. На этом первом этапе особое внимание  уделяется точности  данных для того, чтобы гарантировать достоверность конечных результатов.

На основании обобщенного файла  специалисты CORESO проводят анализ надежности, в котором моделируются  отключение любой линии 380 кВ и любого генератора, включенного в эту сеть. Более того, как это определено компаниями ELIA и RTE, моделируется отключение шин 380 кВ в Бельгии и Франции (поскольку последствия  аварий могут сказаться на всей территории Центральной Европы). Этот полный анализ проводится как минимум для шести интервалов времени,  определяемых по DACF-файлам. Кроме того, в случае возникновения  конкретных ситуаций — изменение  программ в Центральной Европе, авария, уровень генерации электроэнергии от возобновляемых источников и т.д. — инженеры CORESO могут добавить в программу действий другие временные метки для составления детализированных файлов.

Последний этап в программе действий — рассмотрение выявленных ограничений для работы сети в следующие  сутки и разработка мер по решению этих проблем. Некоторые варианты событий могут быть проанализированы на основе информации о реальных ситуациях в энергосети для моделирования колебаний спроса на передачу электроэнергии через определенную  географическую границу, связанных с суточным изменением потребности в электроэнергии или новыми факторами, касающимися генерации электроэнергии ветроэнергетическими комплексами. Таким  способом оценивается надежность  сетей, моделируются  различные сценарии развития событий, например, неожиданное прекращение  доступа к линии передачи, и затем разрабатываются  меры, которые необходимо предпринять  для управления  последствиями нештатных ситуаций. Результаты этих анализов  в сочетании с предлагаемыми действиями  передаются  в национальные центры, контролирующие  работу операторов,  которые несут ответственность за эксплуатацию подведомственных  им сетей.

CORESO принимает непосредственное  участие в процессе принятия  операторами СЭП решений, касающихся надежности переходов между сетями и обмена мощностями, что дает возможность операторам реагировать на изменения ситуаций в сети и оптимизировать принимаемые решения. Операторы при этом являются ответственными за них. CORESO облегчает процесс принятия решений, основываясь на оценке общей ситуации с учетом надежности взаимосвязанных сетей.

В реальности ответственность за эксплуатацию сети и меры по обеспечению ее надежной работы остаются за каждым оператором СЭП, который оценивает ежесуточную ситуацию, анализирует адекватность мер, предложенных CORESO, и в конечном счете  осуществляет необходимые действия.

ПЕРВЫЕ ПОЗИТИВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ,
ПОЛУЧЕННЫЕ В НАЧАЛЬНЫЙ ПЕРИОД РАБОТЫ CORESO

В течение первых четырех месяцев работы CORESO продемонстрировал  положительный эффект от своей ежедневной работы. Вот несколько случаев выявления CORESO проблем и предложений по их решению:
• 30 апреля 2009 г. во время передачи повышенного потока мощности с севера на юг в бельгийской сети в CORESO была обнаружена перегрузка из-за возникновения нештатных ситуаций в соединительной  линии во Франции. Специалисты CORESO предложили скоординированные действия по восстановлению работоспособности в обеих странах — переключение  фазосдвигающего трансформатора  в Бельгии и изменения в топологии сети во Франции. Предложения CORESO были приняты и использованы операторами;
• 4 мая 2009 г. CORESO предложил заменить дорогостоящую восстановительную  операцию (перенаправление  потоков мощности) во Франции на другую, которая не требовала затрат (изменение точки коммутации ФСТ в сети оператора Монсо, Бельгия). В результате компании RTE удалось избежать дорогостоящих восстановительных работ;
• 24 июня 2009 г. CORESO выявил самые большие с февраля этого года встречные потоки в бельгийской сети и крайне напряженную ситуацию на севере Франции и предложил на основе предварительного  анализа несколько корректирующих  мер: переместить положение отвода ФСТ оператора ELIA в положение № 5 и произвести  множественную активную адаптацию топологий на французских подстанциях.

Более того, в CORESO был проведен анализ имевших ранее место нештатных ситуаций, которые не оказались в числе прогнозируемых на сутки вперед, для того чтобы попытаться  понять причины реальной аварийной ситуации. Такой случай отмечен 10 июня 2009 г.: в CORESO был сделан прогноз о том, что мощность  потоков с севера на юг выйдет  за пределы, принятые в Бельгии (1200 МВт). Эти потоки должны были привести к переключениям в ФСТ операторами СЭП.

Были также дополнительные ограничения на границе между сетями  операторов Transpower (Германия)  и TenneT (Нидерланды), но эти операторы не осознали значения  перегрузок в Бельгии и не видели  необходимости своевременно их регулировать. Поэтому действия, предпринятые этими операторами, привели к тому, что, несмотря на дополнительные  переключения в ФСТ, перегрузки оказались выше ожидавшихся  и в утренние часы вышли за допустимые границы.

Эта ситуация показала, что двусторонняя  координация недостаточна для решения всех проблем в зоне Центральной и Западной Европы. Только многосторонние взаимоотношения  между сетевыми операторами, при поддержке  организаций, подобных CORESO, могут помочь избежать таких случаев.

ПЕРСПЕКТИВЫ

Опыт, приобретенный в рассмотренных ситуациях, важен для CORESO по следующим причинам:
• поступающие в распоряжение CORESO данные и собственное программное обеспечение являются  весьма эффективным средством для моделирования больших сетей в Центральной и Западной Европе;
• качество файлов, в которых CORESO объединяет информацию от операторов СЭП для подготовки  физических цепей взаимного перехода из одних сетей в другие по недельному графику работы, подтвердилось в ряде важных ситуаций. Диспетчеры сетей теперь  абсолютно уверены в том, что прогнозы CORESO лучше, чем национальные;
• более широкий взгляд на сеть, как на недельный период, так и при рассмотрении ситуации в текущий момент времени, дает возможность центру CORESO предлагать  решения по обеспечению нормальной эксплуатации сети, предоставляя необходимую информацию  соответствующим операторам СЭП, какой в их распоряжении  раньше не было. Таким образом CORESO способствует обеспечению совместимости сетей в зоне Центральной и Западной Европы;
• скоординированные меры, направленные на обеспечение нормальной работы сетей, предлагаемые CORESO, являются эффективными, менее дорогостоящими и часто используются операторами, что свидетельствует о возрастающем доверии к CORESO.

С 1 июля 2009 г. CORESO работает круглосуточно и предоставляет операторам СЭП необходимые данные. Помимо ежедневных прогнозов, CORESO будет совершенствовать методы исследований на основе сведений о конкретных ситуациях в сетях Центральной и Западной Европы. При этом будет использовано  компьютерное моделирование для получения результатов через каждые 15 минут. Эти данные предназначены для оценки надежности европейской системы электроснабжения и для принятия решений о том, какие меры необходимо принимать в конкретных ситуациях. Шкала, почти соответствующая реальному времени, особенно важна в контексте настоящего состояния европейской сети, в которой постоянно увеличивается доля электроэнергии  от возобновляемых источников,  работа которых имеет неравномерный характер. Также важно принимать во внимание дальнейший рост обмена электроэнергией через границы государств на европейском рынке электричества.

В рамках сотрудничества с Национальной  сетью (National Grid) планируется разработка новых энергетических проектов, таких, как строительство офшорных ветровых ферм и прокладка новых кабелей постоянного  тока в проливе Ла-Манш и Северном море (между Англией и Нидерландами, Англией и Бельгией). Усиленная координация взаимодействия ELIA, RTE и National Grid, организованная CORESO, внесет свой вклад в практическую реализацию этих проектов.

Перевод Святослава ЮРЬЕВА

* Файл DACF (Day Ahead Congestion Forecast): каждый день каждый оператор, работающий в зоне UCTE, формирует специальный документ (файл), в котором прогнозируется  состояние его собственной сети на предстоящие сутки (т.е. графики генерации мощности, международные потоки электроэнергии и отказы в доступе к электростанциям и сетевым компонентам). Этот файл содержит значимую информацию, касающуюся нагрузок и генерации, сетевых элементов (аварии, топология, электротехнические данные…). Более того, на сайте Vulcanus публикуется общий баланс (например, потоки в рабочих линиях).