Интеллектуальная энергетическая система: подходы к...

Интеллектуальная

энергетическая система:

подходы к разработке

архитектуры

19.11.2013

Холкин Дмитрий Владимирович,

Руководитель Центра системных исследований и разработок ИЭС

ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»

II международный форум

«SMART GRID & METERING»,

Москва

История вопроса: от концепции

к пилотным проектам

2

• Апрель 2012 г. – на Правлении ОАО «ФСК ЕЭС» одобрена Концепция интеллектуальной

энергосистемы с активно-адаптивной сетью (разработана НТЦ ФСК ЕЭС с участием

отраслевых и академических институтов)

• Август 2012 г. – создан Архитектурный комитет как орган НТС ОАО «ФСК ЕЭС» и РАН. В

настоящее время Архитектурный комитет «переехал» в ОАО «РОССЕТИ»

• Октябрь 2012 г. – сформировано 7 экспертных рабочих групп, в работу которых вовлечено

более 100 специалистов и экспертов

• Апрель 2013 г. – экспертными рабочими группами разработаны функциональные и

нефункциональные требования к ИЭС

• настоящее время – ведется разработка и обсуждение «Подходы к разработке эталонной

архитектуры ИЭС»

• настоящее время – ведется подготовка к инициации ряда пилотных проектов ИЭС

Консенсус о целесообразности

перехода к интеллектуальной

энергетике достигнут

• Новые требования потребителей («цифровой» спрос)

• Масштабное развитие распределенной генерации

• Госполитика повышения эффективности

• Неиспользованные возможности новых технологий

• Глобализация энергетических рынков и инфраструктур

3

Энергетика как система систем

– основное качественное

структурное изменение

Свойства системы систем:

• независимое управление жизненным циклом элементов системы

• независимое функционирование элементов системы

• эмерджентность от объединения элементов в систему

• эволюционное развитие системы

• географическая распределенность элементов системы

Инфраструктура

должна

поддерживать

это!

4

Ключевые требования к

развитию инфраструктуры

определены

• Саморегулирование, непрерывный самоконтроль, самовосстановление

отдельных элементов или участков сети после аварии

• Обеспечение качества электроэнергии, соответствующего

требованиям современной высокотехнологичной экономики

• Поддержка и мотивирование потребителей быть активными

участниками электроэнергетической системы

• Поддержка развития энергетических рынков (многообразие,

быстротечность торговых операций)

• Поддержка формирования новых рынков сервисов для различных

пользователей

• Интеграция в сеть всех типов устройств пользователей сетевых услуг

• Оптимизация состава и повышение эффективности использования

активов электросетевого комплекса и электроэнергетики в целом

• Обеспечение физической и кибернетической защищенности

• Ускорение и удешевление создания, эксплуатации и развития системы

Активность

Клиенто-

ориентированность

Адаптивность

5

Продолжается дискуссия о

способах перехода к ИЭС

6

Активность Клиентоориентированность Адаптивность

Насыщение сети активными

элементами

Конструктор сервисов Структурная адаптивность

Информатизация

технологических и

управляющих процессов

Конструктор бизнесов Само-администрирование

системы

Применение распределенных

активных систем управления

Конструктор технических

систем

Smart Grid 1.0 –

ориентированный

на учет и

измерение

Smart Grid 2.0 –

ориентированный

на операции Smart Grid 3.0 –

ориентированный

на пользователя

За

тр

аты

Эффекты

6

Эталонная архитектура должна

определить организацию

кибер-слоя

Архитектура - это основа организации системы, воплощенной в ее

компонентах, их взаимоотношениях друг с другом и с окружающей

средой, и принципах ее разработки и эволюции

7

Бизнес

Информационно-управляющие

системы

Энергетические объекты

Основной

предмет для

эталонной

архитектуры

Назначение эталонной архитектуры:

• Улучшить взаимопонимание заинтересованных сторон

• Обеспечить нацеленность развития инфраструктуры на

текущие и перспективные требования пользователей

• Обеспечить практическую реализацию наиболее

прогрессивных способов создания ИЭС

• Обеспечить совместимость создаваемых и существующих

систем при помощи стандартов

• Обеспечить целенаправленное развитие технологий,

критических для полноценной реализации ИЭС

7

Эталонная архитектура =

Фреймворк + Типовые архитектуры

SGRА (мандат M/490) -

фреймворк для эталонной

архитектуры ИЭС

Критерий анализа NIST EPRI M/490 CRISP Microsoft ABB Cisco

Технологическая нейтральность

архитектуры

Современный уровень методологии

- - - -

Соответствие требованиям к ИЭС

- - - -

Архитектура соответствует рассматриваемому критерию Архитектура не соответствует рассматриваемому критерию

SGRA (Smart Grid Reference Architecture) - разработана консорциумом организаций по

стандартизации CEN-CENELEC-ETSI в рамках мандата M/490 Европейской комиссии

8

Фреймворк:

концептуальная схема

9

Концептуальная модель энергосистемы позволяет сформировать понимание каждой

составляющей энергосистемы и исследовать взаимосвязь между ее основными элементами

Фреймворк:

архитектурная модель

10

Модель позволяет формировать целостное отображение определенного варианта

использования с учетом взаимосвязи элементов между слоями

Фреймворк:

структура слоя

11

Объекты размещаются (локализуются) на соответствующем месте архитектуры, что

позволяет всесторонне и системно описать объект и его взаимодействия с другими

объектами для разных вариантов использования

Фреймворк:

порядок разработки

12

12

Фреймворк: рекомендации по

использованию стандартов и

технологий

Рынок

Предприятие

Операции

Станция/

подстанция

Полевое оборудование

Физические

Процессы

Крупная генерация

Передача РаспределениеРаспределенные

энергоресурсыПотребители

(J) Торговые (рыночные) сети(K) Транснациональные сети

(I) Сети управления генерацией

(L) Городские коммуникационные сети

(WAN)

(F) Межподстанционные сети

(E) Внутриподстанционные сети подстанций

(D) Внутриподстанционные сети

вторичных подстанций

(C) Сети полевого оборудованияподстанции (FAN)

(B) Сети провайдеров

(M) Сети полевого оборудования генерации (FAN)

(A) Абонентская сеть (SAN)

(H) Корпоративная сеть(G) Сети ЦУС/ЦОД

Целесообразно на

основе концептуальной

схемы выделить классы

систем и детально

прорабатывать типовые

архитектуры,

рекомендации по

использованию

стандартов и

технологий

13

Инновационный архитектурный

стиль – способ обеспечения

запланированных свойств ИЭС

Активность

Клиенто-

ориентированность

Адаптивность

Мультиагентный подход к управлению

Семантические подход к работе с данными

Модульная платформа с открытой архитектурой

14

Архитектурные решения:

мультиагентный подход к

управлению

Мультиагентные системы характеризуются тем, что каждый участник такой системы

управления имеет агента с набором целей и приоритетов, заданных владельцем,

который самостоятельно реагирует на изменение среды и взаимодействует с другими

агентами для координации действий и совместного принятия решений

Эффекты:

• Надежное управление при слабых коммуникациях

• Лучший учет специфических правил и ограничений использования оборудования

• Облегченная самонастройка и развитие систем управления

15

Архитектурные решения:

семантический подход к работе

с данными

По мере роста сложности моделей данных, которыми обмениваются информационные

системы, и количества участников взаимодействия, появляется необходимость того,

чтобы информационная модель (мета-данные) хранилась в системе в явном виде с учетом

своего жизненного цикла

Эффекты:

• Обеспечение интеграции разнородных систем

• Обеспечение эволюции моделей данных

16

Архитектурные решения:

модульная платформа с

открытой архитектурой

Основная задача системной платформы состоит в том, чтобы при помощи

универсальных интерфейсов скрыть от прикладных систем особенности

вычислительного и технологического оборудования, систем передачи информации

Эффекты:

• Внедрение стандартов де-факто

• Повышение качества, быстродействия, надежности и кибербезопасности систем

• Облегчение комбинации решений на базе модулей различных разработчиков

17

Фреймворк может быть

использован для практической

работы уже сейчас

1. Представить

архитектуру ИЭС на

универсальном языке

2. Разрабатывать

архитектуру ИЭС на

основе целостного

системного видения

3. Осуществлять проверку

соответствия

архитектуры

рекомендациям

4. Выявлять "пробелы" в

стандартизации

5. Специфицировать

разработку новых

технологий

18

Фреймворк – это возможность развития инфраструктуры на основе

системного видения и комплекса совместимых технических решений

Дальнейшие планы

1. Перевод материалов SGRA, их адаптация на основе практики

2. Апробация и уточнении базовых архитектурных решений

– в т.ч. разработка фреймворка системной платформы мультиагентного

управления

3. Разработке типовых архитектур для различных классов ИЭС на

основе комплексных пилотных проектов

– SuperGrid

– MicroGrid

– MiddleGrid

19

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

www.grid2030.ru