Цифровой советчик поможет при авариях

Ученые из Томского политехнического университета создали комплекс-советчик для диспетчеров энергосистем. Умная разработка подстраховывает технический персонал во время чрезвычайных происшествий. Комплекс работает параллельно с энергосистемой, это ее цифровой двойник. В случае сбоя или аварии программа позволяет диспетчеру ознакомиться с несколькими сценариями устранения проблемы и выбрать лучший.

Комплекс поддержки принятия решений (КППР) предназначен для любых энергосистем — ​от локальной подстанции до АЭС. Разработка открывает перед диспетчерами, обслуживающими объекты, новые возможности.

«Сегодня в арсенале диспетчерских служб есть разные средства, созданные для помощи персоналу, — ​поясняет один из авторов разработки, доцент отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Алексей ­Суворов. — ​Они контролируют работу энергосистемы, собирают данные. Если в сети что-то случилось, сообщают диспетчеру. Но ответа на вопрос: «Что делать?» программы не дают. Человек должен сам принять решение. Его неверные или запоздалые действия могут усугубить аварийную ситуацию. При этом каждый случай уникален, энергосистема, как живой организм, ведет себя по-разному, в зависимости от времени года, погоды, даже времени суток. Не бывает абсолютно одинаковых сбоев и аварий. Главная фишка нашего КППР в том, что он не только наблюдатель, но и советчик».

Цифры вместо интуиции

Комплекс поддержки принятия решений работает в одной из лабораторий ТПУ. На его создание ушло около трех лет. Авторы называют разработку надстройкой или новой функцией другого умного агрегата — ​мультипроцессорного моделирующего комплекса реального времени для энергосистем. Предыдущую версию комплекса ученые вуза начали создавать еще в 1990-х годах, опираясь на принципы гибридного моделирования.

Первым в ТПУ гибридное моделирование применимо к энергосистемам начал использовать профессор отделения электроэнергетики и электротехники Александр Гусев. Он объединил лучшие практики и свойства аналогового, физического и цифрового моделирования. Теперь исследования продолжают его ученики. Используя наработки учителя, несколько лет назад коллектив молодых ученых из лаборатории «Моделирование электроэнергетических систем» создал мультипроцессорный моделирующий комплекс реального времени для интеллектуальных энергосистем. За эту разработку они получили премию правительства России в области науки и техники. Моделирующий комплекс позволяет получать огромный объем информации о работе энергосистемы, данные хранятся на сервере.

«Энергосистема — ​объект сложный, на ней невозможно провести испытания, потому что это опасно, — ​продолжает Алексей Суворов. — ​Чтобы не действовать по наитию, можно создать ее математическую модель и ставить опыты на ней. На цифровом двойнике легко внедрить и проверить любые свои идеи и действия. Мультипроцессорный моделирующий комплекс реального времени отлично с этим справляется. Чтобы он не устарел, мы его постоянно обновляем и совершенствуем, так и появился комплекс поддержки принятия решений».

Виртуальный напарник

Для тестирования разработки ученые ТПУ создали эмулятор, который имитирует разные нештатные ситуации в энергосистеме. Причину сбоя видит и человек, и машина. Диспетчер с помощью комплекса подбирает варианты решения проблемы. Заложенное в КППР программное обеспечение содержит множество сценариев действий при чрезвычайных ситуациях, что ускоряет принятие решений.

«Система-советчик работает параллельно с энергообъектом, получает данные о состоянии оборудования, отслеживает и копирует все события, включая аварии, — ​продолжает Алексей Суворов. — ​Например, на атомной станции случилось короткое замыкание, сработала релейная защита, начал формироваться новый режим, он может не соответствовать нормам, а это чревато последствиями. Диспетчер должен вернуть режим в рамки, и на это у него есть не неделя, не сутки, а буквально несколько минут. КППР ему поможет. Человек проиграет несколько сценариев развития событий на цифровом двойнике, увидит, приведут ли его манипуляции к положительному результату или же, наоборот, усугубят проблему. Он может подкорректировать действия, а потом уже в реальной энергосистеме действовать безошибочно».

Инструмент гибридного моделирования позволяет персоналу принимать решения очень быстро. На ­нынешней элементной базе ученым ТПУ удалось достичь пятикратного ­ускорения.

«Например, вы увеличили нагрузку в реальной энергетической системе, на это ушло 10 секунд, в виртуальной системе этот же процесс можно имитировать всего за две секунды. За счет этого диспетчер на нашем комплексе может проверить больше действий», — ​говорит Алексей Суворов.

Дает только хорошие советы

Все компоненты системы, включая специальное программное обеспечение, были разработаны в ТПУ. Эффективность КППР проверили на энергосистеме Томской области. Ученые взяли за основу схему линий электропередачи, станций и подстанций региона и создали ее цифрового двойника. Имитировали перегрузки, короткие замыкания, нештатные отключения линий и поломки трансформаторов. Убедились, что комплекс поддержки принятия решений работает эффективно и дает только хорошие советы.

«Нынешняя версия КППР не окончательная, это экспериментальный образец, мы будем доводить его до совершенства, добавлять новые опции, — ​резюмирует Алексей Суворов. — ​Пока это не коммерческий продукт, создание промышленного образца впереди. Все зависит от интереса потенциальных клиентов и их желания инвестировать в проект. Установить КППР мы можем на любой энергосистеме, как самой современной, так и не новой. Чтобы внедрить цифрового двойника, модернизацию оборудования и сетей проводить не нужно».

Недавно о разработке томских ученых вышла статья в американском журнале IEEE Transactions on Power Systems, одном из самых авторитетных изданий в области энергетики, электротехнической и электронной промышленности, что свидетельствует об интересе к теме мирового научного сообщества.