 |
5.3. Архитектура интеллектуальных энергосетей фирмы Майкрософт
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Что такое эталонная архитектура интеллектуальной энергосистемы.
2. Процессы и ресурсы, с помощью которых создаются интеллектуальные энергосистемы.
3. Какие сетевые шины может включать в себя эталонная архитектура.
4. Из чего состоит распределенный интеллект эталонной архитектуры.
5. Назначение услуги передачи данных.
6. В чём заключается распределенное сохранение данных.
7. Что относится к ядру эталонной архитектуры.
8. Назначение шины обработки комплексного события в режиме реального времени.
9. Какие рабочие данные подаются на шину рабочих ∕ нерабочих данных.
10. Что используют в составе удалённого компонента для децентрализации интеллектуального управления.
11. Назначение накопителя нерабочих данных в составе подстанции.
12. Для чего предназначен элемент анализа в составе подстанции.
Лекция рассмотрена и одобрена на заседании кафедры ВИЭ и ЭСС,
протокол №______ от______________
Лекцию разработал доцент кафедры ВИЭ и ЭСС
Н. М. Шайтор
«Утверждаю»
Директор ИЯЭИП
В. А. Кирияченко
« »_____________20___г.
Лекция №16
Тема лекции: Архитектура интеллектуальных энергосетей фирмы Майкрософт
Изучаемые вопросы:
1. Принципиальные планы интеллектуальной энергетической экосистемы.
2. Эталонная архитектура версии SERA.
3. Обзор общей архитектуры предприятия электроэнергетики.
Учебная цель:
Ознакомить студентов с основами интеллектуального управления ЭЭС, с архитектурой интеллектуальных энергосетей фирмы Майкрософт.
Время: 2 часа
Литература:
1. Основные положения концепции интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью. Разработана по заказу ОАО «ФСК ЕЭС» ОАО «НТЦ электроэнергетики» с привлечением отраслевых и академических институтов. Концепция рассмотрена и одобрена на совместном заседании НТС ОАО «ФСК ЕЭС» и Российской академии наук в октябре 2011г.
|
|
|
2. Политика инновационного развития, энергосбережения и повышения энергетической эффективности ОАО «Россети» Утверждено Советом директоров ОАО «Россети» (протокол № 150 от 23. 04. 2014).
3. Эталонная архитектура интеллектуальных энергосетей. Под ред. Ларри Кохейна. Microsoft Corporation, 2013 г.
5. 3. Архитектура интеллектуальных энергосетей фирмы Майкрософт
Принципиальные планы интеллектуальной энергетической экосистемы. В последние несколько лет подвергаются значительному пересмотру и заметным изменениям структура, инженерные особенности и задачи, решаемые мировыми энергосистемами. Проблемы, связанные с уменьшением отрицательного воздействия климатических изменений, появление на рынке гибридных автомобилей с подзарядкой от электросети, рост мирового спроса на электроэнергию — вот основные факторы, которые стимулируют разработку интеллектуальных энергетических экосистем, рис. 5. 8.
Общественные изменения, связанные с переходом к интеллектуальной энергетической экосистеме, по своим масштабам сравнимы с появлением самих электрораспределительных сетей. Если это действительно так, в чем нет никаких причин сомневаться, то столь динамичное развитие наверняка затронет все аспекты энергетической отрасли и серьезно отразится на деятельности компаний-участников.
Стив Балмер, генеральный директор Майкрософт, так прокомментировал стремление компании разрабатывать технологии интеллектуальных энергосетей на ежегодной конференции Cambridge Energy Research Associates в 2012 году: «К 2035 году потребление электроэнергии вырастет на 40 % или более. Я затрудняюсь назвать точную цифру. Причиной этому послужат рост населения планеты, перемещение людей из сельской местности в города и экономический рост стран Азии. Уже через 15 лет население городов мира вырастет приблизительно на 2 млрд. человек.
|
|
|
Мне совершенно ясно, что будущее энергетики — не только в мерах по экономии электроэнергии. Должно произойти нечто большее, и оно непременно произойдет, как это уже случалось в большинстве отраслей. Мы войдем в это будущее не только за счет эффективности и экономии, но и благодаря инновациям. Мы разделяем мнение о том, что перспектива преобразования современной энергетической инфраструктуры лежит в сфере облачных вычислений. В результате энергетические компании, операторы, менеджеры систем транспортировки электроэнергии и отдельные граждане смогут участвовать в данном процессе и оказывать помощь на всех его этапах, начиная от производства электроэнергии и заканчивая процессами потребления».
Поддерживая это перспективное направление развития, компания Майкрософт обновила свою эталонную архитектуру - стандарт SERA1 до последующей версии - стандарта SERA2, в которой свела воедино представления ведущих компаний отрасли об интеллектуальной энергетической экосистеме.
Международной электротехнической комиссией (МЭК) создана комплексная платформа общих технических стандартов интеллектуальных энергосетей. Силами этого органа разработаны пять основных стандартов, лежащих в основе любых реализаций интеллектуальных энергосетей, среди которых:
- IEC/TR 62357 — платформа разработки стандартов автоматизации энергоснабжения и описание концепции;
- концепция сервис-ориентированной архитектуры (SOA);
- IEC 61850 — автоматизация подстанций и их развитие;
- IEC 61970 — система управления энергоснабжением: определения CIM и GID;
- IEC 61968 — система управления распределительными сетями: определения CIM и CIS;
- IEC 62351 — безопасность.
В свое время именно создание технических стандартов, позволяющих объединять интеллектуальные разработки различных компаний на общей платформе, послужило толчком к разработке интеллектуальной энергетической экосистемы. Компания Майкрософт внесла значительный вклад в разработку архитектурной философии, в перспективы развития и создание прочного фундамента для перехода к новой инфраструктуре. В разработках компании были впервые обрисованы службы мониторинга, управления и создания отчетности по активам, входящим в состав энергосетей нового типа.
|
|
|
Рисунок 5. 8. Интеллектуальная энергетическая экосистема
Обновление эталонной архитектуры производилось на основе комплексной платформы общих технических стандартов МЭК. Однако интеллектуальная энергетическая экосистема требует постоянного развития и никогда не может считаться окончательно завершенной.
Чтобы отрасль шла в ногу со временем, соответствующие информационные технологии развивались с феноменальной скоростью. Совместно со своими партнерами Майкрософт предлагает ИТ-решения в связи с появлением новых задач операционной деятельности, общих для всех энергетических компаний мира. Эти технологии интегрируют в себе компоненты, отвечающие за приобретение топлива, производство, передачу и распределение электроэнергии, её продажу, сервисное обслуживание и ремонт генерирующего и сетевого оборудования. В результате энергетические компании получают возможность не только решать эти задачи, но и изменять свои бизнес - модели для извлечения максимальной прибыли из меняющейся экосистемы при эффективном производстве и распределении энергии. Новые технологии разработаны с учетом того факта, что предприятия электроэнергетики с поддержкой интеграции в ИТ - инфраструктуру получили возможность улучшать работоспособность всех компонентов энергосистемы и обмениваться с ними данными.
Ключевым технологическим инструментом реализации интеллектуальной энергетической экосистемы является интеллектуализированная энергосеть, состоящая из новых интеллектуальных устройств, подключенных к вычислительным сетям. При этом «Энергосеть» превращается в «экосистему», в которой потребители электроэнергии играют роль не только клиентов, но и производителей электроэнергии.
|
|
|
Таким образом, новые способы взаимодействия с клиентами позволят энергетическим компаниям развивать новые направления бизнеса и выстраивать с ними новые взаимоотношения. Отзывы клиентов через веб-сайты, звонки в клиентскую службу, комментарии в социальных СМИ и прочие каналы сбора отзывов будут использоваться в практике работы всех подразделений энергетических компаний, независимо от занимаемого ими места в корпоративной иерархии.
Новые технологии позволяют работать интеллектуальной энергетической экосистеме в автономном режиме с ориентацией на клиентов в тех случаях, когда основных мощностей недостаточно и экосистеме требуются новые мощности, генерируемые на площадках клиентов. Эти мощности могут поступать от массивов солнечных панелей на крышах коммерческих зданий или частных домов, а также внутридомовых устройств накопления электроэнергии. А при наличии миллионов владельцев гибридных автомобилей с подзарядкой от электросети (PHEV), интеллектуальную энергетическую экосистему можно настроить таким образом, чтобы потребители приобретали электроэнергию в сети в ночное время, во время отсутствия пиковой нагрузки. Тогда, если энергосети потребуются дополнительные мощности при пиковой нагрузке, она сможет обратиться к электроэнергии, запасенной в этих электромобилях.
Описанные выше новые источники электроэнергии предъявляют новые требования к ИТ - системам, применяемым для мониторинга и управления электрическими сетями. Например, они требуют создания новых схем биллинга (автоматизированной системы предоставления услуг, их тарификации и выставления счетов для оплаты), методов обслуживания клиентов и способов заключения договоров.
Интеллектуальные энергетические экосистемы позволяют создать новый тип инноваций, таких как виртуальные электростанции (VPP – Virtual Power Plant), которые являются многообещающей сферой применения технологий интеллектуальных энергосетей. Виртуальная электростанция - это ИТ - система, способная оптимизировать использование энергетических мощностей за счет применения различных средств управления, а также координации выработки электроэнергии и спроса на нее.
Доступ к разрозненным источникам электроэнергии производится с помощью программного обеспечения, воздействующего на подключение и отключение физических генерирующих мощностей. Виртуальные электростанции управляют широким спектром генерирующих объектов от крупных генерирующих узлов, таких как комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ) и гидроэлектростанции, до меньших по масштабу объектов, таких как аварийные газотурбинные генераторы, ветряные и солнечные электростанции, аккумулирующие устройства, рис. 5. 9.
|
|
|
Рис. 5. 9. Пример виртуальной мини-электростанции VPP
Технология VPP потенциально может помочь при решении широкого спектра задач, стоящих перед энергетическими системами. С ее помощью можно решить проблему нехватки генерирующих мощностей, преодолевать проблемы перегрузки энергосети и предотвращать перебои с подачей электроэнергии. Кроме того, она позволяет интегрировать в энергосеть значительную долю нерегулярно работающих генерирующих мощностей, а также обеспечить надежность и безопасность передачи электроэнергии. Виртуальные электростанции служат хорошим примером инноваций, появлению которых будет способствовать интеллектуальная энергетическая экосистема.
Эталонная архитектура версии SERA. Версия SERA от Майкрософт - это единообразная платформа, определяющая направление внедрения интеллектуальных систем в конкретной предметной области. Стандарт отражает передовые достижения технического, делового или нормативно-правового плана, с возможностью его дальнейшего развития, рис. 5. 10. Полученные и развернутые в результате этой деятельности системы образуют интеллектуальную энергетическую экосистему.
Рис. 5. 10. Пять основных направлений версии SERA
Невероятное разнообразие генерирующих мощностей в энергетической отрасли делают невозможным создание согласованного, единого и подробного представления отдельной архитектурной платформы, которую можно было бы применять во всех случаях. Поэтому стандарт SERA нацелен на решение задач широко распространенных систем и их проблем, с возможностью их изменения и расширения.
Использование интеллектуальной энергетической экосистемы требует управления широким спектром информации, а также организации доступа к ней и создания средств анализа. Некоторая часть этой информации является специфичной для энергетической отрасли, в то время как остальной объем используется в широком спектре других отраслей.
Многие из этих информационных моделей прямо или косвенно определяются отраслевыми стандартами, такими как IEC Common Information Model (CIM), в то время как другие являются результатом применения более широких стандартов или моделей информации, разработанных поставщиками систем.
На рис. 5. 11 приведено представление логических взаимосвязей между моделями предметных областей, напрямую определяемых или подразумеваемых в различных стандартах и спецификациях, предлагаемых IEC. Эта эталонная архитектура известна под названием «эталонная архитектура информационного обмена в энергосистеме» (IEC ТС57).
Рис. 5. 11. Эталонная архитектура информационного обмена для энергетических систем (IEC 62357)
Как видно из этого примера, существует множество различных стандартов, используемых для создания интеллектуальных энергосетей. Уровни в верхней части рис. 5. 11 (над уровнем Интерфейс управления и сбора данных), главным образом, служат для интеграции систем предприятий, определений данных и приложений. В этой области расположены CIM, и только они служат здесь стандартом. Все уровни ниже этой области представляют собой стандарты, используемые для прямого обмена данными с устройствами на местах.
Два вертикальных прямоугольника в левой части диаграммы представляют собой общие стандарты безопасного обмена данными и создания безопасных каналов коммуникации.
Обзор интеграции стека технологий. На рис. 5. 12 представлен обзор общей архитектуры предприятия электроэнергетики. На схеме показано следующее:
- технологии, используемые на предприятии электроэнергетики;
- приложения, которые обычно предоставляются сторонними поставщиками;
- архитектура интеграции, включающая несколько программных продуктов Microsoft и определяющая корпоративную стратегию.
Рис. 5. 12. Интегрированный обзор общей инфраструктуры энергетической компании
Стек технологий представляет собой несколько уровней компонентов или служб, используемых для предоставления программного решения или приложения (в соответствии с определением на Wikipedia. org).
Общая эталонная архитектура позволяет сформулировать подход к обмену информацией, интеграции процессов, организации хранилищ данных и содержит следующие аспекты.
1. Существует несколько подходов к организации обмена данными с объектами на местах, однако как можно более ранний переход к использованию однородных каналов обмена данными и взаимодействия позитивно скажется на всей архитектуре.
2. Данные фиксируются максимально точно и близко к источнику, сохраняется только необходимая информация и сведения о событиях.
3. Последовательная интеграция обеспечивается использованием базовых технологий на уровне интеграции данных, систем обмена сообщениями и процессов, а также пользовательского интерфейса.
4. Microsoft Streamlnsight СЕР используется для обслуживания событий, как для фильтрации, так и для анализа сложных составных событий, а также для управления потоками событий в масштабах целой архитектуры.
5. Шина обслуживания Windows Communication Foundation (WCF) используется для переноса данных в локальных системах и службах Windows Azure39.
Поверхностная интеграция дает возможность нивелировать сложные аспекты реализации на уровне интерфейсов и быстро выполнить разработку и развертывание решений. Все это позволяет гибко реагировать на изменение рыночной ситуации.
Модель CIM используется как основание для определения сообщений и один из основных элементов схем киосков и хранилищ данных. В основе служб Microsoft SQL Server Analysis Services для бизнес-аналитики лежит интеграция процессов извлечения, преобразования и загрузки данных (ETL) в масштабах архитектуры.
|
|
|
