ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ПОДСТАНЦИЙ В УСЛОВИЯХ ОПТЫВОЙ РЫНОК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL SCIENCE AND INNOVATION SPECIAL ISSUE “MODERN PROBLEMS AND PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF DIGITAL TRANSFORMATION IN ENERGY” SEPTEMBER 24, 2025 55 ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ПОДСТАНЦИЙ В УСЛОВИЯХ ОПТЫВОЙ РЫНОК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Cапаев Маматкарим1, Бахадиров Илес Исмаилович2, Шамсиев Жасур Хусни угли3 1к.т.н., доцент кафедры “Системы энергообеспечения” Ташкентского университета информационных технологий им. Мухаммада ал-Хоразмий; 2PhD, доцент кафедры “Системы энергообеспечения” Ташкентского университета информационных технологий им. Мухаммада ал-Хоразмий 3Ассистент кафедры “Системы энергообеспечения” Ташкентского университета информационных технологий им. Мухаммада ал-Хоразмий https://doi.org/10.5281/zenodo.17558237 Аннотация. В статье рассматриваются основные направления и тенденции развития интеллектуальных (цифровых) подстанций в современных условиях функционирования оптового рынка электроэнергии. Приводится анализ актуальности перехода к цифровым технологиям, раскрываются преимущества интеллектуальных подстанций для участников рынка, а также определяются ключевые технологические и организационные тенденции в их развитии. Ключевые слова: интеллектуальная подстанция, цифровизация, Smart Grid, рынок электроэнергии, автоматизация, IEC 61850. Современная электроэнергетика переживает глубокую трансформацию, связанную с переходом на рыночные отношения, развитием возобновляемых источников энергии и внедрением цифровых технологий. В этих условиях особое значение приобретают интеллектуальные подстанции, которые обеспечивают эффективное управление потоками электроэнергии, повышают надёжность энергосистемы и позволяют интегрировать объекты генерации, накопители и потребителей в единую интеллектуальную сеть. Цифровая подстанция — это современный тип электрической подстанции, в которой аналоговые сигналы и управление заменены на цифровые технологии: оптоволоконную связь, интеллектуальные электронные устройства (IED), и протоколы цифрового обмена (например, IEC 61850). Подстанция, оборудованная комплексом цифровых устройств (терминалов) для решения задач релейной защиты и автоматики (РЗА) и автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП) – регистрации аварийных событий (РСА), учёта и контроля качества электроэнергии, телемеханики. Всё оборудование общается между собой и центральным серверов объекта по последовательным каналом связи на единых протоколах. Главные характеристики интеллектуальной подстанции: - использование цифровых датчиков тока и напряжения; - передача данных по оптоволоконным линиям связи; - применение интеллектуальных электронных устройств (IED); - наличие автоматизированных систем управления (АСУТП, SCADA); - возможность удалённого мониторинга и самодиагностики. INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL SCIENCE AND INNOVATION SPECIAL ISSUE “MODERN PROBLEMS AND PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF DIGITAL TRANSFORMATION IN ENERGY” SEPTEMBER 24, 2025 56 Интеллектуальные (или цифровые) подстанции классифицируются по уровню автоматизации, назначению и структуре сети, в которой они работают. Ниже приведены основные типы. По уровню напряжения и назначения. - Магистральные интеллектуальные подстанции. Работа в системах передачи электроэнергии высокого напряжения (220–500 кВ). - Распределительные интеллектуальные подстанции. Работа в распределительных сетях среднего и низкого напряжения (6–35 кВ). - Промышленные интеллектуальные подстанции. Обслуживают крупные предприятия и технопарки, интегрируют локальные источники энергии. По структуре сети. - Опорные. Центральные подстанции энергосистемы, координируют работу нескольких линий. - Транзитные. Передают электроэнергию дальше по сети, обеспечивая надёжность и устойчивость. - Отпаечные. Получают энергию от магистральной линии и снабжают местные сети. - Тупиковые. Расположены в конце линии; питают отдельный район или объект. По уровню цифровизации. - Частично цифровая подстанция. Использует микропроцессорные устройства, но часть цепей остаётся аналоговой - Полностью цифровая подстанция (Full Digital Substation). Все измерения, защита, управление и связь выполняются в цифровом виде, по стандарту IEC 61850. - Интеллектуальная подстанция нового поколения (Smart Substation). Интегрирована в систему Smart Grid, поддерживает обмен данными в реальном времени, предиктивную аналитику, работу с ВИЭ и накопителями По степени интеграции с Smart Grid. - Автоматизированная подстанция (АСУТП/SCADA). Управляется дистанционно, но без анализа данных. - Интеллектуальная подстанция. Самостоятельно анализирует данные, прогнозирует аварии, регулирует нагрузку. - Цифровая адаптивная подстанция. Полностью связана с другими элементами Smart Grid, взаимодействует с рынком электроэнергии и DER (распределёнными источниками). По конструктивному исполнению. - Стационарная (традиционная). Устанавливается на постоянном фундаменте, применяется на крупных объектах. - Модульная (компактная). Заводского изготовления, быстро монтируется, подходит для временных или удалённых объектов. - Мобильная (контейнерная). Переносная, используется при авариях, временном энергоснабжении или стройках. Развитие оптового рынка электроэнергии сопровождается ростом числа независимых производителей и потребителей, децентрализацией источников генерации, а также повышением требований к качеству и точности учёта электроэнергии. Для успешного функционирования рынка необходима система, способная: - обеспечивать оперативный сбор и анализ данных в реальном времени; INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL SCIENCE AND INNOVATION SPECIAL ISSUE “MODERN PROBLEMS AND PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF DIGITAL TRANSFORMATION IN ENERGY” SEPTEMBER 24, 2025 57 - повышать надёжность и устойчивость сетей; - снижать потери и эксплуатационные затраты; - обеспечивать гибкое управление распределением нагрузки. Интеллектуальные подстанции решают эти задачи за счёт применения цифровых технологий измерения, защиты, связи и управления. Переход к передаче сигналов в цифровом виде на всех уровнях управления ПС позволит получить целый ряд преимуществ, в том числе: существенно сократить затраты на кабельные вторичные цепи и каналы их прокладки, приблизив источники цифровых сигналов к первичному оборудованию; повысить электромагнитную совместимость современного вторичного оборудования – микропроцессорных устройств и вторичных цепей благодаря переходу на оптические связи; упростить и, в конечном итоге, удешевить конструкцию микропроцессорных интеллектуальных электронных устройств за счет исключения трактов ввода аналоговых сигналов; унифицировать интерфейсы устройств IED, существенно упростить взаимозаменяемость этих устройств и др. Одной из целей создания цифровой подстанций является уменьшение капитальных затрат и уменьшение эксплуатационных затрат (на техобслуживание). Основные принципы цифровых подстанций: переход на цифровые (в основном – оптические) технологии съема информации и передачи команд управления, увеличение интеллектуальной составляющей в оборудовании ЦПС. Реализация цифровой подстанции проходит в два этапа. Структура цифровой подстанции базируется на использовании серии стандартов МЭК 61850 и делится на три уровня: полевой уровень (уровень процесса); уровень присоединения; станционный уровень. Полевой уровень состоит из: первичных датчиков для сбора дискретной информации; устройств передачи команд управления на коммутационные аппараты; первичных датчиков для сбора аналоговой информации (цифровые трансформаторы тока и напряжения). Уровень присоединения состоит из: устройств управления и мониторинга (контроллеры присоединения, многофункциональные измерительные приборы, счетчики АСКУЭ, системы мониторинга трансформаторного оборудования и т.д.); терминалов релейной защиты и локальной противоаварийной автоматики. Станционный уровень состоит из: сервера верхнего уровня (сервер базы данных, сервер SCADA); АРМ персонала подстанции; станционных контроллеров (концентраторов); сервера для передачи информации в диспетчерские центры (сервер телемеханики, сервер сбора и передачи технологической информации и т.д.). Оптические измерительные трансформаторы являются наиболее предпочтительными для измерения параметров постоянного тока при создании систем управления передач и вставок постоянного тока, т. к. значительно превосходят по своим эксплуатационным характеристикам шунты постоянного тока и датчики Холла. Во всех трех вариантах (оптические трансформаторы, датчики Холла и шунты) передача измерений осуществляется по цифровой связи. На подстанции предусматривается выделенная шина процесса (сеть Ethernet) для передачи мгновенных значений токов и напряжений, дискретных сигналов о положении коммутационных аппаратов, а также передачи команд управления на коммутационные аппараты. INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL SCIENCE AND INNOVATION SPECIAL ISSUE “MODERN PROBLEMS AND PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF DIGITAL TRANSFORMATION IN ENERGY” SEPTEMBER 24, 2025 58 Роль интеллектуальных подстанций в оптовом рынке электроэнергии. В условиях рыночной конкуренции интеллектуальные подстанции выполняют стратегическую роль, обеспечивая: - точный учёт электроэнергии и прозрачность расчётов; - оперативное управление нагрузкой и режимами сетей; - возможность интеграции ВИЭ и накопителей энергии; - повышение эффективности энергоснабжения и сокращение потерь. Кроме того, интеллектуальные подстанции позволяют сетевым компаниям и операторам участвовать в рынке вспомогательных услуг, таких как регулирование частоты, реактивной мощности и балансировки. Преимущества и проблемы внедрения Преимущества: - высокая надёжность и автоматизация процессов; - снижение эксплуатационных расходов; - улучшение качества электроэнергии; - возможность удалённого управления и обслуживания. Основные проблемы: - высокая стоимость внедрения; - необходимость подготовки квалифицированных специалистов; - требования к информационной безопасности; - несовершенство нормативной базы. Заключение. Интеллектуальные подстанции — ключевой элемент цифровой трансформации энергетики. Они обеспечивают эффективное взаимодействие всех участников оптового рынка, повышая надёжность, гибкость и прозрачность энергетических процессов. В будущем развитие интеллектуальных подстанций будет связано с внедрением искусственного интеллекта, систем прогнозного управления и глубоким взаимодействием с распределённой генерацией, и накопителями энергии. Цифровизация подстанций — это стратегическое направление, определяющее устойчивое развитие электроэнергетики в XXI веке. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Numon Niyozov; Bakhtiyor Khushbokov; Gulchexra E. Saidova; Iles Bakhadirov. Energy efficiency of concrete work technology // AIP Conference Proceedings. https://pubs.aip.org/aip/acp/article-abstract/3152/1/030025/3298618 2. «Smart Grid European Technology Platform», www.smartgrids, 2011. 3. «Energy Independence and Security Act», USCTC, 142 52 IX 4. Eduard RAUBER, Uwe WEIGT, “The Digital Substation – Capitalize on Digitalization with Focus on this Central Element in Transmission Grids”, Rep. B3-116, CIGRE 2018, Paris. 5. Y.Yoo, S. Song, G. Jang and S. Jung, “Development of an exclusive substation of renewable Energy – Hub Substation”, Rep.B3-112, CIGRE 2018, Paris. 6. Chittranjan Bhatnagar, Yagneshkumar Dave, Rajesh Thobhani, Jabir Ali Karimbanackal, «Partial Discharge Measurement by TEV and Ultrasonic Methods and their Limitations for Medium Voltage (MV) Switchgears – Experience of KAHRAMAA», В3-105, CIGRE 2018, Paris. INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL SCIENCE AND INNOVATION SPECIAL ISSUE “MODERN PROBLEMS AND PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF DIGITAL TRANSFORMATION IN ENERGY” SEPTEMBER 24, 2025 59 7. T. Laitinen, T. Lyly,M. Stenstrand, J.Tammi, R.Albrecht, J.Nyberg, K. Saksela, “Wireless sensor units for acoustic monitoring of switching devices”, Rep.B3-203, CIGRE 2018, Paris. 2020.79.44.020. – URL: http://vestnik.chgpu.edu.ru/?do=archive&vid=2&nom=1073. 2. Кленина Л.И. Теоретик цифровизации – В.А. Котельников // LXXVIII Международные научные чтения (памяти В.А. Котельникова): сборник статей Международной научнопрактической конференции (22 июня 2020 г., г. Москва) / отв. ред. А.А. Сукиасян. – Москва : ЕФИР, 2020. – С. 70–72. 3. Краснова Г.А., Можаева Г.В. О причинах успеха шведской модели профессионального обучения // Открытое и дистанционное образование. – 2014. – № 3(55). – С. 20–29. 4. Панфилов С.Н. «Роль цифровых технологий в развитии систем электроснабжения». – Электроэнергетика: развитие и управление, №3, 2024. 5. Jumamuratov B.A., Eshmuradov D.E., Azizov O.X. The future of aeronautical processing opportunities and challenges of automation // Science and innovation international scientific journal volume 2 issue 4 april 2023 uif-2022: 8.2 | issn: 2181-3337 | scientists.uz-C.231-236. (OAK Ro’yxatining 2022 yil 13 iyundagi 01-07/1368 qarori) 6. Жумамуратов Б.А., Эшмурадов Д.Э., Тураева Н.М. Разработка модели системы восстановления навигационного оборудования летательных аппаратов за счет повышения их эксплуатационной готовности // Журнал «Авиакосмическое приборостроение». DOI:10.25791/aviakosmos.6.2023.1343. №6. Санкт-Петербург - 2023. - С.18-27. (05.00.00 №2) 7. www.gov.uz – Правительственный портал Республики Узбекистан. 8. www.catback.ru – Международный сайт научных статей и учебных материалов. 9. www.google.ru – Международный сайт поиска учебных материалов. 10. www.ziyonet.uz – Сайт поиска национальных учебных материалов. 11. www.lex.uz – Национальная база данных законодательства Рес.Уз. 12. www.catback.ru – Научные статьи и учебные материалы.