ПЕРСПЕКТИВИ ІНТЕГРАЦІЇ ЦИФРОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ У ЕНЕРГОСИСТЕМУ

Основний зміст сторінки статті

Олександр Васильович Дяченко
Дмитро Анатолійович Гапон
Тетяна Сергіївна Донецька
Сергій Вікторович Швець
Володимир Миколайович Баженов

Анотація

Енергетична галузь перебуває на етапі масштабної цифрової трансформації, що зумовлена необхідністю підвищення ефективності та гнучкості енергосистеми. Одним із ключових елементів цієї трансформації є цифрові трансформатори, які забезпечують суттєве покращення контролю та управління енергопотоками. Вони дозволяють значно підвищити надійність, зменшити експлуатаційні витрати, втрати електроенергії та підвищити точність вимірювань. Завдяки цифровим трансформаторам можливим стає оперативний моніторинг стану обладнання, що сприяє своєчасному виявленню несправностей і зменшенню ризиків аварій. Впровадження цифрових трансформаторів базується на міжнародному стандарті IEC 61850, який забезпечує швидкий і надійний обмін даними між компонентами цифрової системи. Вони дозволяють значно зменшити витрати на побудову нових об'єктів та їх обслуговування, забезпечують дистанційну діагностику та можливість прогнозного технічного обслуговування. Цифрові трансформатори відіграють ключову роль у розвитку інтелектуальних мереж (Smart Grid), дозволяючи автоматизувати процеси розподілу електроенергії та оперативно реагувати на зміни навантаження. Вони також сприяють зменшенню негативного впливу на довкілля, оскільки оптимізоване керування енергопотоками дозволяє скоротити потребу у викопних джерелах енергії та мінімізувати втрати електроенергії під час її транспортування. Однією з найважливіших переваг цифрових трансформаторів є їхня здатність працювати у складі комплексних систем захисту, керування та енергоменеджменту, забезпечуючи високий рівень взаємодії між різними елементами енергетичної інфраструктури. Вони можуть інтегруватися із системами штучного інтелекту та машинного навчання, що дозволяє прогнозувати можливі несправності, оптимізувати режими роботи мережі та підвищувати загальну ефективність системи. Подальша інтеграція цифрових трансформаторів у енергосистему дозволить значно підвищити надійність і стійкість електромереж, сприятиме розширенню можливостей кібербезпеки, а також зробить управління електроенергетикою більш адаптивним і економічно вигідним у довгостроковій перспективі. У статті детально аналізуються переваги цифрових трансформаторів перед традиційними аналоговими рішеннями, зокрема їхня здатність зменшувати електромагнітні втрати, забезпечувати більш високу точність вимірювань і підвищувати рівень автоматизації управління електромережею. Також розглядаються економічні аспекти переходу до цифрових трансформаторів, потенційні виклики їх впровадження та стратегічні перспективи розвитку цієї технології.

Блок інформації про статтю

Розділ
Фундаментальні дослідження
Біографії авторів

Олександр Васильович Дяченко, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Кандидат технічних наук, доцент кафедри «Автоматизація та кібербезпека енергосистем»

Дмитро Анатолійович Гапон, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Доктор технічних наук, доцент, завідувач кафедри «Автоматизація та кібербезпека енергосистем»

Тетяна Сергіївна Донецька, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри «Автоматизація та кібербезпека енергосистем»

Сергій Вікторович Швець, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри «Автоматизація та кібербезпека енергосистем»

Володимир Миколайович Баженов, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри «Автоматизація та кібербезпека енергосистем»

Посилання

Hryb O. H., Senderovych H. A., Dyachenko O. V., Karpalyuk I. T., Shvets' S. V. Analiz perspektyv rozvytku tsyfrovoyi enerhetyky v Ukrayini [Analysis of digital energy development prospects in Ukraine]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2020, no. 1, pp. 85–90. doi: 10.20998/2411-3441.2020.1.12

Stan i perspektyvy rozvytku tekhnolohiy "intelektualʹnykh" elektromerezh, upravlinnya popytom ta system rezhymnoho upravlinnya v umovakh rozvytku ponovlyuvalʹnykh dzherel enerhiyi u zarubizhniy enerhetychniy sferi [Status and prospects of development of technologies of "intelligent" power grids, demand management and regime management systems in the conditions of development of renewable energy sources in the foreign energy sphere]. Kyiv, NPTsR OES Ukrayiny, viddil informatsiyno- analitychnoyi roboty departamentu mizhnarodnoho spivrobitnytstva ta yevrointehratsiyi Publ., 2018. 122 p.

Holbach J., Rodriguez J., Wester C., Baigent D., Frisk L., Kunsman S., Hossenlopp L. Status on the first IEC 61850 based protection and control, multi-vendor project in the United States. Power systems conference: advanced metering, protection, control, communication, and distributed resources (13–16 March 2007, Clemson, South Carolina, USA). IEEE Publ., 2007, pp. 254–277. doi: 10.1109/CPRE.2007.359907

Brunner C. IEC 61850 & Smart Grids. PAC World Magazine. 2013.

Bautista Flores J., Garcia-Colon V. R., Melendez Roman C. G., Robles Ramirez E., Rasgado Casique J. P. First multivendor 400 kV transmission line protection scheme using an IEC 61850-9-2 digital network for optical CT's and protection relays. CIGRE Session (26–31 August 2012, Paris). Paris, CIGRE Publ., 2012.

Lyashenko V. I., Vyshnevs'kyy O. S. Tsyfrova modernizatsiya ekonomiky Ukrayiny yak mozhlyvist' proryvnoho rozvytku [Digital modernization of the Ukrainian economy as a breakthrough opportunity]. Kyiv, NAN Ukrayiny, In-t ekonomiky promti Publ., 2018. 252 p.

Mayssner F., Ukerdt F. Rozvytok vidnovlyuvanykh dzherel enerhiyi v Ukrayini: potentsial, pereshkody i rekomendatsiyi shchodo ekonomichnoyi polityky [Renewable energy development in Ukraine: potential, obstacles and policy recommendations]. Berlin, BE Berlin Economics GmbH Publ., 2010. 42 p.

Hryb O. H., Karpalyuk I. T., Shvets' S. V. Rudevich N. V. Elementy tsyfrovoyi enerhetyky v kontroli stanu merezhi, shcho pobudovani na vymirakh dopomizhnykh parametriv [Elements of digital energy in the control of the state of the network, built on measurements of auxiliary parameters]. Visnyk Nats. tekhn. un-tu "KhPI". Seriya: Elektrychni mashyny ta elektromekhanichne peretvorennya enerhiyi [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Electric machines and electromechanical energy conversion]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2019, no. 20 (1345), pp. 58–64. doi: 10.20998/2409-9295.2019.20.08

Dydzhytalizatsiya v enerhetychnomu sektori [Digitization in the energy sector]. Available at: https://avenston.com/articles/ digitalization-in-the-energy-sector/ (accessed 28.03.2025).

Analiz zarubizhnoyi praktyky vprovadzhennya avtomatyzovanykh system upravlinnya tekhnolohichnymy protsesamy v elektroenerhetytsi [Analysis of foreign practice of introduction of automated control systems of technological processes in electric power industry]. Kyiv, Naukovo-tekhnichnyy tsentr elektroenerhetyky, viddil informatsiyno-analitychnoho zabezpechennya zarubizhnoyu informatsiyeyu VP NTTSE DP "NEK Ukrenerho" Publ., 2014. 124 p.

European Smart Grids Technology Platform. Available at: http://ec.europa.eu (accessed 28.03.2025).

Proekt Planu vidnovlennya Ukrayiny. Materialy robochoyi hrupy "Enerhetychna bezpeka". Natsional'na rada z vidnovlennya Ukrayiny vid naslidkiv viyny [Project of the Recovery Plan of Ukraine. Materials of the "Energy Security" working group. The National Council for the Recovery of Ukraine from the Consequences of the War]. Avaible at: https://www.kmu.gov.ua/ storage/app/sites/1/recoveryrada/ua/energy-security.pdf (accessed 28.03.2025).

Dyachenko O. V., Hapon D. A., Karpalyuk I. T., Donets'ka T. S. Analiz stanu ta problemy rozvytku elektroenerhetyky v Ukrayini [Analysis of the state and problems of electricity development in Ukraine]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2024, no. 1, pp. 83–97. doi: 10.20998/2411-3441.2024.1.12

Hryb O. H., Senderovych H. A., Dyachenko O. V., Shvets' S. V., Yarova I. S. Vid klasychnoyi do tsyfrovoyi pidstantsiyi [From classic to digital substation]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2021, no. 1, pp. 88–94.

Standart pidpryyemstva zahal'ni tekhnichni vymohy do avtomatyzovanykh system keruvannya tekhnolohichnymy protsesamy pidstantsiy 220-750 kV OES Ukrayiny [Enterprise standard general technical requirements for automated process control systems of 220-750 kV substations of UES of Ukraine]. Kyiv, NEK Ukrenerho Publ., 2018. 46 p.

Sopel' M. F., Denysyuk S. P., Spodyns'kyy O. V., Tsyfrova pidstantsiya. Perevahy ta osoblyvosti [Digital substation. Advantages and features]. Pratsi Instytutu elektrodynamiky

Natsional'noyi akademiyi nauk Ukrayiny: zb. nauk. pr [Proc. of the Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine: сollection of scientific papers]. Kyiv, IED NANU Publ., 2011, no. 30, pp. 14–17.

Dyachenko M. D., Batora M. R. Osnovni pryntsypy stvorennya tsyfrovoho vysokovol'tnoho vymiryuval'noho transformatoru strumu z absolyutnoyu elektrychnoyu mitsnoyu [Basic principles of creating a digital high-voltage measuring current transformer with absolute electrical strength]. Visnyk Pryazovs'koho Derzhavnoho tekhn. un-tu. Seriya: Tekhnichni nauky [Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences]. Mariupol, PDTU Publ., 2021, no. 43, pp. 139–147. doi: 10.32782/2225-6733.43.2021.17

Ivankov V. F., Kokoshyn I. V. Chysel'ne doslidzhennya mahnitopruzhnykh deformatsiy v potuzhnomu transformatori [Numerical study of magnetoelastic deformations in a powerful transformer]. Visnyk Nats. un-tu "L'vivs'ka politekhnika". Elektroenerhetychni ta elektromekhanichni systemy. [Bulletin of the National University "Lviv Polytechnic". Electrical power and electromechanical systems]. Lviv, NU "LP" Publ., 2009, no. 654,pp. 88–92.

Yas'kiv V. I., Yas'kiv A. V. Orhanizatsiya paralel'noyi roboty impul'snykh stabilizatoriv postiynoyi napruhy na osnovi vysokochastotnykh mahnitnykh pidsylyuvachiv [Organization of parallel operation of pulse DC voltage regulators based on high-frequency magnetic amplifiers]. Pratsi Instytutu elektrodynamiky Natsional'noyi akademiyi nauk Ukrayiny [Proc. of the Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine]. Kyiv, Instytut elektrodynamiky NAN Ukrayiny Publ., 2018, issue 51, pp. 81–87.

Tkachenko V. V. Otsinka kiberbezpeky Smart Grid system [Estimation of cybersecurity of Smart Grid system]. Modelyuvannya ta informatsiyni tekhnolohiyi. 2019, issue 89, pp. 113–119.