Новости при релейните защити

• Глобалният пазар на релейни защити през 2024 г. възлиза на близо 3,4 млрд. долара, а прогнозите на маркетинговите анализатори са до 2037 г. сегментът да надхвърли 7,3 млрд. доларa
  
  
• Технологичното развитие при защитните релета през последните години се опосредства от дигиталната трансформация и интеграцията на иновации, като IoT, изкуствен интелект и дигитални двойници
  
  
• Важна функция на съвременните релейни защити е прогнозната поддръжка посредством усъвършенстван анализ на данни и AI базирани алгоритми

С непрекъснатото разширяване на мащаба, комплексността и функциите на съвременните електроенергийни системи и все по-масовата електрификация и автоматизация нараства ролята на релейната защита за предотвратяване на аварии и повреди в съоръженията, както и на опасните и скъпоструващи последици от тях.

Навлизането на редица технологични иновации в сегмента, като IoT, изкуствен интелект и дигитални двойници, коренно трансформира пазара и приложенията на релейните защити. Все по-търсени са цифровите решения, при които аналоговите променливи величини се преобразуват в дигитални и се изчисляват посредством процесор, които предлагат множество предимства в сравнение с предшествениците си.
Разнообразни съвременни инструменти, включително специализирани решения за тестване на еднофазни и трифазни релета, позволяват прецизна симулация на различни повреди и гарантират, че устройствата функционират правилно при различни мрежови условия.

Пазарни тенденции и технологично развитие

Преходът към дигитализация в електроинженерството доведе до значителни иновации при релейната защита. Все повече производители се ориентират към разработката на интелигентни цифрови релета, които предлагат разширени възможности за мониторинг и автоматизирана детекция на повреди. С помощта на новите технологии не само се подобрява надеждността на системите, но и осезаемо се понижават оперативните разходи чрез минимизиране на непланираните прекъсвания и изискванията за поддръжка.

Глобалният пазар на релейни защити през 2024 г. възлиза на близо 3,4 млрд. долара, а прогнозите на маркетинговите анализатори са до 2037 г. сегментът не само да се удвои, но и да надхвърли 7,3 млрд. долара. Сред факторите за нарастващото търсене на защитни релета в сектора на електроенергетиката – като средство за подобряване на стабилността на мрежите, е експоненциалното разгръщане на възобновяемата енергия и усилените инвестиции във ВЕИ проекти и инфраструктура. По данни на Международната агенция по енергетика (МАЕ) само за една година (от 2022 до 2023 г.) световният ВЕИ капацитет се е увеличил с 50%. Паралелно с това главоломно расте и търсенето на електрическа енергия от страна на бизнеса и индустрията в глобален мащаб, което води до потребност от високонадеждни и ефективни решения за електроразпределение. Сред двигателите на отчетливия ръст на пазара на защитни релета е и бумът при електромобилността. Същевременно все по-стриктни стават и стандартите и регулациите в енергийния сектор, което е повод производителите на релейни защити активно да усъвършенстват и сертифицират продуктите си, за да отговарят на високите съвременни изисквания.

Според актуалните пазарни проучвания най-търсени са дигиталните релета и устройствата с микроконтролерно и микропроцесорно управление, които предлагат съществени преимущества в сравнение с конвенционалните електромагнитни и полупроводниковите релета. Най-голям брой приложения съвременните релейни защити за ниско, средно и високо напрежение намират в производството на енергия, преноса и разпределението и различни промишлени сценарии.

Пазарът на защитни релета търпи цялостна промяна на парадигмата вследствие на дигиталната трансформация и интеграцията на цифрови технологии. Умните релейни защити, които разполагат с функции за мониторинг в реално време, анализ на данни и обогатени комуникационни възможности, се превръщат в новия стандарт в сегмента. Наред със свързаността при тези устройства нараства и фокусът върху киберсигурността с цел осигуряване на адекватна защита на електроенергийните системи, подстанциите и критичните съоръжения от киберзаплахи.

Важна функция на съвременните релейни защити е прогнозната поддръжка посредством усъвършенстван анализ на данни и AI базирани алгоритми, които не само удължават експлоатационния живот и надеждността на самите релета, но и на свързаното с тях електрооборудване. Сред задачите, в чието изпълнение изкуственият интелект намира все по-широка употреба, са: AI базирано откриване и отстраняване на проблеми, детекция на аномалии, автоматизирано вземане на решения, превантивна поддръжка и анализ, оптимизиране на разходите и ресурсите и т. н.

Ерата на цифровата релейна защита

Цифровите защити са устройства от ново поколение, проектирани специално за прецизен мониторинг на ключовите параметри на модерните електроенергийни системи. Те са многофункционални, като комбинират: релейна защита, управление, противоаварийна автоматика, регулиране, регистриране на събития, измерване на разстоянието до мястото на идентифицираната повреда и др. Цифровите защити не само откриват проблеми, но и инициират съответните коригиращи мерки, например задействане на съответните прекъсвачи, чрез които да се изолира неизправното оборудване. Цифровите релета са критичен елемент на съвременните електрически мрежи и инсталации с функция да поддържа стабилността и надеждността, особено в приложения, свързани с необходимост от непрекъсваемо токозахранване.

Интелигентните релейни защити се отличават с редица предимства пред традиционните електромеханични релета, а интеграцията на иновации, като Internet of Things (IoT) и изкуствен интелект (AI) създава възможности за усъвършенствано превантивно обслужване и детекция на потенциални неизправности, които гарантират максимална наличност и експлоатационна готовност на електроенергийните системи.

Сред водещите тенденции, стимулиращи технологичното развитие на съвременните релейни защити, е популяризирането на т. нар. разпределени енергийни ресурси (DER) и свързаното с тях увеличаване на комплексността и мащаба на мрежите. С повишаването на плътността на DER системите в енергийно най-развитите държави в Европа и по света се наблюдава преход от софтуерни системи за мониторинг и контрол, управлявани от хора (human-controlled DER management system software, DERMS), към платформи, които са значително по-съвместими с IoT. Все по-масово се говори за Energy Internet of Things (eIoT) – концепция, освободена от всякакви ограничения във връзка с мащаба и сложността. Дигиталните релейни защити играят съществена роля в тази визия, изградена върху идеята за цялостна оптимизация на производството и използването на енергия в рамките на интелигентни, устойчиви, стабилни и балансирани мрежи.

Друга значима посока на развитие на глобалния пазар на защитни релета е свързана с моралното и материалното амортизиране на световната електроенергийна инфраструктура. МАЕ наскоро публикува свой анализ, в който прогнозира, че до 2040 г. е необходима подмяна или модернизация на близо 80 млн. километра трасета и мрежи в глобален план, което се равнява 200 пъти на разстоянието от Земята до Луната. Ето защо анализаторите очакват в следващите 15 години сегментът на цифровите релейни защити да нарасне неимоверно по дял и по важност.

Изкуствен интелект в цифровите защити

Въвеждането на изкуствен интелект в цифровата релейна защита се определя от експертите като истинска революция в електроенергетиката. Способността на AI платформите да обработват и анализират огромни масиви от данни от дигитални релета и сензори в реално време разкрива нови възможности за повишаване на ефективността и надеждността на интелигентните защитни системи. Алгоритмите с изкуствен интелект подобряват детекцията на повреди, позволяват по-бързо автономно вземане на решения на системно ниво, както и инициирането на проактивни стратегии за поддръжка, които допринасят за по-висока стабилност и издръжливост.

AI базираните цифрови релейни защити от най-нова генерация разполагат с усъвършенствани възможности за идентифициране и разпознаване на модели, както и за регистриране на различни аномалии. Чрез анализ на данни в исторически план и измервателни стойности от релетата в реално време изкуственият интелект може да улови и най-фините вариации във формите на вълните на тока и напрежението, които биха могли да са индикатор за повреди в зачатък. Това позволява много по-бърза и прецизна детекция на проблеми в сравнение с традиционните защитни схеми. AI алгоритмите са способни и точно да класифицират типа на повредата, което дава възможност за изпълнение на по-целенасочени защитни стратегии.

Конвенционалните релейни защити зависят от предефинирани настройки относно мерките за отстраняване на възникналите проблеми. Изкуственият интелект, от друга страна, може да анализира системните условия в момента, например промени в мрежовата топология или променливи натоварвания, и динамично да регулира настройките на интелигентната релейна защита, за да осигури оптимална сигурност при нежелани събития. Това динамично адаптиране позволява минимизиране на щетите по оборудването и поддържане на максимална стабилност на системата, особено при комплексни аварийни сценарии.

Нещо повече – непрекъснатият мониторинг на статуса и състоянието на всяко реле в комбинация с AI алгоритми може да улесни прехода от реактивна към прогнозна поддръжка на релетата и защитаваните електроенергийни съоръжения. Чрез изследване на тенденциите и идентифициране на потенциални неизправности на ниво реле или при трансформаторите, прекъсвачите и т. н. – още преди да са възникнали, AI помага на комуналните дружества и потребителите да приоритизират поддръжката и да минимизират прекъсванията на захранването или работата на системите.

Най-общо, ефективността на изкуствения интелект в цифровата релейна защита до голяма степен се влияе от количеството и качеството на наличните данни. Осигуряването на достатъчен брой функционални и прецизни свързани измервателни устройства в комбинация с ефикасни практики относно управлението на информацията е от ключово значение за успешното обучаване на надеждни специализирани AI модели в това направление.

Ролята на дигиталните двойници

В електроенергетиката от години се използват решения за симулиране на функционалността на мрежите, които проверяват пригодността и ефективността на различни дизайни и изчисляват необходимите настройки на защитните релета. В наши дни тази концепция се извежда дори на още по-високо технологично ниво с разработването на специални облачно базирани дигитални двойници на системите за релейна защита. В двойника се клонират функциите на физическите активи, в случая – на т. нар. интелигентни електронни устройства (IED), за да се гарантира идентично поведение във виртуалната симулация.

Потребителските интерфейси, дисплеите и командните бутони на релейните защити са напълно идентични с тези при действителните устройства, като се използва и същият софтуер за конфигуриране. Средата позволява конфигурирането на мащабни архитектури от такива устройства с координирано настройване на отделните виртуални релета и тестване на различни сценарии с цел идентифициране на оптималния. За да е напълно коректна симулацията, е необходимо адекватно репликиране на свойствата и параметрите на реалната мрежа в облачната платформа.

Така на практика дигитален двойник на всяко реле виртуално се тества на фона на двойник на цялата мрежа, без да е необходимо да се използват физическите активи. По този начин се улесняват задачи, като фабрично тестване, валидиране на дизайна на релейната защита, въвеждане в експлоатация, обучаване на специфични AI модели, както и на персонала, който ще работи със системата, а също и осигуряване на дистанционна поддръжка при инсталация и експлоатация. Съществена функция на дигиталните двойници в релейната защита е и координирането на ключови мероприятия, като софтуерни актуализации, модернизации, проекти за разширяване на капацитета и т.