Как “убить” подстанцию тысячу раз, чтобы свет не погас ни на секунду

Та самая лаборатория Чувашского госуниверситета и его сотрудники. Фото ЧувГУ

Та самая лаборатория Чувашского госуниверситета и его сотрудники. Фото ЧувГУ

Та самая лаборатория Чувашского госуниверситета и его сотрудники. Фото ЧувГУ

В обычном мире короткое замыкание — это искры, дым и отключение света в целом районе. В лаборатории Чувашского госуниверситета это всего лишь строчка кода. Здесь инженеры не ждут аварий, а провоцируют их: они создают виртуальные копии энергосетей и методично “ломают” их, чтобы найти слабые места до того, как они проявятся в реальности.

Лаборатория “Цифровые тени и двойники в электроэнергетике”, открытая в октябре 2024 года в рамках программы “Приоритет-2030”, стала новым центром притяжения для отрасли. Работая в партнерстве с ООО “ЦИТМ Экспонента”, чебоксарские ученые решают казавшуюся еще недавно фантастической задачу: перейти от реагирования на уже произошедшие аварии к их раннему прогнозированию и предупреждению. Для этого применяются математические модели, технологии искусственного интеллекта и накопленные данные наблюдений, позволяющие выявлять признаки развития отдельных видов повреждений и заблаговременно планировать необходимые меры.

От трансформатора до розетки: почему это сложно
Чтобы понять масштаб работы лаборатории, нужно представить путь электричества. Оно рождается на гигантских станциях: ТЭЦ, ГЭС или АЭС — и должно добраться до потребителя, который может находиться за сотни километров. Для минимизации потерь при передаче на большие расстояния исторически был выбран переменный ток и повышение напряжения. Согласно закону сохранения энергии мощность остается прежней, но при высоком напряжении сила тока уменьшается, что критически снижает тепловые потери в проводах.
Подстанции служат узлами этого сложного механизма: они повышают напряжение для магистральных линий и понижают его до безопасных значений для наших квартир. Любой сбой в этом звене может привести к каскадной аварии. Именно здесь на сцену выходят “цифровые двойники”.

Полунатурное моделирование: краш-тест без разрушений
Исторически Чебоксары стали мощным кластером по производству релейной защиты и автоматики (РЗА). Лаборатория ЧГУ использует этот потенциал, применяя метод полунатурного моделирования. Суть метода в том, что реальное микропроцессорное устройство (например, производства компании “Бреслер”) подключается к программно-аппаратному комплексу реального времени. Комплекс генерирует точные копии токов и напряжений, имитируя работу живой подстанции. Устройство “думает”, что управляет реальными мегаваттами, хотя находится в безопасной лабораторной среде.
“Это позволяет нам безопасно моделировать любые, даже самые тяжелые и редкие аварийные режимы, — отмечает заведующий лабораторией Дмитрий Еремеев. — Мы избегаем дорогостоящих натурных испытаний, которые ухудшают изоляцию и сокращают срок службы первичного оборудования”.
Закупленный за 15,9 млн рублей стенд на базе комплекса “РИТМ” и среды “РИТМ.ENGEE” стал полноценной заменой западным аналогам вроде MATLAB и канадским системам RTDS, поддержка которых была прекращена из-за санкций.

Искусственный интеллект на страже сети
Концепция “цифрового двойника” выходит за рамки простой симуляции. Это математическое зеркало энергосистемы, которое обновляется в реальном времени. Сопоставляя текущие режимы с базой нормальных состояний, алгоритмы машинного обучения выявляют скрытые угрозы.
Человеческий глаз не способен отследить миллионы параметров, чтобы заметить постепенное смещение точки нормального режима в сторону аварии (например, из-за старения изоляции). ИИ распознает этот тренд и выдает упреждающий сигнал.
“Прямо сейчас замена комплектующих в энергокомпаниях проходит в планово-предупредительном порядке. Получается, что часто меняется еще пригодное к работе оборудование. Наш подход позволит перейти к ремонтам по фактическому техническому состоянию оборудования”, — говорит Дмитрий Еремеев.

Практика для гигантов: от “Транснефти” до “Россетей”
Наука в ЧГУ не оторвана от жизни. В 2024-2025 годах лаборатория выполнила шесть проектов для индустриальных партнеров, включая АО “Россети НТЦ”, ГУП ЧР “ЧГЭС” и ЗАО “ЭнЛАБ”, на общую сумму более 58 млн рублей.
Один из ярких примеров — работа для “Транснефти”. Лаборатория проводила испытания алгоритмов быстрого автоматического ввода резерва (АВР) для автономных электростанций, питающих нефтеперекачивающие установки в удаленных регионах. Система самостоятельно, без участия человека, провела сотни сценариев испытаний и подтвердила надежность устройств. Сейчас в работе находится еще один контракт с ООО “Радиус Айти” на 11,5 млн рублей.

Проект “Цифровой энергорегион”: сеть, которая лечит себя сама
В Чувашии при поддержке Правительства республики развивается проект “Цифровой энергорегион”. Его цель — демонстрация полной цифровой трансформации отрасли.
Традиционное электромеханическое оснащение заменяется на умные устройства, оптические датчики и технологии интернета вещей (IoT). В перспективе — использование стандарта 5G для высокоскоростной передачи данных.
“В результате работы над проектом создаются самовосстанавливающиеся сети, в которых алгоритм самостоятельно находит оптимальный способ изоляции поврежденного участка и восстановления питания потребителей за секунды”, — поясняет Дмитрий.

Инженер будущего: кто будет чинить свет через 10 лет
Лаборатория активно меняет образовательный процесс. Уже запущен курс ДПО “Основы работы на российской платформе математического моделирования Engee”, а в марте 2025-го прошла конференция “День Engee в Чебоксарах”, объединившая студентов и отраслевиков.
По словам Дмитрия Еремеева, профиль энергетика кардинально меняется. Современному специалисту нужны междисциплинарные навыки из разных сфер, такие как понимание оптоволоконных протоколов, умение работать с нейросетями для управления функциями сети, работа с накопителями энергии и возврат к технологиям постоянного тока для сверхдальних передач.
Лаборатория “Цифровые тени и двойники” — это не просто научное подразделение. Это инструмент обеспечения надежности всей энергосистемы страны в условиях санкций и технологического перехода. Развивая методы модельно-ориентированного проектирования и создавая киберполигон “Цифровая подстанция”, ЧГУ им. И.Н. Ульянова готовит кадры и технологии, которые позволят российскому свету гореть стабильно, ярко и независимо.