Інформаційні нейромережеві технології оперативного обліку електроенергії в енергопостачальних компаніях

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Державний комітет зв'язку та інформатизації України

Національна академія наук України

Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури

УДК 681.142.37: 621.317.385: 621.311

ІНФОРМАЦІЙНІ НЕЙРОМЕРЕЖЕВІ ТЕХНОЛОГІЇ ОПЕРАТИВНОГО ОБЛІКУ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ В ЕНЕРГОПОСТАЧАЛЬНИХ КОМПАНІЯХ

05. 13. 06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Андрощук Олексій Володимирович

Львів 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державному науково-дослідному інституті інформаційної інфраструктури Державного комітету зв'язку та інформатизації і Національної академії наук України

Науковий керівник: член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор Грицик Володимир Володимирович, Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури, директор

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Василенко Юрій Андрійович, Ужгородський державний інститут інформатики, економіки і права Міністерства освіти та науки України, завідувач кафедри

доктор технічних наук Сікора Любомир Степанович, "Центр стратегічних досліджень еко-біо-технічних систем", голова товариства

Провідна установа: Державний аерокосмічний університет ім. М.Є.Жуковського “ХАІ” (кафедра програмного забезпечення) Міністерства освіти та науки України, м. Харків

Захист відбудеться30 листопада 2001 р. о 15⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої Д 35.813.01 при Державному науково-дослідному інституті інформаційної інфраструктури (79601, м. Львів, вул. Тролейбусна, 11).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного науково-дослідного інституту інформаційної інфраструктури (79601, м. Львів, вул. Тролейбусна, 11).

Автореферат розісланий 29 жовтня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук Р.А. Бунь

Андрощук О.В. Інформаційні нейромережеві технології оперативного обліку електроенергії в енергопостачальних компаніях. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. - Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури Державного комітету зв'язку та інформатизації України і Національної академії наук України, Львів, 2001.

Дисертацію присвячено питанням створення нових інформаційних технологій на основі методів математичного та нейроматематичного моделювання. Формування нейроматематичних моделей здійснено на основі нейропарадигми “функціонал на множині табличних функцій”. В дисертаційній роботі розв'язана науково-практична проблема створення нових інформаційних технологій, в основу яких закладені принципи нейроматематичного моделювання, що дозволило забезпечити створення інформаційних систем реального часу для реалізації оперативного обліку електричної енергії в енергопостачальних компаніях і розв'язати ряд раніше невирішуваних задач стосовно керування режимами електропостачання з врахуванням ринкових умов. Розроблено нові методи, методики та алгоритми дозволили реалізувати повномасштабних оперативний облік електричної енергії в розподільчих мережах енергопостачальних компаній за умови часткової телемеханізації. Результати праці знайшли практичне застосування для автоматизації та інформатизації функціонування енергопостачальної компанії ВАТ “Львівобленерго” у вигляді “Інформаційної системи оперативного обліку електричної енергії”, де в якості вхідної інформації використовуються дані телеметрії.

Ключові слова: інформаційні технології, облік електричної енергії, математичне моделювання, нейроматематичне моделювання, штучні нейронні мережі, режим реального часу, енергопостачальна компанія.

Андрощук А.В. Информационные нейросетевые технологии оперативного учета электроэнергии в энергоснабжающих компаниях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Государственный научно-исследовательский институт информационной инфраструктуры Государственного комитета связи и информатизации Украины и Национальной академии наук Украины, Львов, 2001.

Диссертация посвящена вопросам создания новых информационных технологий на основе методов математического та нейроматематического моделирования. Формирование нейроматематических моделей осуществляется на основе нейропарадигмы “функционал на множестве табличных функций”.

В диссертационной роботе решена научно-практическая проблема создание новых информационных технологий, в основу которых заложены принципы нейроматематического моделирования. Это позволило обеспечить создание информационных систем реального времени для реализации оперативного учета электрической энергии в энергоснабжающих компаниях и решить ряд ранее не решаемых задач относительно управления режимами электроснабжения с учетом рыночных условий.

В процессе выполнения диссертационной работы решены следующие задачи:

· разработаны концептуальные принципы формирования и использования информационных технологий и систем для оперативного учета электрической энергии, которые работают в режиме “on-line” в условиях неполной и искаженной входной информации;

· созданы методики нейроматематического моделирования недоступных для средств телеметрии фрагментов электрических сетей энергоснабжающих компаний;

· создана архитектура информационной системы на базе искусственных нейронных сетей для энергетической идентификации режимов энергоснабжающих компаний по данным телеметрии;

· разработан метод оперативной верификации телеизмерений, на основе обеспечения соответствия коммерческому учету ;

сформирована искусственная нейронная сеть для оперативного синтеза псевдоизмерений перетоков активной мощности недоступных для средств телеметрии фрагментах;

· разработаны методики реструктуризации технологических потерь электроэнергии по классам номинальных напряжений электрических сетей энергоснабжающих компаний;

проведены натурные испытания для проверки адекватности функционирования информационной системы оперативного учета электрической энергии.

Разработанные новые методы, методики и алгоритмы разрешили реализовать полномасштабный оперативный учет электрической энергии в распределительных сетях энергоснабжающих компаний в условиях частичной телемеханизации.

Результаты работы нашли практическое применение для автоматизации и информатизации функционирования энергоснабжающей компании ОАО “Львовоблэнерго” в виде “Информационной системы оперативного учета электрической энергии”, где в качестве входной информации используются данные телеметрии.

Ключевые слова: информационные технологии, учет электрической энергии, математическое моделирование, нейроматематическое моделирование, искусственные нейронные сети, режим реального времени, энергоснабжающая компания.

Androshchuk O.V. Information Neural-Network Technologies of Operational Power Accounting for Electric-Supplying Companies. - Manuscript.

Dissertation for granting of the scientific grade of the Candidate of Technical Sciences with the specialty 05.13.06 - Automatic Control Systems and Progressive Information Technologies. State Scientific Research and Institute of Information Infrastructure of the State Communication and Information Committee of Ukraine and the National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv, 2001.

The Dissertation is dedicated towards creation of the new information technologies based on the methods of mathematical and neuro-mathematical simulation. Making of the neural-mathematical models is carried out on the basis of neural-paradigm “function on the ensemble of table functions”. The dissertation resolves scientific-practical problem - creation of new information technologies based on neural-mathematical simulation providing for real-time information systems to provide operational power accounting in the electric-supplying companies and resolution of previously unsolved issue of power load control under the market conditions.

The new developed methods, methodology and algorithms provided for the realization of full-scale operational power accounting in the distribution networks of power-supply companies under the conditions of partial tele-mechanization. The results of this investigation were practically applied for the automation and information support of operation of JSC “Lvivoblenergo” presented by “Information System of Operational Power Accounting” in which telemetric data was used as input information.

Key words: information technologies, power accounting, mathematical modeling, neural-mathematical simulation, artificial neural networks, real-time mode, electric-supply company.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах ринкової економіки основним аспектом ефективного функціонування енергопостачальних компаній (ЕПК) є забезпечення в реальному часі повномасштабного відслідковування та обліку потоків електричної енергії, що дозволить оптимально здійснювати оперативний аналіз та керування розподілу і збуту електричної енергії. Впровадження систем такого обліку в контур керування функціонуванням ЕПК забезпечить створення енергетично-балансової інформаційної інфраструктури, що сприятиме прийняттю оптимальних рішень саме під час керування.

Власне, за таким сценарієм здійснюється розвиток автоматизованої системи диспетчерського управління ЕПК ВАТ “Львівобленерго”. При цьому, єдиним раціональним шляхом для реалізації оперативного обліку електричної енергії є залучення сучасних апаратних засобів на базі цифрової техніки та створення спеціалізованих прикладних програмних продуктів, де в якості вхідної інформації служать дані телеметрії, що надходять в оперативно-інформаційний керуючий комплекс (ОІКК).

Історично склалося так, що в електроенергетиці колишнього СРСР телемеханізації в електричних мережах теперішніх ЕПК, на відміну від системоутворюючих мереж, не приділялося належної уваги. Відповідно, в аналогічному, далекому від бажаного, стані знаходяться розв'язання та реалізація задач стосовно відслідковування та обліку потоків електричної енергії. Тут основною є інформативна проблема, особливо стосовно фрагментів електричних мереж, які забезпечені засобами телемеханіки частково, або лише на підстанціях, що є точками умовного розділу електричних мереж ЕПК та Національної енергетичної компанії (НЕК) “Укренерго”.

Тому автор поставив перед собою задачу, зміст якої полягає в створенні такої системи оперативного обліку електричної енергії, де для фрагментів електричної мережі з достатньою оснащеністю засобами телеметрії облік здійснюється в явній формі за допомогою “Інформаційної підсистеми оперативного обліку надходження електроенергії в електричні мережі ЕПК”, тобто за телевимірами про значення перетоків активної потужності, а для фрагментів електричної мережі, що є неоглядними засобами телеметрії, облік здійснюється в неявній формі на основі моделювання з залученням нових інформаційних технологій, а саме штучних нейронних мереж (ШНМ).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Робота виконувалася в рамках теми “Дослідження та розробка високоефективних методів і алгоритмів відбору, обробки та збереження інформативних параметрів з метою аналізу, оцінки та прогнозування складних явищ, процесів, об'єктів і управління” Державного науково-дослідного інституту інформаційної інфраструктури та в рамках контракту з Державним комітетом зв'язку та інформатизації України “Створення інформаційно-аналітичної системи комплексного розвитку Західного регіону України як одного з варіантів типової системи територіально-адміністративного управління”.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є створення інформаційних технологій реального часу для оперативного обліку електричної енергії та прогнозування технологічних витрат електроенергії (ТВЕЕ) в умовах неповної вхідної інформації, з використанням методів нейроматематичного моделювання для енергетичної ідентифікації недоступних для засобів телеметрії фрагментів електричних мереж ЕПК.

Реалізація поставленої мети здійснюється шляхом розв'язання наступних задач:

розроблення концептуальних принципів формування і застосування інформаційних технологій та систем для оперативного обліку електричної енергії, які працюють в режимі “on-line” за умови неповної та спотвореної вхідної інформації;

створення методики нейроматематичного моделювання недоступних для засобів телеметрії фрагментів електричних мереж ЕПК;

побудова архітектури інформаційних систем на базі ШНМ для енергетичної ідентифікації режимів ЕПК за даними телеметрії;

розроблення методу оперативної верифікації телевимірів на основі забезпечення відповідності комерційному облікові;

формування ШНМ для оперативного синтезу псевдовимірів про перетоки активної потужності в недоступних для засобів телеметрії фрагментах;

розроблення методики реструктурування ТВЕЕ в електричних мережах ЕПК;

налаштування та впровадження в промислову експлуатацію інформаційної технології оперативного обліку електричної енергії в ЕПК ВАТ “Львівобленерго”;

проведення натурних експериментів для перевірки адекватності функціонування інформаційної системи оперативного обліку електричної енергії в ЕПК.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

· розроблено концептуальні засади інформаційної технології для обліку електричної енергії в режимі реального часу в умовах неповної та спотвореної вхідної інформації, що підвищує ефективність оперативного керування режимами ЕПК;

· запропоновано та досліджено метод енергетичної ідентифікації в режимі реального часу недоступних для засобів телеметрії фрагментів електричних мереж ЕПК, який дає можливість на основі наявних даних зовнішніх телевимірів недоступного фрагменту створити цілісну інформаційну інфраструктуру для оперативного аналізу даних про надходження, корисний відпуск і ТВЕЕ в електричних мережах ЕПК;

· розроблено метод оперативної верифікації телевимірів, на основі забезпечення відповідності комерційному обліку, що забезпечує однозначність на момент звітності регламентованої чинним законодавством;

· запропоновано та розроблено нейроматематичну модель реструктуризації ТВЕЕ в електричних мережах, з допомогою якої забезпечено повномасштабний облік електричної енергії в режимі реального часу.

Практична цінність отриманих результатів. Створені концептуальні засади побудови нових інформаційних нейромережевих технологій дали можливість реалізувати інформаційну систему реального часу для оперативних обліку електричної енергії та прогнозування ТВЕЕ.

Метод енергетичної ідентифікації в режимі реального часу недоступних для засобів телеметрії фрагментів електричних мереж ЕПК дає можливість на основі наявних даних зовнішніх телевимірів недоступного фрагменту створити цілісну інформаційну інфраструктуру для оперативного аналізу даних про надходження, корисний відпуск і ТВЕЕ в електричних мережах ЕПК.

Метод оперативної верифікації телевимірів на основі забезпечення відповідності комерційному обліку забезпечує підвищення ступеня точності оперативного обліку електричної енергії, що є основною умовою для успішного функціонування ЕПК в ринкових умовах.

Нейроматематична модель реструктуризації ТВЕЕ в електричних мережах дозволила забезпечити повномасштабний облік електричної енергії в режимі реального часу, а також визначати рівень ТВЕЕ в окремих структурах ЕПК.

Реалізація та впровадження. Розроблену інформаційну підсистему оперативного обліку електричної енергії в електричних мережах впроваджено в промислову експлуатацію в енергопостачальній компанії ВАТ “Львівобленерго”.

В процесі експлуатації цієї підсистеми практично доведено можливість адаптування нових інформаційних нейромережевих технологій в існуючі комп'ютерні системи автоматизованих систем диспетчерського керування режимами енергопостачальних компаній.

Застосування конференції штучних нейронних мереж для синтезу недостатньої вхідної інформації з подальшою верифікацією телевимірів та псевдовимірів на основі забезпечення відповідності енергетичних балансів активної потужності та електричної енергії значно розширило об'єм інформаційної інфраструктури оперативного інформаційно-керуючого комплексу ВАТ “Львівобленерго” і успішно використовується для вирішення інших задач диспетчерського керування.

Впровадження нейроматематичної моделі реструктуризації технологічних витрат електричної енергії як аналітичного блоку оперативного інформаційно-керуючого комплексу дозволило забезпечити оперативний аналіз та прийняття ефективних рішень по їх зменшенню.

Результати дисертаційної роботи дозволяють стверджувати про можливість та доцільність застосування інформаційних нейромережевих технологій в інших енергетичних структурах України.

Особистий внесок здобувача. У працях, написаних у співавторстві автору дисертації належить: розробка та програмна реалізація алгоритму верифікації телеінформації [2]; формування принципів та нейроматематичних моделей, а також створення методики навчання ШНМ [1,3,4,6]; розробка методики оцінки доцільності інноваційних проектів в енергопостачальних компаній за критерієм ефективного використання електричної енергії [7]; розробка принципу самоконтролю в системах оперативного обліку електричної енергії [8].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати досліджень обговорювалися на:

2-й Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми економії енергії” (Львів,1999);

3-й Міжнародній науково-технічній конференції “Математичне моделювання в електротехніці й електроенергетиці” (Львів,1999);

Міжнародній науково-виробничій конференції “Організація роботи з клієнтами в енергопостачальних компаніях США, Польщі і України” (Львів,1999);

Міжнародному конгресі “Проблеми інформатизації рекреаційної та туристичної діяльності в Україні: Перспективи культурного та економічного розвитку” (Трускавець, 2000);

Міжнародній конференції з управління “Автоматика-2000” (Львів,2000);

Міжнародній науково-виробничій конференції “Організація роботи з клієнтами в енергопостачальних компаніях України та США”, (Львів, 2001).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи відображено у 8 публікаціях, в тому числі 5 у фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'ятьох розділів, висновків, списку літератури з 118 найменувань. Обсяг дисертації складає 167 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі показано актуальність поставленої проблеми, наведено мету дослідження та задачі, розв'язання яких забезпечить досягнення поставленої мети. енергія інформаційний електричний нейроматематичний

У першому розділі здійснено аналіз сучасних вимог до обліку електричної енергії в електричних мережах ЕПК України, а також існуючих засобів та систем обліку. Обґрунтовано необхідність створення високоефективних інформаційних технологій та систем реального часу для повномасштабного обліку електричної енергії з врахуванням ТВЕЕ. Саме для виділення останньої складової (нової в порівняні з існуючими системами) запропоновано використовувати нові нейромережеві технології.

В другому розділі наведено основи технологій ШНМ, на основі яких базується подальше нейроматематичне моделювання для оперативного обліку електричної енергії в електричних мережах ЕПК. Наведено основні функціональні характеристики найпопулярнішої ШНМ "Back-Propagation" (ВР) та нової ШНМ “функціонал на множині табличних функцій” (ФТФ), запропонованої та розробленої член-кореспондентом НАН України В.В. Грициком та д.т.н. Р.О. Ткаченком.

Як показали дослідження нейропарадигм цього класу, найкращими прогностичними властивостями, які є першочерговими за важливістю для задач відображення, характеризуються ШНМ з проективно-латеральними зв'язками між нейронами прихованого шару (рис.1), які і вибрані в ролі базису при побудові програмної нейромережі для енергетичних задач. У вхідному та вихідному шарах нейромережі нейрони з сигмовидними передавальними функціями, а в схованому поліноміального виду.

Основною перевагою нейропарадигм цього класу є неітераційний алгоритм навчання, в основі якого лежить процедура ортогоналізації в просторі векторів “реалізацій досліджуваного процесу на основі процедури Грама-Шмітта”. Це забезпечує високу швидкість навчання алгоритму практично в реальному часі. Точність відтворення результатів забезпечується шляхом налагодження мережі, тобто вибором її параметрів.

В третьому розділі обгрунтувано необхідність оперативного моделювання режимів ЕПК, розвинуто метод балансу потужностей для математичного моделювання режимів, а також розроблено підхід до навчання ШНМ для оперативного нейроматематичного моделювання режимів недоступних для засобів телеметрії фрагментів електричних мереж ЕПК під час реалізації задачі обліку електричної енергії за даними телеметрії.

В теперішніх, реальних умовах функціонування ЕПК повномасштабна оснащеність електричних мереж засобами обліку електричної енергії є відсутньою, тому автором пропонується:

для забезпечення оперативних контролю потужності та обліку електричної енергії використати наявні засоби телемеханіки, дискретність оновлення інформації в яких складає від 20 сек. до 2 хв.;

інформацію, якої не вистачає для налагодження повномасштабного обліку, пропонується забезпечити за допомогою методів математичного, нейронного та нейроматематичного моделювання.

В електроенергетиці колишнього СРСР телемеханізації електричних мереж, що входять до теперішніх ЕПК, не приділялося належної уваги. Тому розв'язання та реалізація задач стосовно відслідковування та обліку потоків електричної енергії тут відстають від вимог часу. Основною є інформативна проблема, особливо стосовно фрагментів електричних мереж, які забезпечені засобами телемеханіки частково, або лише на підстанціях, що є точками умовного розділу електричних мереж ЕПК та НЕК “Укренерго” (рис.2).

Враховуючи те, що для забезпечення оперативних контролю потоків та обліку електричної енергії необхідно забезпечити неперервність надходження інформації, моделювання режимів потрібно здійснювати за допомогою “on-line”-вого комплексу моделей, залучених в контур керування, що функціонуватимуть в автоматичному та ітерактивному режимах.

Математичне моделювання плинних режимів можливо забезпечити лише за умови повномасштабного оснащення електричних мереж засобами телеметрії. Така вимога є слушною для електричних мереж 220-750 кВ НЕК “Укренерго” (рис.2). В електричних мережах ЕПК оснащення засобоми телеметрії, які дозволяють забезпечити пересилання телевимірів в ОІКК, є лише частковим навіть для підстанцій 110 кВ. В електричних мережах 35 кВ і нижче телемеханіка використовується тільки в якості телеуправлівння (телевиміри відсутні).

Під час моделювання плинних режимів фактор часу є одним з визначальних параметрів при прийнятті рішень в процесі оперативно-диспетчерського керування, хоча і тут можуть застосовуватися математичні моделі, сформовані з використанням традиційних математичних описів рівнянь стану електроенергетичної системи (ЕЕС), але форма представлення математичних моделей та алгоритми реалізації є специфічними. Тому, на відміну від традиційних розрахунків усталених режимів ЕЕС, при моделюванні плинних режимів, крім часової неперервності моделювання, визначальним фактором є достовірне інформативне забезпечення з якомога меншою степінню дискретності надходження нової інформації про режим.

Зрозуміло, що здійснення такого моделювання на основі прямого використання даних ОІКК забезпечити неможливо, тому що тут присутні наступні негативні фактори:

недостатня оснащеність електричних мереж ЕПК пристроями телемеханіки, що зумовлює присутність так званих “неоглядних” (засобами телеметрії) фрагментів електричної мережі (НФЕМ);

недостатній (а в деяких випадках ще й неузгоджений) склад телевимірів, що надходять з одного об'єкту;

наявність похибок (а деколи і втрат) інформації;

несинхронність сканування та надходження інформації;

неоднозначність інформації, що стосується одного об'єкту, наприклад, невідповідність телесигналу телевимірам (об'єкт працює, а значення струму - відсутнє);

зашумленість інформації, наприклад, викиди значень активної потужності на фідерах, що забезпечують живлення тягових підстанцій при запуску двигунів електротягів;

історична проектно-непередбачена випадкова неузгодженість вимірювальних перетворювачів (в післяаварійних режимах роботи бувають відхилення від нормальної схеми - вимкнення деяких елементів, а при змінах режиму, не завжди, але спостерігаються реверсивні потоки енергії на фідерах, де встановлені однополярні перетворювачі).

В якості інструментарію для енергетичної ідентифікації НФЕМ застосовуємо нейроматематичне моделювання, де адекватність такого моделювання залежить від процесу навчання ШНМ-ФТФ, які в подальшому за відомими даними входами повинні здійснювати продукування результату у виді виходів.

В четвертому розділі вирішено проблему формування повномасштабної інформаційної інфраструктури для оперативного обліку електричної енергії методами нейроматематичного моделювання.

Виходячи з реальних наявних інформаційних ресурсів з врахуванням структури функціонування ЕЕС, в тому числі і ЕПК, для розв'язання інформаційних задач за допомогою методів моделювання, пропонується електричні мережі умовно поділити на:

оглядні засобами телеметрії фрагменти електричних мереж (ОФЕМ) - пристроями телемеханіки охоплені всі підстанції;

неоглядні засобами телеметрії фрагменти електричних мереж - пристроями телемеханіки охоплені лише підстанції, які є джерелами живлення цих фрагментів;

частково-оглядні засобами телеметрії фрагменти електричних мереж (ЧФЕМ) - пристроями телемеханіки охоплені більшість підстанцій.

Основною умовою здійснення оперативного обліку електричної енергії в ЕПК є наявність необхідної вхідної інформації. Оскільки телемеханізація електричних мереж є лише частковою, тобто і кількість інформації є недостатньою, пропонується інформацію яка є відсутньою отримувати шляхом моделювання.

Наявна інформація є не точною як для відображення режимів, так і для моделювання, де вона використовується в якості вхідних даних. Тому, на сам перед необхідно здійснити верифікацію цієї наявної інформації.

Здійснюється ранжування множини значень потужностей в напрямку кількісного спадання значення з врахуванням її тривалості. Враховуючи, що похибка була “сформована” -ю кількістю значень потужності, і приймаючи, що ці похибки відповідають нормальному законові розподілу випадкових величин, ймовірнісну вагу в сумарній похибці внесену кожним -м значенням потужності при , на основі чого визначаємо коректуючі коефіцієнти . В майбутньому, у випадку надходження на концентратор ОІКК порції квантів величиною , що з врахуванням вартості одного кванта відповідає значенню потужності забезпечило б уточнення останнього

.

За умови зростання часу роботи алгоритму з реалізації наведеного методу корекції невідповідність між сертифікованим і телеметричним значеннями електричної енергії буде зменшуватися, тобто забезпечуватиметься виконання умови

Моделювання режимів енергопостачальних компаній за даними телеметрії пропонується здійснювати:

методами математичного моделювання режимів ОФЕМ - при наявності вичерпної детермінованої інформації;

методами нейроматематичного моделювання (НММ) режимів НФЕМ - при відсутності детермінованої інформації;

методами ММ та НММ відповідно режимів ЧФЕМ - при хоча б частковій відсутності детермінованої інформації.

Для розв'язання задачі енергетичної ідентифікації режимів ЕПК загалом достатнім є застосування ММ та НММ, тому що моделювання режимів ЧФЕМ можна здіснювати, відповідно, як оглядних, так і неоглядних фрагментів. Тобто задача зводиться до моделювання режимів електричних мереж за структурою як на рис.3.

Математичне моделювання оглядних засобами телеметрії фрагментів електричних мереж. Враховуючи, що для ОФЕМ всі підстанції є телемеханізовані, тобто надходження телевимірів є повномасштабним, а з врахуванням того, що крім телевимірів на концентратор інформації надходять ще і телесигнали можна за допомогою математичної моделі в методі балансу потужностей повністю відтворити плинний режим в електричній мережі.

Результатом такого відтворення є: значення модулів напруг на шинах всіх підстанцій; перетоки активних та реактивних потужностей, а також діючі значення струмів всіх ліній електричної мережі; перетоки активних та реактивних потужностей, а також діючі значення струмів всіх вводів трансформаторів на підстанціях; значення технологічних витрат активної потужності в усіх елементах зокрема та ОФЕМ загалом; значення потоків активної та реактивної енергій, які відпускаються в НФЕМ.

Моделювання неоглядних (засобами телеметрії) електричних мереж. Для обліку електричної енергії в ЕПК при наявності НФЕМ, моделювання цих фрагментів зводиться до визначення координат режиму, які несуть інформацію про: кількість електричної енергії, яка витрачаєтьсяв елементах електричної мережі в процесі її пересилання з підстанцій НЕК “Укренерго” до споживачів - ТВЕЕ; кількість активної електричної енергії, яка безпосередньо відпускається споживачам - корисний відпуск активної електроенергії (КАЕЕ); кількість реактивної електроенергії, яка безпосередньо відпускається споживачам - корисний відпуск реактивної електричної енергії (КРЕЕ).

Тоді результатами розрахунків є: комплексні значення (модулі та аргументи) напруг в вузлах НФЕМ споживання електричної енергії ; значення активного та реактивного навантажень в вузлах надходження електричної енергії в НФЕМ

Продукування необхідної для оперативного обліку електричної енергії в електричних мережах здійснюється в режимі “on-line” за допомогою вже навченої ШНМ-ФТФ за наступним алгоритмом наведеним нижче.

Значення телевимірів певного зрізу телеметрії в момент часу з підстанцій, які розташовані по периметру НФЕМ надходять на концентратор ОІКК.

За вищенаведеною методикою здійснюється верифікація інформації, яка надійшла на концентратор.

Здійснюється пофідерний аналіз інформації і в подальшому шляхом сумування визначаються сумарні значення активної та реактивної потужностей, а також діючих значень струмів, які разом з телевиміром напруги саме і формують склад входів ШНМ-ФТФ

.

Значення входів подаються на вже навчену ШНМ-ФТФ, внаслідок чого одержуємо значення виходів

.

Фізичні величини, які продукуються за допомогою ШНМ-ФТФ є складовими загальносистемного (тут слід розуміти “система” як філософська категорія, стосовно ЕПК загалом) балансу потужності та енергії, які саме і повинні обліковуватися.

Тестування запропонованого підходу здійснювалося на прикладі моделювання режимів роботи розподільної електричної мережі 110 кВ електропостачання м.Львова (рис.4.) як НФЕМ схеми, що функціонує в середовищі Західної електроенергетичної системи з точками умовного розділу, якими є підстанції: “Львів-2”-220кВ; “Південна”-330 кВ; “Західна”-330 кВ. Тобто, режим електропостачання м. Львова для диспетчера Львівських електричних мереж є лише частково оглядовим, а саме на відходячих від цих підстанцій фідерах 110 кВ. Наявність пристроїв телеметрії в мережі 110 кВ носить локальний характер і не дозволяє забезпечити зв'язність топологічного формування дерева графа схеми електричної мережі, тому для проведення досліджень цю інформацію використовувати не будемо.

На рис.5 наведено результати порівняльного аналізу комп'ютерного симулювання функціонування ШНМ і математичного моделювання тих самих фізичних величин (значення сумарного активного [МВт] та реактивного [Мвар] навантажень у вузлах, а також сумарні технологічні втрати активної потужності [МВт] в елементах НФЕМ 110 кВ). Гранична похибка () моделювання мала місце під час моделювання ТВЕЕ, а її величина складала 5.12 %.

Нейроматематична модель енергетичної ідентифікації режиму електропостачання в електричних мережах різних класів номінальних напруг. Вище розглянуто варіанти моделювання НФЕМ, де корисний відпуск електричної енергії не конкретизувався. Враховуючи реальну структуру електричних мереж високої напруги, відпуск електроенергії здійснюється, як правило, в мережі декількох нижчих номінальних класів напруг і лише в виняткових випадках безпосередньо споживачам.

Для здійснення оперативного обліку електричної енергії цього не достатньо, тому що тут необхідно чітко визначитися саме куди здійснюється корисний відпуск електричної енергії, адже саме він повинен підлягати облікові.

В цьому випадку нейронматематичні моделі НФЕМ ЕПК необхідно формувати таким чином, щоб забезпечити енергетичну ідентифікацію режиму електропостачання шляхом реструктуризації корисного відпуску електроенергії за класами номінальних напруг.

Навчання ШНМ-ФТФ здійснюється на основі методики (розділ 3), де навчальна вибірка формується на основі результатів розрахунків усталених режимів за допомогою математичної моделі в методі балансу потужностей для електричної мережі в технологічно допустимому діапазоні зміни режимів навантажень

,

де від розрахунку режиму до розрахунку режиму з певним кроком здійснювалися зміни комплексних значень навантажень шин середньої (35 кВ) та низької напруг (6-10 кВ) підстанцій 110 кВ від до .

В п'ятому розділі наведено прикладне застосування нейроматематичного моделювання, що знайшло втілення в АСДУ ВАТ “Львівобленерго” у вигляді “Інформаційної системи оперативного обліку електричної енергії”.

Функціонування системи здійснюється в режимі “on-line” за даними телеметрії, які надходять на концентратор інформації ОІКК Львівських електричних мереж (рис.7).

Оперативний облік електроенергії, яка надходить з Енергоринку в електричні мережі ЕПК ВАТ “Львівобленерго” та її структури здійснюється методами математичного моделювання, а корисно відпущена електрична енергія в електричні мережі 35...6 кВ ЕПК та технологічні витрати потоків електричної енергії зумовлені внутрішнім розподілом і енергопостачанням, а також транзитами потужностей на основі нейроматематичного моделювання.

Самоконтроль систем оперативного обліку електричної енергії методом нейроматематичного моделювання. Функціонування інформаційної системи оперативного обліку електричної енергії здійснюється на принципі виконання в кожний момент часу розрахункового балансу електричної енергії

(2)

де - значення показів лічильників, які оснащені цифровими портами та каналами зв'язку для передачі інформації в реальному часі на концентратор ОІКК ЕПК з підстанцій надходження електричної енергії з Енергоринку; - загальна кількість точок надходження; - значення показів лічильників, які оснащені цифровими портами та каналами зв'язку для передачі інформації в реальному часі на концентратор ОІКК ЕПК з фідерів та підстанцій корисного відпуску електричної енергії споживачам чи іншим енергетичним структурам; - загальна кількість точок надходження; - значення корисного відпуску електричної енергії споживачам чи іншим енергетичним структурам з фідерів, які не охоплені цифровими портами або не надходять в ОІКК з лічильників на момент обробки інформації за рахунок відмов каналів зв'язку тощо, тому їх кількість може змінюватися; - величина технологічних витрат електричної енергії в електричних мережах ЕПК.

На рис.8. наведено структурну схему функціонування системи оперативного обліку електричної енергії, де відсутні необхідні дані продукуються за допомогою ШНМ, а контроль здійснюється виходячи з умов допустимого небалансу , який є співвимірним з класом точності .

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі розв'язана науково-практична проблема створення нових інформаційних технологій, в основу яких закладені принципи нейроматематичного моделювання, що дозволило забезпечити створення інформаційних систем реального часу для реалізації оперативного обліку електричної енергії в енергопостачальних компаніях і розв'язати ряд раніше невирішуваних задач стосовно керування режимами електропостачання з врахуванням ринкових умов. В результаті цього одержано наступні наукові результати.

На основі аналізу вітчизняного та зарубіжного досвіду інформатизації енергопостачальних компаній, виходячи з реального стану і вимог Енергоринку, запропоновано концептуально новий підхід до створення, формування і застосування інформаційних технологій та систем для оперативного обліку електричної енергії, які працюють в режимі “on-line” за умови неповної та спотвореної вхідної інформації.

Показано, що лише за умови спільного застосування методів математичного та нейроматематичного моделювання можна забезпечити повномасштабний оперативний облік електричної енергії на основі даних телеметрії.

Запропоновано, розроблено і реалізовано метод оперативної верифікації телевимірів, на основі забезпечення відповідності комерційному облікові, що дозволило не тільки підвищити точність оперативного обліку, але і підвищити ефективність під час прийняття рішення стосовно інших задач диспетчерського керування.

Розроблено методику навчання штучних нейронних мереж для енергетичної ідентифікації неоглядних засобами телеметрії фрагментів електричних мереж.

Розроблено та реалізовано архітектуру побудови інформаційних систем реального часу для оперативного обліку електричної енергії в електричних мережах частково охоплених засобами телеметрії.

Запропоновано та розроблено нейроматематичну модель реструктуризації корисного відпуску електричної енергії в електричні мережі різних класів номінальних напруг і технологічних витрат електроенергії в цих мережах.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Данилюк О.В., Батюк Н.Б., Андрощук О.В.,Моделювання технологічних витрат електричної енергії в енергопостачальних компаніях на основі штучної нейтронної мережі з синтезом додаткових входів // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": Електроенергетичні та електромеханічні системи.- №403.-2000.-С 34-37.

2. Грицик В.В., Андрощук О.В., Данилюк О.В., Дьяченко С.В. Верифікація телеінформації в системах оперативного обліку електричної енергії / Автоматика-2000. Збірник наук. праць.- Львів: ДНДІІІ, 2000. Т.7. -С.15-17.

3. Данилюк О.В., Андрощук О.В., Ткачов Д.В. Нейроматематична модель енергетичної ідентифікації режимів у системах оперативного обліку електричної енергії // Вісник Державного університету "Львівська політехніка": Електроенергетичні та електромеханічні системи.- №403.-2000.-С 34-37.

4. Данилюк О., Козовий А., Дьяченко С., Ткачов Д., Шпак Я., Андрощук О., Козовий Б., Маркевич В., Павлюк М. Автоматизована підсистема оперативного обліку електричної енергії в електричних мережах енергопостачальної компанії ВАТ “Львівобленерго” // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”: Проблеми економії енергії.- №2.-1999.- С.139-143.

5. Андрощук О.В. Моделювання режимів енергопосчатальних компаній в задачах обліку електроенергії:Препр./ Держ. ком. зв'язку та інформатизації України і НАН України. Державний НДІ інформаційної інфраструктури.- Львів, 2001.-40 с.

6. Данилюк О., Андрощук О., Ткачов Д. Нейроматематичне моделювання в задачах оперативного обліку електричної енергії в енергопостачальних компаніях / “Математичне моделювання в електротехніці й електроенергетиці”: Тези доп. 3-ї Міжнар. наук.-техн. конф. Львів, 1999.-С. 12-12.

7. Данилюк О.В., Андрощук О.В., Майоров А.Ю. До питання оцінки інноваційних проектів в електроенергетиці / Праці Міжнародного конгресу “Проблеми інформатизації рекреаційної та туристичної діяльності в Україні: Перспективи культурного та економічного розвитку”.-Трускавець, 2000.-С.250-251.

8. Данилюк О.В., Андрощук О.В., Грицик В.В. (мол.). Штучні нейронні мережі для самоконтролю систем оперативного обліку електричної енергії енергопостачальних компаній / Первая Междунар. науч.-практ. конф.: “Вычислительная техника в информационных и управляющих системах”: Сборник трудов.-Мириуполь,2001.-С.140-141.

Размещено на Allbest.ru

...