Интеллектуальная система диспетчерского правления электроэнергетической системы и ее развитие на территории ЕЭС России

Размещено на http://www.allbest.ru

Интеллектуальная система диспетчерского правления электроэнергетической системы и ее развитие на территории ЕЭС России

Д.В. Пшеничный

ФИЛИАЛ АО «СО ЕЭС» ТВЕРСКОЕ РДУ

Тверь, Россия

Pshdmv@gmail.com

Аннотация

Состояние вопроса: В настоящее время автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ) выполняют функции технического учета контролируемых параметров, мониторинга текущего состояния оборудования, работоспособности каналов связи, сбора информации с цифровых измерительных преобразователей, устройств микропроцессорных РЗА, интеллектуальных счетчиков электроэнергии. При существовании огромных вычислительных мощностей, необходимой базы последовательности выполнения расчетов технологических режимов работы сети, а также устройств, поддерживающих работу этой сети, организованными и много раз резервируемыми каналами связи между объектом диспетчеризации и серверами хранения технологической информации, можно сказать, что АСДУ недостаточно эффективна, как можно было бы ее представить. Сложившаяся ситуация дает стимул к работе над автоматической системой диспетчерского управления, минимально контролируемой человеком (самонастраивающаяся интеллектуальной ЭЭС).

Материалы и методы: Проделан анализ текущего состояния автоматизированных систем диспетчерского управления, результатов расчета электрических режимов и параметров настройки релейной защиты и автоматики на основе стандартов и документов, используемых в работе диспетчером ЕЭС России.

Результаты: Проведен расчет рентабельности перехода на новую систему. Представлены результаты логической части работы интеллектуальной системы диспетчерского управления.

Выводы: Реализация новой системы позволит сократить численность обслуживающего персонала объектов диспетчеризации.

Ключевые слова: автоматизированные системы диспетчерского управления; интеллектуальная электроэнергетическая система; цифровая подстанция; рентабельность.

Background

автоматизированный диспетчерский электрический релейный

Currently, the automated dispatch control system (ADCS) perform the functions of the technical accounting of monitored parameters, monitoring of the current condition of equipment, efficiency of communication channels, collecting information with digital measuring converters, devices of microprocessor relay protection and automation equipment smart electricity meters. The existence of the enormous computing power required base sequence of calculations of technological modes of the network but also devices that support the network, organized and many times redundant channels of communication between the object dispatching and server storage technology information, we can say that the ADCS are not effective enough, as it would be possible to imagine. This situation gives an incentive to work on an automatic system of dispatching management, minimally controlled by human (self-tuning intelligent EPS).

Materials and methods: An analysis of the current state of the automated systems of dispatching management, the results of calculation of electric modes and settings of relay protection and automatics on the basis of standards and documents used in the work Manager of the UES of Russia.

Results: The calculation of the profitability of the transition to the new system. Presents the results of the logical parts in intelligent Supervisory control.

Conclusions: The Implementation of the new system will reduce the number of maintenance personnel dispatching.

Key-words: automated system of dispatching control; smart power system; digital substation; profitability.

Введение

В среде системного оператора ЕЭС России широко применяются системы автоматики и программно-автоматизированные комплексы (ПАК) автоматизирующие процессы управления электроэнергетической системы (ЭЭС) и действия служб системного оператора. Среди них такие как: «Rastr Win», «Космос», «SCADA», «Заявки», «Modes-Terminal», «АРМ СРЗА» и ряд других. При оценке программно-автоматизированных комплексов в первую очередь обращают внимание на достоверность результатов и максимальное соответствие модели управления реальным свойствам физического объекта ЭЭС и способность комплексов обеспечить работу пользователя в режиме реального времени и дружеском диалоге.

Программно-автоматизированные комплексы

Наиболее эффективное применение в нашем Тверском РДУ получили программно-автоматизированные комплексы, разработанные ЗАО «Монитор Электрик», группой компаний «СМС-Автоматизация», Производственным кооперативом «Бриз» и ЗАО «Техсистем Груп».

Все вместе они имеют достаточно широкий охват функций, автоматизирующих работу инженерно-технического персонала системного оператора, качественную сопроводительную документацию и обеспечивают диалоговый режим работы.

Некоторым недостатком всех этих комплексов является тот факт, что каждый из этих комплексов работает со своей информационной моделью, со своими наборами данных и со своими алгоритмами контроля достоверности обрабатываемой информации.

Моделирование ЭЭС

Самой актуальной проблемой моделирования какой-либо системы является проблема соответствия модели оригиналу. При моделировании ЭЭС решение этой проблемы вдвойне актуально, так как процессы, протекающие в ЭЭС быстротечны и любое отклонение от оригинала может моментально привести к самым нежелательным последствиям.

При этом, любые приложения, автоматизирующие процессы, протекающие в ЭЭС, или автоматизирующие действия служб системного оператора, только тогда могут дать адекватные решения, когда все они базируются на одной и той же модели ЭЭС.

С другой стороны, модель ЭЭС должна соответствовать представлению каждого конкретного пользователя системного оператора, а это означает, что физическая модель объекта должна быть единственной, а ее представление каждым пользователем, или каждым ПАК, или каждой программной системой может быть индивидуальным, то есть отличаться многообразием.

И наконец, модель ЭЭС это не только статическая совокупность взаимосвязанных физических элементов сети, но и модель электромагнитных процессов, протекающих в динамичной электроэнергетической системе, которая описывается математически. Такая информационная физико-математическая модель (ИФММ) объективно отражает описание ЭЭС, являясь единой основой автоматической системы управления процессами и других программных приложений, автоматизирующих работу служб системного оператора.

Информационная модель

Информационная модель ЭЭС представляет собой совокупность элементов системы, описывающих и физические элементы системы, и связи между ними. С точки зрения пользователя информационная модель ЭЭС должна обладать свойством различного ее представления. Наиболее эффективное трехуровневое представление модели:

- физический уровень - физическое описание наборов данных и/или каждого элемента системы. Кроме данных, описывающих качественные и количественные характеристики, элементы, являющиеся непосредственным звеном ЭЭС, предполагают математическое описание электромагнитных характеристик этого элемента;

- логический уровень - описание узлов системы и связей между ними. Модель ЭЭC на логическом уровне может быть представлена, например, виде сетевой или иерархической структуры. Физическому описанию модели может соответствовать любое количество описаний модели на логическом уровне. Тиражирование логических моделей может осуществляться лишь частичной корректировкой, например, наиболее полной логической модели.

Необходимо отметить, что на практике для каждого типа объектов ЭЭС должны существовать и типовые логические модели, то есть, например, для электростанций, распределительных подстанций и цифровых подстанций;

- пользовательский уровень - отображение модели в объеме и терминах пользователя, например, в виде мнемосхемы ЭЭС, т.е. В терминах и форме общения пользователя. Логическому описанию модели может соответствовать любое количество описаний модели на пользовательском уровне.

В отличии от логического уровня на пользовательском уровне модель описания каждого объекта ЭЭС своя. Типовая структура присутствует лишь в части автоматизации функций обслуживающего персонала объекта ЭЭС.

Физико-математическая модель

Физико-математическая модель представляет собой математическое описание ЭЭС, строится с использованием математического описания электромагнитных характеристик каждого физического элемента системы и связей между ними в соответствии с логическим уровнем описания информационной модели. Физико-математическая модель может формироваться автоматически после формирования логической модели и ввода электромагнитных характеристик элементов ЭЭС или в любой иной момент по требованию пользователя.

ИФММ ЭЭС и ее назначение

Модель объекта управления и система управления объектом - две взаимосвязанные вещи. От качественной стороны представления модели объекта зависит эффективность работы системы управления объектом и обратно - для обеспечения эффективной работы системы управления необходима оптимальная модель объекта управления.

ИФММ является основой построения интеллектуальной электроэнергетической системы (ИЭЭС). Кроме этого, такая модель системы позволит на единой информационной платформе создать весь комплекс программных средств, автоматизирующих функции системного оператора и других служб ЕЭС.

Главным назначением ИФММ является возможность ее использования для автоматического моделирования режимов работы ЭЭС. Наглядность представления и изменения модели управления на логическом уровне практически полностью должна автоматизировать работу служб системного оператора. Предполагается, что система должна обеспечить моделирование режимов работы не только при изменении модели на логическом уровне, но и при изменении исходных данных генерации и потребления мощностей в системе. Кроме этого, оперативная корректировка данных на физическом уровне позволяет вести расчет режимов работы ЭЭС в самом широком диапазоне и в автоматическом режиме.

Результаты моделирования режимов работы ЭЭС могут быть использованы в качестве исходных данных при расчете и выборе средств релейной защиты и автоматики, а также для формирования таблиц принятия решений. ИЭЭС должна обеспечивать автоматическое обновление таблиц принятия решений при изменении исходных параметров реальной ЭЭС или по требованию пользователя.

Система диспетчерского управления ЭЭС

Процессы, протекающие в ЭЭС, динамичны, поэтому система диспетчерского управления строится на принципах не автоматизированного, а на принципах автоматического управления технологическими процессами ЭЭС.

Чем больше прав принятия решений передается на автоматический уровень, тем выше должна быть оценка адекватности принятия решений в системе. Для достижения такого критерия система должна обладать следующими возможностями: во-первых, автоматическим выбором режима работы, обеспечивающим надежность функционирования; во-вторых, обеспечением соблюдения установленных технологических параметров и стандартных показателей качества электрической энергии; в-третьих, автоматическим моделированием режимов работы системы при изменении параметров ЭЭС, и основываться на принципе мультипликации таблиц принятия решений.

Такая система должна базироваться на алгоритме выбора искомой таблицы принятия решений, на базе выбранной таблицы принятия решений осуществлять выдачу управляющих воздействий на ЭЭС и контроль состояния ЭЭС, в случае необходимости обеспечить автоматический переход к другой таблице принятия решений. Мультиплицирование таблиц принятия решений, с одной стороны, сохраняет ступенчатость, а, с другой стороны, обеспечивает плавность регулирования в системе. Такой принцип организации системы диспетчерского управления позволяет говорить о построении интеллектуальной системы диспетчерского управления ЭЭС, целью которой является оперативное воздействие на принятие адекватных решений в случаях перехода ЭЭС с одного режима работы на другой или при возникновении аварийной ситуации.

При этом, частота мультипликации таблиц принятия решений определяет, в конечном счете, уровень регулирования режимами работы ЭЭС по обеспечению жесткого соблюдения качественных параметров выдаваемой электрической энергии.

Частота мультиплицирования таблиц принятия решений и частота мультиплицирования режимов работы, конфигурации и контроля в ЭЭС предполагает создание системы, которая должна обеспечить устойчивость работы ЭЭС ориентируясь в пространстве таблиц принятия решений.

Интерпретатор таблиц принятия решений должен являться настраиваемым элементом, обеспечивающим взаимосвязь с системами автоматического регулирования, элементами автоматического регулирования и системами релейной защиты.

Надежность программной системы

Поскольку контроль надежности работы является ключевым в электроэнергетике, функция тестирования может быть запущена в любой момент в период эксплуатации системы по требованию пользователя.

Надежность технических средств

Надежность работы вычислительного комплекса, каким является система диспетчерского управления ЭЭС с максимальной передачей функций управления в автоматический режим, безусловно, зависит от надежности работы технических средств и от вычислительной системы, организующей сам вычислительный процесс.

Резерв вычислительной мощности

Для обеспечения максимальной надежности работы технических средств можно предложить двухуровневую систему технических средств:

- основной рабочий комплекс;

- горячий резерв, копия основного рабочего комплекса, с альтернативным источником питания. С полной готовностью моментально переключить на себя управление в случае выхода из строя основного комплекса.

Организация вычислительного процесса

Организация вычислительного процесса должна обеспечить минимальное время переключения на обработку таблиц принятия решений с одновременным выбором оптимальной таблицы и построения новых таблиц принятия решений. Можно предложить такие возможности организации вычислительного процесса:

- основной рабочий комплекс (горячий резерв) обеспечивает параллельную работу двух копий программной системы в каждый момент с разными таблицами принятия решений;

- организация фонового режима для выполнения вспомогательных расчетов в системе (изменение логической модели, корректировка физической модели, формирование таблиц принятия решений и т.д.).

Среда построения ИЭЭС

Основным требованием ИЭЭС является обеспечение способности микропроцессорных электронных устройств к обмену технологическими и другими данными в цифровом формате. Следовательно, ЭЭС должна быть укомплектована измерительным и исполнительным оборудованием на основе международного стандарта МЭК-61850.

Такое требование вытекает из основной идеологии построения ИЭЭС на базе ИФММ системы и выполнении математических расчетов в цифровом формате.

Прямой переход на цифровой формат обмена данных обеспечит: во-первых, повышение эффективности взаимодействия электронных устройств за счет исключения трактов ввода/вывода аналоговых сигналов; во-вторых, унифицирование интерфейсов устройств различных производителей; в-третьих, повышение совместимости электронного оборудования и вторичных цепей благодаря переходу на оптические связи; в-четвертых, обеспечение эффективного взаимодействия с цифровыми подстанциями: в-пятых, поэтапный переход ЕЭС России на цифровой формат обработки данных и др.

Развитие ИЭЭС

Моделирование ИЭЭС, рассматриваемое в рамках РДУ, не накладывает ограничений ни на состав физических элементов системы, ни на связи между ними, ни на формирование физико-математической модели объекта. В этом смысле, идеология интеллектуальной системы диспетчерского управления ЭЭС может быть рассмотрена как базовая при построении систем управления процессами на уровне цифровой подстанции, ОДУ и ЦДУ ЕЭС России.

Первоначально ИЭЭС может быть реализована на одной из РДУ, например нашего Тверского региона, и, даже сначала, в рамках части РДУ. Возможно параллельное внедрение, с некоторым сдвигом во времени, и на других РДУ. В зависимости от целесообразности, дальнейшее внедрение может осуществляться, например, в ЦДУ.

Конечно, функции ЦДУ отличаются от функций РДУ. Главное отличие заключается в том, что электромагнитные процессы скоротечны, а протяженность линий электропередач в России огромна. Поэтому как раз в этом и заключается оригинальность применения единой по идеологии системы в разных по управлению уровнях ЭЭС России.

Экономическое обоснование

Основной целью построения ИЭЭС является повышение надежности работы системы, значительное повышение качества параметров выдаваемой электрической энергии и снижение уровня эксплуатационных затрат за счет сокращения численности персонала системного оператора РДУ ЕЭС России.

В настоящее время Россия вступила в полосу бурного развития Восточной Сибири и Дальнего Востока, совместно с Китаем решаются вопросы создания трансконтинентальной ЭЭС объединяющей Китай, Россию, Евросоюз. Значительное повышение качества параметров электрической энергии сулит огромные выгоды для страны, а значит и экономическую выгоду самой ЕЭС России, создаст объективные условия совместной заинтересованности объединения энергосистем стран с различными часовыми поясами.

Создание объединенной ЭЭС потребует развитие служб системного оператора ЕЭС, и тут ИЭЭС должна обеспечить эксплуатацию такой системы без наращивания численности персонала, а за счет эффекта самой системы.

Список литературы

Изнаиров, Б.М. Обеспечение рациональных геометрических параметров многозвеньевых соединений и резервирование их элементов. - Саратов: СГТУ, 2008. - 450 с. (references)

Рагулин, В.В., Михайлов, А.Г. Исследование свойств асфальтосмолопарафиновых отложений и разработка мероприятий по их удалению из нефтепросысловых коллекторов // Нефтепромысловое дело. - 2001. - № 5. - С. 33_36.

Шуин В.А., Сарбеева О.А., Шагурина Е.С. Информационные параметры электрических величин переходного процесса для использования в защитах от замыканий на землю сетей среднего напряжения. // Сборник докладов Международной научно-технической конференции СИГРЭ “Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем”. - Санкт-Петербург. - 2011. - РS1-S3-04.

Кискачи В.М., Назаров Ю.Г. Сигнализация однофазных замыканий на землю в компенсированных кабельных сетях 6-10 кв / Труды ВНИИЭ. Вып. 16. - М.: Госэнергоиздат. - 1963. - С. 219-251.

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ “Расчет многомерных совмещенных процессов измельчения, классификации в сыпучих средах №2010612671 от 19 апреля 2010 года” / А.Н. Беляков, В.П. Жуков, А.А. Власюк, А.Е. Барочкин.

References

[1] Iznairov, B.M. Obespechenie ratsional'nykh geometricheskikh soedinenii I rezervirovanie ikh parametrov [Rational Geometric Parameters of Multicomponent Joints and Backup of Their Components], Saratov: SGTU, 2008, 450 pp. (references)

[2] Ragulin, V.V., Mikhailov, A.G. Issledovanie svoistv asfal'tosmoloparafinovykh otlozhenii I razrabotka meropriyatii po ikh udaleniyu iz neftepromyslovykh kollektorov [Studying the properties of asphalt-resin and paraffin depositions and development of procedurs to remove them from the oilfieled gathering lines], Neftepromyslovoe delo, 2001, issue 5, pp. 33_36.

[3] Shuin, V.A., Sarbeeva, O.A., Shagurina, E.S. Informacionnyye parametry elektricheskikh velichin perehodnogo processa dlya ispolzovaniya v zaschitakh ot zamykaniy na zemlyu v setyakh srednego napryazheniya [Information parameters of electrical quantities of the transition process for use in protection against earth faults in medium voltage networks], in Sbornik dokladov Mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy konferencii SIGRE “Sovremennye napravleniya razvitiya system releynoy zaschity i avtomatiki energosisem”, St. Petersburg, 2011, РS1-S3-04.

[4] Kiskachi, V.M., Nazarov, Yu.G. Ustroystva signalizacii zamykaniy na zemlyu v kabel'nykh setyakh 6-10 kv [Signaling devices earth faults in cable networks 6-10 kv], in Signalizatsiya zamykaniy na zemlyu v kompensirovannykh setyakh, Moscow: Gosenergoatomizdat, 1962, pp. 39-66.

[5] Belyakov, A.N., Zhukov, V.P., Vlasyuk, A.A., Barochkin, A.E. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programmy dlja EVM “Raschet mnogomernykh sovmeshchennykh protsessov izmel'cheniya, klassifikatsii v sypuchikh sredakh №2010612671 ot 19 aprelya 2010 goda” [Certificate of state registration for a software program “Calculation of polydimentional integrated process of refining, and classification in granural medium №2010612671, April 19, 2010”].

Размещено на Allbest.ru