Опыт внедрения и эксплуатации в энергообъединениях России программного комплекса подготовки данных и расчетов прогнозов электропотребления и балансов

На представленной ниже таблице сопоставлены ошибки прогнозирования по различным энергообъединениям с различным упреждением. Для оценки точности использовались данные за 2002 год по рабочим дням.

Табл. 3. Точность оперативного прогнозирования потребления

Следует отметить, что ошибки оперативного прогнозирования в значительной степени зависят от упреждения, с каким производился прогноз. Лучшая точность прогнозов достигается при минимальном упреждении - час, полчаса. При увеличении упреждения прогноза точность ухудшается и приближается по мере роста времени упреждения к точности краткосрочного прогноза на сутки вперед.

Рис. 7. График зависимости точности оперативного прогнозирования от упреждения прогноза в часах

2.3 Точность долгосрочного прогнозирования

При краткосрочном и оперативном прогнозировании одним из существенных моментов уточнения прогнозов является учет влияния метеофакторов. При долгосрочном планировании значимость учета метеофакторов уменьшается. Вместе стем, при долгосрочном планировании возникает ряд значимых факторов, степень влияния которых оценить математически довольно затруднительно в силу сложности их формализации. Это, в первую очередь, социально-экономические факторы, от которых в значительной степени зависят тенденции развития регионов. Учет таких факторов возможен посредством введения факторов роста численности населения, планов жилищного строительства, внедрения новых производств т.п. В комплексе «Энергостат» алгоритмы для долгосрочного планировании позволяют производить прогноз тенденции развития в форме экстраполяции временных рядов и дополнительно использовать программный инструмент изменения наклона тенденции роста (падения). На рис. 8 представлены графики долгосрочных прогнозов потребления электроэнергии с различными коэффициентами наклона тенденции. Коэффициент наклона определяется технологом, осуществляющим планирование на основе данных о предполагаемом развитии энергообъединения на ближайшие годы.

Если точность краткосрочного и оперативного прогноза определяется адекватностью математических моделей, то точность долгосрочного прогноза (3-10 лет) в значительной степени зависит от того, насколько были верны предположения о темпах развития региона и, соответственно, какой коэффициент наклона тенденции использовался при прогнозировании. В этом случае точность зависит не столько от адекватности математической моделей, а от правильной оценке технологами темпов развития регионов, поскольку в данном случае программные средства предоставляют технологу инструмент для расчетов.

Рис. 8. Графики прогнозов электропотребления с различными коэффициентами, характеризующими тенденцию (нелинейный рост, линейный рост, нелинейное затухание роста)

В таблице 3 представлены результаты расчетов долгосрочного прогноза на 1999год для Мосэнерго. Упреждение прогноза - 1 год. Прогноз выполнен с затуханием 1, в предположении, что темпы роста электропотребления сохранятся на том же уровне. Следует отметить увеличение ошибок прогноза в период включения-отключения отопления. Это связано с тем, что долгосрочный прогноз, как правило, производится на среднемноголетние значения температуры. В периоды включения-отключения отопления влияние температуры существенно возрастает и достигает 2-3 % на градус C°, что отражается на точности прогнозов.

Табл. 4. Результаты долгосрочного прогноза среднемесячных значений электропотребления с затуханием 1 для Мосэнерго на 1999 год

3. Программные средства планирования балансов

3.1 Расчет балансов мощности и электроэнергии

Завершающим этапом планирования является расчет ожидаемых балансов мощности (подсистема «Энергостат-1.1») на основе прогнозов отдельных составляющих. Структура балансов задается определенными формулами. При планировании возможна вариантно-итеративная последовательность расчетов с использованием различных критериев и оптимизационных алгоритмов. Вариантное планирование дает пользователю удобный инструмент расчета отдельных параметров, характерных групп параметров и баланса системы в целом с последовательным устранением небалансов. При совместном использовании комплекса с программой - администратором базы оборудования «Энергостат-6.1» возможен расчет величин ограничений, ремонтов и рабочей мощности, используемых при расчете баланса мощности.

Подсистема «Энергостат-3.1» предназначена для выполнения основных функций, связанных с расчетом, анализом и прогнозированием месячных, квартальных и годовых значений параметров баланса электроэнергии, таких как собственное потребление, электропотребление, технологический расход, выработка, сальдо-переток, покупка, передача и др. Расчеты прогнозов могут производиться, как по отдельным параметрам баланса с последующим суммированием, так и по собственному потреблению (или другому параметру верхнего уровня) с последующей разбивкой по составляющим баланса (балансировка). Подсистема «Энергостат-4.1» предназначена для выполнения функций, связанных с расчетом, анализом и прогнозированием месячных, квартальных и годовых значений потребления групп потребителей, товарной продукции и тарифов на электроэнергию.

В состав групп потребителей могут входить любые группы - промышленные потребители, сельское хозяйство, население, транспорт и т.п., а также могут включаться отдельные крупные потребители. Группы потребителей могут разбиваться на составляющие, образовывая иерархию баланса групп потребителей.

Рис. 9. Средства планирования рабочей мощности

Графические средства позволяют строить графики составляющих баланса в произвольных временных разрезах. Для оперативного цикла планирования возможно наложение графиков плановых значений, текущих фактических значений, а также значений оперативного прогнозирования до конца суток в одном окне графики. Результаты расчетов ожидаемых балансов мощности могут быть выведены в различные табличные и графические отчетные формы. Состав и структура отчетных форм согласовывается с Заказчиком при внедрении.

Табл. 5. Отчетная форма планового баланса мощности

Планирование показателей может быть осуществлено с использованием ограничений (технологические, коммерческие ограничения). Средства задания ограничений или лимитов для показателей дают возможность установить пределы изменения прогнозных значений показателя. Проверка при прогнозировании и балансировке производится автоматически. Ограничения могут быть различными - рабочая мощность станций и агрегатов, предельные перетоки по линиям и сечениям и т.п. При расчетах значения планируемых параметров не будут выходить за установленные пределы.

3.2 Расчет суточных графиков cоставляющих баланса мощности на основе планового баланса электроэнергии

После расчета плановых значений показателей баланса электроэнергии возможен переход к прогнозным суточным графикам показателей баланса мощности. При этом используется алгоритм распределения месячных значений с возможностью определения для каждого показателя отдельного типа распределения:

· с использованием статистических коэффициентов (сезонные кривые);

· с использованием заданных соотношений для характерных типов суток;

· с использованием модельных суточных графиков.

В результате распределения месячных значений показателей баланса электроэнергии по каждому полученному часовому срезу значений показателей баланса мощности возникает небаланс. Устранение этого небаланса в разрезе часов и суток приводит к возникновению небаланса на уровне месячных значений. Для последовательного решения задачи устранения небалансов и сходимости подобного итерационного алгоритма, на каждом его этапе частично корректируется соотношение суточных графиков для различных типов суток, что позволяет частично устранять небаланс в ходе каждой итерации и быстро устранить небаланс на обоих уровнях за несколько итераций. На этапе распределения и устранения небалансов дополнительно могут быть использованы оптимизационные алгоритмы. Кроме того при расчете суточных графиков могут учитываться ограничения (лимиты).

Рис. 10. Итерационная схема расчета баланса мощности на основе баланса электроэнергии

4. Опыт внедрения и эксплуатации комплекса в энергообъединениях

В настоящее время комплекс программ «Энергостат» эксплуатируется в нескольких энергообъединениях и РДУ России. Состав эксплуатируемого комплекса, используемые СУБД и комплексы ОИК приведены в таблице 6. (В некоторых энергосистемах комплекс эксплуатируется в РДУ).

Табл. 6. Объекты внедрения комплекса «Энергостат» и особенности установки комплекса

4.1 Программные версии комплекса

Разработаны две основные версии комплекса. Файл-серверная версия комплекса была реализована с использованием базы данных собственного внутреннего формата. Данная версия отличается высоким быстродействием, небольшим занимаемым объемом БД, однако имеет ограниченные возможности по разграничению доступа и стандартным средствам обработки. Реализована возможность экспорта-импорта данных в текстовые файлы с реляционной структурой или в любые другие СУБД.

Переход к эксплуатации клиент-серверных технологий привел к необходимости разработки версии комплекса с базой данных, размещаемой в SQL СУБД (клиент-серверная версия комплекса). Данная версия имеет меньшее быстродействие (по сравнению с файл-серверной), которое в значительной степени зависит от производительности сервера SQL и качества сети. Универсальный механизм хранения и доступа SQL СУБД дает возможность разработки приложений другими производителями на базе уже сформированных структур таблиц. Эта версия имеет широкие средства разграничения доступа, основанные на средствах СУБД.

С точки зрения дискретности хранения данных параметров реализованы версии с часовой, получасовой, 15 минутной, 5 минутной дискретностью данных. В настоящее время, в связи с переходом на получасовой контроль режимных параметров, на всех объектах осуществляется внедрение основной версии с получасовой дискретностью данных.

4.2 Обзор СУБД, используемых при эксплуатации комплекса

Для работы SQL-версии комплекса может быть использована практически любая СУБД с SQL доступом. В настоящее время SQL версии программ комплекса установлены в нескольких энергообъединениях. При этом использованы СУБД Cache, MS SQL Server, Oracle, Interbase. Данные, полученные в ходе разработки, адаптации и эксплуатации программ комплекса, дают возможность провести предварительный анализ указанных СУБД в контексте использования их в качестве баз данных комплекса. В качестве критериев оценки используются: скоростные характеристики работы СУБД, программные и аппаратные требования, простота установки и эксплуатации, сервисные функциональные возможности. Следует отметить, что при разработке программ комплекса использовались только стандартные средства и возможности SQL. Использование функциональных расширений языка SQL конкретных СУБД, конечно упростило бы в отдельных случаях реализацию алгоритмов, однако неизбежно привело бы к появлению продукта, привязанного к конкретной СУБД. Такой подход принципиально не может быть использован при массовом внедрении, поскольку в энергообъединениях и предприятиях энергетики установлены самые разнообразные типы СУБД.

Опыт эксплуатации комплекса с SQL СУБД и их оценка производилась разработчиками только со стороны стандартных возможностей СУБД. Сравнение же функциональных расширений можно найти в других источниках.

Отличительной особенностью хранения данных в SQL СУБД являются повышенные объемы файлов базы данных по сравнению с собственными внутренними форматами. Так, например, превышение объемов в каждом конкретном случае СУБД может быть от 3 до 10 раз. Это связано с особым способом представления данных в SQL СУБД, где они должны быть нормализованы особым образом, что вызывает повышенные требования к объемам. Также, для полнофункциональной работы СУБД, требуется хранение в базе данных различного рода журналов и других данных, что не может не сказаться на увеличении занимаемых объемов. Например, в Мосэнерго база данных режимных параметров (около 1000 ТИ, 5-летний архив) часовой дискретности объемом 300 Мб при экспорте в СУБД MS SQL Server увеличилась в объеме до 1.2 Гб. При переходе к получасовым значениям и хранении данных за несколько лет всех телеизмерений, эта цифра может существенно возрасти.

В некоторых случая производители отдельных СУБД (Interbase) не рекомендуют использование баз данных размером более 10 Гб, что требует более продуманной оценки при принятии решения об их использовании. В настоящее время для хранении наборов ТИ около 1000 с глубиной архива несколько лет следует рассчитывать на объем базы данных порядка 10 Гб, что конечно же зависит от СУБД, однако в любом случае следует ориентироваться на величины таких порядков.

Следует также учитывать избыточность, требуемую для надежного хранения данных, что требует двух-четырехкратного увеличения объемов дискового пространства для организации RAID-массивов. Следует отметить, что еще несколько лет назад организация систем хранения данных с подобными объемами была сопряжена с трудностями, однако в настоящее время можно с уверенностью сказать, что аппаратные возможности в целом превышают требования, необходимые для надежной и устойчивой работы программ комплекса.

Важным моментом при использовании SQL СУБД являются временные показатели программных средств записи, прежде всего срезов ТИ. Следует отметить, что до сих пор при эксплуатации СУБД приблизиться к производительности систем с прямым двоичным доступом так и не удалось. Однако в каждом конкретном случае могут быть реализованы особые подходы, дающие приемлемые результаты. При дискретности измерений 30, 10 мин. существующие СУБД легко справляются с поставленный задачей, однако при переходе минутного порога дискретности существует высокая вероятность потери части данных. При записи 10 секундных срезов ТИ число SQL-запросов вставки данных соизмеримо с количеством ТИ и требуется реализация других методик записи. Так, например, в СУБД Cache реализованы средства прямого доступа к данным, что позволяет решить указанную задачу средствами СУБД. В той или иной мере подобные средства реализованы в некоторых других СУБД.

Высокие требования предъявляются и к скорости чтения данных. Если для задач отображения данных достаточно обычных минимальных требований к скорости, то алгоритмы статистического анализа, прогноза требуют получения большого объема данных с сервера СУБД. При этом теряется основное преимущество клиент-серверных систем, когда обработка идет на сервере и на клиентскую машину передаются лишь результаты расчетов. Конечно, речь идет не о вычислении простых функций нахождения минимумов-максимумов. Реализация сложных алгоритмов расчета и анализа выполняется на клиентских машинах по запросу пользователя, и не может быть перенесена на сервер по причине сложности реализации таких алгоритмов средствами СУБД (встроенные процедуры, функции).

Подобная реализация была бы громоздка и сложна в сопровождении и затрудняет перенос кода между различными СУБД. В последнее время специалисты служб сопровождения программ решают данный вопрос путем установки терминалов в качестве клиентских мест.

Важным вопросом при эксплуатации программ комплекса является вопрос установки и сопровождении СУБД. При этом большая часть работ ложится на сотрудников отделов АСУ, СЭПАК, в обязанности которых входят работы по резервированию данных, мониторингу производительности сервера и т.п. Часто возникает нехватка специалистов, имеющих опыт работы с соответствующей СУБД. В таких условиях важным является вопрос о простоте использования СУБД. Производители многих СУБД двигаются в направлении упрощения работы пользователей со своими продуктами. Следует отметить, что работа с такими СУБД как Cache, Interbase, MS SQL Server практически может быть начата с нуля пользователями, имеющими достаточно общие представления о работе клиент-серверных СУБД и сетевых технологиях. Процесс установки указанных продуктов прост, к тому же существует достаточное количество литературы по вопросам эксплуатации указанных СУБД. Вместе с тем, эксплуатация таких продуктов, как Oracle все еще требует достаточного углубленных знаний компонент продукта, особенно для эксплуатации на платформах, отличных от Intel.

Несмотря на трудности, связанные с переходом на SQL СУБД, выгоды все же очевидны - это единообразные средства доступа, надежные стандартные средства хранения. Рост производительности аппаратных систем также подталкивает к переходу на SQL СУБД.

4.3 Опыт привязки к комплексам ОИК и АСКУЭ

При внедрении программ важным этапом внедрения является привязка к оперативным измерительным комплексам (ОИК) и комплексам АСКУЭ для получения данных значений ТИ, ТС, состояния оборудования, показаний счетчиков. При этом следует отметить, что эти данные загружаются в базу данных «Энергостат» в темпе процесса и возникают две параллельные базы данных с различной структурой и глубиной архивов. Привязка программ комплекса непосредственно к базам данных ОИК (через драйвер) невозможна по ряду причин, хотя для задач отображения данных и простых расчетных алгоритмов такой подход вполне возможен.

Следует отметить, что комплексы ОИК, с которыми сталкивались разработчики, имеют различную функциональность в отношении представления объектов и оборудования - от простых систем, содержащих лишь данные по ТИ и ТС до достаточно проработанных, с наличием элементов специализированных классификаторов оборудования. При этом модели представления данных различаются, что существенно осложняет привязку к комплексам ОИК. Так, например, существенно отличается описательная часть ТИ, может быть различным способ идентификации ТИ - от простого идентификационного номера до более сложных способов идентификации, связывающих ТИ с местом и способом измерения.

При этом подчас не имеется единственного уникального номера ТИ (Хакасское РДУ), что конечно же затрудняет программные сопряжения с такими комплексами. Дополнительная сложность при этом связана с различным типом (клиент-серверные, файловые) и форматами баз данных ОИК и, следовательно, и механизмами доступа.

Также следует отметить, что обычно в ОИК при хранении данных используются так называемые барабанные методы хранения, когда глубина архива строго задана. Часто эта глубина составляет от месяца до года, что вполне достаточно для средств оперативного отображения, но никак не может удовлетворить потребности служб при планирования и оперативной коррекции режимов. Глубокий статистический анализ параметров режимов, состояний оборудования, оценку степени влияния и темпов развития невозможно осуществлять, не имея данных за 5-10лет. Значимость подобных глубоких архивов обычно занижается разработчиками ОИК. При подготовке данных для внедрения комплекса специалисты служб сталкиваются со значительными трудностями, поскольку эти данные приходится набивать с бумажных ведомостей, а иногда они безвозвратно утеряны. Это одна из причин, по которым в комплексе Энергостат используется собственная база данных. Разработка по созданию единой базы ОИК и комплекса Энергостат ведется в настоящее время в Мосэнерго.

энергостат программный прогноз мощность

6. Адаптация программ к технологическим особенностям расчетов в различных энергообъединениях. Необходимость унификации и стандартизации информационного и программного обеспечения

При внедрении программ комплекса в различных энергообъединениях и предприятиях энергетики требуется гибкая настройка программных средств для обеспечения необходимой функциональности. Программные средства хранения естественно должны учитывать различия в структуре объектов и составе оборудования энергетических объектов. Однако и сама структура данных этих объектов может варьироваться для различных энергообъединений. В этом смысле программные средства комплекса разрабатывались с учетом возможного изменения в представлении объектов и оборудования. Важным моментом при внедрении комплекса является возможность простой и гибкой настройки под существующий порядок планирования, принятый службами энергообъединения. Так, выходные макеты и отчетные формы, средства табличного и графического отображения отличаются по структуре и составу данных. Программные средства комплекса позволяют гибко настраиваться под эти особенности.

Следует отметить, что отсутствие четких подходов и правил формирования баз данных производственных объектов, технологического оборудования и режимных параметров, а также единых структур подобных баз, привело к тому, что во многих энергообъединениях для этой задачи были реализованы свои программные продукты. При разработке использовались различные программно-технологические подходы, а также собственные модели представления объектов и оборудования. Естественно, это затрудняет разработку тиражируемых программных продуктов и, в основном, подобные разработки имеют опыт локальной эксплуатации в рамках одного энергообъединения. Вместе с тем, наличие единой программно-технологической платформы организации базы данных объектов и технологического оборудования позволило бы вывести на конкурентный рынок ряд интересных продуктов, что безусловно сказалось бы на качестве расчетов и удобстве эксплуатации.

Вопрос адаптации программ к конкретным энергообъектам тесно связан с важным вопросом создания единой информационной среды предприятий энергетики, и, как следствие, с вопросом унификации и стандартизации программного обеспечения. В настоящее время на предприятиях и энергообъединениях отрасли функционирует большое количество программ и баз данных самых разных форматов. Вследствие отсутствия унифицированных стандартов данных и программного обеспечения большие затраты труда и средств расходуются на разработку различных конверторов, шлюзов, обменных блоков, что приводит к значительной потере времени и большим погрешностям.

Вопрос об увязке программных продуктов, баз данных можно решить введением отраслевых стандартов и соответствующей сертификации. В течение определенного времени разработчики могли бы провести необходимые доработки и пройти соответствующую процедуру сертификации. В первую очередь должны подвергнуться стандартизации форматы хранения комплексов ОИК и АСКУЭ, поскольку они обеспечивают необходимой информацией задачи оперативного управления и планирования. К решению этой задачи следует приступать немедленно, поскольку разнообразие форматов данных стремительно увеличивается по мере появлении новых субъектов на рынке электроэнергетики, внедряющих собственные ОИК и АСКУЭ. Тесно связан с этим вопрос унификации классификаторов и кодификаторов объектов и оборудования. Вопрос создания единой классификационной, справочной и нормативной базы энергетики поднимается в докладе ГВЦ Энергетики на данном семинаре, и в этом направлении следует поддерживать позицию этой организации.

Выводы

1. В докладе приведено описание программного комплекса «Энергостат», внедренного в различных энергообъединениях России. Подсистемы комплекса позволяют осуществлять прогнозирование электропотребления и последующий расчет балансов мощности и электроэнергии. Средства объектной базы комплекса позволяют создавать базу объектов и технологического оборудования, информационную структуру балансов и полезного отпуска.

2. Приведенные результаты краткосрочных и долгосрочных прогнозов показывают увеличение ошибок прогноза при увеличении упреждения. Ошибки прогноза для энергосистем с незначительной суточной неравномерностью существенно меньше, чем для энергосистем с высокой неравномерностью графиков. При долгосрочном прогнозировании на несколько лет вперед необходимо учитывать дополнительные социально-экономические факторы, от которых в значительной степени зависят тенденции развития регионов. Учет таких факторов возможен посредством введения коэффициентов, корректирующих тенденции роста или падения потребления

3. При внедрении комплекса в энергообъединениях применяются две версии: файл-серверная и SQL-версия. SQL-версия имеет меньшее быстродействие, но предоставляет широкие возможности разграничения доступа и универсальный механизм хранения и доступа к данным, основанный на средствах СУБД. Рост производительности аппаратных систем позволяет осуществлять массовое внедрение SQL-версий программ

4. При массовом внедрении комплекса и привязке к комплексам ОИК и АСКУЭ разработчики сталкиваются с большим разнообразием баз данных и программных средств обработки измерений. Подобное разнообразие форматов и способов хранения данных измерений вызывает большие трудности при внедрении, а иногда и ставят под сомнение саму возможность внедрения. Структура и глубина архивов некоторых ОИК недостаточна для решения задач планировании и управления режимами. Вследствие отсутствия унифицированных стандартов данных и программного обеспечения большие затраты труда и средств расходуются на разработку различных конверторов, шлюзов, обменных блоков, что приводит к значительной потере времени и большим погрешностям. Необходимо провести стандартизацию и унификацию форматов хранения комплексов ОИК и АСКУЭ, поскольку они обеспечивают необходимой информацией расчетные задачи. Наличие единой программно-технологической платформы организации базы данных объектов и технологического оборудования позволило бы широко внедрять в энергетике весьма необходимые программные продукты, поскольку их внедрение существенно тормозится сложностью привязки к базам данных измерений

5. С вопросом унификации форматов хранения данных тесно связан вопрос унификации и стандартизации классификаторов и кодификаторов объектов и оборудования. Проблему создания единой классификационной, справочной и нормативной базы энергетики, а также унифицированных форматов хранения данных требуется решать немедленно. Возможно в рамках семинара следует создать рабочую группу для подготовки решения этого вопроса.

Литература

1. Макоклюев Б.И Расчет и планирование режимных параметров, балансов мощности и электроэнергии АО-энерго и предприятий сетей с помощью программных комплексов «Энергостат» и «РБЭ». Сборник докладов «Современные методы и средства расчета, нормирования и снижения технических и коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях», М., НЦ ЭНАС, 2000.

2. Макоклюев Б.И., Владимиров А.И., Фефелова Г.И. Прогнозирование потребления электроэнергии в АО «Мосэнерго». - ТЭК,2001, N 4, стр.56-57.

Размещено на Allbest.ru