Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование электротехнических комплексов и систем электроснабжения с использованием ГИС-технологий

на базе ИАС «Pegas»

Ю.П. Кубарьков Кубарьков Юрий Петрович - кандидат технических наук, доцент

е-mail: tsara@samaradom.ru

Самарский государственный технический университет,

443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Рассматривается объектно-ориентированный подход к созданию ГИС для моделирования энергетических объектов, методы представления объектов, их состояния, свойств, а также способы хранения этих объектов в упорядоченном виде. Показано, как с помощью традиционных функций ГИС в электрических сетях можно решать расчетно-аналитические и информационно-справочные задачи. Для решения задач управления электротехническими комплексами, а также для автоматизированного ведения статической и динамической информации об оборудовании и режимах их работы предложена информационно-аналитическая система (ИАС) «Pegas».

Ключевые слова: электротехнический комплекс, энергосистема, информация, режим работы, потери энергии.

Simulation of electrotechnical complexes and electrical power systems with usage of GIS-know-hows on base IAK «Pegas». Y. Koubarkov

The object-oriented approach to creation a hybrid module enables to model methods of activity with objects, their condition and properties, and also to store these objects in the ordered kind.

For the solution of such problems of control of electric network firm, and also for the automated management static and dynamic display about the equipment of an electrical power system and modes of its activity the Samara state technical university has elaborated an information and analytical system (IAS) "Pegas".

Key words: Power system, information, mode, energy losses, short-circuit currents.

Стремительное развитие средств вычислительной техники и телекоммуникаций, систем спутниковой навигации, цифровой картографии, успехи микроэлектроники и другие технологические достижения, непрерывное совершенствование стандартного и прикладного программного и информационного обеспечения создают объективные предпосылки для все более широкого применения и развития качественно новой области знаний - геоинформатики. Наиболее значимыми практическими приложениями геоинформатики как науки являются геоинформационные системы (ГИС) и созданные на их основе геоинформационные технологии (ГИС-технологии).

Для их внедрения в энергосистеме уже сегодня необходима информационная и функциональная увязка ГИС, технологических программных комплексов автоматизированных систем управления (АСУ) предприятиями электрических сетей (ПЭС) и районными электрическими сетями (РЭС), экспертных систем и баз знаний по решению широкого круга задач. моделирование электроснабжение геоинформационный

Тенденции развития моделей данных в ГИС. Уже в конце 80-х - начале 90-х годов разработчики различных ГИС-пакетов начали использовать гибридные, интегрированные, объектно-ориентированные модели данных.

Основной предпосылкой создания гибридной модели данных является то, что нельзя одновременно оптимизировать механизм хранения данных и для пространственной, и для тематической информации.

Интегрированная модель данных потенциально обладает преимуществами за счет возможности использования эффективных и проработанных механизмов поиска, организации выборок и поддержания целостности базы данных, реализованных в стандартных СУБД. Но при этом встречаются затруднения из-за недостаточности обычно имеющегося набора типов данных.

Объектно-ориентированный подход к созданию ГИС дает возможность моделировать методы работы с объектами, их состояние и свойства, а также хранить эти объекты в упорядоченном виде[1].

Таким образом, любая из трех рассмотренных выше моделей данных имеет свою область применения, свои преимущества и недостатки [2].

- Гибридные системы занимают сегодня существенную часть рынка ГИС и остаются привлекательными для решения многих отраслевых задач.

- Интегрированная модель данных имеет преимущества, если используется однородная среда СУБД.

- Объектно-ориентированная модель данных применяется при моделировании сложных объектов.

Постановка задачи моделирования электрических сетей с использованием ГИС-технологий

Использование ГИС в практике эксплуатации электротехнических комплексов и систем электроснабжения должно осуществляться с учетом ряда особенностей их моделирования как объекта управления (режимы работы, экономическая оптимизация). Разработка ГИС должна быть связана с решением некоторых проблем, определяющих динамическую оценку топологических связей (коммутации, присоединение и удаление объектов), и с точностью отображения объекта на топографической основе (позиционирование на местности для улучшения эксплуатации), а также с юридическими вопросами использования ГИС-технологий [3].

Важной проблемой при моделировании электрических сетей является то, что необходимы различные представления сети: детальное (картографическое) и схематическое. Детальное картографическое представление, так называемая карта-схема, должно отображать сеть различного номинального напряжения в различных масштабах, с требуемой для этого масштаба детальностью, с сохранением фактических углов поворота трасс линий, привязкой электрических сетей к объектам на местности, к другим инженерным коммуникациям и т.п.

Следующим этапом применения ГИС-технологий в АСУ электрических сетей является использование созданных графических и тематических баз данных для решения расчетно-аналитических задач. Разработка математических моделей и алгоритмов расчетов с использованием возможностей ГИС активно ведется в настоящее время, и уже имеются достаточно впечатляющие результаты.

Использование ГИС-технологий в информационно-управляющих системах

Опыт эксплуатации электротехнических комплексов показывает, что экономически выгодным решением при выборе инструментальных средств управления является интеграционный подход, при котором весь набор перечисленных выше функций реализуется в подсистемах информационно-управляющей системы энергетического комплекса (ИУС ЭК).

Исходя из всего сказанного становится очевидной необходимость разработки нового поколения ИУС, ориентированной на комплексное решение задач автоматизации систем электроснабжения, основывающейся на современных информационных технологиях и технических средствах, приспособленных к решению задач эксплуатации, в которой определяются:

- основные цели построения такой системы;

- требования к архитектуре;

- принципы обеспечения единства систем (совместимости);

- общие затраты и параметры эффективности внедрения (например, сроки окупаемости).

Таким образом, предприятие получает не разрозненные системы, ориентированные на узкие задачи, а многофункциональную ИУС ЭК с полным необходимым набором функций для решения комплекса задач в условиях работы на конкурентном рынке электроэнергии.

При интеграционном подходе, когда весь набор перечисленных бизнес-функций реализуется в подсистемах информационно-управляющей системы энергетического комплекса (ИУС ЭК), эти функции могут быть следующими:

- использование и анализ данных существующих АИИСКУЭ;

- работа в составе тренажеров-советчиков для диспетчерского и эксплуатационного персонала;

- технический учет энергоресурсов;

- работа в составе АСУ ТП;

- диагностика силового оборудования;

- управление распределительными сетями и моделирование;

- автоматическое регулирование режимов энергопотребления;

- работа в составе ОИК;

- сервисные службы.

Для решения таких задач управления электротехническими комплексами и системами электроснабжения, а также для автоматизированного ведения статической и динамической информации об оборудовании и режимах ее работы в СамГТУ совместно с фирмой НПФ «НТС» разработана информационно-аналитическая система (ИАС) «ПЕГАС»[4].

В предлагаемой ИАС реализована открытая многоуровневая система, сочетающая функции технологического и производственно-технического управления предприятием электрических сетей и обеспечивающая максимально доступную информационную среду для эксплуатационных служб по оперативному учету состояния оборудования системы электроснабжения 0,4-500 кВ и расчетам режимов ее работы.

Концепция открытой системы ИАС "ПЕГАС" предполагает возможность практически неограниченного ее расширения технологическими блоками и модулями, а также разнообразными информационными базами, необходимыми для обеспечения управления энергетическими предприятиями при принятии обоснованных технических и экономических решений и мероприятий.

ИАС «ПЕГАС» может быть интегрирована с корпоративными планово-экономическими, геоинформационными и оперативно-диспетчерскими системами и системами учета электроэнергии и контроля ее качества. При частичном или полном отсутствии названных систем ИАС реализует минимально необходимый набор их функций.

Основные характеристики системы

- Обеспечение информирования персонала о составе и характеристиках установленного оборудования системы электроснабжения, его текущем состоянии, потреблении и потерях электроэнергии, других обобщенных технических характеристиках основной деятельности. Информация должна вызываться непосредственно со схемы. Доступ к схемам - с любого рабочего места корпоративной сети.

- Обеспечение инженерного персонала производственных служб средствами достоверного и наглядного отображения и контроля состояния конкретного оборудования подстанций (ПС) и распределительных сетей (РС), вторичных цепей и приборов, средств учета, телемеханики, связи. Обеспечение справочной информацией, средствами учета дефектов, отклонений, заявок, дежурств, прав и т.п.

- Решение расчетно-аналитических задач управления режимами системы электроснабжения инженерным персоналом производственных служб.

- Обеспечение оперативно-диспетчерского персонала информацией о текущем состоянии оборудования системы электроснабжения. Оперативный расчет при изменении состояний коммутационных аппаратов и анализ последствий оперативных переключений.

- Возможность применения единой библиотеки схем в тренажере оперативных переключений, оперативном журнале и оперативно-информационном комплексе.

- Возможность интегрирования в САПР с любым графическим ядром при сохранении независимости программы, имеющей встроенный графический редактор и собственную базу данных.

Виртуальное отображение реальных систем. Операции и действия с графически отображаемой схемой системы выполняются как можно более адекватными операциям и действиям в реальной электрической системе (см. рисунок).

Например, отключенное положение выключателя, вывод элемента из рабочего состояния, изменение оперативного статуса электрического аппарата отражаются на схеме с помощью изменения его цвета. В качестве базового редактора используется редактор фирмы «МОДУС».

Корпоративная система по оборудованию и режимам электрических сетей

В разработанной системе задействованы следующие инструментальные средства сторонних производителей:

- ОС Windows NT Server 4.0 либо Windows 2000 Server;

- СУБД Oracle 9.1 или Access;

- графические компоненты фирмы «Модус» на основе модулей ActivesXeme и графического редактора.

Основными элементами (подсистемами) являются:

- База данных электросетевого оборудования с привязкой к схемам объектов, состоящая из хранилища табличных данных и хранилища схем объектов (подстанций, линий, фидеров, вторичных цепей, поопорные схемы и др.). Однозначное соответствие данных на схеме и в таблицах обеспечивается средствами приложений интеграции схем и базы данных фирмы «Модус».

Фрагмент схемы электрической сети городского электроснабжения

- Внешние источники получения периодической и спорадической информации - база данных ОИКа (оперативное положение коммутационных аппаратов); база данных финансово-экономической информации «ИКАР» (инвентарные номера, износ оборудования, списки оперативного персонала и т.п.); база данных «Энергосбыта» (информация о движении счетчиков на ПС).

- Запросная система для работы специалистов и руководящих работников, не имеющих специальной подготовки, с базой данных и схемами. Строится на специальном Web-сервере, доступном из корпоративной сети и сети филиала через стандартный Интернет-браузер.

- Набор расчетных задач, работающих в локальной сети филиала. Перечень задач может изменяться в зависимости от потребностей. В пусковой комплекс целесообразно включить задачи, входящие в состав действующего комплекса, с учетом применения новых возможностей графического отображения результатов.

- Тренажер оперативных переключений - компонент фирмы «Модус». Работа тренажера на реальных действующих схемах позволит повысить качество подготовки оперативного персонала.

- АРМ диспетчера. Набор задач для обеспечения оперативной работы диспетчера предприятия. Обработка заявок, обеспечение оперативной документацией, справочной информацией, средствами учета дефектов, отклонений, дежурств, прав и т.п. Ведение оперативного журнала (может быть использована программа фирмы «Модус»). В дальнейшем может быть реализован компонент «Советчик диспетчера».

Основные задачи, решаемые на базе информационно-аналитической системы