Программно-аппаратный комплекс
ПАК РЭС-3

Пошаговая автоматизация распределительных электрических сетей

В существующих системах  транспорта электрической энергии наиболее протяженными, сложными  и  затратными в эксплуатации являются распределительные электрические сети (РЭС) напряжением  0,38 – 10 кВ.  Одним из главных путей снижения затрат на  эксплуатацию  распределительных электрических сетей  является внедрение интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ), обеспечивающих комплексное решение различных технологических задач. Однако до настоящего времени нет примера удачной реализации такой ИАСУ, хотя существует множество решений создания локальных автоматизированных систем, решающих только свои специфические технологические задачи. Основная проблема заключена в том, РЭС представляет собой сложнейший объект автоматизации, в котором совмещено множество разнородных задач. В настоящее  время для  решения любого блока задач существуют  различные типовые программно-инструментальные средства, на основе которых создаются специализированные автоматизированные  системы. Так, на пример, для управления состоянием сети основной системой может служить  система управления распределением энергии (DMS), функционирующая в тесном взаимодействии с системой диспетчерского  управления (СКАДА), системой управления перебоями в электроснабжении (ОMS) и рядом других. Однако если пойти по пути одномоментной интеграции современных программно-инструментальных средств в одном РЭС, то на это потребуются огромные денежные средства, на окупаемость которых могут понадобиться десятки лет эксплуатации. По этой причине одномоментная комплексная автоматизация для подавляющего большинства РЭС в настоящее время не представляется возможной.

Наиболее   реальный путь для РЭС – это осуществление пошаговой автоматизация, когда на каждом из шагов создаются определенные специализированные автоматизированные системы. При этом  каждая из систем решает свой круг специфических задач и одновременно автоматически обеспечивает своими результатами другие системы, для которых передаваемая информация служит основой для решения своих специфических задач. При таком подходе очень важно определить очередность создания систем и обеспечить такую их функциональность, чтобы в конечном итоге выйти на построение полноценной ИАСУ РЭС.

Как известно основой для автоматизации любых задач необходимо в первую очередь полноценное информационное обеспечение. Для автоматизации всего разнообразия технологических задач в РЭС необходимо три вида информации: статичная, динамичная и модель сети.

К статичной информации относится, в основном, паспортная информация об объектах электрических сетей, включающая их уникальные номера, технические характеристики, марки, годы изготовления и т.п. Наиболее оптимальный путь формирования базы данных статичной информации это проведение паспортизации оборудования, когда с помощью специальных программных средств  осуществляется перевод паспортной информации в цифровой вид. Такая паспортная база данных одновременно служит как для автоматизированного ведения паспортной документации, так и для обеспечения статичной информацией другие автоматизированные системы.

К динамичной информации относятся положения коммутационных аппаратов,  величины нагрузок и т.п. Динамичная информация должна постоянно поступать в систему, храниться и передаваться другим системам.

Модель сети  это математическое описание электрической сети. Описание формируется на определенный момент времени на основании статичных и динамичных данных. Оно  включает наименования всех элементов сети, их состояния, технические характеристики, ближайшие электрические связи, величины мощностей, токов, напряжений и др. Модель сети является ключевой информации в автоматизации различного рода расчетных и аналитических задач. Учитывая то, что сеть является динамическим объектом, параметры которого постоянно изменяются во времени, количество таких моделей для задач может быть сколь угодно большим. Поэтому оперативное решение задач немыслимо без автоматизации процесса формирования модели.

Непременным условием пошаговой автоматизации должно быть автоматизация процесса формирования модели сети. Одним из вариантов процесса формирования модели сети и использования ее в расчетных и аналитических задачах является интеграция систем паспортизации и диспетчерского управления (рис.1).

Рис.1. Структурная схема автоматизированной системы диспетчерского управления с автоматическим формированием модели сети

Данная структура реализована в специально разработанном  программном обеспечении создания автоматизированной системы диспетчерского управления. В структуре можно выделить три составные части. Одна часть включает модули, реализующие типовые функции, такие как архивирование всей входящей и выходящей информации, протоколирование событий, формирование различных графиков, отчетов и т.п. Другая группа модулей, наряду с типовыми функциями (прием, обработка и отображение информации), обеспечивает формирование базы данных динамической информации. Третья группа специализирована на создании базы данных статической информации.

Модель сети реализуется по следующей схеме. Первоначально программа конвертор передает всю необходимую информацию из паспортной базы данных в базу данных статической информации. На основании этой статической информации в системе диспетчерского управления формируются все элементы сети с паспортными номерами и паспортной информацией. Динамическая информация по элементам сети хранится на сервере обработки и хранения информации. В любой момент времени (по команде) специальная программа, используя статичную и динамичную информацию формирует модель сети и представляет ее в тех форматах, который требуются для расчетных и аналитических задач.

Модуль визуализации обеспечивает отображение элементов сети на мнемосхемах. Все элементы мнемосхем динамические и обладают определенными наборами свойств благодаря чему пользователь имеет возможность переводить любой нетелемеханизированный элемент из одного состояния в другое,  задавать ему необходимые нагрузочные характеристики (рис.2), тем самым внося изменения в модель сети.

Рис.2. Формы отображения информации об элементах сети (а) и вода нагрузочных характеристик (б).

Особые функции в системе выполняет специальный сервер обработки информации. Он принимает и обрабатывает всю динамическую и статическую информацию, обеспечивает необходимой информацией другие модули системы, а также осуществляет логический контроль в процессе изменения состояний элементов сети. Благодаря этому контролю в системе реализована функция автоматического окрашивания  элементов мнемосхем различными цветами в зависимости от их реального состояния (под напряжением, без напряжения или заземлен). Автоматически осуществляется формирование сообщений при попытке выполнения пользователем запрещенных действий с коммутационными аппаратами, таких как  подача напряжения на заземленное оборудование, установка плакатов на оборудование, находящееся под напряжением, подключении в параллель (рис.3.) и других.  

Рис.3.  Автоматическое формирование предупреждения о входе в параллель при попытке перевести во включенное состояние рубильник, соединяющий в ТП две секции шин напряжением 0,4 кВ.

Сервер обработки информации также является ключевым звеном в процессе автоматического формирования различных моделей сети при решении аналитических задач.  Из всего многообразия такого рода задач апробирован расчет установившегося режима и автоматическое выполнение переключений при аварийном отключении ЛЭП 10 (6) кВ.

Расчеты установившегося режима сети  осуществлялись с помощью специальной внешней программы. Для выполнения расчета  по команде в системе первоначально автоматически формируется необходимый массив информации (расчетная модель сети),  который преобразуется в требуемый формат и  передается в программу расчета режимов. По завершению расчета результаты возвращается  в систему, где отображаются на мнемосхемах и архивируются (рис. 4).

Расчетный массив содержит информацию по всем элементам сети, включающую уникальные коды и наборы индивидуальных свойств, зависящие от класса:

  • для класса «Линия»: коды ограничивающих узлов; тип линии (воздушный или кабельный); активное сопротивление; реактивное сопротивление; максимально-допустимый ток; емкостная проводимость при замыкании на землю; емкостная проводимость;
  • для класса «Узел»: коды всех присоединенных элементов; тип узла (узел или секция шин); свойство узла (обычный или балансирующий), характеристики балансирующего узла (значения фазных и линейных напряжений);
  • для класса «Выключатель»: коды ограничивающих узлов; состояние (включен или отключен);
  • для класса «Трансформатор»: сопротивление активное, реактивное; мощность полная, активная, реактивная; напряжения минимальные, средние, максимальные;
  • для класса «Регулирующее устройство»: шаг регулирования по напряжению; количество ступеней;
  • для класса «Нагрузка»: нагрузочные характеристики;
  • для класса «Генератор»: активная генерация; модуль напряжения; нижний предел реактивной генерации; верхний предел реактивной генерации.

    Данный массив информации представляет полное описание сети по состоянию на определенный момент времени.

Рис.4. Отображение результатов расчета режима на мнемосхеме ТП

Имеющаяся возможность в системе формировать и обрабатывать модель сети позволило разработать специальную программу автоматического управления переключениями в случаях аварийного отключения ЛЭП или участков ЛЭП 10 (6) кВ. Программа успешно функционирует только при достаточно высоком уровне телемеханизации. Алгоритм работы достаточно прост. При аварийном отключении программа первоначально определяет отключенную линию или ее часть. Затем анализирует места прохождения тока короткого и определяет поврежденный участок. После этого определяет ближайшие к поврежденному участку телеуправляемые коммутационные аппараты и формирует наборы команд по их отключению. Одновременно определяет возможные варианты запитки неповрежденных участков и также формирует наборы соответствующих команд телеуправляемым коммутационным аппаратам. Диспетчеру необходимо выбрать один из вариантов зипитки и подтвердить необходимость исполнения. После чего программа автоматически последовательно отправляет команды на локализацию поврежденного участка и перезапитку неповрежденных.