Регистрация / Вход
Прислать материал

"Разработка адаптивного координирующего устройства для оперативного управления переключениями (АКУ ОУП) в интеллектуальной электрической сети"

Докладчик: Тумаков Анатолий Владимирович

Должность: начальник отдела

Цель проекта:
1. Решаемые задачи: - Разработка научно-технических основ создания устройств автоматики, управления и защиты для интеллектуальных электрических сетей с алгоритмами автоматической адаптации к изменениям топологии и параметров режимов электрических сетей с использованием моделирования электрических сетей, функционирующих на основе применения современных технологий управления. - Расширение и совершенствование комплекса автоматизированных функций оперативно-диспетчерского управления электрическими сетями с целью ускорения принятия оперативно-диспетчерских решений и снижения вероятности ошибок оперативного персонала. 2. Цель проекта - разработка и создание экспериментального образца адаптивного координирующего устройства для оперативного управления переключениями (АКУ ОУП) с алгоритмами автоматической адаптации к изменениям топологии в интеллектуальных электрических сетях.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты:
1) Промежуточные и Заключительный отчеты о ПНИ, включающие:
- аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по алгоритмам и устройствам оперативного управления переключениями в электрических сетях – не менее 15 научно-информационных источников за период 2009 – 2014 гг с выбором и обоснованием направления исследований и способов решения поставленных задач;
- определение состава прикладных технологических задач оперативного диспетчерского управления электрическими сетями (ОДУЭС), требующих применения АКУ ОУП, на основе обобщения опыта автоматизации ОДУЭС;
- разработку программного обеспечения экспериментального образца (ЭО) АКУ ОУП, в том числе программных модулей:
- универсального топологического процессора (УТП);
- программного модуля интерпретатора входного языка программирования прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети АКУ ОУП;
- работы с базой данных;
- программных модулей, реализующих протоколы обмена информацией ЭО АКУ ОУП с внешними системами;
- программного модуля для построения модели электрической сети в базе данных ЭО АКУ ОУП;
- диагностической подсистемы;
- разработку структуры базы данных ЭО АКУ ОУП;
- обоснование, выбор и приобретение материалов и комплектующих для стенда для тестирования различных вариантов аппаратных средств модулей ЭО АКУ ОУП и протоколов обмена информацией.
- разработку входного языка программирования прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети для ЭО АКУ ОУП;
- математическое моделирование электрической сети для работы прикладных алгоритмов ЭО АКУ ОУП;
- разработку интерфейсов взаимодействия внешних систем с ЭО АКУ ОУП на основе стандартов МЭК 61968/61970 (CIM-модель);
- разработку прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети на основе формализации нормативно-технических требований ОДУЭС для ЭО АКУ ОУК;
- кодировку прикладных алгоритмов на входном языке программирования прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети для ЭО АКУ ОУП;
- обоснование, выбор и приобретение материалов и комплектующих для изготовления ЭО АКУ ОУП;
- оценку полноты решения задачи и достижения поставленных целей ПНИ.
2) Отчет о патентных исследованиях по ГОСТ Р 15.011-96.
3) ЭКД на стенд для тестирования работы прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети, реализованных в ЭО АКУ ОУП.
4) ЭКД на стенд для тестирования вариантов аппаратных средств модулей ЭО АКУ ОУП и работы протоколов обмена информацией ЭО АКУ ОУП с внешними системами.
5) ЭКД на стенд имитационной модели электрической сети для испытаний ЭО АКУ ОУП.
6) Стенд для тестирования работы прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети, реализованных в ЭО АКУ ОУП.
7) Стенд для тестирования вариантов аппаратных средств модулей ЭО АКУ ОУП и работы протоколов обмена информацией ЭО АКУ ОУП с внешними системами.
8) Стенд имитационной модели электрической сети для проведения испытаний ЭО АКУ ОУП.
9) Программная документация на ПО экспериментального образца АКУ ОУП.
10) ЭКД на экспериментальный образец АКУ ОУП.
11) Экспериментальный образец АКУ ОУП.
12) Программа и методики (ПМ) испытаний экспериментального образца АКУ ОУП.
13) Акт и протоколы проведения испытаний экспериментального образца АКУ ОУП.
14) Проект ТЗ на выполнение ОКР по теме «Разработка и создание опытного образца мультиагентной интеллектуальной системы оперативного управления переключениями в электрической сети».
15) Отчет о маркетинговых исследованиях.
16) Разработка рекомендаций по возможности внедрения результатов ПНИ в реальный сектор экономики.
17) Разработка технических требований к производству продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики;
18) Разработка предложений по эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.

2. Экспериментальный образец АКУ ОУП должен обеспечивать:
- прием и обработку параметров о состоянии электрической сети в протоколах МЭК 870-5-101/104/103, MODBUS RTU/ TCP, МЭК 61850-8.1 (MMS и GOOSE) от устройств аналоговых измерений и ввода дискретных сигналов;
- время обработки одного параметра в ЭО АКУ ОУП – 0,5 с, не более;
- количество обрабатываемых параметров в секунду в ЭО АКУ ОУП - 2 000, не менее;
- описание и хранение математической модели электрической сети в базе данных ЭО АКУ ОУП объемом на 100 узлов, не менее;
- наличие интерфейсов взаимодействия внешних систем (АСУ ТП и АСДТУ) с ЭО АКУ ОУП на основе стандартов МЭК 61968/61970 с целью реализации единого источника информации о топологии электрической сети для любых внешних систем, поддерживающих стандарт МЭК 61968/61970;
- наличие функции телеуправления состоянием коммутационного оборудования по протоколам МЭК 870-5-101/104 и МЭК 61850-8.1 (MMS и GOOSE) с выдачей сигнала телеуправления за время 5 сек, не более.

3. Новизна научных и технологических решений заключается в следующем:
- Использование расширенных базовых функций теории графов, что обеспечивает простоту и наглядность описания алгоритмов планирования и контроля переключений.
- Независимость разработанных алгоритмов от коммутационных схем конкретных энергообъектов, что дает возможность их использования без дополнительной адаптации.

4. За рубежом разработки в области автоматизированных систем контроля и управления переключениями (АСКУП) проводятся в рамках крупных фирм (таких, как ABB, Siemens, General Electric и др.), и технические детали этих разработок не публикуются. В силу особенностей развития, строения и функционирования западноевропейских и североамериканских электрических сетей проблема разработки общих теоретических основ автоматизации контроля и управления переключениями в них пока не сформулирована. В зарубежной практике технология оперативно-диспетчерского управления переключениями в электросетях не выделена как относительно самостоятельная область диспетчерского управления: она «растворена» в технологии управления режимами. Это проявляется, в частности, в отсутствии, например, разработок самостоятельных тренажеров оперативных переключений. Тренажерное обучение переключениям производится на режимных тренажерах в рамках задач управления режимами.
Густота электрических сетей в развитых западноевропейских странах с высокой плотностью населения обычно избавляет от необходимости производства таких сложных переключений, которые требуют сборки резервных схем питания или кратковременных переключений при выводе оборудования в состояние ремонта или резерва. Технология оперативных переключений в них соответствует «критерию N-1». Он состоит в требовании к электрической сети сохранять выполнение ее функций при отключении любого ее элемента. Сложные переключения в нестандартных случаях выполняются специализированными выездными бригадами (СВБ). Поэтому задача разработки универсальной технологии сложных переключений и их автоматизации в оперативно-диспетчерском управлении электросетями не стоит так остро, как в разреженных сетях, характерных для Российской Федерации.
Зарубежный опыт указывает на необходимость выполнения отечественных разработок в направлении более глубокой интеграции компьютерных средств обеспечения тренировок по переключениям и по режимам. Зарубежные публикации мало раскрывают применяемые методы решения задач АСКУП.

5. Для достижения заявленных результатов используются методы исследования:
• методы дискретной математики (теория графов, теория конечных автоматов, теория логического вывода);
• моделирование электрических сетей и переключений в них на базе реляционных, графовых и фреймовых систем;
• методы объектно-ориентированного проектирования и программирования.

Риски: снижение платежеспособности основных потребителей результатов проекта - электросетевых компаний.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Комплекс работ по переключениям в электрических сетях является одной из важнейших составных частей общей системы управления работой энергообъединений и энергосистем. Оперативное управление электрическими сетями – это, прежде всего, оперативное управление переключениями. Объем и сложность задач оперативного управления электросетями, требования к надежности операций и режимов вызывают необходимость автоматизации планирования и контроля оперативных переключений.
Многие десятилетия начального периода развития технологии переключений, связанные с ней задачи, получали решение только применительно к конкретным условиям переключений электроустановок, электрических сетей и энергосистем. Несколько позже решения ряда задач обеспечивалось использованием различного рода релейной техники: столов для расчета поля, короткого замыкания, физических моделей сетей и т.п.
Качественно новым этапом развития и совершенствования технологии переключений в электрических сетях стало применение для решения ее задач компьютерной техники. Вначале эта техника использовалась для решения отдельных задач. Несколько позже в связи с усложнением задач переключений и развитием техники автоматизированного управления технологическими процессами была признана необходимость создания автоматизированных систем контроля и управления переключениями (АСКУП) в электрических сетях энергосистем. Были проведены и продолжаются до сих пор теоретические исследования и практические разработки в этой области, созданы отдельные автоматизированные системы управления и контроля переключений для конкретных объектов и отдельных видов работ по переключениям, в частности по блокировкам. Существенное значение имели и имеют разработки автоматизированных тренажеров и советчиков по переключениям в электрических сетях.


2.Разработанный в ходе выполнения ПНИ экспериментальный образец адаптивного координирующего устройства для оперативного управления переключениями (АКУ ОУП) предназначен для работы в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) подстанций и автоматизированных систем диспетчерского и технологического управления (АСДТУ) интеллектуальной электрической сетью напряжением 6-750 кВ.
ЭО АКУ ОУП должен использоваться для контроля выполнении операций по управлению топологией электрической сети в АСУ ТП или АСДТУ и обеспечивать защиту электрической сети области управления от неверных операций с целью повышения эксплуатационной надёжности подстанций, снижения аварийности энергосистемы.

3. До конца 1990-х годов системы автоматизированного блокирования и управления реальными переключениями создавались индивидуально для каждого энергообъекта. На другом энергообъекте воспроизвести такую систему можно только в случае подобия его схем и оборудования исходному энергообъекту. Сформировалась задача создания универсальных систем оперативного управления переключениями.
В данной ПНИР применяются методы анализа топологии электрических схем, основанные на алгебре графов и методе семантической границы. Эти методы обеспечивают более простую запись алгоритмов анализа топологии графов, чем реляционная алгебра и языки программирования, основанные на логике предикатов, – такие как SQL и Пролог. Они дают решение общей задачи анализа контактных схем, инвариантное к топологии схем. Благодаря этой инвариантности методы, используемые в данной ПНИР, принципиально более эффективны при разработке систем управления переключениями, чем классическая теория релейно-контактных схем Накашимы-Шестакова-Шеннона.
Применение новых методов в разработке алгоритмов планирования и контроля коммутационных схем подстанций и электросетей снимает необходимость заново разрабатывать алгоритмы и программы при переходе на другой энергообъект, что неизбежно при применении классических методов теории релейно-контактных схем
Прогнозные предположения о развитии объекта исследования:
• объем и сложность задач оперативного управления электросетями, требования к надежности операций и режимов вызывают необходимость автоматизации планирования и контроля оперативных переключений;
• создание «умных сетей» (smart grid) нуждается в надлежащем теоретическом фундаменте.

Текущие результаты проекта:
На первом этапе проекта выполнены следующие работы:
1. Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по алгоритмам и устройствам оперативного управления переключениями в электрических сетях – не менее 15 научно-информационных источников за период 2009 – 2014 гг с выбором и обоснованием направления исследований и способов решения поставленных задач.
2. Проведение патентных исследований по ГОСТ Р 15.011-96.
3. Определение состава прикладных технологических задач оперативного диспетчерского управления электрическими сетями (ОДУЭС), требующих применения АКУ ОУП, на основе обобщения опыта автоматизации ОДУЭС.
4. Разработка стенда для тестирования работы прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети, реализованных в ЭО АКУ ОУП.
5. Разработка программного модуля универсального топологического процессора (УТП), входящего в состав программного обеспечения ЭО АКУ ОУП.
6. Разработка структуры базы данных ЭО АКУ ОУП.