Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Номер контракта: 14.575.21.0077

Руководитель: Тумаков Анатолий Владимирович

Должность: Ведущий инженер

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
интеллектуальная электрическая сеть, автоматизация оперативно-диспетчерского управления, графовая модель, графореляционная модель, анализ топологии графов, универсальный топологический процессор.

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:
- Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы с выбором и обоснованием направления исследований и способов решения поставленных задач.
- Отчет о патентных исследованиях, выполненный в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
- Определение состава прикладных технологических задач оперативного диспетчерского управления электрическими сетями (ОДУЭС), требующих применения АКУ ОУП, на основе обобщения опыта автоматизации ОДУЭС.
- Стенд для тестирования работы прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети, реализованных в ЭО АКУ ОУП.
- Стенд для тестирования вариантов аппаратных средств модулей ЭО АКУ ОУП и работы протоколов обмена информацией ЭО АКУ ОУП с внешними системами.
- Стенд имитационной модели электрической сети для испытаний ЭО АКУ ОУП.
- Экспериментальный образец АКУ ОУП.
- Проект ТЗ на выполнение ОКР по теме «Разработка и создание опытного образца мультиагентной интеллектуальной системы оперативного управления переключениями в электрической сети».
- Технические требования к производству продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.
- Предложения по эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.

2. ЭО 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;
- 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.
Математическая модель (далее – ММ) интеллектуальной электрической сети предназначена для описания реальной контролируемой электрической сети с целью обеспечения входными данными прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети, реализованных в ЭО АКУ ОУП.
ММ электрической сети должна содержать 3 уровня:
- энергообъектов;
- первичных цепей;
- вторичных цепей.
На уровне энергообъектов описываются соединения энергообъектов линиями электропередачи. На уровне первичных цепей описываются электрические соединения силового оборудования. На уровне вторичных цепей схематически описываются устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики.
ММ электрической должна применима для использования в электрических сетях напряжением 6-750 кВ.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. 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.

2.Элементы новизны решений, применявшихся методик:
- 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.
- Наглядность описания алгоритмов.
- Разработка алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети на основе формализации нормативно-технических требований ОДУЭС.
- АКУ ОУП обладает открытыми интерфейсами и предназначено для работы в составе систем диспетчерского управления разного уровня диспетчерской иераерхии.

3. В зарубежной практике технология оперативно-диспетчерского управления переключениями в электросетях не выделена как относительно самостоятельная область диспетчерского управления. Задача разработки универсальной технологии сложных переключений и их автоматизации в оперативно-диспетчерском управлении электросетями не ставится и «растворена» в технологии управления режимами.
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 разработки средств контроля переключений, к которым относится и разрабатываемое АКУ ОУП. Зарубежные публикации мало раскрывают применяемые методы решения задач АСКУП.


4.Достижение заявленных результатов обеспечивается:
- использованием современных методов исследования и разработки;
- наличием в составе исполнителей ПНИЭР ведущих специалистов в области оперативного диспетчерского управления электрическими сетями;
- наличием большого опыта работы на реальных энергообъектах у Индустриального партнера - ООО "ДЕЦИМА".
Ограничения и риски:
- ограничение или прекращение финансирования ПНИЭР.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения планируемых результатов:
- Оперативное управление электрическими сетями. Объем и сложность задач оперативного управления электросетями, требования к надежности операций и режимов вызывают необходимость автоматизации планирования и контроля оперативных переключений.
- Результаты проведенных ПНИ могут быть использованы для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание интеллектуальных систем оперативного управления переключениями в электрических сетях в интересах компаний энергетической отрасли: ФСК, Россети,, РусГид-ро, ТГК и др.

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 под-станций, снижения аварийности энергосистемы.
АКУ ОУП обеспечит:
1) улучшение управляемости электрической сети;
2) снижение количества аварий и сбоев в работе электрической сети, связанных с неверными техническими решениями и человеческим фактором, за счет информационного обеспечения принятия оперативных и стратегических решений, а также автоматизации ручных операций по управлению и обслуживанию.


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.

4. Использованные наукоемкие технологии дадут импульс следующим направлениям:
- развитие программного обеспечения для контроля и управления переключениями в электрических сетях;
- повышение надежности электроснабжения.

Текущие результаты проекта:
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы с выбором и обоснованием направления исследований и способов решения поставленных задач.
2. Проведены патентные исследования в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.
3. Определен состав прикладных технологических задач оперативного диспетчерского управления электрическими сетями (ОДУЭС), требующих применения АКУ ОУП, на основе обобщения опыта автоматизации ОДУЭС.
4. Разработан и изготовлен стенд для тестирования работы прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети, реализованных в ЭО АКУ ОУП.
5. Разработан программный модуль универсального топологического процессора (УТП), входящего в состав программного обеспечения ЭО АКУ ОУП.
6. Разработана структура базы данных ЭО АКУ ОУП.
7. Разработан и изготовлен стенд для тестирования вариантов аппаратных средств модулей ЭО АКУ ОУП и работы протоколов обмена информацией ЭО АКУ ОУП с внешними системами.
8. Разработан программный модуль для построения модели электрической сети в базе данных ЭО АКУ ОУП, входящий в состав программного обеспечения ЭО АКУ ОУП.
9. Разработан входной язык программирования прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети для ЭО АКУ ОУП.
10. Разработан программный модуль интерпретатора входного языка программирования прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети для ЭО АКУ ОУП.
11. Проведено математическое моделирование электрической сети для работы прикладных алгоритмов ЭО АКУ ОУП.
12. Разработаны интерфейсы взаимодействия внешних систем с ЭО АКУ ОУП на основе стандартов МЭК 61968/61970 (CIM-модель).
13. Разработаны прикладные алгоритмы блокировок и контроля переключений в электрической сети на основе формализации нормативно-технических требований ОДУЭС для ЭО АКУ ОУП.
14. Разработан программный модуль протоколов обмена информацией ЭО АКУ ОУП с внешними системами, входящий в состав программного обеспечения ЭО АКУ ОУП.
15. Разработана программная документация на программное обеспечение для экспериментального образца АКУ ОУП.
16. Закодированы прикладные алгоритмы на входном языке программирования прикладных алгоритмов блокировок и контроля переключений в электрической сети для ЭО АКУ ОУП.