Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка информационно-телекоммуникационной системы поддержки принятия решения диспетчерским персоналом электроэнергетических систем

Номер контракта: 14.575.21.0104

Руководитель: Боровиков Юрий Сергеевич

Должность руководителя: заведующий кафедрой

Докладчик: Андреев Михаил Владимирович, доцент кафедры

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
гибридное моделирование, информационно-телекоммуникационная система, диспетчерский персонал, электроэнергетические системы, система поддержки принятия решения

Цель проекта:
В силу единства, непрерывности и параллельности генерации, распределения и потребления электроэнергии всё участвующее в данном процессе оборудование постоянно связано между собой в нормальных и аварийных режимах его работы. Поскольку подавляющее большинство этого оборудования представляет собой динамические элементы, к тому же преимущественно нелинейные и с весьма значительным диапазоном постоянных времени, любая современная электроэнергетическая система (ЭЭС) образует большую, многопараметрическую, жесткую, нелинейную, динамическую систему. Проектирование, исследование и эксплуатация таких систем, в отличие от статических, объективно являются несоизмеримо более сложными задачами. Сказанное подтверждает и обобщённая статистика аварийности в российских и зарубежных ЭЭС, согласно которой причиной значительного числа тяжелых аварий и их развития в ЭЭС (по разным оценкам не менее 25%) служат неправильные и запоздалые действия диспетчерского персонала. Учитывая данное обстоятельство можно сделать вывод о том, что использование систем поддержки принятия решения (СППР) для диспетчерского персонала является жизненно необходимым. Однако, проведенный анализ существующих систем данного назначения позволил сделать вывод об отсутствии средств, способствующих получению полной и достоверной информации о режимах и процессах в ЭЭС, необходимой для оперативного принятия обоснованных оптимальных решений по управлению ЭЭС. Исходя из вышесказанного, целью проекта является разработка комплекса научно-технических решений в области создания информационно-телекоммуникационных систем поддержки принятия решения диспетчерским персоналом электроэнергетических систем для обеспечения их надежной и эффективной работы.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты:
1. Принципы построения информационно-телекоммуникационной системы поддержки принятия решений диспетчерским персоналом электроэнергетических систем (ИТС ППР ДПЭС).
2. Экспериментальный образец (ЭО) ИТС ППР ДПЭС.
3. Алгоритм возможных действий диспетчерского персонала в различных режимных ситуациях в электроэнергетических системах (ЭЭС).
4. Рекомендации по эффективному использованию диспетчерским персоналом ИТС ППР ДПЭС для выработки наиболее оптимальных решений в области управления режимами ЭЭС.
5. Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
6. Сформулированные технические требования в виде проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Информационно-телекоммуникационная система поддержки принятия решения диспетчерским персоналом электроэнергетических систем».

Разрабатываемый в ходе выполнения ПНИ ЭО ИТС ППР ДПЭС должен быть предназначен для реализации возможности оперативного принятия решений диспетчерским персоналом в процессе управления нормальными, аварийными и послеаварийными режимами электроэнергетических систем, способствующих снижению уровня аварийности в ЭЭС за счет уменьшения количества ошибочных и/или запоздалых действий диспетчеров, повышению «живучести» электроэнергетических систем. Разработанный в ходе выполнения ПНИ макет процессорного модуля расчета универсальных математических моделей (ПРММ) в составе макета универсального процессорного модуля (УПМ) ИТС ППР ДПЭС должны обеспечивать с гарантированной точностью (не хуже 0,5 %) математического моделирования основного и вспомогательного оборудования ЭЭС.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В результате выполнения проекта будет создана уникальная информационно-телекоммуникационная система поддержки принятия решений диспетчерским персоналом электроэнергетических систем (ИТС ППР ДПЭС), которая обеспечит возможность оперативного принятия решений диспетчерским персоналом в процессе управления нормальными, аварийными и послеаварийными режимами электроэнергетических систем (ЭЭС), способствующих снижению уровня аварийности в ЭЭС за счет уменьшения количества ошибочных и/или запоздалых действий диспетчеров, повышению «живучести» ЭЭС.

ИТС ППР ДПЭС базируется на комплексном подходе, позволяющем разрабатывать и применять для каждого значимого аспекта проблемы создания ИТС ППР ДПЭС наиболее эффективные методы, способы и средства, агрегирование которых обеспечивает ее успешное решение в целом. В соответствии с этим подходом предложен и рассмотрен вариант программно-аппаратной реализации ИТС ППР ДПЭС с многоуровневой многопроцессорной информационно-управляющей системой (ИУС), которая позволяет оперативно осуществлять функциональную обработку несоизмеримо больших объемов информации и, учитывая развитие ЭЭС, увеличение объемов схемно-режимной информации.

В результате аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, касающейся тематики ПНИ, а именно: систем поддержки принятия решения (СППР), советчиков и тренажеров диспетчерского персонала, а также программных и программно-технических средств расчета режимов и процессов в ЭЭС, выявлено, что указанные средства не позволяют получить достаточно полную и достоверную информацию о режимах работы ЭЭС, необходимую для правильного, обоснованного и оперативного принятия решения по управлению оборудованием и ЭЭС в целом, способствующего снижению уровня аварийности в энергосистеме за счет уменьшения количества ошибочных и/или запоздалых действий диспетчеров, повышению «живучести» энергосистем. Проводимый в рамках патентных исследований анализ существующих программных и программно-технических СППР диспетчерским персоналом ЭЭС, в том числе информационно-телекоммуникационных, и диспетчерских тренажеров за период 2002 - 2014 гг. позволил доказать целесообразность разработки новых объектов интеллектуальной собственности для использования в объектах техники, обеспечивающих достижение технических показателей, предусмотренных в техническом задании ПНИ.

Проведена сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований в области разработки ИТС ППР ДПЭС. В качестве ключевых направлений выделены численный и гибридный (комплексный) подходы к разработке ИТС ППР ДПЭС. Теоретическое обоснование неприемлемости первого варианта позволило в качестве основного выбрать комплексный подход, позволяющий разрабатывать и применять для каждого значимого аспекта проблемы создания ИТС ППР ДПЭС наиболее эффективные методы, способы и средства, агрегирование которых обеспечивает ее успешное решение в целом. В соответствии с этим подходом предложены и рассмотрены два возможных варианта построения ИТС ППР ДПЭС, структурной основой каждого из которых является мультипроцессорная моделирующая система реального времени электроэнергетических систем. Различие вариантов состоит в принципах реализации программно-аппаратной информационно-управляющей системы (ИУС) и соответственно специализированного программного обеспечения: ИТС ППР ДПЭС с монопроцессорной ИУС или с многоуровневой многопроцессорной ИУС. Сравнение свойств и возможностей указанных вариантов разработки ИТС ППР ДПЭС показало, что каждый из них может быть использован для достижения обозначенной цели. Вместе с тем, ИТС ППР ДПЭС с многоуровневой многопроцессорной ИУС позволяет оперативно осуществлять функциональную обработку несоизмеримо больших объемов информации и, учитывая развитие ЭЭС и, соответственно, увеличение объемов схемно-режимной информации, более перспективным следует считать именно этот вариант ИТС ППР ДПЭС, который и был выбран в качестве оптимального для решения поставленных в ПНИ задач.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Предполагаемыми потребителями результатов проекта являются такие крупные в электроэнергетике предприятия как ПАО «ФСК ЕЭС», ПАО «Россети», ОАО «СО ЕЭС». Предлагаемая разработка будет бесспорно интересной для названных компаний, так как они весьма заинтересованы в повышении квалификации диспетчерского персонала и минимизации их ошибочных действий (в настоящее время в соответствии обобщенной статистикой аварийности в электроэнергетических системах примерно 25% тяжелых аварий происходит по этой причине), а также повышении эффективности управления в энергосистеме. Кроме того, они являются ключевыми «фигурами» в продвижении инновационных идей и проектов в электроэнергетике. Об этом свидетельствуют многочисленные организуемые ими конференции и симпозиумы для обсуждения данной проблемы, а также выставки для демонстрации существующих разработок. Названные компании обладают существенными ресурсами для производства разрабатываемого устройства в промышленном масштабе. Кроме того, они способны провести испытания на реальных объектах.

Для возможности занять соответствующую нишу на внутреннем рынке в необходимо сделать ряд шагов:
1. Активизировать маркетинговую компанию.
2. Начать патентную работу для закрепления интеллектуальной собственности на разрабатываемую систему.
3. Войти в планы крупных компаний по реорганизации энергетических систем в средне- и долгосрочной перспективах с использованием системы, разрабатываемой в данном проекте, как современного инструмента энергоэффективности.

Выход на внешний рынок с информационно-телекоммуникационной системой поддержки принятия решения диспетчерским персоналом электроэнергетических систем в кратко- и среднесрочной перспективе без серьезной иностранной поддержки крайне затруднителен. Это может быть реализовано в нескольких сценариях:
1. Создать совместное предприятие с существующей компанией, которое активно работает на рынке.
2. Выход на международный рынок самостоятельно, используя зарубежные консалтинговые компании (является трудно выполнимым в кратко- и среднесрочной перспективе).
3. Предложить разрабатываемую информационно-телекоммуникационную систему поддержки принятия решения диспетчерским персоналом электроэнергетических систем в страны БРИКС. Особенно привлекателен Китай, который обладает развитой энергетической инфраструктурой с низкой энергоэффективностью и высоким инвестиционным потенциалом. Плюсом может быть и историческая близость в формировании и развития энергетического комплекса Китая с советских времен. При этом сценарий выхода на рынок в среднесрочной перспективе будет в большей мере определяться высокой эффективностью информационно-телекоммуникационной системы поддержки принятия решения диспетчерским персоналом электроэнергетических систем. Аналогичная ситуация скалывается и относительно Индии.

При этом существуют следующие риски:
1. Вопросы продвижения на рынок новых товаров, технологий и услуг – общеизвестное слабое место в работе вузов и предприятий. Коллектив разработчиков не имеет возможности вплотную заниматься продвижением своей технологии на рынок. Для минимизации данного риска возможно привлечение специалистов, компетентных в этих вопросах.
2. Потребитель традиционно с большим запаздыванием воспринимает новые идеи и разработки. Преодоление риска связано с разработкой эффективной стратегии продвижения товара и улучшением работы с потребителями.
3. Помешать реализации проекта могут продолжающиеся макроэкономические кризисные явления. Существует вероятность, что в электроэнергетике будут отсутствовать финансовые средства для модернизации сетевого хозяйства и, следовательно, для закупки оборудования.
Преодоление риска может быть связано с разработкой новых маркетинговых стратегий продаж для снижения единовременной финансовой нагрузки на потребителя (рассрочка, абонентская плата и т. п.).

Текущие результаты проекта:
В результате выполнения запланированных работ за 2015 год решены следующие основные задачи:
1. Разработаны принципы построения информационно-телекоммуникационной системы поддержки принятия решений диспетчерским персоналом электроэнергетических систем (ИТС ППР ДПЭС), состоящие из образующих новые научно-технические решения принципов построения специализированных процессоров (СП) мультипроцессорной моделирующей системы реального времени электроэнергетических систем (ММС РВ ЭС), определивших единую унифицированную для всех СП программно-аппаратную структуру, и принципов построения специализированного программного обеспечения (СПО) ИТС ППР ДПЭС, объединяющего СПО СП, ПО Сервера и СПО АРМ ППР ДПЭС.
2. Выбран и обоснован для ММС РВ ЭС перечень моделей основного и сопутствующего ему вспомогательного оборудования, в соответствии с которыми разработаны всережимные модели этого оборудования, достаточно полно и достоверно воспроизводящие непрерывный спектр значимых квазиустановившихся и переходных процессов при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах работы.
3. Разработаны и изготовлены макеты всех основных модулей единой унифицированной программно-аппаратной структуры СП: процессорных модулей расчета универсальных математических моделей основного и вспомогательного оборудования (ПРММ) и процессорного модуля управ-ления параметрами этих моделей, продольными и поперечными коммутациями, сбора, обработки и передачи данных на Сервер ИТС ППР ДПЭС (ПУПД), образующих в совокупности универсальный процессорный модуль (УПМ) каждого СП, аппаратный модуль физической связи (АМФС), а также макет аппаратного модуля (АМЛС), реализующий локальную информационную связь УПМ по протоколу TCP/IP между собой и серверной ЭВМ и обеспечивающий передачу управляющих сигналов от пользователя, а также передачу пользователю через серверную ЭВМ информации о моделируемом оборудовании и соответственно энергосистеме в целом.
4. Разработаны программы и методики лабораторных испытаний всех изготовленных макетов.
5. В соответствии с разработанными программами и методиками проведены лабораторные испытания всех изготовленных макетов модулей и СП в целом, с использованием для управления данными контроля и визуализации результатов испытаний необходимых фрагментов прототипа разрабатываемого на следующем этапе, согласно представленным в настоящем отчете принципам построения, СПО ИТС ППР ДПЭС, которыми экспериментально подтверждены реализация непрерывного методически точного решения с гарантированной приемлемой инструментальной погрешностью ≤ 0.5% в реальном времени и на неограниченном интервале систем дифференциальных уравнений всережимных математических моделей трехфазного основного оборудования, а также наличие всех необходимых и информационно-управляющих свойств и возможностей. Кроме этого, сформулирован, необходимый в последующем для исследований экспериментального образца (ЭО) ИТС ППР ДПЭС, программный эмулятор Сервера оперативно-информационного комплекса электроэнергетических систем (ОИК ЭЭС), представляющий собой редактируемую с интервалом обновления базу данных телеизмерений (ТИ) и телесигнализации (ТС). Любой выбранной для исследований некоторой реальной ЭЭС, установленную на компьютере-имитаторе Сервера ОИК связанный компьютерной сетью с Сервером ИТС ППР ДПЭС, который содержит базу схемно-режимных данных моделируемой на ММС РВ ЭС той же ЭЭС. Проведенные лабораторные испытания информационного взаимодействия имитаторов Сервером ИТС ППР ДПЭС и ОИК ЭЭС полностью подтвердили работоспособность такого взаимодействия для автоматизированного или автоматического установления и отслеживания на ММС РВ ЭС ИТС ППР ДПЭС текущего или нужного ретроспективного схемно-режимного состояния моделируемой ЭЭС по данным ТИ и ТС базы данных Сервера ОИК ЭЭС и реализуемость параллельного функционирования создаваемой ИТС ППР ДПЭС с реальной ЭЭС, необходимого для оперативного выполнения ППР ДПЭС.
6. Разработан ЭО СПО ИТС ППР ДПЭС.
7. Разработан ЭО ИТС ППР ДПЭС.

Совокупность вышеизложенных результатов работы не имеет аналогов в мировой электроэнергетике. Следующим этапом работы является проведение всесторонних испытаний ЭО ИТС ППР ДПЭС.