Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование интеллектуальной системы автоматизированного учета электроэнергии в распределительных сетях 0,4-10 кВ с функцией локализации коммерческих и технических потерь электроэнергии

Номер контракта: 14.578.21.0017

Руководитель: Кононов Юрий Григорьевич

Должность: зав. кафедрой "Автоматизированные электроэнергетические систем и электроснабжение"

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
электрические сети, нетехнические потери, активно-адаптивные сети, локализация нетехнических потерь, оценивание состояния, автоматизированная система диспетчерского управления (асду), интеллектуальные измерения, общая информационная модель

Цель проекта:
Одной из основных проблемой электроэнергетического комплекса Российской Федерации является высокий уровень фактических потерь электроэнергии (ЭЭ) в сетях распределительных сетевых компаний (РСК), в том числе их нетехнической (коммерческой) составляющей, обусловленной безучетным ее пользованием и хищением. Так абсолютная величина потерь в сетях РСК оценивается в 130 млрд. кВт•ч, а относительная в 13,6 % от отпуска в сеть. Величина коммерческих (нетехнических) потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях России по оценкам экспертов составляет 25-30 млрд. кВт•ч и значительно превышает аналогичный показатель промышленно развитых стан: Германии, Японии, Великобритании и др. Особенно велики коммерческие потери в распределительных сетях Дагестана, Ингушетии, Чеченской республики. Причинами высоких коммерческих потерь электроэнергии являются несовершенство существующих систем учета электроэнергии, мягкость Российского законодательства в отношении расхитителей электроэнергии. Не смотря на принимаемые технические меры по совершенствованию счетчиков электроэнергии в части повышения их защищенности от несанкционированного воздействия, совершенствуются и способы хищения электроэнергии. Кроме того, в условиях низкой зарплаты контроллеров, последние вступают в сговор с недобросовестными потребителями, позволяя последним осуществлять потребление электроэнергии в обход имеющейся системы учета электроэнергии. В этих условиях наиболее действенным средством является создание автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ), позволяющих осуществлять оперативный контроль баланса электроэнергии по отдельным фидерам 0,4-10 кВ и рассчитывать величину коммерческих потерь в целом по фидеру. Недостатками имеющихся в настоящее время АИИС КУЭ являются: 1) Отсутствие или низкая точность функции расчета технических потерь электроэнергии. 2) Невозможность оперативной локализации коммерческих потерь с точностью до отдельного потребителя из-за отсутствия эффективных методов, алгоритмов и программного обеспечения для ее осуществления. 3) Низкая точность синхронизации измерений существующими микропроцессорными счетчиками электроэнергии. 4) Высокая стоимость интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) с возможностью высокоточной синхронизации от GLONASS/GPS приемников. 5) Значительные трудозатраты на составление детальных схем замещения сетей. 6) Отсутствие информационного обмена с автоматизированными системами диспетчерского управления (АСДУ) РС. Цель проекта заключается в разработке и создании интеллектуальной системы автоматизированного учета электроэнергии в распределительных сетях (РС) 0.4-10 кВ, обеспечивающей локализацию коммерческих и технических потерь энергии.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основными планируемыми практическими результатами выполнения проекта являются:
- снижение сверхнормативных потерь электроэнергии в распределительных сетях 0,4-10 кВ;
- снижение технических потерь электрической энергии в распределительных сетях 0,4-10 кВ;
- локализация коммерческих потерь в электрических сетях 0,4-10 кВ вплоть до указания в АИИС КУЭ с высокой вероятностью конкретного потребителя, у которого происходит недоучет электрической энергии;
- повышение пропускной способности электрических сетей 0,4-10 кВ;
- повышение качества электрической энергии, отпускаемой потребителям.
Основными планируемыми научными результатами выполнения проекта являются:
- алгоритмы, методы, методики решения задачи расчета технических потерь энергии в электрических сетях 0,4-10 кВ, обладающие повышенной точностью и улучшенной детализацией результатов расчетов;
- алгоритмы, методы, методики решения задачи локализации коммерческих потерь энергии в электрических сетях 0,4-10 кВ с точностью до отдельного потребителя;
- способ высокоточной синхронизации измерений в интеллектуальных электронных устройствах по фазе напряжения сети 0,4 кВ.
2. Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), планируемой научной (научно-технической, инновационной) продукции.
Профиль общей информационной модели АИИС КУЭ должен быть построен на языке UML, используя для этого соответствующие инструменты.
Должна быть представлена даталогическая и инфологическая модель базы данных, реализующей профиль ОИМ АИИС КУЭ.
Разрабатываемый программный экспериментальный образец АИИС КУЭ должен обладать следующими функциями:
– Работать под управлением операционной системы Windows 7 и выше.
– Работать по архитектуре «клиент-сервер», с использованием протокола TCP/IP на нижнем уровне.
– Иметь графический интерфейс пользователя.
– Иметь гибкую систему настроек.
– Необходимо обеспечить стабильную работу в режиме 24/7.
– Работать на современных высокопроизводительных персональных компьютерах архитектуры x86 со следующими минимальными характеристиками: процессор Intel i7 и выше, оперативная память не менее 16 Gb, жесткий диск объемом не менее 1 Tb, наличие адаптера подключения к сети (сетевой карты, оптоволоконного модема и т.п.).
– База данных должна быть реализована под управлением системы управления базой данных MS SQL.
– В качестве средства разработки программного обеспечения для АИИС КУЭ требуется использовать интегрированную среду разработки Microsoft Visual Studio, включающую редактор исходных текстов, компилятор, компоновщик и отладчик.
– В качестве средства проектирования структуры базы данных и создания файла базы данных требуется использовать MS SQL.
Для обеспечения связи между АИИС КУЭ и ИЭУ приоритетными являются технологии GSM/GPRS, каналы связи по силовой сети (PLC), а также каналы беспроводного доступа, использующие диапазон частот 433 МГц, 2,4 ГГц. Каналы связи для передачи данных между АИИС КУЭ и ИЭУ должны обеспечивать критерии качества, позволяющие обеспечивать своевременную и надежную передачу значений измеренных электрических величин, выполнения оперативной функции локализации коммерческих потерь электроэнергии.
При пакетной передаче оперативных данных потери пакетов должны составлять не более 2 %. Джиттер должен составлять не более 5 % от среднего времени прохождения пакета. Готовность каналов связи к передаче оперативных данных должна составлять не менее 99 %.
При использовании в качестве физической среды передачи информации между АИИС КУЭ и системой АСДУ РС волоконно-оптических систем разрабатывается комплексное решение, включающее в себя непосредственно волоконно-оптический кабель связи, пассивные элементы (мультиплексоры, демультиплексоры, сплиттеры и т.д.), активное оборудование (приемо-передатчики, преобразователи среды передачи и т.д.). Для волоконно-оптических систем передачи данных предполагать к использованию волоконно-оптический кабель с одномодовым волокном в соответствии с рекомендациями ITU-T G.652, приемопередатчики в диапазоне длин волн 1310-1610 нм.
Должны быть разработаны технические, технологические и организационные мероприятий по обеспечению информационной безопасности при передачи по цифровым каналам передачи данных, применены технологии защиты информации при ее хранении и передаче в АИИС КУЭ.
Все технические средства должны соответствовать требованиям существующей нормативной документации к оборудованию организации связи, общим требованиям стандартов по безопасности, электромагнитной совместимости, условиям эксплуатации, а также по возможности, стандартизации и унификации с каналами связи, применяемыми на объектах электроэнергетики и обеспечивать заданные требования к научно-техническим результатам ПНИ. Каналообразующее оборудование должно представлять из себя модули, встраиваемые в ИЭУ, АИИС КУЭ, АСДУ РС.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта является автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ), с функцией локализации коммерческих и технических потерь электроэнергии, построенная на базе разрабатыеваемых в рамках ПНИ экспериментальных образцов трехфазных и однофазных ИЭУ, реализующих синхронные измерения токов и напряжений, и экспериментальных образцов АИИС КУЭ в сетях 04-10 кВ.
2. Новизна научных (технологических) решений, применявшихся методик и решений, состоит в:
-применении для локализации коммерческих потерь электроэнергии метода оценивания состояния режима сети по данным синхронно измеряемых сигналов напряжений и информации о схеме замещения сети, что позволяет с высокой точностью определять конкретных абонентов, у которых имеет место несанкционированное потребление или неисправность системы учета электроэнергии;
-оригинальном методе синхронизации измерений в интеллектуальных электронных устройствах по фазе напряжения сети 0,4 кВ, основанном сопоставлении графиков изменения частоты напряжения в различных узлах сети и учете фазового сдвига напряжения по результатам расчета режима электрической сети;
-использовании мгновенных значений токов и напряжений для оценивания состояния электрических сетей, что позволяет учитывать нестационарность происходящих процессов;
- в автоматизированном формировании в АИИС КУЭ схемы замещения электрической сети 0,4-10 кВ на базе передвижной лаборатории с использовании общей информационной модели (ОИМ) и передаче с помощью ОИМ результатов измерений в смежные автоматизированные системы (Scada, Smart Grid и др.).
3. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень. Проведенный в рамках ПНИ анализ наиболее распространенных отечественных и зарубежных АИИС КУЭ показал, что ни одна из существующих в настоящее время АИИС КУЭ не имеет функцию локализации коммерческих потерь, показывающую места потерь с высокой достоверностью и основанную на оценивании состояния электрической сети. Функции локализации коммерческих потерь имеются только в небольшом количестве зарубежных АИИС КУЭ, при этом она основывается во всех случаях на оценке истории потребления электрической энергии каждым абонентом и регистрации отклонений от статистических норм. Предполагаемы результаты проводимых ПНИ приведут к существенному повышению достоверности локализации коммерческих потерь.
Все имеющиеся в мире АИИС КУЭ для распределительных сетей 0,4-10 кВ имеют систему обеспечения единого времени (СОЕВ), имеющую точность не выше 1 с, а в большинстве случаев 3-5 с. Также мировой промышленностью выпускаются приборы учета электрической энергии, которые могут использоваться в АИИС КУЭ и имеющие точность до 1 милисекунды, но по экономическим показателям данные приборы не подходят для электрических сетей 0,4-10 кВ. Предполагаемые результаты проекта обеспечат повышение на несколько порядков точности СОЕВ в АИИС КУЭ (вплоть до десятых долей микросекунды) для электрических сетей 0,4-10 кВ.
4.Имеются риски невозможности достижения заданной точности синхронизации времени в АИИС КУЭ для сетей 0,4 кВ, поскольку ограничением является сохранение конкурентной стоимости компонентов АИИС КУЭ, в первую очередь однофазных ИЭУ, что приведет к снижению точности локализации коммерческих потерь, основанных на оценивании состояния электрической сети. Однако для достижения высокой достоверности локализации коммерческих потерь, планируется применить комплекс методик локализации коммерческих потерь, в том числе основанный на статистике потребления электрической энергии каждым абонентов, анализе аномальных отклонений в графиках потребления и других методов.
Имеются риски получения технико-экономической нецелесообразности реализации синхронизации времени в ИЭУ с использованием основной гармоники электрической сети. Поэтому в рамках ПНИ будут рассматриваться альтернативные способы синхронизации времени, которые можно использовать в однофазных ИЭУ для электрических сетей 0,4 кВ, в том числе с использованием протоколов синхронизации времени на основе NTP, IEEE 1588 и др.





Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Практическое применение результатов ПНИ предполагается в электрических сетях 0,4-10 кВ, оснащенных разрабатываемыми интеллектуальными электронными устройствами. Конкурентным преимуществом вероятных результатов работы является возможность более точного расчета потерь энергии в электрических сетях и принятия обоснованных решений по их снижению.
Ожидаемый экономический эффект связан с:
1) улучшением потребительских свойств существующей продукции (электроэнергии);
2) совершенствованием технологических процессов с точки зрения снижения издержек производства;
3) повышением уровня автоматизации производства;
4) сдерживание роста тарифов на электроэнергию и, как следствие, повышение конкурентноспособности отечественной продукции.
Направленность предлагаемого проекта входит в научно-исследовательские российские и мировые приоритеты, что подтверждается разработкой ПАО «ФСК ЕЭС» с привлечением отраслевых и академических институтов «Концепции развития интеллектуальной электроэнергетической системы России с активно-адаптивной сетью».
В настоящее время ПАО «ФСК ЕЭС» приступает к внедрению инновационных технологий в развитие Единой национальной электрической сети и инициирует проект создания «интеллектуальной электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью». На сегодняшний день ПАО «ФСК ЕЭС» уже реализует пилотные проекты в этой области, связанные с внедрением отдельных компонентов активно-адаптивных сетей.
На текущий момент ПАО «ФСК ЕЭС» России разработала Программу инновационного развития до 2016 г. с перспективой до 2020 г., основной целью которой является повышение надежности, качества и экономичности электроснабжения, что, учитывая направленность предлагаемого проекта, предполагает востребованность ожидаемых результатов. В настоящее время имеются хорошие перспективы коммерциализации результатов проекта в ПАО «Россети» и коммунальных электрических сетях благодаря переходу РСК на RAB-регулирование и экономической заинтересованности компаний в повышении энергоэффективности распределительных электрических сетей.
Аналитический обзор технической литературы показывает, что результаты проекта могут быть также востребованы в таких странах, как Индия, Бразилия, Нидерланды, Малайзия, Венесуэла, Китай и др.


Текущие результаты проекта:
2.1 Усовершенствованы 2 методики и 2 реализующих их алгоритма расчёта технических потерь электроэнергии (ПЭ) в трансформаторах 6(10)/0,4 кВ и подходящих отпайках, а также в сети 6(10) кВ в целом.
2.2 Создана экспериментальная установка для исследования измерительных трансформаторов тока и напряжения и разработаны алгоритмы компенсации их погрешностей.
2.3 Усовершенствованы 2 методики и 2 реализующих их алгоритма локализации технических и коммерческих ПЭ на подстанциях и в сложной разветвленной сети 6(10) кВ.
2.4 Разработано ПО экспериментального образца (ЭО) трёхфазного ИЭУ.
2.5 Собраны 3 идентичных ЭО трёхфазного ИЭУ.
2.6 Разработан низкозатратный способ синхронизации измерений в ИЭУ.
2.7 Обоснованы, отобраны и приобретены комплектующие и оборудование для сборки 3 ЭО трехфазных ИЭУ.
2.8 Разработаны программа и методика испытаний ЭО трехфазных ИЭУ.
2.9 Проведены испытания ЭО трехфазных ИЭУ.
2.10 Выполнены работы по обоснованию, отбору и приобретению (ООП) комплектующих, оборудования и лицензионного ПО для разработки ЭО АИИС КУЭ в РС 10 кВ с функцией локализации технических и коммерческих ПЭ (ФЛТКПЭ).
2.11 Разработано ПО ЭО АИИС КУЭ в РС 6-10 кВ с ФЛТКПЭ.
2.12 Разработана эскизная конструкторская документация на ЭО АИИС КУЭ в РС 10 кВ с ФЛТКПЭ и осуществлена его сборка.
2.13 Проведены исследования по выбору и оптимизации каналов связи и протоколов обмена для использования в АИИС КУЭ с ФЛТКПЭ.
3.1 Разработана методика и алгоритм идентификации топологии и параметров сетей 0,4 – 10 кВ по данным ИЭУ.
3.2 Разработан и собран опытный образец передвижной лаборатории для автоматизированного формирования топологии и параметров схем замещения фидеров 0,4 и 6-10 кВ
3.3 Разработаны программы и методики предварительных и приемочных испытаний опытного образца передвижной лаборатории для автоматизированного формирования топологии и параметров схем замещения фидеров 0,4 и 6-10 кВ.
3.4 Разработана структура базы данных расчетных схем электрических сетей 0,4-10 кВ и система управления ею с реализацией ОИМ в соответствии с требованиями стандартов IEC-61970, IEC-61968.
3.5 Разработан компонент существующего программного обеспечения (ПО) АСДУ РС для экспортирования схем сетей в формате xml по стандарту ОИМ в АИИС КУЭ.
3.6 Проведены предварительные и приемочные испытания опытного образца передвижной лаборатории для автоматизированного формирования топологии и параметров схем замещения фидеров 0,4 и 6-10 кВ.
3.7 Разработаны программа и методика испытаний экспериментальнгого образца АИИС КУЭ в РС 10 кВ.
3.8 Проведены испытания экспериментального образца АИИС КУЭ в РС 10 кВ на физической модели сети на предмет точности локализации технических и коммерческих потерь и синхронизации измерений.
3.9 Выполнены работы по обоснованию, отбору и приобретению комплектующих и изготовлены 10 ЭО трёхфазных ИЭУ для действующей сети 10 кВ.
3.10 Выполнены работы по обоснованию, отбору и приобретению оборудования и комплектующих для экспериментального образца АИИС КУЭ действующей РС 10 кВ.
3.11 Осуществлена доработка программного обеспечения экспериментального образца АИИС КУЭ с целью интеграции с программным обеспечением АСДУ РС за счет приема схем и параметров электрической сети 10 кВ.
3.12 Разработаны программа и методика испытаний экспериментального образца АИИС КУЭ с функциями интеграции на основе ОИМ.
3.13 Проведены испытания экспериментального образца АИИС КУЭ с функциями интеграции на основе ОИМ.