Говоря о надежности, качестве и экологичности электроснабжения, мы в первую очередь должны иметь в виду разработку и развитие принципиально новых – инновационных технологий расчета, анализа, прогнозирования, нормирования и снижения потерь электроэнергии в электрических сетях, оперативного диспетчерского управления их режимами. Предлагаем материал, предоставленный филиалом ОАО «Научно-технический центр электроэнергетики» Научно-исследовательским институтом электроэнергетики (ВНИИЭ), в котором рассказывается о наиболее важных на сегодняшний день разработках института в данной области.
Юрий МОРЖИН, заместитель генерального директора – директор филиала ОАО «НТЦ электроэнергетики» – ВНИИЭ;
Юрий ШАКАРЯН, заместитель генерального директора – научный руководитель ОАО «НТЦ электроэнергетики», научный руководитель ВНИИЭ;
Валерий ВОРОТНИЦКИЙ, заместитель директора филиала ОАО «НТЦ электроэнергетики» – ВНИИЭ по научной работе;
Николай НОВИКОВ, заместитель Научного руководителя ОАО «НТЦ Электроэнергетики»
Говоря о надежности, качестве и экологичности электроснабжения, мы в первую очередь должны иметь в виду разработку и развитие принципиально новых – инновационных технологий расчета, анализа, прогнозирования, нормирования и снижения потерь электроэнергии в электрических сетях, оперативного диспетчерского управления их режимами. Предлагаем материал, предоставленный филиалом ОАО «Научно-технический центр электроэнергетики» Научно-исследовательским институтом электроэнергетики (ВНИИЭ), в котором рассказывается о наиболее важных на сегодняшний день разработках института в данной области.
Совершенствование средств и систем расчета снижения потерь электроэнергии
Новые подходы к системе управления электроэнергетикой, к формированию тарифов на услуги по передаче электроэнергии, к системе нормирования и управления уровнем потерь электроэнергии требуют и соответствующего развития методов их расчета. Это развитие ведется сегодня в нескольких направлениях.
Точность расчетов технических потерь (РТП) электроэнергии предполагается повышать за счет более полного использования оперативной информации о коммутационном состоянии электрической сети (рис. 1), физических параметрах ее элементов, режимных данных о нагрузках, уровнях напряжений и т.п.
Необходим переход от детерминированных расчетов уровня потерь электроэнергии к вероятностным оценкам с заданной точностью и доверительными интервалами с последующей оценкой рисков при принятии решений об инвестировании денежных средств в снижение потерь.
Еще один вектор развития – применение принципиально новых интеллектуальных моделей учета множества неопределенных факторов, влияющих на величину фактических и технических потерь электроэнергии, на прогнозирование потерь. Одна из таких моделей основана на применении искусственных нейронных сетей, являющихся, по существу, одной из активно развивающихся областей технологий искусственного интеллекта.
Развитие автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ), автоматизированных систем технологического управления (АСТУ) электрическими сетями, графических и географических информационных систем (ГИС) создает реальные возможности для совершенствования программного обеспечения расчетов, анализа и нормирования потерь электроэнергии (ПО РП). В частности, в настоящее время назрела настоятельная необходимость в интеграции программно-технических комплексов (ПТК) и содержащихся в них баз данных АИИС КУЭ, АСТУ, ГИС и ПО РП для повышения точности, прозрачности и обоснованности расчетов режимов электрических сетей, балансов и потерь электроэнергии. Частично такая интеграция уже осуществлена. Дальнейшее ее развитие должно основываться на новых подходах к стандартизации информационных обменов между различными ПТК на единой информационной платформе, в том числе с использованием так называемых СИМ-моделей.
Как показывает практика, традиционные методы и средства снижения потерь электроэнергии не могут обеспечить поддержание уровня потерь на технико-экономически обоснованном уровне. Приближение к этому уровню становится все дороже и требует больших усилий. Необходимо применение принципиально новой техники и технологий передачи и распределения электроэнергии. В первую очередь это:
По оценкам американского Совета по энергоэффективной экономике (АСЕЕЕ) к 2023 году использование Smart Grid технологий в сочетании с другими мерами по эффективному использованию энергоресурсов позволит сэкономить до 30% планируемых энергозатрат. То есть каждый третий киловатт-час можно будет получить не за счет расширения генерирующих мощностей, а благодаря распределению существующих энергоресурсов с помощью новых информационных технологий.
Величина фактических потерь электроэнергии в электрических сетях, за которую должны платить в настоящее время электросетевые организации, в значительной степени зависит от точности измерений электроэнергии, поступившей в электрическую сеть и отгруженной из электрической сети.
Практика внедрения современных АИИС КУЭ показывает, что эти достаточно дорогостоящие и распределенные в пространстве информационно-измерительные системы могут в процессе эксплуатации выходить из строя, терять точность измерений, вносить случайные существенные сбои в результаты измерений и т. п. Все это требует разработки и внедрения методов оценки достоверности измерений, выявления и локализации небалансов мощности и электроэнергии, внедрения принципиально новых средств измерения, в том числе оптических измерительных трансформаторов тока и напряжения.
На рисунке: скриншоты работы программы «РТП 3».
Интерактивное моделирование расчетов работы энергосистем
Динамическая модель ЭЭС реального времени. Она обеспечивает возможность моделирования ЭЭС большой размерности в ускоренном, замедленном и реальном масштабах времени. Модель применяется для: построения тренажеров-советчиков диспетчера по ведению режима, анализа установившихся и переходных режимов, анализа аварий, моделирования систем первичного и вторичного регулирования и противоаварийной автоматики (ПА). В модели ЭЭС учитываются электромеханические и длительные переходные процессы, системы регулирования частоты и активной мощности (АРЧМ). Выполняется расчет технических потерь электроэнергии и мощности (в том числе по классам напряжений и регионам) и других параметров режима. Впервые в России модель этого класса применяется для построения комплексных тренажеров-советчиков совместно с топологическим анализом полной коммутационной схемы энергообъединения.
В модели применяются достаточно точные алгоритмы моделирования переходных процессов по режиму «частота – активная мощность» (регуляторы скорости, промперегрев пара, котельная автоматика и т. д.). Регуляторы напряжений выполнены по двум возможным схемам: упрощенной (как регулируемый источник реактивной мощности, поддерживающий значение напряжения на заданном уровне) и уточненной (как система регулирования ЭДС синхронной машины с возможностью регулирования по отклонениям напряжения, частоты и их производных).
Модель обеспечивает слежение за текущим режимом энергообъектов на базе информации задачи оценивания состояния (ОС) и данных ОИК. Расчетная схема, полученная от задачи ОС, расширена (примерно в 2 раза) за счет использования нормативно-справочной и априорной информации, а также достоверных ТИ и ТС в ОИК.
В модели выполняется топологический анализ полной коммутационной схемы и выполняется ее информационное взаимодействие с режимной (расчетной) схемой энергообъектов. Это обеспечивает управление режимом модели путем включения/отключения коммутационных аппаратов, то есть привычным для оперативного персонала способом.
Управление моделью выполняется в интерактивном режиме пользователем, системами регулирования и ПА и сценариями развития аварий. Важной функцией модели является проверка нарушений и существования текущего режима по критерию N-1. Могут быть заданы наборы вариантов контроля по критерию N-1, предназначенные для разных режимов контролируемого энергообъединения. Программа позволяет сравнивать расчетный режим в модели ЭЭС с данными ОИК и выявлять ошибочные и недостающие данные режима.
Первоначально модель использовалась для построения режимных тренажеров реального времени, а в дальнейшем ее функции были расширены для анализа аварий, проверки алгоритмов идентификации энергосистем как объектов управления и других задач. Модель используется для режимной проработки заявок на вывод в ремонт оборудования, моделирования систем АРЧМ, информационной поддержки оперативного персонала ЭЭС и энергообъединений и как советчик диспетчера по ведению режима. На модели проведены исследования по распространению волны частоты и напряжения в реальных схемах большой размерности при больших возмущениях, а также на схемах цепочечной и кольцевой структуры. Разработана методика использования данных WAMS для достоверизации текущего режима по ОС и данным ОИК.
Отличие данной разработки от других – в возможности моделирования динамики энергообъектов большой размерности в реальном масштабе времени, циклического слежения за режимом по данным ОИК и задачи ОС, расширении расчетной схемы на 70–80% за счет учета шин подстанций, энергоблоков, реакторов и т. д.
На сегодняшний момент динамическая модель ЭЭС реального времени внедрена в СО ЕЭС, ФСК ЕЭС, ОДУ Центра, ОАО «Башкирэнерго».
Комплекс КАСКАД-НТ для отображения оперативной
информации на индивидуальных и коллективных средствах
(диспетчерских щитах и видеостенах)
Комплекс является средством формирования и отображения разнообразных экранных форм (схем, карт, таблиц, графиков, приборов и т. д.) на индивидуальных (дисплеях) и коллективных средствах. Предназначен для отображения информации ОИК и других программных комплексов в реальном времени как на индивидуальных (дисплеях), так и на коллективных (мозаичных диспетчерских щитах и видеостенах) средствах.
Система отображения оперативной информации на видеостенах реализована в СО ЕЭС, ОДУ Центра и ОАО «Башкирэнерго». В СО ЕЭС на видеостене 4 х 3 куба реализовано отображение обобщенной информации в графической и табличной формах, а также отображение схемы ЕЭС на финском мозаичном щите. В ОДУ Центра на видеостене средствами комплекса КАСКАД-НТ отображается информация системы поддержки диспетчерского персонала в виде оперативной схемы, схем на фоне карты местности и подробных схем подстанций.
Для ОАО «Башкирэнерго» в настоящее время комплекс применяется в тренажерном зале при отображении на видеостене 3 х 2 куба структурной и коммутационной схем и обобщенной информации в табличной форме. На малой структурной схеме имеется возможность раскрытия 5 основных подстанций ОАО «Башкирэнерго». На видеостене 8 х 4 куба диспетчерского зала с большой структурной схемой возможно раскрытие 62 подстанций и данными технологических задач. На большой видеостене имеется возможность выполнения топологического анализа и отображения полной коммутационной схемы энергообъединения.
Система КАСКАД-НТ открыта для интеграции с другими комплексами и построена как набор конструкторов, применяемый для построения систем отображения как разработчиками, так и пользователями. Эта особенность обеспечивает возможность поддержки и развития функционала системы отображения непосредственно пользователями и обслуживающим персоналом без привлечения разработчиков.
Авторизация технологического управления
электросетевыми активами
В 2008 г. специалистами ВНИИЭ выполнен крупный проект – Программа реконструкции и развития Автоматизированной системы технологического управления (АСТУ) ОАО «МОЭСК». Необходимость внедрения этого проекта была связана с моральным и физическим износом материальной базы системы управления (по известным причинам общегосударственного характера), с учетом существенного изменения требований к диспетчерскому управлению при работе в условиях рынка, а также с учетом структурной реорганизации компании. Разработка направлена на решение поставленной в МОЭСК задачи построения качественной вертикали оперативно-диспетчерского управления, использующей в своей работе самые современные методы организации и технического обеспечения процесса управления.
Программа разработана совместно с ОАО «Энера» и при активном участии специалистов МОЭСК. Работа включает разделы по анализу существующего состояния АСТУ, по разработке основных технических требований к перспективной АСТУ, ее элементам и подсистемам, а также предложения по техническим решениям. В том числе с вариантами реконструкции и развития системы на основе технических средств ведущих отечественных и зарубежных производителей аппаратуры управления.
При разработке учтены и конкретизированы для условий компании основные положения существующих НТД в области автоматизации сетевого комплекса, которые предусматривают развитие централизованного технологического управления электрическими сетями, создание автоматизированных подстанций на основе единого комплекса современных технических средств, с интеграцией систем измерений, защиты, автоматики и управления оборудованием объектов электрических сетей.
В связи с большим количеством ПС и моральным и физическим износом основной массы средств телемеханики предусмотрена поэтапная автоматизация ПС, первым этапом которой является реконструкция ТМ, согласованная с реконструкцией и развитием системы связи, то есть формирование основы современной ССПИ, а вторым этапом – для части ПС – создание полномасштабных АСУ ТП.
Программой предусматривается обновление ПТК диспетчерских пунктов на основе принятой МОЭСК современной системы управления электрическими сетями (ENMAC GE), автоматизирующей операции контроля и диспетчерского управления, а также управления эксплуатацией сети при обслуживании оборудования и взаимодействии с потребителями электроэнергии.
Развитие системы связи ориентировано на полный переход на цифровые технологии передачи данных широким использованием, наряду с имеющейся ВЧ-связью, оптоволоконной техники и беспроводных средств связи.
Важное место уделяется созданию интеграционной платформы (ИП), поддерживающей единую информационную модель МЭК (СИМ-модель) и позволяющей подключить к общей информационной шине различные приложения, используя технологию WEB-Service. Совместно с ОАО «ЭЦН» и ООО «МОДУС» разработана и внедрена в опытную эксплуатацию в РСК «Кубаньэнерго» первая версия графической инструментальной системы создания ИП, к которой подключен ОИК КОТМИ.
Добавим, что ВНИИЭ разработаны следующие экспертные системы для применения в оперативном диспетчерском управлении: системы-советчики для годового планирования ремонтов сетевого оборудования; системы-советчики для режимной проработки оперативных ремонтных заявок; системы для анализа топологии в электрической сети с анализом нештатных ситуаций; системы-тренажеры по оперативным переключениям; инструментальная экспертная система МИМИР для энергетических применений; экспертная система ЭСОРЗ для проработки оперативных заявок (применение с СО-ЦДУ, ОДУ Центра, ОДУ Средней Волги); система анализа топологии электросети АНТОП (применение в ОДУ Урала); тренажерная система КОРВИН по оперативным переключениям (применение в районных энергосистемах).
В настоящее время разрабатывается система годового планирования ремонтов электросетевого оборудования (для СО-ЦДУ).
Весь комплекс работ ОАО «НТЦ электроэнергетики» по новым информационным технологиям дополняется актуальными технологическими задачами, часть которых будет завершена в ближайшее время и о чем мы надеемся рассказать на страницах журнала.
Источник: портал "Управление производством"
