ПВК ОЦЕНКА И ИНТЕГРАЦИЯ ЕГО В СИСТЕМУ SCADA
Ю.А. Гришин*, И.Н. Колосок*, Е.С. Коркина*, Л.В. Эм*,

В.Г. Орнов**, Н.Н. Шелухин**.
*Институт систем энергетики им. Л.А.Мелентьева СО РАН,

**Центральное диспетчерское управление РАО "ЕЭС России".

ygrish@isem.sei.irk.ru
Введение
В середине 90-х годов новые структурные и экономические условия в электроэнергетике привели к дальнейшему развитию принципов и задач автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) ЕЭС России. В настоящее время развитие АСДУ продолжается в трех основных направлениях:

  • перевод АСДУ на новую платформу (вычислительная техника и стандартное программное обеспечение);

  • развитие и совершенствование систем сбора и передачи данных;

  • переработка на новую платформу эксплуатировавшегося ранее программного обеспечения и разработка новых функциональных задач.

Всю АСДУ ЕЭС можно разделить на 3 подсистемы:

  • подсистема автоматического управления (АУ), работающая в реальном времени и в закрытом режиме, то есть без участия человека;

  • подсистема оперативного управления режимами (ОУР), работающая в реальном времени (on-line) и в открытом режиме, то есть с участием технологического персонала;

  • подсистема краткосрочного планирования режимами (КПР), работающая вне реального времени и с участием технологического персонала и которая позволяет, наряду с основной функцией – анализом и планированием режимов ЕЭС, осуществлять режим расширенного реального времени - функции тренажера диспетчера.



Рис.1. Блок-схема подсистемы ОУР ЭЭС

В данной статье внимание уделяется применению новых информационных технологий в программно-вычислительном комплексе ОЦЕНКА, разработанном в ИСЭМ СО РАН [1] и предназначенном для решения задачи оценивания состояния (ОС) ЭЭС в подсистеме ОУР, а также интеграции ПВК в систему SCADA.

На рис.1. приведена блок- схема подсистемы ОУР и взаимосвязи основных блоков в подсистеме. Поясним назначение некоторых из блоков:

  • оперативно-информационный комплекс (ОИК) осуществляет прием, обработку хранение и отображение оперативной информации.

  • база данных (БД) обеспечивает хранение, обмен данных и результатов, необходимых для работы основных функциональных блоков;

  • блок “Графика ” осуществляет функции графического редактора схем (в том числе подготовка данных) и визуализации результатов работы функциональных блоков, в том числе на географическую карту;

  • блок “Оценка состояния” на основе модели сети, телеизмерений (ТИ) и телесигналов (ТС) формирует модель текущего режима ЭЭС в реальном времени;

  • основные функциональные блоки (1-6) на основе модели текущего режима ЭЭС осуществляют контроль за режимом и коррекцию по критериям надежности, допустимости и экономичности.


Cовременное представление ОИК
Основными компонентами программных средств сетевого ОИК являются операционная система, сетевая среда и SCADA (Supervisory Control And Data Asquisition) - широко внедряемая в настоящее время новая система сбора и обработки данных разработки ведущих зарубежных фирм Siemens, ABB. С 1993г. в ЦДУ ЕЭС России и ряде крупных ОДУ идёт внедрение машин RS/6000 (RISC System) и в настоящее время уже завершены работы по переводу функций оперативно-информационного комплекса с миниЭВМ ЕС1011 на RS/6000. Математическое обеспечение SCADA поддерживает функционирование комплекса, выполняя оперативный контроль и отображение параметров режима. Освоение персоналом пакета SCADA велось параллельно с эксплуатацией работающего ОИКа для гарантии надёжной работы вычислительного комплекса.
Структура ОИК'а в общем виде [2]: 1-UNIX-серверы SCADA (для обмена телеинформацией с устройствами телемеханики- вместо ЦППС-центральных приёмо-передающих станций),

2-UNIX-рабочие станции диспетчерских терминалов,

3-UNIX- серверы приложений,

4-маршрутизатор,

5-персональные компьютеры (ПЭВМ).

Неоднородность сети обусловлена внедрением в однородную сеть ПЭВМ крупных рабочих станций (РC).

Главные функции SCADA предусматривают:

-приём и обработку телеинформации;

-формирование базы данных реального времени и создание архивов;

-отображение информации на мониторах ПЭВМ в виде схем, таблиц, графиков и др.;

-документирование данных;

-решение диспетчерских задач (суточная ведомость, сводки и т.п.).

Для решения задач-приложений в локальной сети устанавливается один или несколько серверов приложений, реализованных либо на базе мощных ПЭВМ, либо на базе суперминиЭВМ. Смысл архитектуры клиент/сервер в разделении вычислительных мощностей: cервер занимается только обработкой данных, организацией доступа к данным, их резервным копированием и восстановлением. Сервер размещается на отдельном мощном компьютере, клиенты располагаются на персональных компьютерах, объединённых средствами удалённого доступа с сервером.

Такая структура предусматривается для ЦДУ, ОДУ и крупных энергосистем. Более простая конфигурация, состоящая из однородной локальной сети персональных компьютеров, может быть использована для небольших энергосистем. Следует отметить, что вместо управляющей машины могут быть использованы контроллеры, которые осуществляют функции приема и первичной обработки данных телеметрии.
Интеграция ПВК ОЦЕНКА в систему SCADA
При внедрении ПВК ОЦЕНКА в ОИК конкретной энергосистемы учитываются следующие особенности ОИК:

  • наличие вычислительной сети,

  • обеспеченность ОИК'а телеизмерениями.

ПВК ОЦЕНКА ориентирован на совместную работу с одним из вариантов системы SCADA (например, SCADA/SPECTRUM, microSCADA, КИО), в которой осуществляется прием ТИ и ТС от устройств телемеханики и их первичная обработка в темпе технологического процесса ЭЭС (10 -20сек). Эти данные сохраняются в базе данных реального времени и архивах системы SCADA, а также на файл-сервере сети ПЭВМ и рабочих станций. Любая из ПЭВМ или РС, входящие в локальную вычислительную сеть, могут получить требуемые данные для решения технологических задач.

Исходной информацией для ПВК ОЦЕНКА являются:

-телеметрическая информация,

-псевдоизмерения,

-адреса датчиков телемеханики,

-параметры схемы сети,

-ряд справочных и дорассчитанных данных (например, дисперсии телеизмерений),

-ряд констант, необходимых непосредственно при вычислении (пороговые значения, максимальное число итераций вычислительного процесса, классы напряжений и др.).

Первые две составляющие - это данные, поступающие в базу данных реального времени ОИК (SCADA). Отсюда их и берёт комплекс ОЦЕНКА. На основе текущих значений ТС из базовой схемы формируется расчетная топологическая модель сети, для которой выполняется решение задачи ОС.

Остальная информация подлежит изменениям гораздо реже и может храниться в базе данных Oracle (или любой другой, используемой в этих целях). По SQL-запросу эта часть данных может быть взята из базы данных и использоваться для расчётов. Результаты вычислений комплекса ОЦЕНКА архивируются и могут быть использованы другими программными приложениями или отображаться графическими средствами.

При эксплуатации сетевой архитектуры предполагается поддержка разнообразных платформ (UNIX для рабочих станций, Windows 95 для ПЭВМ) с полной переносимостью используемых программных приложений.

Появление инструментальной среды разработки Delphi ознаменовало новую эпоху- появился доступ к возможностям программных интерфейсов Windows NT и Windows 95, в этой среде стало возможным разрабатывать приложения для архитектуры клиент/сервер, а также для Internet. Кроме того, Delphi поддерживает СУБД Oracle8.
Описание ПВК ОЦЕНКА. Назначение и основные функции
ПВК ОЦЕНКА- это сложный многофункциональный комплекс, предназначенный для расчета текущего режима ЭЭС, на базе которого затем выполняются функции оперативного контроля и анализа режимов, оперативного анализа надежности, оперативной коррекции режима и другие функции оперативного управления.

В составе ПВК решаются следующие задачи, входящие в комплекс ОС в реальном времени:

  • оперативное формирование текущей расчетной схемы по данным ТС;

  • идентификация и детекция грубых ошибок в ТИ;

  • фильтрация случайных погрешностей ТИ, т.е. получение их оценок и дорасчет неизмеренных параметров;

  • идентификация дисперсий измерений, необходимых для задания весовых коэффициентов в задаче ОС, уточнение некоторых параметров схемы замещения, например коэффициентов трансформации;

  • ведение архивов значений ТИ с признаками достоверности и их оценок;

  • расчёт и анализ значений потерь активной мощности в сети.


Алгортмы решения. Задачи, решаемые на базе оценки состояния в реальном времени, предъявляют высокие требования к быстродействию используемых алгоритмов ОС, их надежности и качеству получаемого решения.

В ПВК ОЦЕНКА реализованы методы ОС, основанные на использовании так называемых контрольных уравнений (КУ) [3]. Эти методы позволяют на единой методической основе решить все задачи, входящие в комплекс ОС в реальном времени. В то же время необходимость быстрого получения решения, а в ряде случаев невозможность получения однозначного решения с помощью численных методов, реализованных в ПВК, привели к необходимости использования методов искусственного интеллекта(ИИ) - искусственных нейронных сетей (ИНС) и генетических алгоритмов (ГА) при решении некоторых задач, входящих в состав ПВК ОС. В частности, ИНС используются для классификации ТИ на достоверные и ошибочные в группах сомнительных измерений, а также для достоверизации критических измерений, не вошедших в КУ [4]. ГА также используются в задаче достоверизации ТИ, заменяя численный метод идентификации плохих данных, связанный с перебором множества комбинаций ошибочных и достоверных ТИ и требующий больших вычислительных затрат.

Сочетание метода КУ с методами ИИ обеспечивает экономичность и высокое быстродействие используемых алгоритмов, что делает их пригодными к использованию в задачах реального времени.

Решение всех задач, перечисленных выше, возможно в темпе обновления телеизмерений 1 раз в 10 сек.

Функциональные модули ПВК написаны на языке программирования Fortran Power Station (FPS), что дает возможность работать в различных версиях операционной системы Windows на ПЭВМ. Для циклических расчетов на суперминиЭВМ RISC/6000 разработана версия ПВК ОЦЕНКА в вычислительной среде АIX.

Интерфейсная оболочка ПВК разработана в обьектно-ориентированной среде Delphi которая позволяет:

  • осуществлять высокопроизводительный обмен данными с различными базами данных, в частности с СУБД Oracle;

  • организовать взаимодействие с системами сбора данных и средствами визуализации системы SCADA;

  • создать платформонезависимую версию комплекса ОС, работоспособную не только в различных версиях операционной системы Windows, но и в некоторых клонах Unix (Linux, Aix).

Предусмотрен расчет схем произвольной размерности.

Для схем размерностью 500 узлов, 700 связей, 2000 ТИ время решения задачи ОС на ПЭВМ Pentium-II составляет порядка 10 сек, на ЭВМ RISC/6000 - 2-3 сек.

Практическое использование и результаты расчётов
ПВК ОЦЕНКА в течение ряда лет находится в опытно-промышленной эксплуатации в ЦДУ ЕЭС России и используется для анализа качества ТИ и оценивания состояния для схемы размером 120 узлов, 170 ветвей и 550 измерений.

Результаты расчётов архивируются и записываются в таблицы различной структуры, в которых достаточно полно отображается текущий режим ЭЭС. Его можно просматривать в табличном и графическом видах.

Кроме этого, в нынешней экономической ситуации появилась необходимость вести архивы суммарных потерь мощности АО, ОЭС и по контролируемым межсистемным линиям (между АО-АО; ОЭС-ОЭС; межгосударственными ВЛ), с разнесением между энергообъектами по заданным коэффициентам. Эти коэффициенты определяются экспертным путем, на основе статистической информации по потокам активной мощности накопленной за предыдущее время Потери активной мощности определяются в комплексе ОЦЕНКА по полученному сбалансированному режиму. Их архивация необходима для определения суммарных потерь энергии. за выбранный диапазон времени и разрешения конфликтных ситуаций между АО, РАО, ОЭС В настоящее время циклические расчеты комплекса ОЦЕНКА осуществляются со временем перезапуска в 1 минуту. В качестве примера приведена таблица сбойных ТИ перетоков активной мощности выявленных по результатам расчета программы. Данные взяты из архива комплекса ОЦЕНКА. Для определения сбойных ТИ выбран диапазон запуска циклической программы, равный 12 тактам.
Таблица 1. Сбойные ТИ перетоков активной мощности.




Наименование линии

Номер нач.

узла

кон.

Номер канала

Мощность Мвт


Нарушения

















ТИ

Оценка

Кол.

%

1

Осиновка Вешкайма

250

5450

1536

-692

-558

3

25.0

2

Арзам.3 Вешкайма

284

5450

1194

-595

-454

3

25.0

3

Метал500 С.Оск500

815

801

171

610

42

12

100.0

4

Вешкайма Осиновка

5450

250

233

724

562

4

33.3

5

Вешкайма Арзам.3

5450

284

234

610

458

3

25.0

6

С.Укр330 С.Укр750

7241

7242

406

-1651

0

12

100.0


Перспективы развития ПВК
В части использования результатов ОС позволяет реализовать ряд новых функций:

  • оперативная оптимизация режима ЭЭС в реальном времени;

  • оценка надёжности в реальном времени;

  • советчик диспетчера (для оперативных расчётов потокораспределения и оценки возможных аварийных ситуаций);

  • анализ экономической деятельности ЭЭС в реальных условиях.


В части развития функциональных возможностей комплекса:

  • увеличение размера расчётной схемы до 1000 (2000) узлов;

  • повышение качества и надёжности работы - обеспечение наблюдаемости схемы, развитие достоверизации ТИ и ТС - благодаря применению интеллектуальных средств (нейронные сети, генетические алгоритмы и т.д.)

  • увеличение быстродействия до темпа поступления информации.

В части развития используемого программного обеспечения:

  • применение объектно-ориентированных средств на принципах открытых систем;

  • работа с различными БД (ORACLE, ACCESS и т.д.);

  • визуализация результатов с применением «дружественного интерфейса».

Таким образом, применение новых информационных технологий позволило решать задачу ОС в темпе реального времени и обеспечить другие функциональные задачи информацией необходимого качества и надёжности.
Литература
1. Гришин Ю.А., Колосок И.Н., Коркина Е.С., Эм Л.В., Орнов В.Г., Шелухин Н.Н. Программно-вычислительный комплекс (“Оценка”) оценивания состояния ЭЭС в реальном времени. Электричество. 1999. №2. C.8 – 16.


  1. Баринов В.А., Гамм А.З., Орнов В. Г. и др. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике. Издательство МЭИ, Москва, 2000.




  1. А.З. Гамм, И.Н. Колосок. Обнаружение плохих данных в телеизмерениях в электроэнергетических системах. Наука, Сиб. Предпр. РАН, Новосибирск.. 2000.


4. Колосок И.Н., Глазунова А.М. Достоверизация телеизмерений в ЭЭС с помощью искусственных нейронных сетей. Электричество. 2000. №10. C.18 – 24.

страница 1


скачать

Другие похожие работы: