Программный комплекс для энергетики

Использование ИАК "PEGAS"

Использование информационно-аналитического комплекса "PEGAS" для анализа потерь в электрических сетях и системах электроснабжения

Цель разработки комплекса:
В ИАК «PEGAS" реализована открытая многоуровневая система, сочетающая функции технологического и производственно-технического управления предприятием электрических сетей и обеспечивающая максимально доступную информационную среду для эксплуатационных служб по оперативному учету состояния оборудования системы электроснабжения 0,4-110 кВ и расчетам режимов ее работы, потерь электроэнергии и др. Концепция открытой системы предполагает возможность практически неограниченного ее расширения разнообразными информационными базами, технологическими блоками и модулями, необходимыми для управления энергетическими предприятиями, выработки и принятия обоснованных организационных, технических и экономических решений и мероприятий.

ИАК "PEGAS" предусматривает интеграцию с корпоративными планово-экономическими, геоинформационными и оперативно-диспетчерскими системами и системами учета электроэнергии и контроля ее качества. При частичном или полном отсутствии названных систем ИАК реализует минимально необходимый набор их функций.

Назначение комплекса
  1. Обеспечение информирования персонала о составе и характеристиках установленного оборудования системы электроснабжения, его текущем состоянии, потреблении и потерях электроэнергии, других обобщенных технических характеристиках основной деятельности. Информация должна вызываться непосредственно со схемы. Доступ к схемам - с любого рабочего места корпоративной сети.
  2. Обеспечение инженерного персонала производственных служб средствами достоверного и наглядного отображения и контроля состояния конкретного оборудования подстанций (ПС) и распределительных сетей (РС), вторичных цепей и приборов, средств учета, телемеханики, связи. Обеспечение справочной информацией, средствами учета дефектов, отклонений, заявок, дежурств, прав и т.п.
  3. Решение расчетно-аналитических задач управления режимами системы электроснабжения инженерным персоналом производственных служб и прежде всего задач анализа и минимизации технических и коммерческих потерь электроэнергии, как одного из действенных инструментов повышения эффективности и улучшения экономических результатов систем передачи, распределения и потребления электроэнергии.
  4. Обеспечение работы оперативно-диспетчерского персонала информацией о текущем состоянии оборудования системы электроснабжения.
    Комплекс разработан на основе трех ключевых концепций:

Виртуальное отображение реальных систем. Операции и действия с графически отображаемой схемой системы выполняются как можно более адекватно операциям и действиям в реальной электрической системе. Например, отключенное положение выключателя, вывод элемента из рабочего состояния, изменение оперативного статуса электрического аппарата отражается на схеме с помощью изменения его цвета. В качестве базового редактора используется редактор фирмы «МОДУС».

Общая интеграция данных. "PEGAS " дает возможность использовать одну базу данных для электрических, механических, логических и физических характеристик системных элементов. Эти данные могут использоваться как для различного рода расчетов (нормальный режим, определение и анализ потерь расчетными и инструментальными средствами, токи короткого замыкания, механический расчет и т.д.), так и для задания характеристик аналогичных элементов при их добавлении в схему. Эта интеграция данных обеспечивает идентичность характеристик однотипных элементов для всей схемы и уменьшает объем входной информации.

Упрощение входных данных. "PEGAS" позволяет подготовить базу данных детальной информации для каждой электрической установки, входящей в схему. При последующем вводе данных для вновь помещаемого на схему элемента требуется только проведение корректировки выбранной информации или просто ее выбор из базы данных.

В соответствии с изложенными концепциями "PEGAS" состоит из четырех подсистем:

  • собственно графического редактора "МОДУС", позволяющего работать непосредственно в визуальном режиме со схемами электрических сетей и систем электроснабжения, выполненных в однолинейном представлении;
  • базы данных, где хранится вся необходимая нормативно-справочная информация по элементам, отображаемым с помощью графического редактора;
  • установки и коррекции параметров и их значений или характеристик элементов, помещенных на поле отображения;
  • расчетно-аналитических модулей, позволяющих выполнять электротехнические и другие расчеты для отображенной схемы электрической системы.
    При создании системы решены следующие вопросы.
  1. Составление схемы системы электроснабжения предприятия и схем ТП.
  2. Разработка структуры интегрированной базы данных по основным элементам системы электроснабжения, выбор формата хранения данных с возможностью использования имеющихся БД типа Oracle-8 или Access, разработка структуры пакетов хранения информации различного назначения (для электрических расчетов, для эксплуатации и маттехснабжения, для финансовых документов и т.д.), выбор и оптимизация объема хранимой информации и места ее хранения (сеть, сервер, локальная машина), разработка модуля однозначного соответствия данных, представляемых на схемах, отрисованных графическим редактором и в таблицах БД с возможностью использования средств различных прикладных программ. Разработка средств доступа и выборки параметров элементов и параметров режима, упрощенное обращение к данным, находящимся в БД, использование стандартных средств системы управления базой данных (СУБД). Разработка возможностей наращивания объемов хранимой информации, а также возможности увеличения количества элементов, схем фидеров и районов.
  3. Перечень таблиц нормативно-справочной информации включающих подстанции, трансформаторы силовые и измерительные, линии, коммутационные аппараты, реакторы, разрядники и т.д.
  4. Ведение базы оборудования и измерительных приборов на подстанциях, в т.ч. база оборудования, паспорта трансформаторов, база измерительных приборов на подстанциях и т.д.;
  5. Разработка системы привязки внешних источников получения периодической и спорадической информации к схемам, отрисованным графическим редактором и к таблицам базы данных.
  6. Расчетные задачи по сети 6-110 кВ:
    • установившийся режим (нормальный и аварийный);
    • потери мощности и электроэнергии в системе электроснабжения и отдельных ее элементах;
    • оценка уровня коммерческих потерь;
    • расчет параметров графиков нагрузок;
    • токи короткого замыкания (трехфазное и двухфазное);
    • релейная защита силовых трансформаторов (МТО, МТЗ);
    • релейная защита линий (МТО, МТЗ и дистанционная защита);
    • релейная защита линий 6-10 кВ от однофазных замыканий на землю;
    • релейная защита синхронных и асинхронных двигателей (МТО, МТЗ);
    • расчет настроек ДГК и другие.
Общие требования, предъявляемые к сетевой инфраструктуре:
  • Единое информационное пространство. Ключевое требование, означающее, что любой объект/свойство должен присутствовать только в единственном экземпляре. Физически данное требование реализуется с помощью единого сервера базы данных, либо организации системы тиражирования информации между серверами баз данных подразделений.
  • Непротиворечивость информации. Следует из задач единого информационного пространства и означает, что в базе данных не должно быть любых частей информации, которая противоречит друг другу.
  • Отсутствие дублирования информации
  • Оперативность информации.
  • Информационная полнота. Состав и структура информации должна обеспечивать выполнение всех существующих на данный момент в Энергосбыте, электросетевых предприятиях и ЦДС задач. Или должна обеспечивать принципиальную возможность решения всех этих задач.

Информационное обеспечение (ИО) подсистемы АСУ ПТД содержит накапливаемую в базах данных на серверах и рабочих станциях компьютерной сети информацию, предназначенную для использования в различных прикладных программах и для длительного хранения.

Распределенная база состоит из следующих компонентов:
  • базы данных электросетевого оборудования (БДЭО) из двух основных частей – раздела силового электротехнического оборудования и раздела оборудования вторичных цепей, которые организуются в соответствии со списком подстанций предприятия.
  • электронного хранилища электрических схем (исполнительных и оперативных) сетей и подстанций в специальном формате, обеспечивающем использование таких схем для всех возможных применений (для оперативных целей, расчётов режимов, подготовки персонала);
  • баз данных, находящихся в управлении других подсистем АСУ, задач и даже других предприятий, но доступных подсистеме АСУ ПТД по локальной или корпоративной компьютерной сети для чтения.

Состав таблиц и информационных полей в базе данных БДЭО определяется потребностями программных средств подсистемы АСУ ПТД.

На основе разработанной структуры базы дан­ных реализуется специализированное сетевое программное обеспечение по параметрам электро­оборудования напряжением 6-10/0,4 кВ, харак­теристикам потребителей и их нагрузкам, опера­тивной и справочной информации, необходимой при эксплуатации системы электроснабжения. По­лученная информационная система отражает иерархию и взаимосвязи оборудования и линий распределительной электрической сети.

База данных обеспечивает ведение картотек пас­портов подстанций, линий, кабельных сооруже­ний, силовых трансформаторов, потребителей и вводно-распределительных устройств с системой поиска по заданным параметрам.

Справочная база организована как библиотеки типового оборудования (нормативно-справочная информация - НСИ) и информация по элементам схем. Справочная база состоит из таблиц-клас­сификаторов - это вспомогательные списки для выбора значений поля БД. На основе справочных, каталожных и паспортных данных оборудования электрических сетей разрабо­таны библиотеки типового оборудования: силовых трансформаторов, выключателей, разъединителей, приводов к коммутационным аппаратам (КА), трансформаторов тока и напряжения, рубильни­ков, разрядников, автоматических выключателей, кабелей, проводов воздушных линий (ВЛ) и друго­го оборудования.

Опробованный на многих предприятиях графический формат представления схем фирмы «Модус» (Москва) позволяет интегрировать (включать) подготовленные в нём схемы в различные расчётные задачи. Такие схемы могут быть сделаны доступными из любой точки корпоративной сети и даже из дома через Интернет при безусловном обеспечении требований безопасности средствами защиты корпоративной сети от несанкционированного доступа.

В предлагаемой системе задействованы следующие инструментальные средства сторонних производителей: ОС Windows NT-2000-ХР, СУБД Oracle 8.1 или Access, графические компоненты фирмы Модус.

Пример однолинейной электрической схемы подстанции

Пример расчетных схем

Расчет нормального режима сети электроснабжения и потерь мощности и энергии

При выборе методики расчета потерь энергии в системе электроснабжения основное внимание уделяется сохранению эквивалентности математической модели фактическому режиму на головном участке фидера, на который приходится основная доля потерь. Характерными показателями, определяющими потери энергии на головном участке, являются поток энергии за учетный период или максимальный ток.

В связи с этим возможно использование трех алгоритмов расчета потерь

  • расчет по учетному потоку энергии (по показаниям счетчиков);
  • расчет по максимальному току фидера;
  • расчет по реальным нагрузкам потребителей.

Более достоверный из них поток энергии (по показаниям счетчиков), может быть принят в качестве определяющего параметра при оценке потерь энергии в сети. Сопоставлением фактических и расчетных значений этого показателя производится корректировка расчетных потерь энергии в сети. Алгоритмом предусматривается суммирование расчетных потерь энергии по трансформаторам ТП и кабелям, соединяющим ТП, РТП с ГРУ источника в функции расчетного отпуска энергии в рассматриваемую сеть. С помощью такой зависимости упрощается корректировка расчетных потерь энергии по фактическому отпуску энергии в сеть.

Расчет технических потерь в сети 6 кВ

Для определения потерь энергии в сетях 6 кВ электроснабжения используется следующая информация:

  1. Принципиальная схема сети с указанием ее конфигурации, марок и длин проводов (кабелей), номинальных мощностей трансформаторов ТП (паспортных данных трансформаторов при наличии АБД), мест нормальных разделов фидеров, времени работы трансформаторов ТП в учетном периоде.
  2. Характер потребителей, подключенных к ТП.
  3. Максимальный ток ТП, измеренный в собственный максимум, или суммарная энергия, отпущенная с шин 0,4 кВ каждой ТП за рассматриваемый промежуток ­времени­.
  4. Номинальное напряжение сети.
  5. Максимальный ток или годовой поток энергии на головных участках линий.
  6. По характеру потребителей и справочным материалам выявляются усредненные значения Tmax по каждой ТП.
    Расчет технических потерь в сети 0,4 кВ

Для расчетов потерь мощности и энергии в сетях 0,4 кВ используются значения токовых нагрузок или пропуск энергии головных участков отходящих фидеров ТП. Исходя из имеющейся информации по сети 0,4 кВ и режима ее работы, могут быть использованы следующие методы расчета потерь:

  1. Метод расчета по поопорной схеме сети. Расчет выполняется поэлементно для топологически связанной схемы. При этом используется почти тот же набор информации, что и в сети 6 кВ.
  2. Оценочные методы расчета потерь электроэнергии в сетях 0,4 кВ на основе следующих обобщенных данных об их схемах:
    • суммарной длине и количестве линий;
    • максимальной потере напряжения в линии или ее среднем значении в группе линий;

В обоих методах задается энергия, отпущенная в линию или группу линий, сечение головного участка, а также значения (для группы линий - средние): коэффициента разветвленности, доли распределенных нагрузок, коэффициента заполнения графика, коэффициента реактивной мощности.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о структуре и величине потерь мощности и энергии во всей сети электроснабжения. Результаты хорошо согласуются с данными, полученными с помощью известных сертифицированных программных комплексов РАП, «ПРОГРЭС» и др.

Расчет токов короткого замыкания в системе электроснабжения

При этом решаются вопросы выбора расчетных точек КЗ, расчетного вида КЗ, расчетной длительности воздействия токов КЗ.

При коротком замыкании в системе с большим количеством мощных двигателей существенное влияние на характер процесса и значение тока оказывают группы электродвигателей, включенных вблизи места повреждения. Составляющую тока от двигателей необходимо учитывать при проверке аппаратов и проводников РУ, а также при расчете уставок РЗ для оборудования 6-10 кВ. Для этих целей достаточно знать начальное значение периодической составляющей тока КЗ, ударный ток и значение периодической и апериодической составляющих тока КЗ в момент размыкания контактов выключателя.

В расчетах токов КЗ на стороне низшего (среднего) напряжения трансформатора для определения параметров релейной зашиты и автоматики оценивается влияние регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) трансформаторов на значение токов КЗ.

Напряжения Uк приведены к номинальной мощности трансформатора и напряжению соответствующего ответвления. Для любого ответвления определение Uк производится линейной интерполяцией между значениями при среднем и соответствующем крайнем ответвлениях.

ИАК «Pegas» зарегистрирован в Российском агентстве по патентам и товарным знакам. В настоящее время заканчивается работа по сертификации комплекса в Системе сертификации Гостехкомиссии России.

Библиографический список

Инструкция по расчету и анализу технологи­ческого расхода электрической энергии на пе­редачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъединений: И 34-70-030-87. — М.: СПО Союзтехэнерго, 1987.

Поспелов Г.Е., Сыч Н.М. Потери мощности и энергии в электрических сетях. М.: Энергоиздат, 1981.

Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем/ В. Э. Воротницкий, Ю. С. Железко, В. Н. Казанцев и др.; Под ред. В. Н. Казанцева. М.: Энергоатомиздат, 1983.

 
© 1994—2017 Компания МОДУС