Автоматизированная система управления муниципального предприятия

Макаров К. В., инж. Муромский институт Владимирского государственного университета

Муромским институтом ведутся разработка и внедрение автоматизированной системы управления предприятием Горэлектросеть.

В настоящее время разработанная часть системы позволяет автоматизировать работу производственно-технического отдела и частично оперативно-диспетчерской службы.

В повседневной работе производственно-технического отдела очень часто возникает необходимость получения данных о местоположении того или иного участка электрических коммуникаций с целью согласования земельных работ с другими коммунальными службами. Система позволяет на базе имеющейся электронной карты-схемы города с нанесенными электрическими коммуникациями и подстанциями производить оперативный поиск интересующих объектов городской распределительной сети. После того, как нужный объект найден, появляется возможность просмотра его паспортных данных. Таким образом, реализованы функции автоматизированной паспортизации.

Наличие развитой системы ведения базы данных оборудования позволяет с успехом проводить разнообразные расчеты режимов работы распределительной сети, в том числе расчет потерь электроэнергии в сетях 6 кВ. Расчеты, применяемые в подсистеме, ориентированной на деятельность оперативно-диспетчерской службы, также в качестве исходных данных используют базу подсистемы паспортизации.

Оперативно-диспетчерская служба (ОДС) играет одну из определяющих ролей в повседневной деятельности Горэлектросети.

Рис. 1. Схема взаимодействия элементов АРМ оперативно-диспетчерской службы

Возрастающие объемы потребления электроэнергии различными потребителями, а также старение и износ оборудования распределительных сетей все острее ставят вопросы повышения оперативности и качества работ, выполняемых ОДС.

Основными задачами ОДС являются: управление сетью города, обеспечивающее бесперебойное электроснабжение потребителей;

руководство всеми плановыми переключениями в сети города;

принятие немедленных мер по восстановлению электроснабжения потребителей при авариях.

Общая структура автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчера ОДС в виде отдельных блоков с указанием их взаимосвязей изображена на рис. 1.

Процесс создания АРМ должен включать в себя проработку следующих основных шагов: разработку математической модели городской распределительной сети 6 кВ;

создание автоматизированной подсистемы паспортизации всего оборудования распределительных сетей;

занесение всех данных об оборудовании в базу данных;

создание подсистемы ведения компьютерной мнемосхемы распределительной сети;

создание подсистемы расчета структуры электрической сети;

формализацию правил выполнения оперативных переключений (ОП);

создание подсистемы автоматизированного формирования бланков оперативных переключений.

Разработка математической модели городской распределительной сети направлена на обеспечение возможностей проведения всех математических расчетов режимов функционирования сети, а также удобства разработки машинных алгоритмов расчета. Для описания городских сетей лучше всего воспользоваться математическим аппаратом, предоставляемым теорией графов.

Выбор в пользу теории графов сделан не только в связи с удобством описания, но и благодаря наличию большого числа разработанных алгоритмов и методов, которые могут быть использованы при моделировании режимов работы электрической сети. Так как внутри каждой подстанции присутствует собственная схема подключения оборудования, то для ее описания требуется также прибегнуть к методам теории графов. Таким образом был сделан вывод о том, что следует разделить всю сеть на два уровня и для каждого завести собственную структуру данных*. Первый уровень - более укрупненный и содержит описание взаимосвязей электрических подстанций с использованием кабельных и воздушных линий напряжением 6 кВ.

Графическая поддержка отображения элементов данного уровня осуществляется средствами геоинформационной системы (ГИС).

* Макаров К. В. Информационная модель городской распределительной электрической сети. - Межвузовский сборник научных трудов. Методы и устройства передачи и обработки информации. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 2001.

Математически связи между объектами данного уровня представлены списками смежности. Использование списков позволит избежать избыточности, которая возникает в случае применения матрицы смежности. Каждый элемент списка представляет собой сложную структуру данных, содержащую служебную информацию о идентификаторе линии, направлении, атрибутах данной линии (ВЛ в работе; ВЛ в горячем резерве; ВЛ неисправна), помимо этого хранится информация о принадлежности концов линии конкретным ячейкам внутри подстанции (в виде ссылок на идентификатор конкретной ячейки). Благодаря последнему параметру и осуществляется переход от рассматриваемого уровня к уровню представления принципиальных схем внутри подстанции.

На второй уровень - уровень принципиальных схем соединения оборудования подстанций - переход происходит в случае необходимости проанализировать, какими именно коммутационными аппаратами осуществляется связь подстанций, описанная уровнем выше. Этот уровень содержит свою собственную структуру данных для описания внутрисхемных соединений. Поддержка данного уровня происходит посредством специализированного редактора принципиальных схем. Редактор обеспечивает формирование схем, управление состоянием коммутационных аппаратов, таким образом, принципиальная схема является динамически изменяемой. В каждый конкретный момент времени схема отражает реальное состояние объектов электрической сети.

Поскольку внутри подстанций имеются ключевые элементы, посредством которых осуществляются ввод в работу, вывод в резерв той или иной ВЛ в случае аварийной ситуации либо планового отключения, то в качестве вершин графа используются системы шин, установленные на подстанции, а ребра графа представляют кабельные и воздушные линии, соединяющие подстанции. Таким образом, в некоторых случаях внутри одной подстанции может образоваться несколько вершин графа. Число вершин, которые может порождать одна подстанция, находится в пределах от единицы до числа шин, установленных внутри подстанции.

Этап, связанный с созданием подсистемы паспортизации, не случайно обозначен одним из первых. Именно созданием этой подсистемы будет обеспечена функция хранения данных обо всех элементах сети. Дальнейшая возможность обновления данных и их выдача пользователю в удобной форме также обеспечится благодаря этой подсистеме. Выбор грамотных подходов к организации данных внутри подсистемы и выбор стратегии взаимодействия с данными позволят в дальнейшем значительно упростить процесс разработки всех последующих модулей общей системы.

Этап занесения данных - заполнение базы данных, также является одним из ответственных этапов, так как от полноты и достоверности занесенных данных будет зависеть качество производимых расчетов либо возможность их выполнения вообще.

Наличие системы поддержки модели схемы распределительной сети в актуальном состоянии позволяет не только решать основную задачу - обеспечение достоверных данных для планирования оперативных переключений, но и дает в распоряжение диспетчера компьютерную мнемосхему всей электросети города. Основное преимущество этой схемы состоит в возможности моделирования различных режимов работы городской сети, получения бланков оперативных переключений, содержащих перечень операций, необходимых для перехода в новое коммутационное состояние сети, получения распечаток как фрагментов мнемосхемы, так и всей схемы сразу.

Подсистема расчета структуры электрической сети базируется на ранее созданных подсистемах: паспортизации, ведения мнемосхемы. Данная подсистема объединяет в себе возможности обеих подсистем и содержит возможности по контролю за их функционированием. Именно данной подсистемой обеспечивается взаимодействие пользователя-диспетчера с программной системой. Пользователь задает режимы функционирования системы - планирование оперативных переключений, оптимизацию сети по разнообразным критериям, определение наиболее перегруженных участков сети, определение потерь электроэнергии для сформированной схемы.

Кроме того, в задачу подсистемы входит формирование математического описания элементов сети на основе исходных данных, которыми являются: графическое изображение сети на карте-схеме, данные из семантических таблиц, описывающие характеристики отдельных элементов сети, данные о структуре принципиальной схемы внутри каждой подстанции и действия пользователя, которыми происходит задание режимов расчета новой схемы. Формирование новой структуры схемы может производиться в двух режимах: ручном и полуавтоматическом.

Рис. 2. Схема взаимодействия блоков модуля расчета структуры электрической сети

Ручной режим характеризуется тем, что формирование сети производится пользователем посредством изменения состояний коммутационных аппаратов схемы внутри интересующих подстанций. В данном случае правильность схемы полностью зависит от действий пользователя. Возможен также случай, когда пользователь будет вручную выводить из работы (временно помечать элементы сети как неактивные) отдельные сегменты сети или подстанции, а далее программным способом будет производиться расчет структуры сети с учетом отсутствующих элементов. Такой режим работы может быть применен в случае, когда производится плановое отключение какой-либо подстанции (кабеля) с целью проведения профилактического обслуживания.

Основным режимом расчета схемы является полуавтоматический режим. При этом пользователь может указывать сегмент(ы) сети, вышедший из строя, и инициировать процедуру перерасчета структуры схемы. Система будет формировать несколько вариантов схемы с выдачей характеристик каждого варианта. Диспетчеру следует выбирать наиболее приемлемый с его точки зрения вариант и далее действия по изменению состояний коммутационных аппаратов происходят в автоматическом режиме.

Результаты расчета оформляются в виде списка переключений с указанием подстанций и порядка выполнения действий, которые необходимо осуществить с целью получения новой схемы. Данный список будет использован выездной бригадой для осуществления переключений. Дополнительно к этому списку диспетчерская служба получает распечатку линейной схемы до осуществления расчетов и распечатку вновь сформированной схемы.

Модуль расчета структуры линейной схемы состоит из нескольких блоков (рис. 2).

Применение описываемого модуля расчетов и всей системы в целом позволит значительно сократить время, необходимое для определения последовательности переключений и осуществления переключений с целью устранения аварийных ситуаций.

Планирование переключений и выдача бланков переключений происходят посредством множества алгоритмов, являющихся результатом формализации правил проведения оперативных переключений для городских распределительных сетей напряжением 6-10 кВ, правил техники безопасности при проведении оперативных переключений, практических знаний и опыта главного диспетчера.

Последовательность оперативных переключений в распределительных сетях зависит от конфигурации и загрузки сети, состава оборудования на подстанциях.

Применение автоматизированных алгоритмов позволит значительно сократить время, затрачиваемое диспетчером на принятие решения об изменении структуры схемы. Кроме того, данный подход позволит свести к минимуму ошибки, обусловленные, так называемым, человеческим фактором.

Для функционирования комплекса необходимо иметь ПК на базе процессора Intel Pentium с тактовой частотой не ниже 200 МГц, оперативной памятью не ниже 64 Мб (для комфортной работы комплекса желательно наличие 2-D ускорителя), монитор с размером диагонали не менее 15” (желательно 21" для работы с картографической информацией), для бланков текстовых данных необходимо наличие принтера формата А4, для печати графических данных (фрагментов карты-схемы) желательно иметь принтер формата А3.

Дальнейшее развитие системы управления автором видится в проработке следующих вопросов:

переход к электронному плану города масштаба 1:500;

информатизация всех отделов МП Горэлектросеть;

дополнение существующего электронного плана электрических сетей напряжением 6 кВ сетями напряжением 0,4 кВ;

введение возможностей прогнозирования повреждаемости элементов распределительной сети;

использование системы телеметрии для получения оперативных данных о состоянии объектов электрической сети;

интеграция с другими системами на муниципальном уровне.