ДонНТУ   Портал магістрів

Дмитрієв Михайло Костянтинович

Електротехнічний факультет

Кафедра електричних станцій

Спеціальність Електричні станції

Автокомпенсація ємкісних токів для Smart Grid мереж та програмування системи сигналізації

Науковий керівник: к.т.н., доц. Никифоров Андрій Петрович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Концепція Smart Drid
• 2. Мета і задачі дослідження
• 3. Огляд досліджень і розробок
• 3.1 Система автоматизації підстанції та електропостачання MicroSCADA Pro
• 3.2 Програмно–технічний комплекс "ES–Енергія"
• 3.3 ПТК "ОІК Диспетчер"
• 3.4 Оперативний інформаційний комплекс "Систел"
• 3.5 Оперативно–інформаційний управляючий комплекс "Котми–NT"
• 4. Аналіз
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

З появою нових технологій гостро стає питання про застосування їх у сучасному промисловому виробництві. Так як в Україні основна частина електричних станцій та підстанцій працює на технологіях "минулого століття", то актуальним питанням, на даний момент, є необхідність впровадження в роботу нових, високотехнологічних пристроїв захисту, моніторингу та контролю. Такі пристрої сьогодні розглядаються в концепції Smart Grid.

1. Концепція Smart Grid

 У найзагальнішому сенсі поняття Smart Grid можна визначити, як певну концепцію організації енергетичної системи нового покоління. У роботі такої системи задіяні комп'ютерні та інші сучасні технології для збору та обробки інформації, наприклад, інформації про поведінку постачальників і споживачів енергії. Це система, що працює в автоматичному режимі, здатна підвищити ефективність, надійність енергопостачань, поліпшити економічну складову, а також налагодити сталий виробництво і розподіл електроенергії. Суть енергетичної системи, побудованої на принципах Smart Grid, полягає в тому, що вона передає не тільки енергію, але й інформацію. У цьому випадку споживач, крім енергії, отримує ряд можливостей по взаємодії з енергосистемою, зокрема більш гнучко вибирати тарифи, планувати своє енергоспоживання і, як наслідок, знижувати витрати на електроенергію. Дана концепція також не виключає можливість споживача виступати в ролі постачальника електроенергії. Тобто при дотриманні ряду умов він зможе сам продавати енергію, вироблювану його особистими джерелами енергії (вітряки, сонячні батареї і т.д.) в мережу. При повноцінному розгортанні енергетичної системи на базі концепції Smart Grid, у споживача з'являється можливість вибору постачальника. Тому компанії будуть змушені боротися за споживача, пропонувати йому найбільш вигідні умови співпраці, підвищувати якість послуг. Така схема передбачає активну участь споживача в роботі системи. При цьому для енергетичних компаній існує ризик можливої пасивності споживача. Адже участь в роботі системи вимагає часу, регулярного моніторингу, аналізу, прогнозування. У той час як економія на електроенергії в стандартний проміжок часу незначна. У результаті споживач може просто відмовитися міняти свої звички, ритм життя, підлаштовуватися під "вигідний" тарифний план заради економії. Smart Grid видається, як прогресивна концепція, що практично не має недоліків і покликана стати запорукою економічного зростання для країни. Незважаючи на існуючі ризики, концепція Smart Grid містить в собі значний потенціал для розвитку не лише галузі, а й економіки країни в цілому. Втілення нової концепції вимагає створення інноваційних технологій, проведення масштабних наукових досліджень в енергетиці, у сфері ІТ, підготовки кадрів відповідної кваліфікації [1].

Однак, на відміну від США та країн Європи, Україна тільки стає на цей шлях, а отже вимагає максимально швидкого створення свого або вивчення чужого обладнання готового працювати з новою концепцією. Саме створення такого обладнання присвячена моя дипломна робота.

2. Мета і задачі дослідження

Метою дослідження є розробка нової багатофункціональної системи, яка виконує функції побудови автоматизованих систем контролю і управління розподіленими об'єктами енергетичного призначення.

Основні задачі дослідження:

Об'єкт дослідження: українські енергетичні системи.

Предмет дослідження: об'єднання РЗіА і засобів моніторингу та контролю в одному багатофункціональному мікропроцесорному пристрої.

У рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів за наступними напрямками:

3. Огляд досліджень і розробок

Оскільки перехід енергетичних систем на концепцію Smart Grid на даний момент є найбільш актуальним в даний час. Йому присвячено досить велику кількість наукових робіт американських, європейських і вітчизняних дослідників. Далі представлений короткий огляд існуючих рішень з подальшим аналізом структурно-інформаційний методом.

3.1 Система автоматизації підстанції та електропостачання MicroSCADA Pro

Система MicroSCADA Pro являє собою багатофункціональну відкриту програмно-апаратну середовище для побудови автоматизованих систем контролю і управління розподіленими об'єктами енергетичного призначення. MicroSCADA Pro може застосовуватися для розробки автоматизованих систем різного призначення:
1. Електричної частини електростанцій;
2. Систем обліку енергоресурсів підприємств;
3. Систем диспетчерського керування тепло-, водо-, газопостачанням підприємств, районів
4. Систем контролю та управління іншого призначення відповідно до забезпечуваними функціями.

MicroSCADA Pro не тільки реалізує повний набір стандартних функцій системи SCADA (диспетчерського управління та збору даних), а й надає ряд функцій, спеціально розроблених для вирішення завдань побудови АСК Е: читання і запис уставок, зчитування осцилограм, діагностику устаткування і т.д.

MicroSCADA Pro є потужним інструментальним засобом для побудови АСК Е і має у своєму складі бібліотеку спеціалізованих інтерфейсних форм і діалогів управління. Додаткові функції, що не входять в комплект бібліотек MicroSCADA Pro, можуть бути розроблені на замовлення.

Наявність коштів поєднання з різними низовими пристроями та з різними системами і підсистемами автоматизації дозволяє здійснити їх інтеграцію в комплексну АСК Е. Технологія, і алгоритми системи розроблені і постійно поліпшуються інженерним персоналом підприємств АББ, дотримуючись єдиного стандарту. Крім того, сервісні можливості системи можуть бути розширені користувачами самостійно в процесі експлуатації за допомогою доданих інструментальних засобів, тому система є відкритим програмним продуктом.

У зв'язку з цим, застосування MicroSCADA Pro в якості основи для побудови АСК Е доцільно і переважно в порівнянні з існуючими системами телемеханіки і SCADA-системами загального призначення.

Основні функції MicroSCADA Pro:

Розширення, інтеграція, стики, підтримувані протоколи і стандарти зв'язку:МЕК 61850; МЕК 870-5-101, МЕК 870-5-103, МЕК 870-5-104; Modbus (Modbus TCP); SPA; LON; RP570; ABB Alpha; DNP 3.0.

Засоби обміну даними з іншими системами автоматизації (АСК ТП, ТМ, АСКОЕ, АСК П та ін):OPC DA / AE; Unicon (протоколи ТМ "Граніт", "Компас", АІСТ та ін); DDE; SQL;

Вбудований алгоритмічний мова високого рівня (SCIL):

3.2 Програмно-технічний комплекс "ES-Енергія"

Програмно-технічний комплекс "ES-Енергія" з моменту створення в 1995р. орієнтований на побудову автоматизованих системі управління та обліку електроенергії виключно на основі інтелектуальних електронних пристроїв ІЕУ).

До складу ПТК "ES-Енергія" входять:

Програмний комплекс "ES-АСКОЕ" розроблений відповідно до архітектурою "клієнт-сервер" і функціонує під управлінням системи управління базами даних (СКБД) Microsoft SQL Server 2000/2005. Комплекс складається з програмного забезпечення збору даних "ES-АСД", бази даних "ES-АСКОЕ SQL", програмного забезпечення адміністрування БД "ES-Адміністратор", клієнтських програм "ES-Облік" і "ES-Учет.Net". До складу комплексу "ES-АСКОЕ" входять також різні програмні компоненти, призначені для синхронізації даних по мережах TCP / IP, захисту системи від збоїв і зависань, системи генерації XML-звітів, автоматичного резервного копіювання і ін.

Клієнтське програмне забезпечення "ES-Облік" забезпечує формування і відображення інформації з обліку електроенергії в табличній формі, у вигляді двох-і тривимірних графіків і діаграм, формування технічних і комерційних звітів, експорт звітів і графіків в Microsoft Word за створеними користувачем сценаріями, формування користувальницьких звітів на основі шаблонів MS Excel з використанням розроблених і вбудованих функцій. Для доступу до бази даних "ES-АСКОЕ SQL" за допомогою Інтернет / Інтранет розроблена спеціальна версія клієнтського програмного забезпечення "ES-Учет.Net" на основі технології ASP.Net.

Програмний комплекс "ES-АСДУ" складається з програмного забезпечення збору даних "ES-АСД", бази даних реального часу "ES-АСДУ SQL" під керуванням Microsoft SQL Server 2000/2005, програмного забезпечення "ES-Диспетчер", "ES-Режим" і "ES-Shield".База даних "ES-АСДУ SQL" є джерелом ретроспективної інформації, а функції надання оперативної інформації клієнтським додаткам виконує спеціалізоване програмне забезпечення. Для доступу до оперативної інформації використовується спеціальна служба, яка використовує протокол TCP / IP.

Програмне забезпечення "ES-Диспетчер" дозволяє відображати поточну телемеханічного інформацію за допомогою активної мнемосхеми, підготовленої редактором "Modus", здійснювати візуалізацію поточних телевимірювань на віртуальній панелі приладів і трендів вимірювань для обраних елементів мнемосхеми, відображати векторні діаграми струмів і напруг, переглядати ретроспективну інформацію.

Клієнтське програмне забезпечення "ES-Режим" призначено для контролю в реальному масштабі часу виробітку (споживання) електроенергії відповідно до заданих диспетчерським графіком, що надходять від Системного оператора. При цьому для контролю диспетчерського графіка можна використовувати не тільки телемеханічного інформацію, а й інформацію, збережену в базі даних АІВС КУЕ.

Комплекс "ES-Енергія" забезпечує вирішення завдання взаємного резервування основних вимірів АСДУ і АІІС КУЕ як на рівні системи збору інформації, так і за допомогою інформаційного обміну між ОІУК АСДУ і ІВК АІІС КУЕ. Це досягається за рахунок використання цифрових вимірювальних перетворювачів телемеханіки ПЦ6806 і ЕНІП-2, що виконують функції приладів обліку електроенергії, і багатофункціональних лічильників електроенергії (СЕТ-4 і Меркурій 230), що дозволяють виконувати вимірювання в режимі, близькому до режиму реального часу.

ПТК "ES-Енергія" сертифікований і внесений до Державного реєстру засобів вимірювань (реєстраційний № 22466-08). Комплекс впроваджено на більш ніж 100 промислових підприємствах, електростанціях та об'єктах енергосистем "Архенерго", "Коміенерго", "Кареленерго", в "Архангельських магістральних електричних мережах", на "Північно-Західної ТЕЦ" (С.-Петербург), "Кіришської ГРЕС", "Череповецької ГРЕС", електростанціях ТГК-2, "Красноярському заводі кольорових металів", "ВО Воркутавугілля", газотурбінних ТЕЦ корпорації "Енергомаш" та інших підприємствах [2, 4].

3.3 ПТК "ОІК Диспетчер"

Комплекс призначений для диспетчерського управління енергообьектамі в нормальному та аварійному режимах, організаційно-технологічного обслуговування, для зв'язку з верхніми рівнями ієрархії в енергосистемі, а також для обробки, документування та архівування режимних параметрів і даних технологічного процесу. Комплекс дозволяє здійснювати дистанційне управління всією мережею, виключаючи постійний обслуговуючий персонал безпосередньо на підстанціях або зводячи його до мінімуму, за рахунок передачі виконуваних функцій на верхні рівні управління.

Загальні властивості комплексу "ОВК Диспетчер".

Комплекс "ОВК Диспетчер" являє собою складну багаторівневу ієрархічну систему, нижній рівень якого складають автоматизовані системи диспетчерського управління технологічними процесами на підстанціях (АСДУ ПС) і в електричній частині електростанцій (АСК ТП ЕЧС). Ці системи управління забезпечують введення і обробку всієї інформації, необхідної для диспетчерського та організаційно-технологічного управління підстанцією, включають в свій склад пристрої автоматичного й автоматизованого керування технологічними процесами, засоби комунікації для передачі інформації на верхні рівні диспетчерського управління та прийому від них керуючих команд.КТС може встановлюватися як на знову споруджуваних об'єктах, так і на діючих об'єктах шляхом заміни та реконструкції існуючих засобів контролю та управління.

Комплекс технічних засобів дозволяє:

Основні характеристики комплексу:

Типи телеметрії, що обслуговується:

Можливі формати телеметрії:

 Телевимірювання поточні: 

 Телевимірювання інтегральні: 

Підтримувані пристрої телемеханіки (джерела телеметрії): Граніт (Граніт М); Компас ТМ 1; ТМ512; ТМ120; ТМ800А; ТМ800В; УТМ7; МКТ1; МКТ2; МКТ3; РПТ (АІСТ); РПТ ЕОМ.

Підтримувані пристрої цифрових захистів: АББ SPAC801; АББ REL511; АББ RET316; Блоки мікропроцесорного релейного захисту БМРЗ.

Підтримувані пристрої цифрового обліку електричної енергії: АББ "Альфа"; Шлюмберже "Мегадата".

Підтримувані пристрої виведення телеінформації на диспетчерські мнемощіти: ТМ512; Граніт; Компас ТМ1; S2000.

Підтримувані з обміну даними SCADA системи: КИО-3; ABB MicroScada; СИСТЕЛ - по протоколу TCP/IP.

Підтримувані протоколи обміну з іншими системами: РПТ-80 - сумісний обмін телеметрії; OPC (Ole for Process control) v2.0; SQL - сумісний експорт телеметрії; Макети КИО - електронною поштою * (у стадії розробки).

Основні підсистеми комплексу

До складу комплексу входять наступні підсистеми:програмне забезпечення сервера; програмне забезпечення робочих місць диспетчера; апаратура обчислювальної техніки; апаратура для комунікацій і зв'язку; апаратура телемеханіки; апаратура диспетчерського мозаїчного щита [2].

3.4 Оперативний інформаційний комплекс "Систел"

Призначення

Оперативний інформаційний комплекс (ОІК) "СИСТЕЛ" - це апаратно-програмний комплекс для вирішення завдань диспетчерського управління енергооб'єктами різного рівня складності - від підстанцій до центрів управління мережами.

Область застосування

Застосовувані інформаційні технології - багатопоточність, об'єктна архітектура - роблять можливим застосування ОВК "СИСТЕЛ" у будь-яких галузях енергетики та промисловості:

Відмінними рисами комплексу є відкритість, модульний принцип побудови і масштабованість, що забезпечує побудови розподілених систем різної складності на всіх рівнях управління мережевих компаній і можливість інтеграції з іншими автоматизованими системами управління.

Склад

Варіанти побудови комплексу і склад програмно-апаратних засобів залежать від структури АСДУ, рівня її ієрархії і виконуваних функцій. Підсистеми ОВК є функціонально-закінченими і можуть використовуватися незалежно у складі різних систем диспетчерського управління. Кожен варіант ОВК передбачає можливість подальшого нарощування та розширення розв'язуваних завдань і виконуваних функцій.

Повна конфігурація ОІК включає:

1. Підсистему прийому і обробки інформації:

2. Підсистему зберігання інформації:

3. Підсистему відображення інформації:

Функції

3.5 Оперативно–інформаційний управляючий комплекс "Котми–NT"

Оперативний інформаційний керуючий комплекс "Котми–NT" - це SCADA система (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерське управління і збір даних), яка забезпечує:

1. Створення АРМ диспетчера, телемеханіка, операторів.

2. Прийом даних і управління технологічними режимами.

3. Міжрівневий обмін інформацією в системі управління.

4. Створення активних звітів і підсумкових документів для керівництва різного рівня.

При розробці комплексу "Котми–NT" були поставлені такі основні завдання:

1. незалежність від використовуваної реляційної СУБД (SQL-бази);

2. реалізація сучасного інтерфейсу користувача;

3. необмежену кількість оброблюваних параметрів (визначається тільки використовуваними технічними засобами);

4. простота налаштування і адміністрування комплексу;

5. серверна частина комплексу повинна функціонувати в ОС WINDOWS 2000 (WINDOWS XP) на платформі INTEL.

Комплекс "Котми–NT" розроблявся з використанням:

1. Visual C + + 6.0;

2. Delphi 6.0.

Архітектура комплексу "Котми–NT" - клієнт-сервер реалізована спочатку на рівні функціональних модулів (підсистем). Кожен модуль працює як окремий клієнт і/або сервер і взаємодіє з іншими на рівні відносин клієнт-сервер через стандартний внутрішній інтерфейс "Котми–NT". Протокол обміну - MDE API, внутрішній протокол "Котми–NT" - реалізований на основі мережевого протоколу Windows TCP/IP.

Це дає всі переваги архітектури клієнт-сервер: гнучкість, можливість організації як централізованої, так і розподіленої, багаторівневої системи, можливість нарощування системи.

Комплекс складається з двох глобальних частин:

- серверної частини;

- клієнтською частини.

Серверна частина у свою чергу складається з підсистем:

1. Підсистема обміну інформацією з ЦППС;

2. Підсистема обробки запитів клієнтів - виконує функцію диспетчера запитів клієнтів на читання - запис інформації, в тому числі і запитів до SQL-базі, підключення клієнтів до підсистеми оповіщення про події;

3. Підсистема роботи з архівною інформацією;

4. Підсистема бази даних реального часу;

5. Підсистема оповіщення про події;

6. Підсистема організації розрахунків;

7. Підсистема роботи з макетами формату ЦДУ;

8. Серверні програми;

9. СУБД. SQL - сервер, що виконує функції фізичного зберігання частини архівів, схем, форм, документів та іншої нормативно-довідкової інформації ОІК;

10. Підсистема організації роботи багатомашинного комплексу.

Клієнтська частина включає:

1. Бібліотеку модулів ядра (ScdSys.ocx), яка здійснює взаємодію з сервером по протоколу TCP/IP і надає базові інтерфейси для організації роботи функціональних модулів системи;

2. Бібліотеки функціональних модулів (ScdAdm.ocx, ScdStd.ocx), що забезпечують адміністрування серверної частини і вирішення основних завдань ОІК;

3. Програму АРМ-користувача, що представляє собою оболонку, інтегруючу запуск і виконання функціональних модулів клієнтської частини [2].

4. Анализ

Був застосований структурно-лінгвістичний метод [3, 6] для цілеспрямованого синтезу стійко працюючої системи (розглянуті вище) з необхідними характеристиками. Мережа Smart grid можна представити у вигляді безлічі пов'язаних об'єктів керування захистом (БПОКЗ) [5]. Всі потоки смислової інформації розташовані на загальній структурній схемі на рис. 1. Потоки представлені у вигляді стежить системи зі зворотним зв'язком з інформаційних складових. Згідно структурно-лінгвістичного методу загальний смисловий потік інформації, що стосується БПОКЗ, розкладається на реально можливе практично реалізоване кількість інформаційних датчиків ТС і структурних елементів НТС.

На кожному ієрархічному рівні обробки інформації застосовується уніфікований алгоритм обробки інформаційних складових під загальною назвою "За-проти" [3, 6, 7].

Смислові сигнали S(t) окремих пристроїв або ієрархічної ланцюжка декількох об'єднаних пристроїв перетвориться многопороговимі елементами ρ в додаткові НТС. Такі НТС є вхідний інформацією для Сема вищого ієрархічного рівня, які можуть перебувати в інших пристроях. Сукупність Сема загального інформаційного поля утворюють єдиний смисловий сигнал S_СЕМ(t). По відношенню до змістового сигналом S(t) будується система автоматичної стабілізації нормального режиму (АСНОР) [3, 5 - 7]. Систему АСНОР управління за змістом можна представити (рис. 3).

На рис.2 наведемо структурну схему смарт аналізатора системи АСК ТП "ГЩК".

Відомий опис пристроїв, що аналізуються (структурна або принципова схема) наводиться до елементарних структурних елементів ТС, НТС узагальненого дерева структурних взаємозв'язків [3]. З дерева списується перелік певних правил РN. Далі приймається вага k кожного правила РN, виходячи з його внеску в загальний результат S. Розставляються в таблиці ієрархічної систематизації всі пристрої наступним чином. По горизонтальній осі розташовуються пристрої в напрямок вдосконалення правил селективності Р_CЕЛ. По вертикальній осі таблиці розташовуються пристрої в напрямок вдосконалення правил Р_БЛ блокування (від нестійкої роботи пристроїв, правил підтвердження наявності пошкодження, розблокування і захисту від перешкоджаючих смислових ситуацій). Отримані переліки правил РN розташовані в таблиці у міру задіяння все більшого сумарного вагового коефіцієнта K_∑ кожного з пристроїв. Значення K_∑ для кожного РN наведені на узагальненому дереві. Для строгого порівняння пристроїв між собою можна підрахувати коефіцієнт ефективності К_ЕФ пристрої за формулою К_ЕФ = K_∑ пристрою/ K_∑ узагальненого. Кожне РN віднесено або до селективності "С", або до блокування "Б" [ 6 ]. Результат наведено в таблиці 1.

Таблица 1 - Иерархическая систематизация устройств АСК

Примітка
[А] – "ОИК Диспетчер" PN=10, K_Σ=685, К_ЭФ=0,5524.
[Б] – "Котми–NT", PN=11, K_Σ=705, К_ЭФ=0,5685.
[В] – "Систел", PN=13, K_Σ=735, К_ЭФ=0,5927.
[Г] – "ES-Энергия", PN=12, K_Σ=790, К_ЭФ=0,637.
[Д] – MicroSCADA Pro, PN=15, K_Σ=1010, К_ЭФ=0,8145.
[Я] – "Узагальнений", PN=18, K_Σ=1240, К_ЭФ=1

Висновки

Перехід до інтелектуальних систем керування електроенергетичної мережею є найбільш актуальним питанням в Україні на даний момент. Розробка засобів керування і контролю, заснованих на нових технологіях дає можливість отримати більш стабільну і безпечну енергосистему, а також зменшити втрати електроенергії в мережі, за рахунок кращого контролю споживання.

Виходячи із зіставлення опублікованих описів АСК, з'ясовується, що їх автори ставлять перед собою вирішення завдання про побудову так званого "простого" пристрою. Додатково слід зазначити, що автори часто пов'язують вдосконалення "простих" пристроїв АСК із зміною їх чутливості до сигналів вхідних координат. Також таблиця ієрархічної систематизації пристроїв АСК вказує напрямок для подальших розробок у сфері контролю та моніторингу енергосистем.

Магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі переходу українських електроенергетичних мереж до концепції smart grid. У рамках проведених досліджень виконано аналіз існуючих, використовуваних засобів і стандартів релейного захисту та автоматики, засобів моніторингу та контролю за роботою енергетичної мережі структурно-лінгвістичним методом;

Подальші дослідження спрямовані на наступні аспекти:

1. Розробку та створення автоматизованого пристрою, орієнтованого на виконання функцій РЗіА, моніторингу та контролю енергосистеми;
2. Створення програмного забезпечення для розроблювального пристрою АСК ТП "ГЩК".

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2013 року. Повний текст роботита матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань