Разработка SCADA-системы управления энергосетью предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка SCADA-системы управления энергосетью предприятия

Низовой А.Н., Бойчук В.С.

В работе рассмотрен комплекс основных требований к разрабатываемой системе диспетчерского управления электрической сетью промышленных предприятий. Разрабатываемая система позволит оперативно контролировать и управлять электрической сетью в условиях максимумов нагрузки.

Разрабатываемая SCADA-система представляет собой комплекс аппаратного и программного обеспечения для реализации функций сбора и обработки информации по контролируемой энергосистеме, функций контроля и управления, а также функций, связанных с общим информационным обеспечением. SCADA полагается компьютерной системой, имеющей критические по ответственности задачи. В связи с этим система должна обеспечивать высокую производительность, в особенности в базовых узлах энергосистемы. Кроме того, при построении архитектуры системы, где необходимо, должен учитываться принцип полной аппаратной избыточности, с целью повышения общей отказоустойчивости комплекса. Редактор базы данных реального времени должен давать возможность добавлять, редактировать и удалять телемеханические присоединения и удаленные телемеханические устройства (УТУ). Должно быть реализовано динамическое изменение базы данных без необходимости перегенерации системы. Все экранные формы, обеспечивающие общение пользователя с редактором, как и другими программами, упоминаемыми в проекте, должны создаваться в форме русского разговорного диалога. На первом этапе следует сформулировать минимальный набор параметров и определений базы данных системы, которые должны редактироваться пользователем:

? определение всех УТУ, подсоединенных к системе, включая имя, коммуникационный порт, конфигурацию и все коммуникационные параметры;

? определение всех статусных точек, подсоединенных к УТУ, включая 24-знаковое описание, статусные состояния, ненормальное состояние и все параметры, определенные где угодно в данном задании;

? определение всех телеметрических и аккумулирующих присоединений, назначенных для УТУ, включая 24-знаковое описание, факторы масштаба, пределы и все параметры, определенные где угодно в данном задании;

? определение всех контролируемых точек, подсоединенных к УТУ, включая 24-знаковое описание, статусные состояния, ненормальное состояние и все параметры, определенные где угодно в данном задании;

? определение всех псевдо присоединений, назначенных системе: статусных, телеметрических, управляемых, и т.д., включая описанные выше объекты 1-4. Псевдо присоединениями являются все объекты базы данных, не имеющие связи с реальным объектом телемеханики, и задаваемые либо ручным вводом информации, либо по результатам расчета;

? определение CRT-консолей и назначение принтеров для областей ответственности. CRT-консолью в задании называется логическая консоль управления SCADA-системы, состоящая из набора экранных форм (CRT-экранов) и предопределенных реакций на действия оператора. Принтеры должны быть динамически переназначаемыми в режиме прямого подключения к сети;

? задание расписаний для ведения ведомостей событий, генерации отчетов, сброса счетчиков, запуска приложений.

Следующие параметры должны быть редактируемыми для всех присоединений - статусных, аккумуляторных, вычисленных или управляемых:

? определение областей ответственности. Причем, несколько областей ответственности могут назначаться для каждого присоединения;

? определение запрета на либо нормально-ненормальное, либо ненормально-нормальное изменение статусного состояния;

? определение всех запрещающих параметров для сигнального процессора, использующего базу знаний, определяемого ниже;

? назначение системы защиты и паролей - только для операций управления;

? начальное значение базы данных для "холодного перезапуска" системы.

Редактор базы данных SCADA-системы должен позволять задавать текущую конфигурацию УТУ, их физическое подключение к системе и необходимые параметры для обмена со всеми УТУ.

Когда происходит одно или больше событий, оператор или диспетчер могут получать предупреждение несколькими способами:

- звуковой сигнал должен включаться на каждой консоли, назначенной для извещения о событии. Одновременно, событие должно быть отображено в "ведомости сигналов и событий";

- динамическое поле на табличной форме и однолинейной схеме должно изменить состояние и цвет, идентифицируя новое состояние. Оно должно стать подсвеченным, когда данный экран просматривается оператором; база данный система энергосеть

- измененное поле будет появляться перед оператором на консоли, в зоне сообщений о событиях, которая назначена для извещения о событиях, исключая, таким образом, необходимость выхода из текущего экрана для определения того, что произошло;

- если текущая зона сообщений о событиях заполнена, должно быть отображено полное число событий в очереди. При этом сигналы будут поставлены в очередь для предоставления диспетчеру, когда он удалит просматриваемые в настоящий момент сигналы. Или он может листать список вверх/вниз без удаления событий;

- символьные сообщение о событии, появляющееся на консоли, в области сообщений о событиях и на принтере, событий будут идентичны.

Каталог дисплеев предназначен для работы с системой. Будет требоваться указание типа каталога и меню. Некоторые из них задаются как следующие:

? экран главного каталога - каталог будет вызываться через экранную указку или горячую клавишу и будет отображать все конкретные каталоги, доступные в системе. Главный каталог будет доступен для каждой зоны ответственности;

? каталог однолинейных схем подстанций (электростанций) - этот каталог будет давать оператору немедленный доступ к любой схеме подстанции. Каталог будет доступен в каждой зоне ответственности;

? каталог программ - будет содержать список предопределенных в пакете программ, необходимых для работы со SCADA-системой и базой данных. Тем не менее, этот каталог будет редактируемым генератором/модификатором экранов;

? каталог генерации отчетов - система будет давать возможность печати отчетов и учетных записей из данного каталога для всех сформированных системой учетных записей и отчетов. Этот каталог также будет доступен для каждой зоны ответственности.

Однолинейные схемы подстанций - эти экраны отображают главную часть подсистемы человеко-машинного интерфейса, к которым оператор будет наиболее часто обращаться. Эти схемы будут назначаться по зонам ответственности. Пользователь при разработке таких экранов не должен быть ограничен отображением только данных по отображаемой подстанции. Возможно отображение любых данных любой части системы.

Экраны статуса станций - автоматически создаются системой. Эти экраны табличные по форме и будут отображать текущее состояние всех контролируемых на станции устройств.

Экраны энергосистемы - должно быть создано средство для создания однолинейных диаграмм энергосистемы, для отображения информации, собираемой и вычисляемой по всей сети. Эти экраны будут отображаться как однолинейные диаграммы.

Экран общего состояния сети - отображает общее состояние оборудования. Здесь будут фиксироваться неисправности оборудования системы, переключения оконечных устройств, вывод оборудования из работы, выполненный диспетчером.

Экран списка событий нарушения - система должна включать в себя сводку по несквитированным сигналам, которая представляет собой список всех событий тревоги в хронологическом порядке, как они были получены, которые еще не подтверждены оператором. Когда оператор распознал и сквитировал сигнал, он будет автоматически удален из списка событий нарушения.

Другим списком, который должна обеспечить система, является Ретроспектива или История Сигналов Тревоги, также отображаемая в хронологическом порядке. По всем событиям в списке должны отображаться дата и время входа сигналов в состояние тревоги и выхода из него. Должны быть реализованы средства поиска и фильтры, дающие удобные средства просмотра ведомостей событий по группам сигналов и индивидуальным сигналам. Также система должна предоставлять Сводку Нарушений, показывающую все оборудование, находящееся в ненормальном состоянии, включая введенные оператором точки деактивации и/или подавления приема информации. Редактор базы данных будет позволять задавать, будет ли конкретная точка отображаться в Сводке Нарушений и определение ненормального состояния для каждой точки.

Экран статистики по телекоммуникационному оборудованию - выдает сводную статистику по коммуникационному оборудованию, включая число и скорость возникновения ошибок, определенную препроцессором коммуникаций и переданную на ведущую машину.

Информационные экраны - должны представлять данные, нормально доступные оператору через другие источники - рабочие документы, справочники и т.д. В системе должны быть реализованы средства иерархического построения подобной информации, а также поиска требуемых данных по запросу.

Запрос печати - система обеспечивает печать на назначенный принтер. Запрос печати в экранной форме должен трактоваться как динамический запрос текущих условий, как они отображены на терминале. Таким образом, когда получен запрос на печать, текущий экран и все связанные с ним данные будут поставлены в очередь для вывода на принтер, для печати экрана в его целостности.

Должны быть реализованы следующие виды проектирования режима:

? оперативное. Срок - на данный момент. Должно выполняться в случае внезапного значительного изменения режима сети, например, при возникновении аварии для оптимизации послеаварийного режима. Предполагается использовать текущие оперативные данные о нагрузке сети.

? текущее и краткосрочное. Срок - от одного часа до семи суток. Должно выполняться для текущей проработки режима, например, при проработке местных заявок и заявок ЦДС на текущие или последующие сутки. Предполагается использовать краткосрочный прогноз нагрузки сети.

? долгосрочное. Срок - от семи суток до трех месяцев. Должно выполняться для долгосрочного планирования и (или) прогнозирования режима, например, при изменении состава оборудования сети. Здесь возможно решение задач сезонного характера. Предполагается использовать краткосрочный прогноз нагрузки сети, текущую 30-тидневную ретроспективу и архив ретроспективы.

? сезонное. Срок - от трех до девяти месяцев. Должно выполняться при подготовке к переводу сети в осенне-зимний или весенне-летний режим работы. Здесь особое значение имеет решение задач сезонного характера, например, оптимальное размыкание контуров в распределительных сетях 6, 10, 35 кВ и оптимальное регулирование устройств ПБВ на трансформаторах. Предполагается использовать текущую 30-тидневную ретроспективу и архив ретроспективы.

Предполагается реализация РОПРЭ в виде активной имитационной модели с элементами искусственного интеллекта на основе высокоточных математических моделей установившегося режима.

- Программы учета электроэнергии и расчета потерь, основанные на обработке ретроспективы ТИ и ТИИ, должны обеспечивать проверку сбалансированности показаний счетчиков электроэнергии с учетом технических потерь.

- Должен быть реализован генератор отчетов, который даст возможность создавать отчеты по сохраненным данным: ежедневные, недельные, месячные, квартальные, сезонные и годовые, как общие, так и специальные, например, по часам максимальной нагрузки, отдельно по рабочим и выходным дням. Генератор отчетов должен иметь средства статистического анализа данных за соответствующий период. Эти средства должны настраиваться пользователем по его потребностям.

Генератор отчетов дает возможность пользователю разрабатывать свои собственные форматы отчетов. Для создаваемых отчетов должна быть реализована возможность автоматической их генерации по расписанию, а также возможность манипуляции и расчетов по любым данным на момент генерации отчета.

Создаваемая SCADA-система включает гибкий, настраиваемый пакет программ управления потреблением, который даст возможность диспетчеру оперативно контролировать и управлять сетью в условиях максимумов энергопотребления, согласно существующим графикам отключений.

Пакет располагает следующими возможностями:

- наличие редактора управления нагрузкой, позволяющего определять требуемые стратегии управления нагрузкой, группы управления, группы выключателей, задание приоритета стратегии, связанного с номером очереди отключения. Создаваемые стратегии должны объединяться в группы, согласно приоритету/номеру очереди, управляющие ограничениями в данной сети либо по каскадному, либо по веерному принципу;

- система будет позволять создание собственных экранов, обеспечивающих как управление, так и динамическую информацию по управлению нагрузкой сети. Из этих экранов диспетчер будет иметь возможность выбора стратегии, установки активных групп управления и выполнения команд регулирования нагрузки в энергосети. Типичное окно управления нагрузкой после выбора очереди отключения (стратегии управления) должно, как минимум, включать:

- полный список присоединений, назначенных для отключения в данной очереди;

- текущую нагрузку на каждом присоединении;

- полную суммарную нагрузку назначенной к отключению очереди;

- суммарную нагрузку выбранных к отключению присоединений (если отключается не вся очередь целиком);

- из окна управления диспетчер должен иметь возможность выполнить либо отключение отдельного присоединения, либо выбранной им группы, удовлетворяющей требованию заданного снижения мощности, либо всей очереди целиком.

Регулирование напряжения. Создаваемая программа управления напряжением ставит своей целью автоматизированное поддержание напряжения на запитываемых секциях шин в пределах требуемого интервала и встречное регулирование напряжения для удаленных потребителей. Комплекс будет иметь как автоматический режим (управление осуществляется SCADA-системой), так и ручной режим работы. В автоматическом режиме программное обеспечение должно сравнивать текущее напряжение с введенной уставкой и регулировать напряжение на трансформаторе инкрементами по 1,5 В, в соответствии с 120 В А-преобразователем, с однократным изменением напряжения до 5 инкрементов (для трансформаторов, оснащенных переключающими устройствами, осуществляющими дистанционное регулирование напряжения под нагрузкой). В ручном режиме программное обеспечение будет изменять напряжение на запитываемой секции шин инкрементами по одному шагу, подаваемыми командой оператора из соответствующей области управления на экране. Алгоритмы управления напряжением будут задаваемыми как режимы управления и будут определяемыми пользователем. Для автоматического режима возможно будет задание числа шагов управления от одного до пяти, допустимого при выполнении автоматического регулирования.

Программное обеспечение будет также позволять проводить общее регулирование напряжения в управляемой энергосети по данным, полученным программой оптимизации режима сети, основывающейся на расчете установившегося режима.

Краткосрочный прогноз загрузки. Пакет программ обеспечивает расчет краткосрочного предсказания загрузки сети - STLF (Short Term Load Forecasting).

Для осуществления прогноза планируется использование либо модели ARIMA (Auto-Regression-Integrated-Moving-Average), либо модели DMR (Discounted-Multiple-Regression). STLF-программа расчета будет включать несколько моделей загрузки, каждая из которых будет представлять свой компонент в общей загрузке сети:

? форма загрузки, основанная на дне недели и сезоне;

? пиковая модель, предсказывающая форму пиковой загрузки;

? моделирование погодных условий, предсказывающее погодный компонент;

? детерминистический компонент для загрузки, не имеющей аналогий по форме с определяемой по базе загрузкой или исходя из моделей;

? шумовая модель, работающая с неточностью определения загрузки.

Для построения программой STLF-модели требуется наличие ретроспективы данных по загрузке минимум за 30 дней. Запускаемая на выполнение в полночь модель будет перенастраиваться на основании данных предыдущего дня и пересчитывать прогноз на следующие дни. После чего, модель будет автоматически пускаться каждый час, следуя вперед и уточняя прогноз на текущие сутки, беря в рассмотрение реальную загрузку предыдущих часов. Программа составления прогноза будет также собирать собственные данные истории для анализа и пересчета параметров моделирования (то есть, создаваемая STLF-программа будет способна пересчитывать все параметры моделирования, основываясь как на собранных данных, так и выполнении расчета). Должна быть предусмотрена возможность повторения предыдущих или текущих прогнозов с использованием скорректированных или измененных данных, таких как погода или замеры по нагрузке. Параметры для программы прогноза будут включать (но не будут ограничены только ими) следующее:

- данные прогноза погоды (например, температура, влажность, скорость ветра), как средние за час;

- данные о погоде от телеметрии (также температура, влажность, скорость ветра), как средние за час;

- данные о текущей нагрузке (средние за час);

- данные о погодных условиях за 30 дней (температура, влажность, скорость ветра);

- данные о почасовых нагрузках за 30 суток.

Возможные области применения пакета прогнозирования загрузки: проектирование режимов сети, управление загрузкой сети, сглаживание пиковых нагрузок, общее управление ресурсами, построение программы межсетевых перетоков.

Журнал «Электротехнические комплексы и системы управления», www.v-itc.ru/electrotech

Размещено на Allbest.ru