CC BY
121
УДК 519.688:681.518
Д.С. Сарычев\ В.В. Снежко\ С.Г. Слюсаренко ^
Томскии политехническим университет "’"ООО «ИндорСофт. Инженерные сети и дороги», г. Томск E-mail: power@indorsoft.ru
ТЕХНОЛОГИЯ МОНИТОРИНГА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Рассматриваются необходимость создания интегрированной системы мониторинга электрических сетей. Очерчивается круг задач, понимаемых как мониторинг электрических сетей. Показывается актуальность создания распределённого информационных комплексов, обеспечивающих единое информационное пространство, описывающее текущее состояние электрических сетей в целом. Предлагается решение на основе распределённой геоинформационной системы. Рассматриваются методики интеграции телеметрической, оперативной эксплуатационной и паспортной информации по объектам электрических сетей на основе единой информационной модели.
Задачи мониторинга электрических сетей
Общие задачи, встающие при эксплуатации электрических сетей, заключаются в поддержании работоспособности сети, сохранение ее надежности и удовлетворение потребностей абонентов в пределах как минимум тех, на которые была рассчитана сеть. В рамках этих общих задач выделяются следующие задачи, которые можно классифицировать как мониторинг (рис. 1).
1. Периодический мониторинг технического состояния объектов. В рамках данной задачи производятся осмотры, измерения параметров объектов и обновление их паспортов. При этом важно ведение «истории» по предыдущим значениям параметров для последующего ретроспективного анализа. Отслеживаются изменения технологических схем. Объекты и оборудование, выводимое в ремонт и вновь вводимое в эксплуатацию, должно своевременно соответствующим образом помечаться на схемах, планах и в каталогах.
2. Оперативный мониторинг состояния сети. Данная задача особенно актуальна при оперативном диспетчерском управлении сетью. Здесь должны решаться следующие подзадачи: отображение нормальной и реальной схем сети, дежурство планов объектов, обновление реальной схемы сети по данным телеметрии (состояния коммутаторов, замеры в контрольных точках), отображение текущих параметров оборудования, его состояния (в работе, в ремонте, в резерве).
3. Периодический анализ технического состояния объектов сети. В рамках данной задачи производится ряд расчетов. Во-первых, это оценка износа и надежности оборудования по результатам испытаний и измерений с учетом динамики изменения характеристик. Во-вторых, это расчет
загруженности оборудования по данным расчетов режимов и данных о переданной за период мощности. В результате анализа и экспертной оценки возможно выявление «слабых мест».
4. Оперативный анализ состояния сети. Эта задача необходима при оперативном управлении сетью. Сюда входят такие подзадачи, как выделение подключенных и отключенных частей сети, абонентов, потерявших услуги в результате незапланированных отключений, расчет вариантов резервирования питания с учетом загрузки оборудования и требованиям надежности защит, расчет режима сети, расчет загрузки трансформаторов и линий по току и контроль превышения, анализ селективности работы защит, контроль и учет потерь в сети и в отдельных объектах, контроль и учет потребления электроэнергии абонентами. Данная задача входит в мониторинг, так как отображает оперативное состояние сети.
Мониторинг технического состояния
Фиксирование результатов осмотров, измерений
Обновление паспортов объектов сетей
Ведение архива изменения параметров
Отслеживание изменений в схемах и планах
Оперативное управление сетью
Телеуправление исполнительными устройствами
Оперативная связь диспетчеров и бригад
Задачи мониторинга электрических сетей
I
г \
Анализ технического
состояния сети
Оценка износа и надежности
Расчет загруженности оборудования
Поиск «слабых мест»
Оперативный мониторинг сети
Отображение оперативных схем
Отображение состояний коммутаторов, РПН, замеров по данным телеметрии
Отображение текущего состояния объектов
Оперативный анализ состояния сети
Выделение цветом на схеме зон питания, отключенных участков
Списки абонентов, потерявших услуги в результате отключений
Расчет вариантов резервирования
Контроль превышения нагрузок
Анализ работы защит
Контроль и учет потерь и потребления
Рис. 1. Классификация задач мониторинга электрических сетей
5. Оперативное управление сетью. Сюда включается весь комплекс телеуправления, а также оперативной связи между диспетчерами и бригадами. Все сведения при этом должны отображаться в соответствующих журналах, на схемах, местоположение бригад - на дежурном плане сетей.
Концепция применения ГИС
Сегодня, когда автоматизация предприятий электроэнергетики идёт давно, остаются нерешёнными серьёзные проблемы. Так, идущая в России с
2001 года реформа электроэнергетики привела к разделению существовавших вертикально-интегрированных компаний, имеющих единое управление, на независимые специализированные предприятия, выполняющие строго ограниченный круг функций. Результатом такого разделения, наряду с положительными моментами, явилась увеличивающаяся информационная разобщённость предприятий - каждое из них ведёт информацию в своей зоне ответственности и зачастую в разных форматах, несовместимых друг с другом. В результате этого каждое предприятие имеет в актуальном состоянии только те данные, за которые само отвечает, вся остальная информация не обновляется годами. Жизненно важная задача мониторинга решается в очень узкой постановке и в целом неудовлетворительно.
Одним из путей решения проблемы является создание комплексной распределённой ГИС электрических сетей, интегрированной с системами телемеханики для приёма данных телеметрии и системами оперативного обмена данными об изменениях. Информационный комплекс имеет своей основой некоторую распределённую объектную модель электрических сетей.
Объектная модель в чистом виде является не самым удобным представлением информации для конечного пользователя. Поэтому следующим важнейшим понятием будет Представление - некоторая визуальная интерпретация данных об объектах. Мы выделяем следующие важнейшие для нашей задачи представления:
1. Технический паспорт объекта. Это стандартизованное
представление технических характеристик объекта, его инвентарных
атрибутов. Как правило, внешний вид технического паспорта регламентирован в соответствующих организациях; при этом формы технических паспортов в разных организациях могут отличаться. Однако исходная информация - модель объекта - должна быть единой.
2. Схема участка сети. Это стандартизованное представление
структурного размещения объектов относительно друг друга. Схема выполняется с соблюдением отраслевых стандартов на представление схем электрических сетей. При этом следует отметить, что компоновка схемы может быть различной, однако топология должна быть идентичной во всех схемах, отображающих данный участок сети. Основной проблемой здесь является то, что компоновка выполняется вручную, в соответствии с
требуемым стилем изображения, тогда как базовая, топологическая информация должна сохратяться в соответствии с объектной моделью. Здесь предлагается следующий подход, в основе которого в объектную модель информация о структуре сети включается не просто в виде логического отношения, а в виде некоторой Базовой схемы, причём все последующие производные схемы получаются из базовой некоторыми преобразованиями (удалением со схемы несущественных элементов, изменения размеров, компоновки, нанесение подписей и т.д.). Изменения структуры базовой схемы приведут к изменениям в производных схемах.
3. Журналы работ, неисправностей, замеров, испытаний. Это
стандартизованное представление Событий жизненного цикла объекта. Как
правило, внешний вид журналов регламентирован в соответствующих организациях; при этом формы журналов в разных организациях могут отличаться. Однако исходная информация - модель событий жизненного цикла объекта - должна быть единой.
4. План (карта) участка сети. Это представление геометрической конфигурации сети в пространстве. Помимо самой сети здесь имеется Подложка - топооснова, инженерные и транспортные сети и другие пространственные объекты, необходимые для решения тех или иных прикладных задач. Исходные данные о геометрии объектов сети (например, координаты опор линии) должны представляться в абсолютной системе координат, пригодной для дальнейшей трансформации в требуемую локальную систему. Это требование является важным для сохранения непрерывности геометрического представления смежных сетей.
Основой нашей концепции является использование геоинформационной системы для ведения, хранения, обмена, всеми данными об объектах, а также инструментария ГИС для решения задач оперативного отображения схем и карт сетей, задач выполнения графовых и геометрических построений для оперативного анализа ситуации.
Структура комплекса
Предлагаемый геоинформационный комплекс представляет собой взаимодействующую систему из компонент, представленных на рис. 2. Серым отмечены серверные компоненты, белым - модули, работающие у клиентов.
«Тонкий»
Г рафическое ядро - предоставляет доступ геометрии
1 1 j
" ' г 1 Г ЇГ
>г
Web-cервер для «тонких» клиентов
Модуль запросов и отчётов
Визуализация
схем
Визуализация планов и карт
п
и
Информационное ядро - предоставляет доступ к объектам
і і 1 і і і
г 1 г 1 г
Модуль электрических расчётов Модуль ведения паспортов Модуль ведения журналов Г Л Сервер приёма телеметрии V У
БД
геометрии
БД
семантики
Рис. 2. Компоненты комплекса
База данных работает под управлением реляционной СУБД. Её модель соответствует объектному и геоинформационному представлению объектов, и может быть условно разделена на две части: семантическую (относящуюся
к паспортам, журналам, справочникам и т.п.) и геометрическую (описывающую геометрию и топологию схем, карт и планов).
Информационное ядро предназначено для предоставления доступа к информационным объектам, описывающим электрическую сеть, а также для предоставления интерфейса семантическим данным: топологии сети,
арихвам измерений и оперативной телеметрии. Информационное ядро обеспечивает управление правами доступа к объектам, транзакционность работы и необходимые блокировки при многопользовательской работе.
Графическое ядро предназначено для доступа и преобразования геометрических данных из базы для отображения и работы визуализаторов схем, карт и планов. При этом также обеспечивается транзакционность работы при изменениях графики, а также существует система контроля версий. В качестве графического ядра может использоваться промышленное решение одной из ведущих фирм - ArcSDE (фирма ESRI, Inc.), SpatialWare (фирма MapInfo), TerraShare (фирма InterGraph).
Модули, работающие у клиентов, взаимодействуют в рамках клиентских АРМ. При этом работа с информационным ядром идёт по технологии COM (DCOM - если информационное ядро расположено на сервере). Информационное ядро работает с СУБД через библиотеку ADO. В системе предусмотрен дополнительный Web-сервер для работы с «тонкими» клиентами на базе браузера через HTTP-подключение.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сарычев Д.С., Скворцов А.В. Применение графовых моделей для анализа инженерных сетей // Вестник Томского гос. ун-та, 2002, Т. 273, апрель, с. 70-74.
2. Сарычев Д.С. Современные информационные системы для инженерных сетей // Вестник Томского гос. ун-та, 2003, Т. 280 с. 354-36. 3.
3. Скворцов А.В., Сарычев Д.С., Новиков Ю.Л. Применение геоинформационных технологий для информационного обеспечения деятельности промышленных предприятий // Энергетика: экология, надёжность, безопасность. - Томск, 1999, с. 57.
4. Скворцов А.В., Сарычев Д.С. Методология построения единого кадастра инженерных коммуникаций // ИНПРИМ-2000 (материалы международной конференции), часть IV. - Новосибирск, 2000, с. 72.
5. С.Г. Слюсаренко, В.П. Рожков, С.А. Субботин и др. Современные информационные технологии в эксплуатации инженерных сетей // Труды межд. научн.-практ. конф. «Геоинформатика-2000» 15-18 сентября 2000 г. - Томск: Изд-во Томск. ун-та, 2000, с. 219-224.
6. С.Г. Слюсаренко, Л.Ю. Костюк, А.В. Скворцов и др. Расчет установившегося режима электрической сети в ГИС ГрафИн // Вестник Томского гос. ун-та, 2002, Т. 273, апрель, с. 64-69.
7. Сарычев Д.С. Снежко В.В. Телеметрия в геоинформационной системе электрических сетей // Вестник Томского гос. ун-та, 2006, Т. 290 с. 284-289.
© Д.С. Сарычев, В.В. Снежко, С.Г. Слюсаренко
