CC BY
17
Рис. 17. График магнитной индукции в сердечнике катушки (увеличенный масштаб).
сопротивление, конденсатор и катушка, намотанная на магнитный сердечник. Характерные значения параметров таковы: С = 7,5 мкФ, Р = -500 Ом, частота возбуждающего сигнала 200 Гц. Отрицательное сопротивление реализовано на основе операционного усилителя.
Если N - число витков в индуктивности, А - эффективная площадь сечения сердечника, I - длина магнитного пути, то плотность магнитного потока В в сердечнике описывается уравнением
д!.А.с.в + ^-^-В + ~Н(В) = 1{1), (4)
где Н(В) - нелинейное соотношение магнитного поля и магнитной индукции в материале сердечника. В описываемом эксперименте были приняты следующие
Р. Т. ТАМИНДАРОВ В. Г. ШАХОВ А. Н. ЯВОРСКИЙ
Омский государственный университет путей сообщения
АК «Омскэнерго» УДК 621.311.1:681.3.06
Электрические сети и информационные технологии
Проблема повышения эффективности транспорта электрической энергии к потребителям актуальна как с коммерческой, так и с государственной точки зрения. Одним из путей решения этой проблемы, помимо развития инфраструктуры электрических сетей и обновления изношенного порой более чем на 60% оборудования является использование систем управления информационными потоками (ИП) для транспорта и учета полученной и отпущенной электрической энергии (ПЭЭ). Вследствие развития телекоммуникаций и информатизации отрасли появилась возможность централизованного управления электрическими сетями, обмен как коммерческой, так и технологической информацией между разнесенными пространственно субъектами энергосистемы.
Качественное выполнение поставленных перед энергетиками задач невозможно без развитой инфор-
параметры катушки с сердечником: N = 100 витков, А = 1,5-10"s лг и I = 0,1 м.
В этой цепи индуктивность с гистерезисом, обусловленным наличием магнитного сердечника, при частоте возмущающего синусоидального сигнала 200 Гц и более создает хаотические колебания. На рис. 11 форма напряжения на сопротивлении Л8 изменяется по случайному закону, а при увеличении масштаба (рис. 12,13) наблюдаются учащение частоты, хаотические изменения формы и амплитуды сигнала. Странный аттрактор (рис. 14) имеет вид двух гантелей разной величины, соединенных перемычкой. Аналогичными особенностями обладает и магнитная индукция в сердечнике катушки (рис. 15,16,17).
Литература
1. Мун Ф. Введение в хаотическую динамику. - М.: Наука, 1990.-140 с.
2. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro - Сар 6. - М.: Горячая линия -Телеком, 2001. - 344 с.
3. Parker Т., Chua L. Chaos: A Tutorial for Engineers // Proceedings of the IEEE. - 1981. - v.75. - № 8. -p.982 - 1008.
4. Matsumoto T. Chaos in Electronic Circuits II Proceedings of the IEEE. - 1987. - v.75. - № 8. - p.1033 - 1057.
ФЕДОРОВ Владимир Кузьмич, доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий.
РЫСЕВ Павел Валерьевич, студент 5-го курса электротехнического факультета.
мационной системы (ИС), без эффективной автоматизации управления и ее оптимизации.
Существующие АСУ в энергетике по сути своей выполняют роль связующего звена между Управлением энергетической компании и исполнителями, в частности между Региональным энергетическим управлением (РЭУ), предприятием электрических сетей (ПЭС) и районами электрических сетей (РЭС).
Внедрение информационных технологий (ИТ) ставит перед собой задачу создания единой информационной среды (ЕИС), доступной для ввода, обработки и получения результата (отчетность или управляющее воздействие) всем субъектам энергосистемы от РЭУ до РЭС.
В статье проанализирована ситуация внедрения ИТ на примере конкретного ПЭС. Это Южные электрические сети, входящие в состав Омской энергосистемы, основной задачей которых является гарантированное снабжение электрической энергией семи южных районов Омской области
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
В СТАТЬЕ РАССМАТРИВАЮТСЯ ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ВНЕДРЕНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (ИТ) НА ПРИМЕРЕ КОНКРЕТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ. ПРОВЕДЕН АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИТ И ОПРЕДЕЛЕНЫ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИХ РАЗВИТИЯ. РЕКОМЕНДОВАНЫ ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ВНЕДРЕНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.
Информационную среду, обрабатываемую информационными технологиями в ПЭС, можно разделить на три части:
-организационно-экономическая информация (ОЭИ); -директивная информация (ДИ); -технологическая информация (ТМ), которая включает в себя как сигналы системы телемеханики, телесигнализации (ТС), телеизмерения (ТИ), телеуправления (ТУ), так и систему телеучета (ТИИ).
Территориальное расположение управления ПЭС в г.Омске и управления РЭСов в районах Омской области, разнесенных порой до нескольких сотен километров, сказывается на неравномерности развития ИТ внутри предприятия.
Анализируя имеющиеся информационные каналы в ЮЭС (рис.1), можно отметить, что информационная среда предприятия представляет собой неоднородную, разорванную структуру, где кустовые информационные системы объединены между собой в основном посредством телефонной (факс) связи. Вербальная и бумажная информация в данном контексте не рассматривается.
На сегодняшний день, в ЮЭС используются практически все имеющиеся электронные каналы связи. Телефонная и факс связи в основном используют внутренние (местные) каналы связи. Это и местная АТС, и радиосвязь, и каналы ВЧ связи по ЛЭП, используемые также для передачи телеметрической информации. Внешними каналами остаются городской телефон, факс и е-почта.
Направления развития ИТ в ЮЭС ведутся по трем направлениям:
-АСУ экономического, управленческого и общего назначения,
- автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ),
-автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ).
Каждое направление развивается независимо друг от друга, но с учетом генеральной политики РАО ЕС России и региональной энергосистемы.
Рассмотрим информационную среду ЮЭС пока без учета системы телемеханики, АСДУ и АСКУЭ.
В единую информационную сеть (рис.2) подключены службы, находящиеся на базе ЮЭС, где расположены управление ЮЭС, производственно-технические, организационно-экономические и диспетчерская службы. Развернутая ЛВС охватывает все экономические отделы и ряд технических служб. ЛВС ЮЭС посредством 2 Мб И КМ канала подключена к корпоративной сети РЭУ, что позволило внедрить программное обеспечение с распределенной базой данных, а также исключить модемную связь с РЭУ для электронной почты. Внедрение скоростного ИКМ канала безусловно повлияло на скорость обмена данными между ПЭС и РЭУ, в том числе и на оперативность передачи сооб-
щений электронной почты. Это позволило расширить количество пользователей е-почты на базе ЮЭС без заметного увеличения трафика сети.
На начальном этапе компьютеризации и внедрения информационных технологий в ЮЭС пошли путем оснащения в первую очередь подразделений, отвечающих за сбор и обработку первичной информации. Это себя оправдало. Внедрено множество АРМов, реализованных с помощью различных средств программирования (Clipper, Foxpro, Oracle, MS Offise...), решающие отдельные задачи в различных службах ЮЭС. Многие АРМы реализованы в сетевом варианте. Происходит интенсивный ввод и обработка первичной информации. Имеется возможность удовлетворить большинство возникающих потребностей оперативной информации. На предприятии используется возможность подключения к Интернету для поиска необходимой информации в основном консультационного типа.
Службы, не подключенные к локальной сети ЮЭС, обмениваются данными с использованием внешних носителей информации (дискеты, съемные диски, CD-R и т.д.).
Стоит отметить тот факт, что внедрение ИТ напрямую зависит от количества и своевременности обновления и модификации имеющегося парка компьютерной техники и используемого ПО. Разнесенный по времени процесс обновления новой техники (практика показывает, что это срок 3-5 лет) неизменно вызывает лавинообразный процесс роста ручной обработки имеющейся информации из-за невозможности использовать новое ПО на старой технике и невозможности старого ПО обеспечить необходимый уровень обрабатываемости данных и отчетности.
Меняющаяся экономическая обстановка в России и регионе, разворачивающаяся реструктуризация энергосистемы в целом требуют от руководства предприятия быстрого принятия конкретных управляющих решений.
Из этого вьггекает потребность оперативного выбора из большого объема той информации, которая необходима на данный момент времени, что и решается путем внедрения информационных технологий.
Проблемы, стоящие на пути внедрения ИТ, требуют решения по следующим направлениям:
Техническое:
-расширение парка компьютеров и компьютерного оборудования, замена устаревших или их модернизация;
-развитие и модернизация ЛВС, увеличение, где это возможно, скорости обмена информации в ЛВС с 10 МБ/с до 100 МБ/с, внедрение структурированной кабельной системы (СКС);
- расширение и модернизация каналов технологической связи и имеющихся систем телемеханики;
- внедрение систем телеучета ПЭЭ;
Программное:
- унификация имеющегося ПО для решения однотипных и связанных данными задач,
-замена немодернизируемого имеющегося старого ПО на новое;
-разработка нового ПО с использованием современных технологий;
-организация передачи данных как из старого ПО в новое, так и их обмен между различными ПО,
-внедрение сетевого ПО масштаба предприятия, использующих распределенные базы данных;
-использование систем бизнес-моделирования, что особенно актуально в период реструктуризации энергосистемы;
-внедрение ПО моделирования состояния носителей электроэнергии в зависимости от изменяемой технической обстановки (авария, текущий ремонт, невозможность ремонта) и их последствия,
- внедрение ПО для ведения как технических параметров оборудования (схемы, режимы работы и т.д.), так и организационно-экономических данных,
- использовать ПО формирования отчетов из различных документов и баз данных,
Организационное:
-реструктуризация источников и каналов информации,
-формирование планов развития ИТ, -обучение персонала компьютерной грамотности на уровне пользователей ПК и расширенное обучение на специализированное ПО.
-объединение отдельных кустовых информационных систем (в РЭСах), не связанных в единую информационную систему управления;
- возникает необходимость перехода от отдельно существующих АРМов к автоматизированным управляющим системам,
Безопасность:
-обеспечение мер по информационной безопасности, сохранение информации как от разрушительных воздействий (вирусы, потеря данных, механическое разрушение и т.д.), так и от ее утечки,
-обеспечение информационной безопасности на всех участках информационной сети.
К сожалению, из-за возникающих периодических проблем с финансированием многие из поставленных задач по внедрению новых информационных технологий невозможно решить так оперативно, как хотелось бы.
Телемеханика.
Анализ и перспективы развития
Телемеханика, служащая для сбора информации и управления силовыми объектами энергоснабжения, используя специализированные каналы связи и оборудование, имея двух-, трехкратное дублирование, по сути своей являясь технологической информацией, требует рассмотрения ее как отдельного, независимого от организационно-экономической информации, направления развития информационных технологий. Телемеханика неразрывно связана с системой диспетчерского управления и системой удаленного учета потребленной электрической энергии.
Нижний уровень управления и непосредственное выполнение функций электрических сетей лежит на Районных электрических сетях, РЭСах. Диспетчерские пункты (ОДС) в ЮЭС и РЭСах (ДПР) осуществляют контроль и управление электрических сетей всего Южного региона Омской области.
Анализ показывает, топология передаваемой технологической информации в ЮЭС представляет собой разорванную звезду.
В каждом РЭСе созданы первичные сети технологического сегмента, обеспечивающие телесигнализацию (ТС) основных объектов: электрических подстанций (ПС) напряжением 110/35/10кВ и 35/10кВ.
Телеизмерением (ТИ) и телеуправлением (ТУ) объектами контроля, охвачены лишь часть подстанций. Возможности использования интегральных телеизмерений (ТИИ) не используется ввиду отсутствия специализированных электронных счетчиков на объектах.
Большинство РЭСов информацию, получаемую с контролируемых объектов, не может автоматически передать в ОДС ЮЭС, или же из ОДС в ДПР, так как не имеет соответствующего оборудования.
Для автоматизации диспетчеризации в Южных электрических сетях применяются два независимых аппаратно-программных комплекса «Атолл» и «Компас», развернутых как в ДП ЮЭС, так и на нескольких ДП РЭСов. Обе системы позволяют сигналы ТС, ТИ, ТИИ передавать через контроллер сразу на ПК, находящихся на центральной диспетчерской ЮЭС. А также передавать сигналы ТУ от ПК диспетчера ОДС или ДПР на контролируемый объект. Но при этом «Атолл», являясь чисто омской разработкой, гораздо дешевле системы «КОМПАС» и имеет большее количество каналов ТИ.
В ЮЭС ведутся работы по развитию именно системы «Атолл» и объединению обеих систем в единую систему телемеханики. Изначально обе системы использовали операционную систему MSDOS. Сейчас «Атолл» переведен в среду Windows 98. Создан управляемый и модернизируемый графический интерфейс с динамичной сигнализацией. Данное ПО призвано решить задачи не только телемеханики (ТМ), но и оперативно-информационного комплекса (ОИК).
К сожалению, на трансформаторных подстанциях ТП-10/0.4кВ и ниже, системы телемеханики на сегодняшний день не применяются и не установлены. Это связано как с экономическими, так и с техническими трудностями.
Во многих ДП телеуправление не используется. Хотя практика показывает довольно высокую его надежность. Это было продиктовано устарелостью силового коммутационного оборудования (приводов масляных выключателей), не предназначенного для автоматического управления, и недостаточностью сигналов ТС о готовности объекта к управлению. Решение проблем телеуправления лежит в основном в замене или модернизации коммутационного оборудования подстанции на современное, что само по себе требует больших экономических затрат.
В ЮЭС ведутся работы по развитию АСДУ, внедэению АСКУЭ. Все больше и больше объектов подключаются к системе телемеханики. Уделяется внимание развитию средств связи. Планируются работы по объединению кустовых информационных систем телемеханики в единую автоматизированную систему управления. Одной из главных проблем (помимо недофинансирования) является создание антивандальных устройств ТМ и учета ПЭЭ на всех объектах подконтрольных ПЭС.
Развитие систем учета, измерения и управления передачи электрической энергии, должно включать в себя несколько параллельных направлений, это:
- физическая защита подконтрольных объектов,
-оптимизация и расширение имеющейся информационной структуры,
- расширение на имеющихся объектах сигналов ТМ,
- расширение объектов, подключенных к системам ТМ,
-развитие систем технологической связи,
-расширение возможностей применяемого ПО для решения задач АСДУ,
- использование новейших информационных технологий для решения задач коммерческого учета (АСКУЭ),
- внедрение систем ОИК в ДП РЭСов.
Перед ЮЭС стоят задачи расширения внедрения нового программного и аппаратного обеспече-
ния, призванного повысить эффективность управления электрическими сетями.
Внедрение новых ИТ технологий, развитие систем телемеханики призвано в итоге решить главную и основную функцию Южных электрических сетей перед своими потребителями - гарантированное энергоснабжение.
ТАМИНДАРОВ Равиль Тимиргалиевич, ведущий программист Южных электрических сетей АК «Омск-энерго».
ШАХОВ Владимир Григорьевич, кандидат технических наук, профессор кафедры АиСУ ОмГУПС. ЯВОРСКИЙ Александр Николаевич, главный инженер Южных электрических сетей АК «Омскэнерго».
В. К. ФЕДОРОВ В. И. СУРИКОВ П. В. РЫСЕВ
Омский государственный технический университет
УДК 621.317
ЭНТРОПИЙНЫЙ АНАЛИЗ РЕЖИМОВ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ_
ЦЕЛЬЮ СТАТЬИ ЯВЛЯЕТСЯ АНАЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ НЭЭС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОНЯТИЯ ЭНТРОПИИ.
Введение
Вероятностным называется такое решение, которое может быть представлено плотностью вероятностей переменных состояния и из которого следует вывод о функциональной устойчивости или неустойчивости нелинейной электроэнергетической системы (НЭЭС). По определению НЭЭС функционально устойчива, если при заданной сколь угодно малой области а в пространстве переменных состояния можно ука^ зать такую область /3(а) в пространстве параметров НЭЭС, что при нахождении вектора параметров в любой точке области /}(а) вектор переменных состояния не выйдет за пределы области а, в противном случае НЭЭС будет функционально неустойчива.
Поддержание переменных состояния в допустимых пределах представляет актуальную задачу оперативного управления НЭЭС, так как выход переменных состояния за допустимые пределы может перерасти в аварийный режим.
1. Энтропия НЭЭС
Существующая теория указывает на то, что анализ должен исходить из свойств первой 5Н и второй 5гН вариаций энтропии Н. Вероятность Р возникновения флуктуации переменных состояния выражается формулой Р ~ ехр(ДЯ), где АН- отклонение энтропии от своего
максимального значения. Представляя АН = 5Н + ^ ,
получим Р~е\р(6Н + ^ .
Поэтому анализ НЭЭС должен опираться на свойства первой и второй вариаций энтропии.
Будем полагать, что НЭЭС описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями вида
+ ......х„-,х„1) = £„i'
dt
1.....п
(1)
где x(i) = (x],- ;.xl,~;x„,t)r- отклонения переменных состояния от установившихся значений, Т - знак транспонирования, £ = t)T - случайные функции времени с матрицей спектральных плотностей 5 = S,t-const, /- характеристики НЭЭС, относительно которых в дальнейшем используются различные предположения, t - текущее время.
Относительно x(t) = (x,,...,x„...,xn,t) принимается, что это процессы с ограниченной дисперсией D = (Dl,...,Di,...,Dll)<M. Такое предположение полностью соответствует режимам функционирования реальных НЭЭС.
Текущая плотность вероятности P(x,t) в пространстве переменных состояния x(t) подчиняется уравнению диффузии вероятностей
<^-=0. (2)
dt 2 ,J dxrdyj
SP
причем величины P, />•/, —исчезают на бесконечен
ности:
если х —> ±<я, то P-*0,Pfr
SP
■ О,—->0, i = 1.....п.
дх,
В условиях неопределенности и случайных взаимодействий фактором, определяющим тенденции изменений переменных состояния, является энтропия Н, зависящая от состояния НЭЭС.
Я = - J... |/>(г,0 1пИ')К А,
(3)
Критерий абсолютной функциональной устойчивости, полученный в виде
9"=0 ^- = 0,
dR.
' dR
(4)
утверждает: если приращения энтропии Н при изменении параметра НЭЭС Rs не происходит, иначе говоря, если корреляционный момент г^ между ¡-м и ¡-м переменными состояния как функции от Rs имеет локальный максимум или вообще не зависит от Я,, то НЭЭС абсолютно функционально устойчива по Я,, в = 1,...т.
Соотношение (4) указывает на то, что энтропия Н как функция от я, имеет максимальное значение, ЬН
поскольку — = 0. Для реальных НЭЭС трудно ожи-сН 1
дать точного выполнения равенства Я(Я,) = Ят1,, поэтому наиболее целесообразным критерием функциональной устойчивости представляется такой, который обеспечит функционирование НЭЭС с энтропией Н, стремящейся к максимальному значению Скорость изменения энтропии Н при этом должна быть минимальной, чтобы с течением
