CC BY
53
УДК 621.65-83
С.А. БОРДАНОВ
ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ С ГРАФИЧЕСКИМ ИНТЕРФЕЙСОМ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СЛУЖБАХ ЭНЕРГОСИСТЕМ
Ключевые слова: база данных, программно-вычислительный комплєкс, расчёт рєжимов работы элєктричєской сєти, графичєский интєрфєйс.
Описаны общиє задачи и принципы построєния системы, управления базами данных в производственных службах элекmpоэнеpгеmики. Дан обзор функций, задач по рєшєнию информационной поддєржкє технологических процессов функционирования субъектов электроэнергетики.
S.A. BORDANOV
APPLICATION DATA MANAGEMENT SYSTEM WITH GRAPHICAL INTERFACE IN INDUSTRIAL POWER SYSTEMS SERVICES
Key words: database, software and computing system, the calculation of operating modes of electric networks, graphical user interface.
This article describes the general objectives and principles of database management systems in the production of electric power services. A review of the functions, tasks, information support for decision processes functioning of the subjects of electricity.
Сложность современных электроэнергетических систем и отдельных элементов этих систем с учетом экономических (рыночных) и технических реалий требует от энергоснабжающих (электросетевых) организаций наиболее полного и рационального использования информационных технологий для решения стоящих перед ними задач. В процессе функционирования объектов электроэнергетики этими организациями решается ряд комплексных технических, технико-экономических и инвестиционных задач.
Вопрос создания информационных баз данных и систем управления ими особо актуален в связи с разработкой Программ и Схем перспективного развития субъектов электроэнергетики, утверждённых Постановлением Правительства РФ от 17.10.2009 г. № 823 [3]. Основные требования к разрабатываемым планам развития, паспортизации и оценки состояния основного силового оборудования установлены «Положением о технической политике в распределительном электросетевом комплексе», в котором особо оговариваются требования к мониторингу технического состояния оборудования и планам по модернизации. Также немаловажным является вопрос оптимизации режимов работы электроэнергетических систем и минимизации издержек. Основным критерием оптимизации является уровень потерь электроэнергии. Снижение потерь электроэнергии в электроэнергетическом комплексе - один из шагов в реализации государственных планов по энергосбережению, закреплённых в ФЗ РФ № 261 от 23.11.2009 г. [5]. Таким образом, нормативными документами намечен значительный объем данных для хранения и их обработки в производственно-технических службах субъектов энергетики.
Обработка и хранение большого объема данных об основном и вспомогательном, первичном и вторичном оборудовании должны соответствовать требованиям простоты, логичности и наглядности. В связи с этим достаточно перспективным выглядит развитие информационно-расчетных комплексов с возможностью графического представления отдельных элементов и электроэнергетических систем в целом. Такой подход позволяет объединить в единой компьтерной среде функции различных расчетных прикладных программ и информационных систем управления базами данных (БД).
Субъекты электроэнергетики в процессе своей работы осуществляют внешние взаимодействия с другими субъектами, органами власти, проектными и сервисными организациями, происходят внутренние взаимодействия между их отдельными службами. Для решения всего комплекса возникающих задач необходима разработка качественно нового программного обеспечения взамен существующего узкопрофильного.
Программное обеспечение служб субъектов энергетики решает очень узкие специальные задачи. Информация зачастую дублируется. Внутренний формат БД не является универсальным для разных программ. Например, службами режимов энергосистем используются БД, содержащие информацию о нагрузках, перетоках мощности, потерях мощности и электроэнергии, параметрах нормального режима, схемах замещения сетей 6-500 кВ, переключениях и пр. Для нужд служб релейной защиты и автоматики (РЗА) необходима информация следующего плана: карты уставок РЗА, параметры схем замещения сетей, расчеты токов короткого замыкания, информация для определения мест повреждения на линиях и т.п. Службе подстанций требуется обеспечить хранение и обработку данных по результатам ремонтов и проверок силового оборудования, хроматографического анализа энергетических масел и т.д. Таким образом, получение достаточно полной и достоверной информации о состоянии системы в целом, её элементов и частей оборудования требует значительных временных и трудовых затрат для обобщения.
Как показывает опыт, единой точкой привязки для всех БД может служить однолинейная схема электрической сети. Информацию, необходимую для решения задач трех указанных выше служб, можно объединить на основе однолинейной схемы электрической сети и тем самым исключить дублирование информации. Например, расчет перетоков мощности и оптимизации потерь электроэнергии в сетях, производимый группой режимов диспетчерских служб, и расчет токов короткого замыкания для выбора уставок релейной защиты, производимый релейной службой, можно проводить, используя информацию из одной БД, содержащей топологию и электрические параметры сети, рациональное согласование сроков проверки релейной защиты и вывода в ремонт основного силового оборудования, при наличии общей БД по ремонту оборудования [4]. Таким образом, программный комплекс может выполнять как информационно-учетные, так и расчетные задачи, сокращая время выполнения необходимых расчетов. Еще одно бесспорное достоинство рассматриваемой концепции заключается в выполнении комплексом функции графического редактора. Возможность использования нескольких графических библиотек для упрощения рисования различных технологических схем сочетается с возможностью обработки информации из БД.
Основные элементы предлагаемого комплекса разработаны и опробованы на практике в программно-вычислительном комплексе AVE98 [1, 2]. Сформирована структура и создана БД, позволяющая сохранить информацию, отображаемую в графической части, параметры сети и электрические параметры режима. Возможно построение информационной системы, где каждому графическому изображению электрического элемента на схеме можно поставить в соответствие комплекс информационных объектов, хранящих данные различного характера и назначения. Для пользователя предусмотрены необходимые и удобные формы работы с данными, например, выбор нужного объекта
БД, поиск информации, редактирование и ввод, дополнение БД, вывод необходимой информации и т.п.
Программное обеспечение для управления БД функционально делится на несколько блоков. Главная и объединяющая часть комплекса представляет собой специализированный графический редактор. Графический редактор выполняет следующие функции: рисование однолинейной схемы сети, создание расчетной модели, задание режима сети (включение, отключение коммутационных аппаратов, ввод задающих токов источников), ввод параметров элементов и заполнение базы данных, контроль правильности начертания схемы и отображение результатов расчета. Исходная электрическая сеть изображается с помощью готовых графических образов (примитивов) элементов сети при помощи клавиатуры или мыши. Графические образы элементов сети компонуются в библиотеки, которые пользователь может дополнять необходимыми новыми элементами.
Графические элементы сети изображаются на координатной сетке с фиксированным шагом. Они располагаются на сетке в четырёх направлениях: вверх, вниз, влево и вправо. Причём курсор автоматически переносится в конец нарисованного элемента.
Графическое отображение информации значительно облегчает работу с моделью сети, упрощает поиск и исправление возможных ошибок при создании расчетной схемы (рис. 1).
Рис. 1. Ввод графической части расчётной схемы
Число графических элементов расчётной схемы ограничено только оперативной памятью компьютера. Для рисования электрической сети 35-500 кВ, расположенной на территории Чувашской Республики требуется порядка 9500 элементов, причем более половины из них представляют собой комментарии: названия подстанций, линий, трансформаторов и т.п.
Каждый элемент электрической схемы, отображаемый на дисплее, имеет поля данных с информацией следующего содержания: ссылки на БД с графической информацией для его изображения на электрической схеме, БД примитивов сети; способ построения схемы замещения, сведения об устройствах, функционально связанных с данным элементом. Например, карты установки
схемы панелей РЗА, протоко-
б
Рис. 2. Структурная схема комплекса: а - представление информации на экране; принцип построения «универсальной» БД
устройств релейной защиты, карты уставок РЗА лы высоковольтных испытаний и т.д.
Все ссылки на БД строятся в виде дерева. Например, изображенный на графической схеме трансформатор содержит ссылку на БД с расчетными электрическими параметрами, к которым относятся комплексные сопротивления схемы замещения, коэффициенты трансформации, группа соединения обмоток, а также на БД со схемой его РЗА и схемой охлаждения 0,4 кВ, результатами высоковольтных испытаний, отбора проб масла, бланков переключений и т.п. Узлы этого дерева представлены классами, содержащими БД по решаемой задаче, операции работы с данными: чтение, запись, корректировка,
удаление, представление информации на экране, передача информации вышестоящему узлу-«предку», кроме того, узлы дерева содержат матрицу ссылок на классы-«потомки». Структура построения БД программно-вычислительным комплексом показана на рис. 2.
К настоящему моменту написан и отлажен модуль полиморфного графического редактора для создания различных схем и расчетный модуль аварийных режимов для однократной продольной и поперечной несимметрии, анализируемых методом симметричных составляющих.
Данный программный комплекс может быть использован для паспортизации оборудования, расчетов токов короткого замыкания, уставок релейной защиты, оптимизации режимов работы энергосистем, выбора электрического оборудования, а также как учебное пособие для обучения студентов и инженерного персонала.
Программный комплекс необходим для служб ПТО, РЗА, диспетчерского управления энергосистем, электрических станций, проектных организаций, а также энергетических факультетов вузов.
Литература
1. Борданов С.А. Применение информационно-расчетного программного комплекса в производственных службах энергосистем // Приоритетные научно-технические проблемы региона: сб. науч. тр. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1999. С. 131-135.
2. Борданов С.А, Ермолаева Н.М., Щедрин В.А. Комплекс программ с графическим интерфейсом для расчёта электрических величин в электроэнергетических системах // Труды Академии электротехнических наук Чувашской Республики. 1999. № 4. С. 59-65.
3. Постановление Правительства РФ от 17.10.2009 г. N° 823 «О схемах и программах перспективного развития электроэнергетики».
4. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1964. 704 с.
5. Федеральный закон РФ от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
БОРДАНОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - соискатель учёной степени кандидата технических наук, кафедра электроснабжения промышленных предприятий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (rodo@bk.ru).
BORDANOV SERGEI ALEXANDROVICH - competitor of scientific degree of Technical Sciences candidate, Electric Power Industry Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
УДК 621.313.333.2
Е.И. ВИЗГИНА
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
Ключевые слова: асинхронный двигатель, переменные параметры, определение параметров.
Даны математическое описание асинхронного двигателя и его модель, параметры которой зависят от частоты протекающего тока. Приведена блок-схема программы вычисления параметров электродвигателя исходя из его паспортных данных.
E.I. VIZGINA
MATH MODEL OF HIGH-VOLTAGE ASYNCHRONOUS MOTOR Key words: asynchronous motor, variable parameters, determination of parameters.
In this article math description of asynchronous motor and its model are given. The parameters of this model depend on frequency of current. Also shows a block diagram of the program calculated the parameters of the motor on the basis of its datasheet.
При моделировании переходных процессов в частотно-регулируемом электроприводе важнейшим элементом является модель электродвигателя. Как правило, заводы-изготовители электродвигателей не указывают в эксплуатационной документации электрических параметров и обмоточных данных, которые необходимы исследователям режимов работы этих двигателей с помощью математического моделирования. В связи с этим представляет интерес расчет этих параметров на основе известных паспортных данных или их обобщенных значений в относительных единицах.
В среде MatLab (пакет Simulink) модель асинхронного двигателя можно получить двумя способами: используя готовый блок из библиотеки MatLab или составив его самостоятельно. Особенностью готового блока является то, что данный элемент построен на основе упрощенной схемы замещения с постоянными параметрами. При самостоятельном составлении блока асинхронной машины
можно использовать уравнения обобщенной двухфазной машины, в которые можно заложить зависимость параметров (активных и индуктивных сопротивлений) от частоты протекающего по ним тока. Таким образом, в модели асинхронного двигателя можно учесть явление вытеснения тока.
Принципиальная схема трехфазной асинхронной машины показана на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема трехфазной асинхронной машины
