Развитие производства, сферы обслуживания, улучшение условий проживания населения предопределяет повышение требований к качеству электроснабжения и, как следствие, к качеству распределения и регулирования электроэнергии. Одним из способов повышения эффективности распределения и регулирования электрической энергии (ЭЭ) является совершенствование структуры АСУ энергоресурсами. Это в полной мере относится к центрам питания электрических сетей, которые занимают ключевое место в процессах передачи и распределения ЭЭ.
Действующая в области электроэнергетики нормативно-правовая база предъявляет жесткие требования к качеству поставляемой потребителям электрической энергии. К таким нормативным документам относятся: Гражданский кодекс РФ, Федеральный закон РФ об электроэнергетике (статья 38), ГОСТ 13109 - 97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [3].
Одним из основных показателей качества ЭЭ является отклонение напряжения от номинального значения, поскольку наиболее экономично и надежно потребители работают при определенном оптимальном значении напряжения. Наиболее эффективно регулировать напряжением можно используя автоматические регуляторы. Кроме того, Положение о технической политике в электросетевом комплексе обязывает при выборе средств регулирования напряжения на подстанциях 35-220 кВ устанавливать трансформаторы с устройствами регулирования напряжения, предназначенными для работы в автоматическом режиме [1].
На сегодняшний день значительная часть энергосистем России (около 37 %) имеет низкий уровень оснащенности (ниже 22 %) устройствами автоматического регулирования напряжения (АРН), что не позволяет обеспечивать поддержание напряжения в диапазонах, необходимых для нормальной работы приемников ЭЭ [4].
В условиях недостаточного финансирования технического перевооружения сетей средствами АРН существенно минимизировать затраты на проектирование, установку и эксплуатацию систем централизованного автоматизированного регулирования напряжения можно, используя каналообразующую аппаратуру, аппаратные средства, программное обеспечение совместно с другими вновь устанавливаемыми автоматизированными комплексами для центров питания электрических сетей. Одной из таких систем является распространенная автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ). Наряду с этим, одним из базовых принципов (согласно Положению о технической политике в распределительном электросетевом комплексе) является автоматизация электрических сетей, реализуемая на принципах единой платформы интеграции и единой информационной среды. В этой связи особую актуальность приобрели вопросы создания эффективных методов обеспечения совместимости и интеграции АСУ энергоресурсами в центрах питания.
В России внедрение интегрированных АСУ в центрах питания особенно актуально в связи с предстоящей заменой в ближайшее время изношенного устаревшего оборудования. «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» определяет инновационные программы в ЭЭС, в частности, по внедрению микропроцессорных систем релейной защиты и автоматики (РЗА), оптико-волоконных систем связи, средств учета и др. «Стратегией развития Единой национальной электрической сети на десятилетний период» ввиду недостаточности уровня развития АС обосновывается техническое перевооружение электрических сетей и ставятся стратегические цели уже в ближайшее время создать и внедрить новые технологии оборудования ПС: полностью автоматизированные ПС, интеллектуальные устройства, обеспечить применение микропроцессорных АСУ, защиты, передачи информации, связи и т.д.
Одним из важных стратегических направлений развития ЭЭС является исследование, разработка и внедрение интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ), включающих в себя в виде подсистем созданные ранее раздельно функционирующие АС. Получаемые таким образом сложные ИАСУ нуждаются в эффективном управлении по временным, конфигурационным, эксплуатационным параметрам.
Анализ функциональных возможностей, архитектур и принципов построения современных автоматизированных систем для центров питания (АИИС КУЭ и АРН трансформаторов) показал, что интеграция подобных систем возможна.
В современных условиях регулирование напряжения целесообразно выполнять на основе микропроцессорного устройства автоматического регулирования напряжения [2], например МАРТ 2 .
В этой связи особую актуальность приобрели вопросы создания эффективных методов обеспечения совместимости и интеграции АСУ энергоресурсами в центрах питания. Эта проблема на сегодняшний день недостаточно изучена и требует научного обоснования.
Разработанный метод интеграции АСУ предполагает объединение разнородных функций (учета ЭЭ, регулирования напряжения, контроля показателей качества электроэнергии) в аппаратных и программных средствах с использованием единых протоколов обмена и каналов связи; оценки эффекта, получаемого в результате совместного и согласованного функционирования АС, а также затрат на обеспечение их совместимости и взаимодействия.
В основу метода положены принципы:
- Системности. ИАСУ образует открытую динамическую систему и отвечает системным требованиям целостности, структурированности и целенаправленности;
- Иерархичности. Уровни иерархии АСУ определяются уровнями разделения процессов управления. Установление рациональных способов организации взаимосвязи и взаимодействия частей одного иерархического уровня и различных уровней;
- Единства технологической информации. Результаты мониторинга состояния технологических установок служат базой как для решения технико-экономических задач управления производственным циклом в целом, так и для решения задач технологического управления (параметрическая оптимизация процессов регулирования, расчеты балансов ЭЭ и технико-экономических показателей работы установок и т. д.);
- Увеличения эффективности ИАСУ. Увеличение по сравнению с суммарной эффективностью автономно функционирующих АС.
Для соблюдения принципов необходимо обеспечить совместимость средств технического, программного, информационного обеспечения ИАСУ. Суть метода обеспечения совместимости и интеграции АСУЭ изложена в таблице 1.
Таблица 1 - Метод обеспечения совместимости и интеграции АСУ энергоресурсами
|
П |
Интеграция АСУЭ |
Характеристика интеграции |
Последовательность действий для решения задач интеграции |
|
I
|
Функциональная интеграция |
а) Обеспечение единства локальных целей функционирования. |
Определение цели функционирования ИАСУЭ: повышение эффективности распределения и регулирования ЭЭ за счет оптимизации режимов работы электрических сетей и достоверизации измерений. |
|
б) Разработка общей функциональной структуры всей системы, декомпозиции системы на компоненты. |
Разработка иерархической структуры для автоматизации электроэнергетической системы с учетом числа ЦП, наличия обслуживающего персонала, каналообразующей аппаратуры. Выделение в структуре двух подсистем: АРН и учета ЭЭ. |
||
|
в) Установление для каждого компонента: критерия эффективности, модели функционирования, процедуры обработки данных, функциональных и информационных связей между компонентами. |
Определение критерия эффективности: для подсистемы АРН – оптимальный уровень рабочего напряжения сети; для учета ЭЭ – достоверность измерений. Выбор вида каналов связи и коммуникационных сетей. Согласование функций и критериев эффективности всех компонентов. |
||
|
Продолжение таблицы 1 |
|||
|
II |
Информационн-ая интеграция |
Создание единого подхода к сбору, представлению, хранению и использованию информации об объекте управления напряжением на всех уровнях иерархической системы управления. |
Разработка системы эффективной организации и ведения центральной базы данных. База данных (БД) объединяет учет двух подсистем: АРН и учета ЭЭ. Обеспечение взаимосвязанной циркуляции информации между компонентами системы. |
|
III |
Программная интеграция |
Обеспечение совместного функционирования программных средств, используемых для решения задач управления и мониторинга энергоресурсов. |
Разработка программы для работы АРМ: а) модуль программы автоматизации АРН; б) модуль мониторинга ПКЭ и электропотребления. |
|
IV |
Техническая интеграция |
Объединение средств ВТ, средств низовой автоматизации и локальных сетей ЭВМ, позволяющее проводить автоматическую реализацию всех направлений интеграции при распределенной обработке информации. |
Объединение каналов связи, коммуникационной сети двух подсистем. Использование единых протоколов обмена. Разработка программного средства, основанного на идентификации и адаптации имитационной модели системы регулирования напряжения к ее оригиналу с последующим определением оптимальных настроечных параметров регулятора. |
|
V |
Экспе-рименталь-ная оценка эффектив-ности метода по общим критериям |
Определение эффекта, получаемого в результате совместного и согласованного функционирования автоматизированных систем, а также затрат на обеспечение их совместимости и взаимодействия. |
На этапе проектирования интеграции определение экономической эффективности в расчете на одну подстанцию. По результатам интеграции сравнение основных параметров распределения и регулирования ЭЭ энергетической системы за аналогичный период предыдущего года: потери ЭЭ (с учетом отпуска в сеть), потери мощности, недоотпуск ЭЭ. |
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Обоснована возможность интеграции автоматизированных систем учета и регулирования энергоресурсов в центрах питания электрических сетей с целью централизованного регулирования напряжения в автоматическом режиме. В основу интеграции положены принципы объединения разнородных функций в аппаратных и программных средствах с использованием единых протоколов обмена и каналов связи.
2. Разработан метод обеспечения совместимости и интеграции АСУ энергоресурсами преимущественно для центров питания 35-110 кВ. Метод основан на функциональной, информационной, программной и технической интеграции за счет объединения разнородных функций (учета ЭЭ, регулирования напряжения, контроля ПКЭ) в аппаратных и программных средствах с использованием единых протоколов обмена и каналов связи.
3. Найдено структурное решение интегрированной автоматизированной системы управления энергоресурсами на основе системы эффективной организации и ведения баз данных АСУЭ.
4. В результате создания ИАСУЭ достигнут синергетический эффект. Эффект обусловлен достижением целей, каждая из которых не может быть достигнута за счет локального использования рассматриваемых отдельно автоматизированных систем. Доказана экономическая эффективность предложенного метода.
Литература
1. Гусаров, В.А. Автоматизация централизованного регулирования напряжения с использованием интегрированной АСУ энергоресурсами / В.А. Гусаров // Научно-технические ведомости СПбГПУ.
2. Гусаров, В.А. Управление потерями электроэнергии в центрах питания на основе учета интегрированной автоматизированной системы для контроля, учета и управления энергоресурсами / В.А. Гусаров, Н.З. Султанов. - Сб. матер. третьей научно-технической конференции «Разработки молодых специалистов в области электроэнергетики 2008». / г. Москва : ОАО «НТЦ электроэнергетики», 2008. – С. 154-157.
3. Насыров, Р.Р. О целесообразности централизованного регулирования напряжения в распределительных сетях / Р.Р. Насыров, А.А. - Скорощинский, В.Н. Тульский Сб. матер. третьей научно-технической конференции «Разработки молодых специалистов в области электроэнергетики 2008». / г. Москва: ОАО «НТЦ электроэнергетики», 2008. – С. 76-79.
4. Никифорова, В.Н. Оценка уровня подготовленности акционерных обществ энергетики РАО “ЕЭС РОССИИ” к сертификации электрической энергии / Никифорова В.Н., Бело С.Б., Пашковский Ю.М., Суднова В.В. // Вестник Госэнергонадзора 2/2000.
