Содержание к диссертации
Введение
1 Информационное обеспечение задач мониторинга и проектирования электроэнергетических систем 15
1.1 Анализ состояния систем энергоснабжения города с учетом обеспечения требований к надежности электроснабжения потребителей -
1.2 Анализ информационной среды электросетевого предприятия 19
1.3 Постановка задачи мониторинга 24
1.4 Выводы 31
2 Разработка комплексной структуры информации об электрической сети 32
2.1 Принципы организации информации 33
2.2 Основные определения и задачи формирования структурной организации данных о сети 37
2.3 Многоуровневый подход 43
2.4 Определение структуры хранения информации о сети 48
2.5 Объекты и их классы в информационной структуре сети 56
2.6 Атрибуты и структура реестра объектов ЭС 58
2.7 Выводы 66
3 Разработка принципов мониторинга на основе графоаналитического метода 67
3.1 Операции преобразования исходного графа ЭС -
3.1.1 Формирование схемы ПС 68
3.1.2 Формирование схемы ЭЭС 69
3.1.3 Формирование массива данных телеметрии 72
3.2 Оценка режимов и параметров работы ЭС 75
3.2.1 Определение числа групп связности графа ЭС -
3.2.2 Определение резерва мощности 78
3.2.3 Определение нагрузочной способности силовых трансформаторов 79
3.2.4 Расчет распределения потоков в радиальной ЭС 85
3.2.5 Задача о максимальном потоке в сложнозамкнутой электрической сети 92
3.3 Оценка износа силовых трансформаторов 94
3.4 Выводы 100
4 Программная реализация и опытно-промышленные расчеты 102
4.1 Описание ПК Most -
4.1.1 Общие сведения и назначение -
4.1.2 Основные возможности 105
4.1.3 Выполнение электроэнергетических расчетов 107
4.2 Оценка режима работы и износа изоляции силовых трансформаторов 109
4.2.1 Расчет теплового режима трансформатора 111
4.2.2 Определение резерва мощности трансформатора 112
4.2.3 Доступ к данным ОИК 113
4.2.4 Учет температуры окружающей среды 115
4.2.5 Определение износа изоляции и остаточного срока службы силового трансформатора 116
4.3 Оценка состояния электрооборудования и определение режима работы сети 6(10) - 0,4 кВ 118
4.3.1 Расчет сетей до 1 кВ -
4.3.2 Определение резерва мощности ТП/РП на основе суммарных расчетных нагрузок потребителей 126
4.3.3 Генерация схем распределительные сети 6 - 10 кВ районов ЭС 132
4.4 Выводы 134
Заключение 136
Библиографический список
- Анализ состояния систем энергоснабжения города с учетом обеспечения требований к надежности электроснабжения потребителей
- Операции преобразования исходного графа ЭС
- Оценка режима работы и износа изоляции силовых трансформаторов
- Оценка состояния электрооборудования и определение режима работы сети 6(10) - 0,4 кВ
Введение к работе
Назначением систем электроснабжения городов является обеспечение электроэнергией всех технологических процессов коммунально-бытовых, промышленных, транспортных и других потребителей, расположенных на их территориях. В зависимости от размера города для питания потребителей должна предусматриваться соответствующая система электроснабжения. Для крупных городов, имеющих современные и рационально выполненные электрические сети (ЭС), характерно комплексное использование различных классов напряжения. Такая система электроснабжения включает в себя сети 35 - 110 кВ, связанные с сетями 220 - 500 кВ энергосистемы. Для электроснабжения основной массы потребителей используются распределительная сеть (PC) 6-10 кВ и сеть общего пользования 0,4 кВ.
Деятельность современного электроснабжающего городского предприятия базируется на информационных системах, с помощью которых производится решение следующих задач: оперативное и диспетчерское управление системами электроснабжения; выполнение оценки перспективного развития сетей и систем (определение резерва мощности, рассмотрение заявок на подключение новых потребителей или изменение установленной мощности подключенных, обслуживание и ремонт электрооборудования); все виды анализа процессов функционирования предприятия (ведение договоров, управление человеческими, финансовыми и материальными ресурсами и т.д.). Данные системы предназначены для поддержания качественного и гарантированного электроснабжения потребителей.
Актуальность темы. Наиболее острыми проблемами в настоящее время являются задачи оценки технического состояния электрооборудования и мониторинга сети передачи и распределения электроэнергии. Это обусловлено, во-первых, текущим высоким уровнем износа сетей и оборудования по продолжительности срока службы, во-вторых, отсутствием простых и однозначных критериев определения окончания срока службы для различных видов электрооборудования и, в-третьих, наметившимися тенденциями к росту нагрузок электропотребления.
На сегодняшний день общий уровень изношенности электрооборудования, по данным Екатеринбургской электросетевой компании (ЕЭСК), составляет более 60% [31]. Кроме того, около 50% подстанций (ПС) были построены более 30 лет назад. На самом деле приведенные данные не являются объективными и технически обоснованными, так как формируются на основе нормативного срока службы электрооборудования и не учитывают особенности фактических режимов работы. В таких условиях с учетом длительности инвестиционного цикла в электроэнергетике привлекательность предприятий отрасли практически снизилась до нуля. При существующем положении энергетике грозит снижение надежности, безопасности и эффективности.
Для успешного решения задач обеспечения качественного электроснабжения необходим инструментарий комплексного мониторинга городских электрических сетей и оценки технического состояния электрооборудования. Как в отечественной, так и в зарубежной практике имеются лишь несистематизированные попытки разрешить отдельные аспекты данных задач. В связи с этим появляется необходимость создания адекватной модели электрической сети (МЭС), на основе которой возможна реализация эффективных методов анализа технического состояния. Фактически речь идет о создании инструментария, основанного на имитационной модели сети электроснабжения.
Кроме того, текущая ситуация в городских распределительных сетях характеризуется отсутствием достоверной информации (данных контроля и учета электроэнергии, режимных показателей сети и т.д.), необходимой для анализа состояния электрооборудования, поэтому правильная оценка технического состояния электрооборудования затруднительна.
Поставленные задачи могут быть однозначно решены при рассмотрении объекта исследования (электрооборудования) в комплексной взаимосвязи с функционирующей системой передачи и распределения электроэнергии. Необходима разработка информационного обеспечения, оперирующего данными телеметрических измерений, системных замеров, расчетных характеристик нагрузки и режимов работы оборудования электроэнергетической системы.
В работе сформулирована концепция системы, позволяющая производить комплексную оценку технического состояния электрооборудования с точки зрения его топологической связности, а также полноты и достоверности исходной информации. На основе предложенной теории разработан программный комплекс, отвечающий принципам графового объектно-ориентированного подхода к мониторингу электрооборудования.
Целью является разработка концепции автоматизированного мониторинга параметров системы электроснабжения мегаполиса. Система должна обеспечить следующее: во-первых, повышение точности, достоверности и оперативности оценки текущего состояния электрооборудования и режима его работы; во-вторых, проведение анализа распределения электроэнергии в целях минимизации потерь и формирования рекомендаций по определению режимов работы оборудования сети; в-третьих, выполнение оценки влияния вероятных отказов электрооборудования на работу системы распределения электроэнергии; в-четвертых, выявление «узких мест» электрической сети на стадии рассмотрения заявок на подключение новых потребителей и вывода силового оборудования в ремонт. Решение данного блока задач предназначено для определения путей повышения надежности питания потребителей электроэнергии.
В настоящей работе объектом исследования являются системы передачи, распределения и потребления электроэнергии на примере города Екатеринбурга. На основе разработанной графовой объектно-ориентированной структуры задания электрической сети рассматриваются следующие вопросы мониторинга: топология ЭС, режимы работы, нагрузочные характеристики электрооборудования и сети в целом. Работоспособность оборудования сети (техническое состояние) определяется процессами передачи и распределения электроэнергии и рассматривается в комплексной взаимосвязи.
Мониторинг производится на базе графа сети с использованием специально разработанных и адаптированных алгоритмов топологического анализа. Оценка потокораспределения основывается на статистических данных загрузки оборудования и нагрузочных характеристиках потребителей по заданным схемам электроэнергетической системы (ЭЭС).
Научная новизна определяется следующими результатами исследований:
• Сформулирована концепция гибкой универсальной технологии информационного обеспечения для решения задач качественного электроснабжения потребителей.
• Разработана объектно-ориентированная структура хранения информации о сети, используемая для построения многоуровневого топологического пространства на основе графа.
• Предложены принципы доступа к данным объектов электрической сети и динамического формирования их внутренних структур.
• Произведена адаптация разработанной системы мониторинга к методам анализа режимов ЭЭС и проверки технического состояния электрооборудования (оценка нагрузочной способности трансформаторов, определение суммарных расчетных нагрузок потребителей, проверка кабелей на допустимость работы по термической стойкости и нагрузочной способности и т.д.).
• Разработан инструментарий визуального ввода топологической и нормативно-справочной информации о структуре электрической сети и ее составных элементов.
• Предложен комплексный многоуровневый подход к задаче мониторинга работоспособности электрооборудования в системе передачи и распределения электроэнергии. Практическая ценность работы. Разработанные алгоритмы и программы представляют интерес как для эксплуатационных организаций при анализе текущего состояния распределительных сетей и оценке перспективы развития, так и для проектных организаций при решении вопросов развитіш районов электрических сетей, реконструкций подстанций и т.д. Внедрение результатов, представленных в диссертационной работе, осуществлено в ряде проектов, выполненных за последние четыре года при непосредственном участии автора.
Реализована и внедрена в информационную среду Екатеринбургской электросетевой компании система оценки состояния и технически обоснованных режимов загрузки силовых трансформаторов, находящихся на балансе предприятия. Программа разработана для службы перспективного развития. Система используется для определения резерва мощности и термического износа изоляции силовых трансформаторов на основе данных телеметрии. Специальная версия программы применяется на кафедре «Автоматизированные электрические системы» УГТУ-УПИ студентами всех форм обучения для курсового и дипломного проектирования при моделировании режимов работы силовых трансформаторов.
На базе модуля оценивания технического состояния электрооборудования сетей 0,4 - 10 кВ был проведен мониторинг сети 0,4 кВ подстанций Октябрьская, Западная и Ясная Екатеринбургской электросетевой компании, обеспечивающей электроснабжение мегаполиса, и выработаны рекомендации по реконструкции и развитию. Программный комплекс (ПК) «most» позволяет автоматизировать расчеты связанные с оценкой технического состояния электрооборудования и, следовательно, снизить затраты на диагностику и проектирование подстанций и электрических систем в целом.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научно-практической конференции «Энергоснабжающие техника и технологии», Екатеринбург, 2003; научно-практической конференции «Проблемы и достижения в промышленной энергетике», Екатеринбург, 2003.; научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережения, транспорт», Тобольск, 2004; II Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество», Екатеринбург, 2004; региональном семинаре ОДУ Урала и кафедры «Автоматизированные электрические системы», Екатеринбург, 2005; 8-й региональной научно-практической конференции «Энергосберегающая техника и технологии», Екатеринбург, 2005; научно-практических конференциях с международным участием «Энергетика и электротехника», Екатеринбург, 2005 -2006.
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 17 работах [48-64] (в том числе 6 работ в реферируемых изданиях ВАК). В ГОУ ВПО УГТУ-УПИ зарегистрирован программный продукт - «Оценка состояния и технически обоснованных режимов загрузки силовых трансформаторов».
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит четыре главы, заключение, список литературы, список условных сокращений, глоссарий и приложения. Объем работы составляет 150 страниц основного текста, 38 рисунков, 18 таблиц. Библиография включает 65 наименования.
В первой главе «Информационное обеспечение задач мониторинга и проектирования электроэнергетических систем» представлена характеристика текущей ситуации в распределительных сетях. Рассмотрены используемые инструменты технической оценки состояния электрооборудования. Выполнен анализ достоверности методов диагностики, применяемых в настоящее время. Кроме того, приведено описание существующих информационных комплексов (ИК), установленных в ЕЭСК, и их проверка на наличие и доступность информации для автоматизированного применения в системе мониторинга.
Вторая глава «Разработка комплексной структуры информации об электрической сети» содержит описание принципов организации информации, необходимой для функционирования системы мониторинга. Проведена классификация исходных данных, где весь массив был разбит на три основные группы: справочную, условно-постоянную и временную информацию. Рассмотрены аспекты оптимального хранения и поиска данных электрической сети. Сформированы принципы построения системы мониторинга на основе многоуровневого объектно-ориентированного представления электрической сети. Приведено описание разработанной структурной организации объектов.
В третьей главе «Разработка принципов мониторинга на основе графоаналитического метода» рассмотрены вопросы формирования методической и алгоритмической базы для реализации задач мониторинга. Сформулированы принципы динамического образования комплексных объектов электрической сети с точки зрения многоуровневой организации. Сформированы подходы к анализу технического состояния электрооборудования. Проведена адаптация разработанной концепции к следующим методам расчетов: проверке связности, определению резерва мощности, нахождению режимных характеристик и т.д. Мониторинг режимных параметров осуществляется на основе авторских алгоритмов построения файла преемников и системы моделирования режимов (СМР).
В четвертой главе «Программная реализация и опытно- промышленные расчеты» приведено описание программного комплекса, построенного на базе сформулированной концепции. Программный комплекс (ПК) выполнен на основе графовой многоуровневой структуры представления объектов электрической сети, способных трансформироваться в зависимости от поставленных задач. Реализованные подходы мониторинга основываются на агрегации имеющейся информации, способствующей повышению точности и достоверности итогового результата. В комплексе выполнена программная реализация общепринятых методов анализа кабельных сетей, расчета нагрузочных характеристик и определения резерва мощности. ПК ориентирован на принцип визуального ввода исходных топологических, режимных и нормативно-справочных данных. В ПК реализована возможность накопления информации о состояниях объектов ЭС. При использовании адаптивных свойств системы мониторинга ЭС такие данные позволят в дальнейшем производить коррекцию методов оценки технического состояния оборудования.
В заключении приведены основные результаты, полученные в работе, и сформулированы направления дальнейших исследований.
В приложениях представлены дополнительные материалы, позволяющие легче ориентироваться в некоторых разделах диссертационной работы и способствующие лучшему пониманию ее сути:
1. Классы объектов ЭЭС.
2. Алгоритмы топологического анализа и определения потокораспределения нагрузок в электрической сети.
3. Коэффициенты, учитывающие совмещение максимумов нагрузки различных типов потребителей.
4. Результаты мониторинга сетей 0,4 кВ ПС «Октябрьская» ОАО «ЕЭСК».
5. Реализация алгоритмов формирования объектов на основе внутренних структур с учетом топологической связности и иерархического многоуровневого представления сети.
6. Описание основных функций ПК.
Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные электрические системы» электротехническом факультете Уральского государственного технического университета - УПИ. Она полностью соответствует научному направлению кафедры в области моделирования и управления процессами функционирования сложных электроэнергетических систем.
Настоящая работа была выполнена при постоянной творческой поддержке и опоре на накопленный научный и творческий потенциал коллектива кафедры АЭС.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Бартоломею Петру Ивановичу и научному консультанту к.т.н., доценту Кокину Сергею Евгеньевичу за общее руководство, постоянное внимание и конструктивное содействие. Автор признателен сотрудникам кафедры, а также всем кто взял на себя труд и предоставил свои замечания по содержанию и оформлению работы.
Анализ состояния систем энергоснабжения города с учетом обеспечения требований к надежности электроснабжения потребителей
На сегодняшний день износ сетей по информации, предоставленной ОАО «ЕЭСК», составляет более 50%. По данным исследований существующий парк трансформаторов в РФ включает 40% трансформаторов, отработавших срок более лет. Текущая изношенность оборудования, эксплуатируемого в ЕЭСК, составляет около 30% (31, 32]. Техническое состояние силовых трансформаторов на подстанциях центральной части города Екатеринбурга характеризуется сроком службы, приведенным на диаграмме (рисунок 1.1). срокам эксплуатации трансформаторных и распределительных подстанций (ТП, РП) ЕЭСК. Около 35 % РП и ТП находятся в эксплуатации ЕЭСК свыше 30 лет.
Однако, согласно отчету [16], вероятность отказа трансформаторов, срок службы которых составляет 25 лет, менее 2% (см. рисунки 1.4, 1.5). Замена обмоток таких трансформаторов на новые объективно не всегда оправдана, если их изоляция еще работоспособна. Несмотря на это, отказ изоляции оказывается наиболее вероятной причиной выхода трансформаторов из строя. Поэтому разработка надежных методов и средств, позволяющих правильно оценить техническое состояние изоляции конкретного трансформатора на данный момент и прогнозировать ее работоспособность на будущее время, является актуальной задачей.
В настоящее время, как в отечественной, так и в зарубежной электроэнергетике, такие методики и средства отсутствуют. Имеются лишь несистематизированные попытки решить отдельные аспекты существующих проблем, во-первых, определение температуры наиболее нагретой точки [ннт), во-вторых, оценивание состояния износа изоляции.
В задаче обеспечения качественного и надежного электроснабжения потребителей, кроме работоспособности силовых трансформаторов, немаловажное значение имеет техническое состояние PC. На настоящий момент износ кабельных линий 0,4 кВ ЕЭСК по амортизационным отчислениям составляет около 32% [32]. Данная величина, как правило, не отражает истинного технического состояния сетей и требует дополнительного уточнения и технического обоснования.
Текущее положение усугубляется ежегодным приростом потребления электроэнергии. Увеличение нагрузки по мощности присоединения новых потребителей, начиная с 2000 года, составляет 8% [31] при суммарной мощности ЕЭСК около 920 МВт, что соответствует 78 МВт в год. Под действием возрастающих токовых перегрузок возникают изменения физических и электротехнических свойств изоляции кабеля, что способствует его выходу из строя.
Для формирования заключения о техническом состоянии сети передачи и распределения электроэнергии требуется комплексный анализ на текущий момент и прогнозирование ее свойств на ближайшую перспективу.
Комплекс задач, необходимых для эффективного распределения электроэнергии весьма разнообразен - от определения загрузки фидеров 0,4 кВ до баланса мощности в энергосистеме и прогнозирования нагрузок электропотребления. Для решения данных вопросов нужна точная и достоверная информация: во-первых, о параметрах режима передачи и распределения электроэнергии, во-вторых, о состоянии электрооборудования, и, в-третьих, о топологической связности элементов сети.
Операции преобразования исходного графа ЭС
Деятельность современного электросетевого предприятия должна формироваться в единой информационной среде. В настоящее время в ЕЭСК используется три основных ИК, не объединенных единой структурой: ИК «РаспредСеть», оперативно-измерительный комплекс (ОИК) «Диспетчер» и ОИК «Сбыт». ИК «РаспредСеть» был создан товариществом «Д.А.К.С.» в 1992 году. Назначением данного комплекса является полный перевод информационного обеспечения эксплуатации оборудования в городских электрических сетях на компьютерную технологию. При этом сохраняются неизменная структура управления электрической сетью и содержание сложившегося документооборота.
Главным преимуществом рассмотренного решения является повышение оперативности управления эксплуатацией электросетей и увеличение достоверности хранимой информации. В настоящее время в ЕЭСК используется версия комплекса, которая представляет собой модульную систему производственно-технического управления предприятия электрических сетей. Комплекс предусматривает интеграцию с планово-экономическими, геоинформационными и оперативно-диспетчерскими системами. Однако ИК «РаспредСеть», реализует минимальный набор необходимых функций: паспортизацию оборудования электрических сетей; оперативный учет повреждений; информационное сопровождение ремонтных работ; информационную поддержку планово-профилактических работ; ведение "истории" движения ответственного оборудования с продолжительным сроком эксплуатации; выполнение расчетных процедур (таких, как расчет допустимых токов, токов короткого замыкания и плавких вставок).
Комплекс состоит из следующих модулей: модуль ПС 35 - 500 кВ; модуль ТП-РП; модуль кабельных линий электропередач (ЛЭП); модуль воздушных ЛЭП; модуль Балансовая принадлежность (доступен только системному администратору); перенос данных в модуль AM R/3 (доступен только системному администратору); журнал движения ОС; модуль РЗА; расчет токов КЗ 6 - 10 кВ и конфигуратор сети; расчет токов КЗ 6 - 10 кВ.
Из анализа возможностей ИК «РаспредСеть» можно сделать вывод, что, несмотря на имеющуюся и хранимую в ИК информацию о паспортных данных основных производственных фондов ЕЭСК, автоматизированный доступ к ней ограничен. Кроме того, данные не систематизированы с точки зрения топологической связности объектов ЭС, что затрудняет их автоматизированное использование.
ОИК «Диспетчер» предназначен для отображения оперативной информации диспетчера энергосистемы. Комплекс используется для просмотра мнемосхем, текстовых документов, бланков переключений, картотек, оперативных журналов, ретроспективы событий, графиков переключений. ОИК позволяет осуществить следующее:
Доступ ко всем переключениям объектов телесигнализации (в том числе и ручным) для получения информации о дате и времени выхода ТИТ за уставки, а также возврате их в рабочий диапазон значений.
Просмотр событий в хронологическом порядке по всем объектам контроля. При отборе событий для просмотра существует возможность вводить ограничения, используя фильтр отбора записей.
Доступ к ретроспективе событий по объектам с заданной глубиной и шагом.
Следует отметить, что реализованная в ОИК возможность автоматизированного доступа к данным телеметрии, необходимого для выполнения анализа нагрузочной способности оборудования электрической сети, делает комплекс одной из наиболее значимых информационных составляющих функционирования системы мониторинга ЭС. Недостатком ОИК является то, что мнемосхемы являются лишь графическим изображением и не имеют связи с объектами электрической сети и другими информационными системами. Бланки переключений, оперативные журналы и картотека заполняются произвольно в текстовом виде и не системно, что затрудняет доступ к информации.
ОИК «Быт-сектор» автоматизирует отношения энергоснабжающей организации с физическими лицами в процессе отпуска последним электрической энергии. В данный момент ОИК "Быт-сектор" обслуживает около 350 тысяч абонентов. Главным назначением ОИК «Быт-сектор» является учет поступивших оплат за электроэнергию от населения города. В ОИК "Быт-сектор" имеется вся информация об установленных тарифах за электроэнергию, полагающихся льготах и субсидиях.
Оценка режима работы и износа изоляции силовых трансформаторов
Предложенная форма организации информации и объектная модель позволяют решать практические задачи, связанные с определением нагрузочной способности силового оборудования, токов короткого замыкания, величины потерь, режимов работы ЭЭС и т.д. для сетей различных классов напряжения. Все сети передачи и распределения электроэнергии обладают одним свойством - их удобно представить в виде графов. Располагая этой особенностью, вся ЭЭС, включая схемы электрической системы, силовые ПС, вводные устройства и т.д., представляется в виде единого графа. Каждая часть ЭЭС рассматривается в соответствии с принятыми для данного класса напряжения принципами.
Разработанный ПК ориентирован на решение вопросов, связанных с мониторингом PC. Основой для реализации поставленной задачи стала сформированная система хранения данных сети. За счет гибкой формы представления информации и полносвязной структурной организации сетей появляется возможность трансформировать данные (данные для расчета сетей произвольного класса напряжения) в необходимую форму.
В первую очередь требуется определиться с типологией сетей. Все сети ЭЭС можно разделить на три основных типа: во-первых, высокого и сверх высокого напряжения (110 кВ и выше), во-вторых, распределительные (от 1 кВ до 35 кВ); в-третьих, общего пользования (ниже 1 кВ).
Для каждого из выше перечисленных типов сетей транспорта и распределения электроэнергии используется собственный метод расчета, который определяется технологическими особенностями, связанными с процессами передачей электроэнергии и набором доступной исходной информации. Следовательно, для успешного решения ранее поставленных задач мониторинга потребовалось реализовать комплекс алгоритмов, ориентированных на различные методические решения. В ПК Most выбор как между алгоритмами, так и между формой отображения информации производится автоматически в зависимости от класса исследуемого объекта и предметной области.
Разработанный ПК состоит из шести основных блоков: 1. Ввод и редактирование исходных данных. 2. Расчет PC низкого напряжения до 1 кВ. 3. Мониторинг городских распределительных электрических сетей 6-10 кВ. 4. Определение нагрузочной способности силовых трансформаторов. 5. Доступ к данным ТМ ОИК «Диспетчер». 6. Вывод расчетной информации и экспорт результатов в Microsoft Office Excel.
Наиболее сложным моментом создания ПК явилась реализация формы хранения данных системы электроснабжения. Сформированная концепция предполагает использование информационно-графовой объектной модели представления данных структуры сети. Такая модель была построена на основе традиционного подхода с использованием реляционных баз данных. БД позволяют воспроизвести необходимую структуру как набор взаимосвязанных таблиц. Для реализации проекта была выбрана система управления базами данных Microsoft Access.
Такая БД полностью удовлетворила требованиям, предъявляемым к хранилищу, но возможности реляционной системы управления БД (СУБД) не обеспечивали простоту и наглядность ввода исходных данных. С этой целью этого было разработано программное средство, позволяющее вводить и изменять объектную и топологическую информацию об ЭС.
Как правило, для инженерного персонала сетевых, эксплуатационных и проектных организаций достаточно удобным способом представления информации является схема ЭС. Поэтому в ПК реализован ввод данных электрической сети с помощью графических объектов, играющих первичную роль. Такой принцип ввода на базе визуальных образов потребовал создания графического редактора. Топологическая связность при вводе электрической сети достигается с помощью системы привязок объектов друг к другу. Данная система оценивает уровни напряжения различных элементов. Реализованные алгоритмы проверки связности позволяют исключить некорректный ввод.
Оценка состояния электрооборудования и определение режима работы сети 6(10) - 0,4 кВ
Базой для реализации мониторинга сети до 1 кВ является дерево потокораспределения силовой нагрузки. Нет необходимости рассматривать всю PC в целом. Требуется выделить область сети, которая задействована в процессе передачи и распределения силовой нагрузки. В первую очередь, необходимо определиться с топологией множества электрооборудования рассматриваемого фрагмента электрической сети. Фактически, речь идет о построении дерева потокораспределения. На основе полученного дерева производится вычисление режимных параметров, необходимых для выполнения комплексной оценки состояния силового оборудования и работоспособности ЭС. С этой целью выполняется следующий комплекс расчетов: ? определение суммарных нагрузок потребителей; ? расчет токов коротких замыканий; ? расчет защитной аппаратуры; ? комплексная проверка КЛ.
Реализованный расчет сетей до 1 кВ основан на процедуре нахождения распределения потоков в радиальной ЭС (см. п. 3.2.4). Схема сети задана ненаправленным графом. Такой способ является удобным для анализа топологии, но не для расчета потокораспределения в радиальной электрической сети.
Разработанный метод предполагает построение дерева сети с учетом параметров режима работы. Дерево представляет собой направленный фрагмент графа потокораспределения. Соответственно для реализации данного подхода требуется указать корень дерева потокораспределения, являющегося базовой точкой, и определить направление потокораспределения относительно ее. Необходимо указать направление от корня к потребителю, т.е. от выбранной базовой точки к дочерним вершинам дерева. В ПК реализованы две возможности ввода базовой точки и направления потока. Первый способ состоит в автоматическом выборе в случае, когда это очевидно. Например, для проверки нагрузочной способности силовых трансформаторов понижающей ПС. В таком случае в качестве базовой вершины будет выступать вершина, соответствующая высшему напряжению трансформатора, а направление будет выбрано от стороны высшего напряжения к средней точке трансформатора, т.е. согласно положительному направлению потока мощности. На рисунке 4.4 приведен результат работы ПК по расчету сети 0,4 в нормальном режиме. В качестве базовой точки выступает ввод ВН трансформатора РП-201. Цвет отображает состояние элементов сети в анализируемом режиме. Результаты расчетов и проверок на допустимость работы выносятся на схему сети.
Второй способ заключается в произвольном задании ориентации дерева сети. Пользователю предоставляется возможность выбрать элемент электрической сети, указать направление движения потока, произвести его расчет.
В рамках этой процедуры производится построение дерева сети согласно методике, описанной в п. 3.2.4. Полученное дерево используется в качестве исходной структуры для расчета потокораспределения и режимных показателей.
Определение суммарных нагрузок электропотребления является базовой функцией мониторинга распределительной электрической сети. На основе результатов работы данной процедуры формируются заключения о текущем состоянии элементов ЭС.
ПК мониторинга сети определяет потребителей электроэнергии, запитанных от базисного элемента или от базисной вершины дерева (%„,). На основе файла преемников и массива ветвей выполняется обращение к реестру объектов ЭС и считывание данных потребителей. Для получения суммарной расчетной нагрузки в соответствии с [2], [6] и [8] необходима следующая информация реестра объектов: указатели на тип потребителей (Load.Tip), их расчетные токи (Load.Irasch) и мощности (Load.Prasch). После получения всей требуемой информации ПК производит ранжирование потребителей, участвующих в формировании суммарной нагрузки каждого элемента ЭС, по типам и величинам расчетных мощностей. На основе полученных для всех узлов дерева ЭС значений производится определение коэффициентов участия в максимуме нагрузки и вычисление векторов суммарных нагрузок [Ppac.ni,z и Ірас,узіХ) в соответствии с выражением (3.15). Для определения потокораспределения по ветвям дерева расчетный модуль последовательно выполняет следующие две «-і операции. Во-первых, для каждой вершины [jx x, кроме 1=1 базисной (xbase), выполняется поиск узла х;. =Г"1(х,.)111 и, во-вторых, производится присвоение найденной ветви (хпх.) величины нагрузки, соответствующей узлу (л-,.). Результатом вычисления являются векторы расчетных нагрузок Ррас1 и 1рас.х, соответствующие ветвям дерева ЭС. Такая информация выводится на графическую схему ЭС. Более подробный результат расчета участка сети отображается в специальном отчете.
