Введение к работе
Актуальность темы
Электрическая энергия от подстанций к потребителям передается преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ВЛ), которые являются важнейшим объектом в системе регионального энергоснабжения, а задача эффективного контроля состояния ВЛ - важнейшей задачей в обеспечении бесперебойного снабжения потребителей электроэнергией.
Как объект контроля и управления, ВЛ характеризуются существенной территориальной распределенностью, подверженностью природно-климатическим воздействиям, и прежде всего, гололедной нагрузке, потенциальной опасностью (с катастрофическими последствиями возникающих аварий) и широким диапазоном динамики негативных и управляющих процессов.
Все это требует дальнейшего совершенствования систем оперативного автоматизированного диспетчерского управления (ОАДУ) ВЛ, а также соответствующего программно-аппаратного и информационного обеспечения.
С использованием современных технологий лазерного сканирования, позволивших существенно повысить информативность авиационных измерительных комплексов, практически решена проблема информационного обеспечения процессов стратегического управления ВЛ. При этом задача информационного обеспечения ОАДУ ВЛ до настоящего времени не получила удовлетворительного решения1. Действующая нормативная система информационного обеспечения ОАДУ ВЛ не эффективна. Реализуемые здесь телеметрические системы измерения параметров ВЛ с помощью датчиков, устанавливаемых непосредственно на линии СМТП2, АИСКГН3 и др., дороги и требуют весьма большого объема работ по реконструкции существующих ВЛ. Системы измерения интегральных параметров линии с помощью устройств, устанавливаемых на ее концах, менее дороги, но и недостаточно информативны.
В соответствии с территориально-распределенным характером ВЛ целесообразным является применение дистанционных методов оперативного контроля, не требующих реконструкции самих линий. Однако высокоинформативные системы лазерного сканирования оказываются мало пригодными из-за больших массо-габаритных характеристик и высокого энергопотребления, а используемые пассивные системы наблюдения не позволяют измерять наиболее важные для оперативного управления геометрические параметры ВЛ, зависящие от токовых нагрузок и природно-климатических воздействий.
Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью дальнейшего совершенствования программно-аппаратного и информационного обеспечения процессов оперативного контроля и управления состоя-
В соответствии с действующими нормативными документами оперативный контроль осуществляете» оперативно-выездными бригадами и бригадами службы линий. В критических ситуациях организуетсі круглосуточное дежурство оперативно-ремонтного персонала на опасных участках линий. Контроль параметров ВЛ - визуальный и оптико-визуальный. Передача информации диспетчеру осуществляется с помощью имеющихся средств связи.
СМТП - система мониторинга температуры проводов.
АИСКГН - автоматизированная информационная система контроля гололедной нагрузки.
ниєм ВЛ в составе электротехнического комплекса регионального электроснабжения на основе разработки высокоэффективных средств дистанционного измерения геометрических параметров ВЛ, подверженных токовым нагрузкам и природно-климатическим воздействиям, по двумерным изображениям, получаемым с использованием пассивных приборов видеонаблюдения.
Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления НОУ ВПО «Международный институт компьютерных технологий» «Программно-аппаратные средства автоматизированных информационно-управляющих систем контроля и регулирования параметров энергетических коммуникаций и электрических сетей».
Цели и задачи исследования
Целью диссертационной работы является разработка программно-аппаратного обеспечения систем высокоточного контроля габаритов и стрел провеса проводов (тросов) по двумерным изображениям ВЛ, повышающих качество и эффективность оперативного диспетчерского управления состоянием ВЛ в системе регионального энергоснабжения.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
- системный анализ целей, задач программно-аппаратного и информаци
онного обеспечения оперативного управления состоянием ВЛ, а также потен
циально опасных процессов и соответствующих управляющих воздействий
в системе регионального энергоснабжения;
разработка структуры электротехнического комплекса оперативного управления состоянием ВЛ в системе регионального электроснабжения на основе информационно-измерительного комплекса контроля и принятия решений и исполнительных средств с электроприводами переключателей подготовки плавки гололеда и подтяжки проводов;
разработка средств программно-аппаратного обеспечения систем высокоточного контроля геометрических параметров ВЛ по изображениям с априори заданной точностью измерения;
разработка структуры программно-аппаратного комплекса высокоточного контроля параметров ВЛ в условиях оперативного управления состоянием линий электропередачи;
разработка алгоритмического и программного обеспечения системы автоматического высокоточного измерения (ВТИ) габаритов и стрел провеса проводов и грозозащитных тросов ВЛ;
разработка алгоритма управления провесом проводов ВЛ на базе программно-аппаратного комплекса высокоточного контроля состояния объекта управления;
разработка альтернативных вариантов аппаратной реализации системы автоматического ВТИ в рамках ОАДУ и проведение экспериментальных исследований по анализу информационных возможностей в условиях измерения габаритов и стрел провеса проводов ВЛ.
Объект исследования: воздушные линии электропередачи, как функ-
циональный элемент электротехнического комплекса регионального электроснабжения.
Предмет исследования: средства программно-аппаратного обеспечения систем оперативного автоматизированного диспетчерского управления ВЛ.
Методы исследования
В ходе диссертационного исследования использованы методы теории проектирования программно-аппаратных средств оперативного управления региональными системами энергоснабжения, оптимального обнаружения и оценки параметров сигналов, методы фотограмметрии, линейной алгебры, аналитической геометрии, математического анализа и цифровой обработки изображений.
Научная новизна
В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
- предложена структура электротехнического комплекса оперативного
управления состоянием ВЛ в системе регионального электроснабжения, отли
чающаяся включением программно-аппаратных средств автоматического высо
коточного измерения габаритов и стрел провеса проводов ВЛ;
разработана структура программно-аппаратного комплекса оперативного контроля состояния ВЛ в системе управления региональным электроснабжением, отличающаяся реализацией средств обработки информативных геометрических параметров в темпе реального времени;
разработаны алгоритмы высокоточного измерения геометрических параметров по изображениям ВЛ, а также получены априорные оценки потенциальной точности измерения стрел провеса проводов ВЛ, отличающиеся учетом технических характеристик фоторегистрирующих приборов и закономерностей провисания проводов по цепной линии;
предложено алгоритмическое и программное обеспечение системы оперативного контроля стрел провеса проводов ВЛ по изображениям, отличающееся возможностью определения элементов внешнего ориентирования оптического прибора в момент съемки;
предложен алгоритм управления провесом проводов ВЛ, отличающийся возможностью реализации интерактивной процедуры оперативного взаимодействия предложенных средств с программно-аппаратным комплексом контроля состояния ВЛ.
Практическая значимость работы
Разработанные алгоритмическое и программное обеспечение пассивных систем ВТИ стрел провеса проводов (тросов) по двумерным изображениям ВЛ, а также обоснованные практические предложения по совершенствованию информационного обеспечения оперативного управления ВЛ являются основой дальнейшего развития возможностей эффективной работы автоматизированных систем диспетчерского управления электротехническим комплексом регионального электроснабжения.
Реализация и внедрение результатов работы
Разработанный программно-аппаратный комплекс внедрён в автоматизированную систему оперативного контроля и управления состоянием ВЛ в Волго-Донском предприятии магистральных энергетических сетей с ожидаемым экономическим эффектом, обусловленным возможностью прогнозирования и предотвращения аварийных ситуаций на ВЛ и повышением пропускной способности региональной системы электроснабжения.
Положения, выносимые на защиту
-
Структура электротехнического комплекса управления состоянием ВЛ и состав информационно-измерительной системы высокоточного контроля состояния воздушных линий электропередачи.
-
Алгоритмы измерения геометрических параметров ВЛ по изображениям и аналитические модели оценки точности измерения параметров объектов по изображениям.
-
Алгоритмическое и программное обеспечение процессов оперативного контроля воздушных линий электропередачи в системе управления региональным электроснабжением.
Апробация результатов работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в связи, вычислительной технике и энергетике» (Воронеж, 2010), на IX Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010), на XII Международной научно-технической конференции «Кибернетика и высокие технологии 21 века» (Воронеж, 2011), а также на научных семинарах кафедры энергетики Международного института компьютерных технологий (2009-2011 г.г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 7 -в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1]-предложения по созданию территориально-распределенной информационной системы (ТРИС) контроля ВЛ, предложения по составу ТРИС, оценка ее эффективности; [2] - вывод общих выражений оценки точности измерения параметров объектов по изображениям с учетом ОПФ приборов; [3] - выражения для оценки точности измерения стрелы провеса провода по изображению ВЛ; [6] - оценка точности определения положения наблюдателя по полученному им снимку объекта; [7] - алгоритм дистанционного измерения стрел провеса проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи; [8] - сравнительная оценка точности традиционного и предлагаемого нового способов механического расчета проводов и тросов воздушных линий электропередачи; [9]- предложен новый алгоритм определения величины провеса проводов и тросов с использованием оптического изображения; [10]- аналитические выражения для оценки точности измерения параметров линейно-протяженных
объектов, [11] - внедрены теоретические и практические результаты работы.
Структура и объем работы
