Разработка методов и алгоритмов обработки информации и принятия решений в системе управления низковольтной распределительной сетью

Актуальность работы. Высокий темп распространения устройств нелинейной нагрузки — вычислительной техники, бытовой электротехники, энергосберегающих ламп с электронным блоком управления и т. п. — в низковольтных сетях общего назначения, питающих бытовых и мелкомоторных промышленных потребителей, привел к негативным изменениям электромагнитной обстановки и появлению дополнительных потерь электроэнергии (ЭЭ), что выражается в виде ухудшения качества электроэнергии (КЭ). В связи с чем существенно возросло значение эффективности и скорости принятия решений в системе управления энергоснабжающей сетью (ЭС). Учитывая то, что принятие управленческих решений основывается на мониторинге и анализе большого количества разнородной информации, оптимальное управление должно основываться на применении эффективных информационных систем управления.

Необходимым условием безопасной эксплуатации электрооборудования, непосредственно влияющим на экономические показатели потребителей, является соответствие качества потребляемой электроэнергии нормам, установленным ГОСТ 13 109–97 [1]. Отклонение уровня КЭ от установленных норм свидетельствует о наличии в системе электроснабжения (СЭС) помех различного типа.

Непрерывный рост установленной мощности нелинейных, несимметричных и резкопеременных нагрузок поставил перед мировым энергетическим сообществом проблему своевременной коррекции КЭ, в том числе и перед промышленно развитыми странами Западной Европы [3,2]. По оценкам экспертов [2] низкое КЭ обходится промышленности и в целом деловому сообществу Европейского союза около 10 млрд евро в год. Ущерб от нарушения КЭ в России не оценен, однако, исходя из масштаба экономики и известных проблем энергетической отрасли, следует предположить большую цифру.

В настоящий момент имеется широкий спектр приборов учета, работающих в составе автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии (АИИСКУЭ) и регистрирующих значение показателей качества электроэнергии (ПКЭ) по различным классам точности. Однако данная система, а также существующие автоматизированные системы дистанционного мониторинга показателей ЭЭ являются средством сбора данных с удаленных приборов, записи информации в базу данных и формирования отчетов, не осуществляющим анализ полученных данных. Применение рассмотренных систем в условиях распределительной сети масштаба региона или крупного промышленного предприятия, включающих в себя сотни точек контроля, не обеспечит решение трудоемкой задачи анализа поступающей информации в режиме реального времени.

Действующая «Энергетическая стратегия России до 2020 г.» предусматривает повышение эффективности использования всех топливно-энергетических ресурсов. Решение данной задачи на уровне электроснабжающей организации осуществляется совершенствованием систем управления распределительными сетями с целью обеспечения полноты сведений о состоянии элементов на управляемом объекте в реальном масштабе времени, повышения энергоэффективности и, в конечном итоге, снижения технических и коммерческих потерь.

Своевременность и актуальность решаемых в настоящей работе проблем заключается в необходимости совершенствования методов и алгоритмов обработки информации и поддержки принятия решений в процессе управления современной распределительной сетью.

Целью диссертационной работы является: разработка методов и алгоритмов обработки информации в системе принятия решений для обеспечения эффективности процесса управления низковольтной распределительной сетью общего назначения.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1. Анализ существующих систем мониторинга КЭ и определение проблем обработки информации о КЭ в электрических сетях низкого напряжения.

2. Разработка комплексного показателя отклонения КЭ, характеризующего отклонение параметров ЭЭ от установленных норм, метода и алгоритма его расчета.

3. Разработка метода и алгоритма применения комплексного показателя отклонения КЭ, метода ранжирования элементов распределительной сети по признаку целесообразности повышения КЭ.

4. Разработка структуры, алгоритмов функционирования и программного обеспечения системы принятия решений в управлении низковольтной распределительной сетью.

Объект исследования. Региональная энергетическая система распределительных сетей 0,4 кВ мелко моторных промышленных и бытовых потребителей.

Предмет исследования. Система управления распределительными сетями 0,4 кВ, а также модели и алгоритмы, обеспечивающие повышение эффективности функционирования этой системы. Научная новизна работы:

1. Разработан комплексный показатель отклонения КЭ (Е&bdquoметод и алгоритмы его расчета и использования, что позволило дать числовую оценку общей степени несоответствия КЭ номинальным значениям по выделенным показателям.

2. Предложен новый метод повышения эффективности управления низковольтной распределительной сетью, основанный на оценке КЭ на трансформаторных подстанциях.

3. Предложены методы обработки информации в системе поддержки принятия решений в процессе управления электроэнергетической сетью, основанные на ранжировании элементов распределительной сети, что позволило определить очередность устранения выявленных нарушений КЭ, а также определить трансформаторные подстанции (ТП), для которых наиболее актуальны проведение детального обследования и разработка мероприятий управления.

4. Разработаны структура, метод визуализации и алгоритмическое обеспечения системы поддержки принятия решений в процессе управления низковольтной распределительной сетью, что позволило повысить эффективность управления и снизить трудоемкость процесса мониторинга.

Практическая значимость диссертационной работы:

1. Предложены методы обработки информации, основанные на преобразовании входящих данных и применении метода анализа иерархий, для выработки управляющих решений при устранении и предупреждении фактов нарушения норм качества электроэнергии.

2. Разработано программное обеспечение системы поддержки принятия решений в управлении низковольтной распределительной сетью, что позволило автоматизировать обработку поступающих данных и повысить эффективность системы управления.

3. Полученные результаты диссертационной работы приняты к использованию в разработке и реализации схемы и программы перспективного развития электроэнергетики PCO — Алания, а также в разработке и реализации инвестиционных программ субъектов электроэнергетики РСО-Апания.

4. Разработаны методические рекомендации по совершенствованию метода анализа качества электроэнергии в электросетевых и промышленных организациях.

5. Экономический эффект от внедрения в СОф ОАО «МРСК СК» составил 770 тыс. руб. в год по подстанциям региональной распределительной сети РСО-Алания.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются полученными теоретическими результатами, их соответствием экспериментальным данным и внедрением разработанных методов ранжирования трансформаторных подстанций и программного средства в Северо-Осетинском филиале ОАО «МРСК Северного Кавказа».

Апробация диссертационной работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ), научных семинарах кафедры информационных систем в экономике СКГМИ (ГТУ) (2008; 2011 гг.), на семинаре в Северо-Осетинском филиале МРСК Северного Кавказа, а также на следующих международных, всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: Международная научно-практическая конференция «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» г. Владикавказ 2010 г.- VII Международная конференция «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» г. Владикавказ, 2010 г.

Исследования были проведены при поддержке гранта Президента Российской Федерации для молодых российских ученых МД — 2194.2010.9, по теме «Исследование и разработка информационных систем управления и регулирования розничного рынка электроэнергии и мощности» 2010;2011 гг., а также в рамках Гранта Российского Фонда Фундаментальных Исследований (РФФИ) по теме «Разработка основ оптимального управления сложной региональной энергетической системой» 2009;2010 гг., проведенного в соответствии с федеральной целевой программой (ФЦП) «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007;2012 годы», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 17 октября 2006 г. № 17.

Личный вклад автора. Основные научные положения, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в т. ч. 3 работы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ для публикации основных научных результатов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 78 наименований, и содержит 126 страниц машинописного текста, 32 рисунка и 16 таблиц.

4.4. Основные выводы к главе 4.

Разработаны принципы построения информационно-управляющей системы контроля качества электроэнергии — распределенная система поддержки принятия решений в процессе управления качеством ЭЭ на основе технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами «OLE for Process Control» OPC. Данная система предназначена для реализации функций управления КЭ в низковольтных распределительных сетях региона, описанных в работе ранее, с использованием унифицированного диспетчерского интерфейса, используемого на автоматизированных рабочих местах различных уровней.

Система спроектирована с учетом современных требований к алгоритмическому программному обеспечению, возможностей дальнейшего развития, интеграции с офисными приложениями для облегчения процедуры ввода данных и вывода отчетных данных.

Предложена концепция разработки на основе архитектуры распределенных информационных систем, с созданием единой базы данных, с распределением прав доступа, как по различным службам, так и для вышестоящих (надзорных, регулирующих) органов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенные в данной диссертационной работе исследования посвящены разработке метода и алгоритмов формирования комплексного показателя отклонения КЭ на основе данных системы мониторинга, обеспечивающего эффективный анализ информации, поступающий из распределительной сети регионального масштаба, а также разработке алгоритмов функционирования ИСУРС и подсистемы поддержки принятия решений. Основные научные и практические выводы данной работы можно сформулировать в виде следующих выводов:

1. Рассмотрено влияние КЭ на уровень потребления, средства и методики контроля КЭ, выявлено наличие существенных технических и методических проблем в политике учета КЭ в экономических отношениях между поставщиком ЭЭ и потребителем, как промышленности, так и населения. Определены основные причины неэффективного управления уровнем КЭ.

2.Проведен анализ существующих систем мониторинга КЭ, определены их основные особенности и общие недостатки, делающие рассмотренные системы малопригодными для применения в распределительных сетях регионального масштаба, предъявляя высокие требования к уровню специалиста, занимающегося контролем КЭ.

3. Предложен новый подход к повышению эффективности работы службы контроля КЭ и управления параметрами низковольтной распределительной сети, основанный на применении параметров, учитывающих наиболее важные характеристики подстанций.

4. Проанализированы и выбраны критерии, необходимые для эффективного ведения мониторинга КЭ в низковольтных распределительных сетях региона.

5. Разработаны методы и алгоритмы расчета комплексного показателя отклонения КЭ, анализа полученных значений и построения ранжированного списка подстанций для проведения мероприятий повышения КЭ.

6. Предложена концепция разработки и алгоритмы функционирования ИСУРС на основе технологии ОРС и архитектуры распределенных информационных систем, с созданием единой базы данных, с распределением прав доступа, как по различным службам, так и для вышестоящих (надзорных, регулирующих) органов.