автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительная система диспетчерского управления сетей

На правах рукописи

Чичёв Сергей Иванович

ИНФОРМАЦИОННО - ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СЕТЕЙ

Специальность 05.11.16 - «Информационно - измерительные и управляющие системы» (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Липецк - 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РФ Глинкин Евгений Иванович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Осинин Владимир Фёдорович, кандидат технических наук Ищук Игорь Николаевич.

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное предприятие Тамбовский научно - исследовательский институт Радиотехники «Эфир» (г. Тамбов).

Защита диссертации состоится 02 декабря 200!? г. в 1430 на заседании дис -сертационного совета Д 212.108.01 при Государственном образовательном уч -реждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет» по адресу: 398600 г. Липецк, ул. Московская 30, административный корпус, ауд. 601.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет».

Автореферат разослан «34 » октября 2005 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Бойчевский В.И.

гос6~й . 2217№

общая:

[ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Специфика и сложность технологических процессов в электроэнергетике обусловили появление разнообразных устройств релейной защиты и автомата -ки (РЗА), телемеханики (ТМ) и автоматизированных систем управления (АСУ), отличающихся функциональным назначением, а так же способом приёма, передачи, преобразования и сохранения информации.

Однако, сложность эксплуатации и согласования, различных в принципах работы устройств и систем, неизбежно приводит к снижению эффективности управления технологическим процессом (ТП) распределения и потребления электроэнергии на предприятиях электрических сетей (ПЭС). Структурно и функционально задачи оперативно - диспетчерского управления сетей в наи -большей степени подготовлены к постановке на ЭВМ, но имеют много специ -фических черт, связанных с особенностями электроэнергетики, что не позволя -ет объединить в единый комплекс указанные выше подсистемы. Например: совпадение во времени производства и потребления электроэнергии; невозмож -ность её складирования; взаимосвязь режимов большого количества работающих подстанций (ПС), размещённых на большой территории и связанных ли -Виями электропередачи и др. Поэтому задача разработки информационно - измерительной системы диспетчерского управления сетей (ИИС ДУС или комп -леке) на основе способов и методов комплексной автоматизации, повышающая в целом эффективность функционирования ПЭС является актуальной.

Целью работы является разработка информационно - измерительной сис -темы, обеспечивающей диспетчерское управление сетей и контроль всего тех -нологического цикла на ПС в режиме реального времени (РВ) предприятия Моршанские электрические сети (МоЭС) филиал ОАО «Тамбовэнерго».

Идея работы заключается в разработке концепции и реализации архитектуры информационно - измерительной системы диспетчерского управления сетей предприятия на основе выбора технических средств автоматизации и построе -ния оптимальной структуры телеинформационной сети (ТИС) с обеспечением требуемой эффективности внедрения на производстве.

Научная новизна заключается:

- в разработке метода оптимизации структуры ТИС предприятия по линиям электропередачи 35 и 110 кВ, позволяющего снизить экономические потери построенной структуры.

- в разработке алгоритма оптимизации; обеспечивающего синтез оптимальной радиальной структуры ТИС предприятия.

- в разработке метода структурной оптимизации средств автоматизирован -ных систем, позволяющего произвести их выбор по условной стоимостжодно -го сигнала ввода - вывода контролируемого пункта (КП).

Практическая ценность состоит в том, что:

- разработана иерархическая трёхуровневая структура ИИС ДУС ПЭС на базе программно - технического комплекса (111.К"); гигтамг.т о^мза-и-передачи

--~ ... .. и/.и * г

информации (ССПИ), устройств связи с объекто^^йД^^зво'Ьяющая

осуществить контроль всего технологического цикла распределения и потреб -ления электроэнергии на предприятиях электрических сетей; - разработана реальная архитектура комплекса с этапами внедрения и пе -ревооружения, повышающая эффективность управления ТП распределения и потребления электроэнергии предприятия МоЭС;

- проведена оценка экономического эффекта внедрения 1-й очереди комплекса, позволяющая определить срок окупаемости внедрения всей системы.

Методы и объекты исследования. В работе использован комплексный подход исследования, включающий методы системного анализа и экспертных оценок, инженерного моделирования и эксперимента. Объектом исследования являлась автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ) сетей.

Достоверность результатов подтверждена: формулировкой задач исследования, сделанной исходя из всестороннего анализа структур АСДУ сетей в электроэнергетике и телеинформационной сети предприятия; применением апро -бированных экономических методов для внедрения системы на производстве; сопоставимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными в ходе опытной эксплуатации на подстанции «Сосновская» напряжением 110/35/10 кВ Моршанских электрических сетей.

Реализация работы. Оборудование комплекса для осуществления диспет -черского управления сетей принято в опытную эксплуатацию в ОАО «Тамбовэнерго» и установлено на подстанции «Сосновская» напряжением 110/35/10 кВ Моршанских электрических сетей. Использование данного обору -дования позволило получить ожидаемую составляющую эффективности вне -дрения 1 - й очереди комплекса с годовым экономическим эффектом 417 тыс. руб.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались: на VIII научной конференции ТГТУ, труды ТГТУ «Автоматизация технолошчес -ких процессов» (Тамбов, 2003); на IV международной конференции молодых учёных «Актуальные проблемы современной науки» (энергетика, информатика, вычислительная техника и управление) (Самара, 2003); на V международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (Ульяновск, 2003), журнал «Электрика» № 11 (Москва, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка из 58 наименований. Результаты работы изложены на 122 страницах основного текста, содержит 26 рисунков, 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель, раскрыта научная новизна и практическая ценность работы, приведены резуль -

таты апробации и реализации теоретических и практических исследований.

»» - < ■

■»• »«¡Я '4ti

Первая глава посвящена обзору и сравнительному анализу существующих систем ДУС для ПЭС, как совокупности аппаратных средств, программного и информационного обеспечения.

Проведена классификация систем ДУС ПЭС (рис.1) по развитию архитек -туры. Обзор систем ДУС ПЭС показывает их вектор развития от жесткой стру -ктуры (ТМ - 800) к жёсткой архитектуре (ГРАНИТ) и повышение гибкости ар -хитектуры от интеллектуальных телеинформационных систем (АИСТ) и теле -управляемых комплексов (КОМПАС) к локальным интеллектуальным ПТК (SMART, ABB SCADA и т.д.).

Рис.1. Классификация систем ДУС для ПЭС

Информационный анализ показал, что наиболее простой и достаточно надёжной является система ТМ с жёсткой структурой управления объектами. Однако, жёсткая структура таких систем не позволяет в полной мере реализовать автоматизацию контролируемых подстанций. Вариант частично интеллектуальной структуры в ТМ комплексах достаточно полно реализуют выполняемые функции по контролю и управлению объектами, что позволяет на их основе строить частичную АСУ ТП подстанций. Наиболее полно функции сбора и пе -редачи, управления и хранения информации в АСУ реализуют полностью ин -теллектуальные структуры, например АИСТ, КОМПАС, но агрегатный метод ТМ систем является громоздким и не гибким для управления оборудованием на рассредоточенных подстанциях.

Структуры, реализующие функцию локальный интеллект в терминальных устройствах RTU 211 (система ABB) и устройств КП (ПГК SMART, СИСТЕЛ), позволяют создавать комплекс ПЭС в режиме реального времени. Но их широкое применение ограничено высокой стоимостью внедрения для рассредоточенных подстанций.

Для решения задачи диссертации за прототип выбран ПТК SMART как наиболее рациональное техническое решение с гибкой структурой и открытой модульной архитектурой.

Информационный анализ позволил сформулировать цели и задачи диссертационной работы.

Задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать архитектуру ИИС ДУС предприятия;

- предложить способ оптимизации ТИС предприятия;

- разработать алгоритм структурной оптимизации и синтезировать оптимальную ТИС предприятия;

- произвести оценку и выбор НТК;

- определить экономическую эффективность и срок окупаемости внедрения 1-й очереди комплекса на предприятии МоЭС.

Во второй главе разработана концепция построения архитектуры ИИС ДУС на основе ПТК, микропроцессорных устройств (МПУ) РЗА и ТИС предприятия.

Главное требование, предъявляемое к диалоговой системе комплекса - это обеспечение сбора, преобразования и передачи, переработки и отображения информации, а также формирование на основе собранной информации передачи и реализации управляющих команд с целью выполнения системой (за счёт располагаемых средств) функций надёжного и экономичного снабжения электроэнергией требуемого качества всех её потребителей.

Разработана архитектура комплекса предприятия МоЭС с решением задач различных уровней (рис.2).

Основные задачи, которые решены в рамках диалоговой системы комп -лекса:

- обеспечение сбора и регистрации информации об аварийных и установив -шихся процессах в реальном масштабе времени с привязкой к астрономическому времени с точностью до 1мс;

- комплексная обработка информации;

- архивирование информации;

- отображение информации в графических и табличных формах;

- управление подстанциями.

Верхний уровень диспетчерского пункта ПЭС (уровень обработки и пред -ставления информации пользователям). Данный уровень является верхним уровнем системы контроля и управления (СКУ) на базе ПТК в ПЭС, включающий центральную приёмо - передающую станцию (ЦППС), оперативно - информационный комплекс (ОИК) на основе ПК (рабочие станции и автоматизирован -ное рабочее место (АРМ) диспетчера) и локальной вычислительной сети (ЛВС).

Диалоговая система этого уровня на основе ЦППС и ОИК ПТК, решая за -дачи краткосрочного планирования, оперативного и автоматического управления, позволяет осуществлять с ПС 110и35кВ сбор и преобразование, передачу, переработку и отображение информации с выводом её на диспетчерский щит ПЭС.

Средний уровень РЭС (сбор данных по каналам Tfvf). Представлен системой сбора и передачи информации на основе ЦППС, ОИК, ТИС и каналов ТМ. Содержит УСО и МПУ РЗА базовой подстанции 110/35/10 кВ и удалённых ПС 35/10 кВ, которые выполняют функции ввода аналоговых и импульсных

сигналов, телеуправление двухпозиционными объектами, формирование архива событий с передачей на уровни районов электрических сетей (РЭС) и ПЭС.

На данном уровне, исходя из иерархии и функций данного диспетчерского пункта, реализация управляющих команд, передача и приём данных в ТИС происходит по последовательным каналам связи, обеспечивающим передачу информации с ПС 35 кВ (несколько километров) и в пределах одной базовой ПС 110/35/10 кВ (управление диспетчера РЭС). При необходимости, с дальнейшей передачей информации по каналам ТМ на уровень ПЭС (управление дис -петчера ПЭС).

Диалоговая система этого уровня, решая задачи, в основном, оперативного и автоматического управления ПС РЭС, позволяет осуществлять сбор преобразование, передачу, переработку и отображение информации с выводом её на диспетчерский щит (ДЩ) РЭС.

Нижний уровень ПС (УСО) представлен МПУ УСО НТК, обеспечивающими соединение технологического оборудования с верхними уровнями системы и МПУ РЗА, базирующимися на принципах декомпозиции и модульности, сетевых решений и открытости.

Уровни комплекса ^

I__Верхний ПЭС (1шт) "Т___Средний РЭС фтО ~5ижний ПС (41шг)

I ТТи^ТТТи 0И\МГТГЛ тшит ' ТТмлтт» щщ «я»» ВНИВЧ. » ЛТЛ/^ФЛ I

|_ Диспетчерский пункт ^ Диспетчерский пункт _^ СКУЭТО_

Автоматизирования система диспетчерского управления сетей на базе ГГГК ''

ЦППС ССШ, каналы ХМ

1

ОШС

АРМ диспетчера

Диспетчерский щит

Телеинформационная система

АРМ диспетчера

ЦППС

ОШС

ССШ, каналы Ш

Диспетчерский щит

УСО

УСО

МПУ РЗА

МПУ РЗА

УСО

=1

МПУ РЗА

Автоматизированная система управления технологическими процессами на под Базовая ПС1То/357бкв ! ^<^ПСшЬ5П0кв ~1 ПС 110 и 35кв

Рис.2. Архитектура комплекса АСДУ и АСУ ТП подстанций МоЭС

На данном уровне аналоговая и дискретная информация, поступающая в УСО от датчиков РЗА, преобразуется в цифровую информацию, после обработки поступает по каналам связи на верхние уровни СКУ РЭС или ПЭС. С верхних уровней СКУ в цифровой форме передаются команды управления оборудованием на ПС 110 или 35 кВ.

Система контроля и управления электротехническим оборудованием (СКУЭТО) на основе МГГУ РЗА, для каждого присоединения одного функционального назначения 10 и 35 кВ, решает задачи РЗА и диагностики, дистанционного управления и учёта электроэнергии. Охватывает трансформаторы силовые и собственных нужд, распределительные устройства, воздушные и кабельные линии, системы оперативного тока подстанций.

Анализ информации по пути развития ТИС предприятия для комплекса показал возможность её организации по вторичной сети связи, образованной методом высокочастотной обработки воздушных линий (ВЛ) электропередачи напряжения 35 и 110 кВ.

Однако первоначальная структура вторичных каналов связи предприятия при неравномерном размещении КП не является рациональной и требует решения задачи структурной оптимизации. Поставленная задача в данной работе решена предложенным способом оптимизации структуры ТИС по ВЛ -35 и 110 кв методом постепенной замены радиальных линий связи исходной структуры по разработанному алгоритму структурной оптимизации (рис.3) в соответствии с экономическим критерием полных потерь:

\Ух = С + Т\К»,

где С - капитальные единовременные затраты; Т - срок службы структуры; Wэ - эксплутационные потери в единицу времени.

В качестве критерия полных потерь Wx структуры каналов связи предприятия выбрана исходная длина Ьисх. радиальных линий связи по В Л 35 и 110 кВ как основная переменная, пропорциональная экономическим потерям.

По результатам данных расчёта исходной структуры каналов связи проведена структурная оптимизация и синтезирована комбинированная ТИС предприятия с оптимальной длиной Ьопт. (рис.4), состоящая из трёх кустовых с резервированием структур РЭС с рациональной длиной элекгро - и телеинформационных передач и 45 подстанций различного класса напряжения следующим образом:

Ьопт. = Ьопт.1 + Ьопт.2 + Ьопт.З = (ЬрасчЛ + Ьтуп.1) + (Ьрасч.2 + Ьгуп.2) + (Ьрасч.З + Ьтуп.З),

где (ЬрасчЛ + ЬтупЛ), (Ьрасч.2 + Ьтуп.2), (Ьрасч.З + Ьтуп.З) - оптимальные длины линий трёх РЭС йредприятия, рассчитанные методом постепенных замен плюс тупиковые линии.

Экономия длины линий А ТИС предприятия после оптимизации структуры определена по формуле:

А= 100% - (Ьопт. х 100% / Ьисх.).

Рис.3. Алгоритм для метода замены радиальных линий

Здесь: @ - Подстанция 110/35/10,6 кв, »-"-структура,

О - подстанция 35/10,6 кв; »—" - БЛ- 35 кв; „="- БЛ -110 кв; и—» • кольцевание; ДП - диспетчерский пункт.

Рис.4. Структура оптимальной телеинформационной сети предприятия МоЭС

На основе предложенной трёхуровневой структуры ДУС на базе ПТК, ТИС, МПУ УСО и РЗА разработана архитектура ИИС с алгоритмом функционирования, соответствующим отечественной системе РЗА, с этапами внедрения и перевооружения на предприятии МоЭС.

В третьей главе предложен метод оценки и произведён выбор технических средств ИИС ДУС и СКУ на ПС. Рассмотрено программное и информационное обеспечение.

В связи с отсутствием объективного критерия качества и нормированной меры оценки задача выбора программно - технических средств для АСДУ сетей предприятия представляется во многом неопределенной. В работе предложена структурная оптимизация АСУ для выбора оптимального КП методом среднеарифметической оценки Х( по условной стоимости одного сигнала ввода - вывода:

Х( = / п,

где - стоимость КП АСУ; п - количество сигналов ввода - вывода (ТУ -телеуправление, ТС - телесигнализации, ТИТ - телеизмерение текущих значений, ТИИ - телеизмерение, интегральных значений); ( = 1, т - номер системы (табл.1).

Таблица 1

Характеристики контролируемых пунктов

Сигнал ввода - вывода tor) Тип контролируемого it дасга

Гванит Компас Smart Систел

п (ТЕЛ): пост, ток 16 16 64 32

переи. ток 16 8 — —

п (ШИ) 16 16 8 24

п(ТС) 16 16 8 96

п(ГУ) 4 4 2 8

п 68 60 82 160

SiO^y.e) 0,87 0,9 5 2

Х&О 12,8 15 60.97 12.5

Для организации ДУС по минимальному соотношению цены и качества выбран ПТК Систел с оптимальным КП, реализующий систему сбора данных (ССД) и диспетчерского управления SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) на уровне ПЭС, РЭС и ПС.

Рассмотрена программно - аппаратная среда ОИК, ЦППСС и УСО ПТК Систел (рис. 5).

ОИК имеет версии сетевого и локального использования. Сетевая версия ОИК создаётся под управлением сетевой операционной системы Novell NetWare или Windows NT, используя рабочие станции (ПК) с программными комплексами «АРМ Диспетчера».

Данные РВ вводятся в сетевой ОИК ССД (ЦППС), которая выполняет фун-

кции коммуникационного сервера. Её интеграция с другими подсистемами ОИК осуществляется на уровне JIBC с использованием файл - сервера. Данное решение позволяет создать АСДУ сетей на уровне ПЭС.

Локальная версия расширяет функции унифицированного пункта управления (ПУ) до микроОИКа, функционирующего под управлением MS DOS совместно с монитором ССД РВ, который является резидентной надет -ройкой над MS DOS (версия 5.0 и выше) и обеспечивает предварительную об -работку, архивацию и отображение данных в реальном масштабе времени. Данное решение позволяет создать АСДУ сетей на уровне РЭС.

LUlllC для АСДУ построена на основе ПК и канальных адаптеров (КА), служит для сбора данных по каналам ТМ от устройств КП различных типов, вывода информации на ДНТ и сопряжения с ОИК. КА обеспечивают приём -передачу данных в синхронном режиме, которая осуществляется программным способом. Сопряжение ЦППС и ОИК может осуществляться различными способами:

Г

ОИК

Т

Г

АРМ диспетчера

(Ш0

ЛВС

Циклическая машина

Файл -сервер

ЦППС (ПК.КА)

канал Ш

RS-485

Щитовой контроллер

канал ТМ

Диспетчерский щит

КП (УСД - 0,5)

J RS-485 к МПУ РЗА

Сетевая версия уровень ПЭС

кикроОИК

ПУ (ПК, КА)

RS-485

Щитовой контроллер

канал I ТМ J

КП (УСД-0,5)

т

Диспетчерский щит

RS-485 к МПУ РЗА

Локальная версия уровень РЭС

L

_1

_ J

Рис. 5. Структура НТК Систел для АСДУ сетей

- по последовательному интерфейсу ЯБ - 232 с использованием протокола РГГГ - 80 - ЭВМ;

- средствами ЛВС через файл - сервер по внутреннему протоколу НТК Систел;

- через общее поле оперативной памяти путём организации совместного доступа к базе данных реального времени со стороны устройства ПУ и ОИК.

Вывод измерений и сигналов на диспетчерский щит обеспечивается микропроцессорными ягитовыми контроллерами, которые сопрягаются с ЦППС по интерфейсу ЯБ - 485 или подключаются с помощью КА.

КП УСО (УСД - 0,5 - устройство сбора данных) выполнено на основе мик-

роЭВМ с модулями процессора и ввода - вывода аналоговых сигналов, объединенных шиной ISA, производит обмен данными по высокочастотным, телефонным и радиосвязи каналам в спорадическом режиме, по запросам с верхнего уровня или в режиме циклической передачи по протоколу HDLC. Сопряжение УСД - 0,5 с локальными контроллерами РЗА также осуществляется по последовательной магистрали с интерфейсом RS - 485.

В работе предложен модульный принцип создания программно -аппаратной среды СКУЭТО на основе отечественных микропроцессорных терминалов типа БМРЗ (блок микропроцессорный релейной защиты) различных присоединений 6, 10 и 35 кВ, интегрированной на уровне У СО s АСДУ сетей с выполнением функций автоматики и управления, сигнализации и дистанционного управления, самодиагностики и защиты отложных срабатываний, подключения к импульсным выходам электросчётчиков и дву -стороннего обмена с АСДУ сетей (рис.6).

Ядром БМРЗ является модуль центрального процессора, производящий обработку поступающей информации (сравнение значений параметров входных сигналов с уставками, отсчёт выдержек времени и т.д.) и формирующий команды управления и сигнализации. Модуль аналоговых сигналов осуществляет гальваническую развязку и предварительное масштабирование входного сигнала от измерительных преобразователей тока и напряжения.

Рис.6. Структурная схема микропроцессорного устройства типа БМРЗ

Модуль аналога - цифрового преобразователя считывает и фильтрует ко -довые последовательности входных сигналов. Модуль ввода - вывода обеспе -чивает гальваническую развязку и защищает от ложных срабатываний при замыканиях и утечках в цепях оперативного тока. Модуль пульта обеспечивает управление индикаторами и дисплеем.

Процесс автоматизации СКУЭТО на ПС решён с учётом важных проблем не нарушения работы пользователей различного ранга, состыковки с системой ДУС и соответствия существующей отечественной системе РЗА ПЭС.

В четвёртой главе определён метод экономической оценки, выбраны и систематизированы показатели и произведён расчёт экономической эффективности внедрения первой очереди комплекса на предприятии МоЭС.

Решение задачи расчёта экономической эффективности внедрения 1 - й очереди комплекса, при большом разнообразии аппаратного и информационного обеспечения и в условиях особенности электроэнергетики (единство ТП распределения и потребления электроэнергии), стало возможным благодаря при -менению метода сравнения экономических показателей ПЭС «до» и «после» внедрения.

Предложен метод оценки экономической эффективности внедрения комплекса в ПЭС на основе расчётных коэффициентов, позволяющий опреде -лить расчётные коэффициенты повышения эффективности от внедрения групп задач, подсистем и на их основе произвести расчёт экономического эффекта на любом энергетическом объекте предприятия.

По данному методу, используя частные и обобщающие экономические показатели предприятия (объём и себестоимость реализуемой продукции, пла -нируемые уровень потерь в распредсетях и величина оборотных средств капи -таловложения на создание комплекса 1Сд и др.), был проведён расчёт ожидае -мых экономических составляющих эффективности от внедрения 1 - й очереди комплекса на Моршанских электрических сетей. Годовая экономия 2397 тыс. руб., годовой экономический эффект 417 тыс. руб., срок окупаемости 1,9 года.

Таким образом, метод расчётных коэффициентов позволил оптимизиро -вать вариант и определить годовую экономию, экономический эффект и срок окупаемости внедрения 1 - й очереди комплекса на предприятии МоЭС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи разра -ботки информационно - измерительной системы диспетчерского управления сетей, заключающееся в реализации её архитектуры на основе выбора техни -ческих средств автоматизации и в построении оптимальной структуры телеин -формационной сети.

Основные результаты теоретических исследований.

1. Информационный анализ систем диспетчерского управления сетей ПЭС показал их вектор развития от жесткой структуры (ТМ — 800) к жёсткой архи -тектуре (ГРАНИТ) и повышение гибкости архитектуры от интеллектуальных комплексов (АИСТ, КОМПАС) к локальным интеллектуальным программно -техническим комплексам (ABB SCADA, SMART и т.д.).

Для решения задачи диссертационной работы за прототип выбран прог -раммно - технический комплекс SMART - высшее звено в структурах автоматизированных систем управления - как наиболее рациональное техническое решение с гибкой структурой и открытой модульной архитектурой.

2. Разработана иерархическая трёхуровневая архитектура ИИС ДУС на базе ПТК, системы сбора и передачи информации, устройств связи с объектом и релейной защиты и автоматики, позволяющей надёжно выполнять функции контроля и управления сетей и подстанций предприятия электрических сетей.

3. Предложен способ оптимизации структуры телеинформационной сети предприятия электрических сетей по BJI - 35 и 110 кВ методом постепенных

замен радиальных линий, позволивший снизить экономические потери построенной структуры.

4. Разработан алгоритм структурной оптимизации, позволивший синтези -ровать оптимальную радиальную структуру телеинформационной сети пред -приятия с минимальной длиной элктро - и телеинформационных передач.

5. Разработана реальная структура ИИС ДУС на основе программно -технического комплекса СИСТЕЛ и микропроцессорных терминалов РЗА типа БМРЗ с разработкой этапов внедрения и перевооружения на предприятии МоЭС.

6. Предложен метод структурной оптимизации автоматизированных систем управления, позволивший произвести выбор программно - технического комплекса по условной стоимости одного сигнала ввода - вывода контролируемого пункта в оптимальном соотношении цены и качества.

7. Рассмотрена программно - аппаратная среда операционно - информа -ционного комплекса, системы сбора данных НТК Систел, рационально реали -зующая приём и обработку, передачу и отображение информации для задачи построения полноценной информационно - измерительной системы диспетчерского управления сетей.

8. Предложен модульный принцип построения системы контроля и управления электротехническим оборудованием на подстанциях, соответствующему отечественному принципу действия релейной защиты, более полно выполняющему функции надёжного диагностирования и диспетчерского управления се -тей предприятия.

9. Предложен метод расчётных коэффициентов для оптимизации варианта внедрения комплекса, систематизированы экономические показатели предприятия и рассчитана экономическая эффективность внедрения 1-й очереди, поз -водившие определить годовой экономический эффект и срок окупаемости зат -рат внедрения комплекса 1,9 года на предприятии МоЭС ОАО «Тамбовэнерго».

Работы, опубликованные по теме диссертации:

1.Чичёв, С.И. Анализ автоматизации оперативно - диспетчерского управ -ления подстанциями [Текст] / С. И. Чичёв, Е.И. Глинкин // VIII научная конфе -ренция 11 "1'У: пленарные доклады и кр. тезисы / Тамбовский государственный технический университет. - Тамбов, 2003. - Вып.13. - С. 156 - 157.

2.Чичёв, С.И. Автоматизация оперативно - диспетчерского управления подстанциями на предприятии электрических сетей [Текст] / С.И. Чичёв, Е.И. Глинкин // Труды 'И ТУ: сб. научн. статей / Тамбовский государственный технический университет. - Тамбов, 2003. - Вып.13. - С. 173 - 177.

З.Чичёв, С.И. Системы автоматизации энергообъектов [Текст] / С.И. Чичёв, Е.И. Глинкин // Сборник Актуальные проблемы современной науки. Электротехника, приборостроение. Радиотехника и связь, энергетика, электроника: Труды IV международ, конф. / Самарский государственный технический университет. - Самара, 2003. - Часть 12 - 16. - С.ЗЗ - 34.

4.Чичёв, С.И. Комплекс систем управления сетей и подстанций предприятия электрических сетей [Текст] / С.И. Чичёв // Оптика, оптоэлектроника и техноло-

гии: Труды V международной конференции / Ульяновский государственный технический университет. - Ульяновск, 2003. - С. 188.

5. Чичёв, С.И. Системы автоматизации энергообъектов [Текст] / С.ИЛичёв // Электротехника, приборостроение. Радиотехника и связь, энергетика, электроника: Труды IV международ, конф. / Самарский государственный технический университет. - Самара, 2003. - Часть 17. - С. 154 - 156.

6. Чичёв, С.И. Комплекс систем управления на подстанциях предприятия электрических сетей [Текст] / С.И. Чичёв, С.П. Нестеренко // Электрика. -Москва, 2004. - №11. - С. 26 - 29.

Личный вклад автора в работах, написанных в соавторстве, заключается в следующем: в [1] проведён анализ автоматизации оперативно - диспетчерского управления подстанциями предприятия электрических сетей; в [2] рассмотре -на проблема оперативно диспетчерского управления подстанций предприятия электрических сетей; в [3] рассмотрены и предложены системы автоматизации для подстанций предприятия электрических сетей; в [6] разработана архитектура комплекса систем управления на подстанциях предприятия электрических сетей, в частности, Моршанские электрические сети филиал ОАО «Тамбовэнер-го».

л

Подписано в печать 21 10 2005г Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Ризография. Печ л. 1.0 Тираж 100 экз Заказ № 1033. Липецкий государственный технический университет Типография ЛГТУ 398600 Липецк, ул Московская. 30

I

1, i

é

№20 6 24

РНБ Русский фонд

2006-4 22539

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ

1.1. Жёсткая структура пункта управления и контролируемого пункта

1.2. Неинтеллектуальный контролируемый пункт.

1.3. Интеллектуальный контролируемый пункт.

1.4. Локальный интеллект контролируемого пункта.

Выводы.

2. АРХИТЕКТУРА.

2.1. Системы диспетчерского управления сетей и технологическими процессами на подстанциях.

2.2. Анализ структур и методов оптимизации.

2.3. Способ и алгоритм структурной оптимизации.

2.4. Структурная оптимизация телеинформационной сети.

2.5. Комплекс АСДУ сетей и АСУТП подстанций.

Выводы.

3. ПРОГРАММНО - ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

3.1. Метод оптимизации по условной стоимости.

3.2. Оперативно - информационный комплекс.

3.3. Система сбора и передачи информации.

3.4. Система контроля и управления на подстанциях.

Выводы.

4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ.

4.1. Метод расчётных коэффициентов.

4.2. Экономические показатели предприятия.

4.3. Расчёт эффективности.

4.4. Выводы.

Специфика и сложность технологических процессов в электроэнергетике обусловили появление разнообразных устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), телемеханики (ТМ) и автоматизированных систем управления (АСУ), отличающихся функциональным назначением, а так же способом приёма, передачи, преобразования и сохранения информации.

Однако, сложность эксплуатации и согласования, различных в принципах работы устройств и систем, неизбежно приводит к снижению эффективности управления технологическим процессом (ТП) распределения и потребления электро -энергии на предприятиях электрических сетей (ПЭС). Структурно и функционально задачи оперативно - диспетчерского управления сетей в наибольшей степени подготовлены к постановке на ЭВМ, но имеют много специфических черт, связанных с особенностями электроэнергетики, что не позволяет объединить в единый комплекс указанные выше подсистемы. Например: совпадение во времени произ -водства и потребления электроэнергии; невозможность её складирования; взимо -связь режимов большого количества работающих подстанций (ПС), размещённых на большой территории и связанных линиями электропередачи и др. Поэтому за -дача разработки информационно - измерительной системы диспетчерского управления сетей (ИИС ДУС или комплекс) на основе способов и методов комплексной автоматизации, повышающая в целом эффективность функционирования ПЭС является актуальной.

Целью работы является разработка информационно - измерительной систе -мы, обеспечивающей диспетчерское управление сетей и контроль всего техноло -гического цикла на ПС в режиме реального времени (РВ) предприятия Моршан -ские электрические сети (МоЭС) филиал ОАО «Тамбовэнерго».

Идея работы заключается в разработке концепции и реализации архитектуры информационно - измерительной системы диспетчерского управления сетей предприятия на основе выбора технических средств автоматизации и построения оптимальной структуры телеинформационной сети (ТИС) с обеспечением требуемой эффективности внедрения на производстве.

Научная новизна заключается:

- в разработке метода оптимизации структуры ТИС предприятия по линиям электропередачи 35 и 110 кВ, позволяющего снизить экономические потери построенной структуры.

- в разработке алгоритма оптимизации, обеспечивающего синтез оптимальной радиальной структуры ТИС предприятия.

- в разработке метода структурной оптимизации средств автоматизирован -ных систем, позволяющего произвести их выбор по условной стоимости одного сигнала ввода - вывода контролируемого пункта (КП).

Практическая ценность состоит в том, что:

- разработана иерархическая трёхуровневая структура ИИС ДУС ПЭС на базе программно - технического комплекса (ПТК), системы сбора и передачи информации (ССПИ), устройств связи с объектом (УСО) и РЗА, позволяющая осуществить контроль всего технологического цикла распределения и потребления электроэнергии на предприятиях электрических сетей;

- разработана реальная архитектура комплекса с этапами внедрения и перевооружения, повышающая эффективность управления ТП распределения и потребления электроэнергии предприятия МоЭС;

- проведена оценка экономического эффекта внедрения 1-й очереди комплекса, позволяющая определить срок окупаемости внедрения всей системы.

Методы и объекты исследования. В работе использован комплексный подход исследования, включающий методы системного анализа и экспертных оценок, инженерного моделирования и эксперимента. Объектом исследования являлась автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ) сетей.

Достоверность результатов подтверждена: формулировкой задач исследования, сделанной исходя из всестороннего анализа структур АСДУ сетей в электроэнергетике и телеинформационной сети предприятия; применением апро -бированных экономических методов для внедрения системы на производстве; сопоставимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными в ходе опытной эксплуатации на подстанции «Соснов-ская» напряжением 110/35/10 кВ Моршанских электрических сетей.

Реализация работы. Оборудование комплекса для осуществления диспет -черского управления сетей принято в опытную эксплуатацию в ОАО «Тамбов-энерго» и установлено на подстанции «Сосновская» напряжением 110/35/10 кВ Моршанских электрических сетей. Использование данного оборудования позволило получить ожидаемую составляющую эффективности внедрения 1 - й очереди комплекса с годовым экономическим эффектом 417 тыс. руб.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались: на VIII научной конференции ТГТУ, труды ТГТУ «Автоматизация технологичес -ких процессов» (Тамбов, 2003); на IV международной конференции молодых учёных «Актуальные проблемы современной науки» (энергетика, информатика, вычислительная техника и управление) (Самара, 2003); на V международной . конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (Ульяновск, 2003), журнал «Электрика» № 11 (Москва, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка из 58 наименований. Результаты работы изложены на 122 страницах основного текста, содержит 26 рисунков, 6 таблиц.

Основные результаты теоретических исследований.

1. Информационный анализ систем диспетчерского управления сетей ПЭС показал их вектор развития от жесткой структуры (ТМ - 800) к жёсткой архи -тектуре (ГРАНИТ) и повышение гибкости архитектуры от интеллектуальных комплексов (АИСТ, КОМПАС) к локальным интеллектуальным программно -техническим комплексам (ABB SCADA, SMART и т.д.).

Для решения задачи диссертационной работы за прототип выбран прог -раммно - технический комплекс SMART - высшее звено в структурах автоматизированных систем управления - как наиболее рациональное техническое решение с гибкой структурой и открытой модульной архитектурой.

2. Разработана иерархическая трёхуровневая архитектура ИИС ДУС на базе ПТК, системы сбора и передачи информации, устройств связи с объектом и релейной защиты и автоматики, позволяющей надёжно выполнять функции контроля и управления сетей и подстанций предприятия электрических сетей.

3. Предложен способ оптимизации структуры телеинформационной сети предприятия электрических сетей по ВЛ - 35 и 110 кВ методом постепенных замен радиальных линий, позволивший снизить экономические потери построенной структуры.

4. Разработан алгоритм структурной оптимизации, позволивший сиптези -ровать оптимальную радиальную структуру телеинформационной сети пред -приятия с минимальной длиной электро - и телеинформационных передач.

5. Разработана реальная структура ИИС ДУС на основе программно — технического комплекса СИСТЕЛ и микропроцессорных терминалов РЗА типа БМРЗ с разработкой этапов внедрения и перевооружения на предприятии МоЭС.

6. Предложен метод структурной оптимизации автоматизированных систем управления, позволивший произвести выбор программно - технического комплекса по условной стоимости одного сигнала ввода - вывода контролируемого пункта в оптимальном соотношении цены и качества.

7. Рассмотрена программно - аппаратная среда операционно - информа -ционного комплекса, системы сбора данных ПТК Систел, рационально реали -зующая приём и обработку, передачу и отображение информации для задачи построения полноценной информационно - измерительной системы диспетчерского управления сетей.

8. Предложен модульный принцип построения системы контроля и управления электротехническим оборудованием на подстанциях, соответствующему отечественному принципу действия релейной защиты, более полно выполняющему функции надёжного диагностирования и диспетчерского управления сетей предприятия.

9. Предложен метод расчётных коэффициентов для оптимизации варианта внедрения комплекса, систематизированы экономические показатели предприятия и рассчитана экономическая эффективность внедрения 1 - й очереди, позволившие определить годовой экономический эффект и срок окупаемости затрат внедрения комплекса 1,9 года на предприятии МоЭС ОАО «Тамбовэнерго».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи разработки информационно — измерительной системы диспетчерского управления сетей, заключающееся в реализации её архитектуры на основе выбора технических средств автоматизации и в построении оптимальной структуры телеинформационной сети.

1. Руденко, Ю.Н. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике Текст. / Ю.Н. Руденко [и др.], под ред. Ю.Н. Руденко, В.А. Семёнова: Московский энергетический институт. Москва, 2000. - 648 с.

2. Титоренко, Г.А. Автоматизированные информационные технологии в экономике Текст. / Г.А. Титоренко: Компьютер. ЮНИТИ. Москва, 1999. - 250 с.

3. Арзамасцев, Д.А. АСУ и оптимизация режимов энергосистем Текст./ Д.А. Арзамасцев [и др.], под ред. Д.А. Арзамасцева: Высшая школа. Москва, 1983. - 324 с.

4. Гончуков, В.В. Автоматизация управления энергообъединениями Текст. / В.В. Гончуков [и др.], под ред. С.А. Совалова: Энергия. Москва, 1979. - 420 с.

5. Розанов, М.Н. Автоматизированная система оперативно диспетчерского управления электроэнергетического системами Текст. / М.Н. Розанов [и др.], под ред. М.Н. Розанова, В.А. Семёнова: Наука. - Новосибирск, 1986. - 315 с.

6. Морозкин, В.П. Автоматизация электроэнергетических систем Текст. / В.П. Морозкина, Д. Энгелаге: Учеб. пособие для вузов: Энергоатомиздат. Москва, 1994.-260 с.

7. Андреев, В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения Текст. / В.А. Андреев: Высшая школа. Москва, 1991.- 34 с.

8. Автоматизированная система управления энергосистемы на базе программно технических средств MicroSCADA/Open-H-/ RTU 211 разработки концерна ABB Текст.: Издание АББ Реле - Чебоксары. - Чебоксары, 1999. - 81с.

9. Беркович, М.А. Автоматика энергосистем Текст. / М.А. Беркович, В.А. Гладышев, В.А. Семёнов: Энергоатомиздат. Москва, 1991. - 250 с.

10. Богданов, В.А. Сбор и переработка информации для диспетчерского управления режимами электроэнергетических систем Текст. / В.А. Богданов,

11. А.Н. Ставровский // Итоги науки и техники. Сер. Электрические станции, сети и системы: ВИНИТИ. Москва, 1979. - Том 9. - С. 125 - 126.

12. Бонкарёв, Ю.М. Адаптация ПЭВМ к требованиям автоматизации промышленного производства Текст. / Ю.М. Бонкарёв // Микропроцессорные средства и системы. Москва, 1989.- №12.- С. 18-21.

13. Баги ев, Г. А. Организация, планирование и управление промышленной энергетикой Текст. / Г.А. Багиев: Высшая школа. Москва, 1993. - 174 с.

14. Гамм, А.З. Методы решения задач реального времени в электроэнергетике Текст. / А.З. Гамм, О.И. Паламарчук, Ю.Н. Кучеров: Наука. Москва, 1990. -125 с.

15. Герасимов, Б.И. Микропроцессорные аналитические приборы Текст. / Б.И. Герасимов, Е. И. Глинкин: Машиностр. Москва, 1989. -248 с.

16. Герасимов, Б. И. Микропроцессоры в приборостроении. Практическое руководство по применению Текст. / Б. И. Герасимов, Е. И. Глинкин: Машиностр. Москва, 2000. - 328 с.

17. Глинкин, Е И. Схемотехника микропроцессорных систем. Измерительно вычислительные системы Текст. / Е. И. Глинкин // Учеб. пособие: Тамбовский государственный технический университет. - Тамбов, 1998. - 158 с.

18. Глинкин, Е. И. Схемотехника БИС. Выпрямители и инверторы Текст./ Е. И. Глинкин, М.Е. Глинкин // Учеб. пособие: Тамбовский государственный технический университет. Тамбов, 1999. - 72 с.

19. Гамм, А.З. Достоверизация телесигналов при оценивании состояния Текст./А.З. Гамм, JI.B. Эм // Электронное моделирование. 1990. - №2. - С. 79 -84.

20. Денисенко, Э.В. Применение персональных ЭВМ В АСДУ энергосистемами и энергообъединениями Текст. / Э.В. Денисенко, В.В. Овчинников, В.А. Семёнов: Инф.- энерго. Москва, 1992. - С. 28 - 30.

21. Дьяков, А.Ф. Диспетчерское управление мощными энергообъединениями Текст. / А.Ф. Дьяков, A.A. Окин, В.А. Семёнов: МЭИ. Москва, 1996. - С. 60 -61.

22. Ерофеев, A.A. Теория автоматического управления Текст. / A.A. Ерофеев: Уч. пособие: Политехника. Санкт-Петербург, 2002. -300 с.

23. Ильин, В.А. Телеуправление и телеизмерение Текст. / В.А. Ильин: Энергоиздат. Москва, 1982. - 552 с.

24. Алимов, Ю.А. Информационное обеспечение диспетчерского управления в электроэнергетике Текст. / Ю.А. Алимов [и др.]: Наука. Сиб. отд ние. -Новосибирск, 1985.-С. 122- 123.

25. Информационное обеспечение. Задачи реального времени в диспетчерском управлении Текст.: ИФТПЭ. АН ЛитССР. Каунас, 1989. - Часть 1. - 83с.

26. Комплект программно аппаратных средств телемеханики КОМПАС ТМ 2.0 Текст.: ЮГ - СИСТЕМА. - Краснодар, 1999. - 34 с.

27. Микропроцессорный блок релейной защиты типа БМРЗ Текст.: каталог экспозиции ВВЦ: Релейная защита и автоматика энергосистем: ОРГРЭС. Москва, 1996.-С. 5- 12.

28. Маркушевич, Н.С. Автоматизированная система диспетчерского управления Текст. / Н.С. Маркушевич: Энергоиздат. Москва, 1986. - С. 64 - 65.

29. Мамиконов, В.З. Модели и методы проектирования информационного обеспечения АСУ Текст. / В.З. Мамиконов, А.Н. Пискунов, А.Д. Цвиркун: Статистика. Москва, 1978. - С. 82 - 86.

30. Мазуренко, А.К. Резервирование систем защиты и управления на базе микроЭВМ в режиме реального времени Текст. / А.К. Мазуренко, Л.П. Носик, Л.В. Серебрякова//Электротехника.- 1985.-№9.-С. 51-55.

31. Семёнов, В.А. Применение ЭВМ для автоматизации технологических процессов в энергетике / В.А.Семёнов и др., под ред. В.А. Семёнова: Энерго-атомиздат. Москва, 1983. - С. 25 - 26.

32. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Текст.: Энергоатомиздат. Москва, 1996.- 178 с.

33. Промышленный логический контроллер серии SMART Текст.: ЗАО «РТСофт». Москва, 2003. - 81с.

34. Программно технический комплекс для построения систем сбора данных и диспетчерского управления Текст.: Систел А. - Москва, 1999. - 12 с.

35. Розанов, М.Н. Надёжность электроэнергетических систем Текст. / М.Н. Розанов: Энергоатомиздат. Москва, 1984. - С. 42 - 43.

36. Рабинович, М.А. Цифровая обработка информации для задач оперативного управления в электроэнергетике Текст. / М.А. Рабинович: НЦ ЭНАС. Москва, 2001.-344 с.

37. Средства и системы управления в энергетике. Обзорная информация Текст.: Центр по научно технической информации по энергетике и электрофи-кации. - Москва, 1990. - Выпуск 5. - С. 59 - 60.

38. Богданов, A.B. Современные автоматизированные системы управления энергообъектами Текст. /A.B. Богданов [и др.] // Известия НИИПТ. Санкт -Петербург, 2001. - Выпуск 58. - С. 204 - 213.

39. Семёнов, В.А. Автоматизированные системы диспетчерского управления Текст. / В.А. Семёнов: ВИНИТИ. Москва, 1985. - С. 36 - 37.

40. Тутевич, В.Н. Телемеханика Текст. / В.Н. Тутевич.: Учеб. пособие для вузов. Москва, 1985.- С. 154- 162.

41. Воронов, A.A. Теория автоматического управления Текст. / A.A. Воронов [и др.], под ред. A.A. Воронова: Высшая школа. Москва, 1986. — Часть 1. -368 с, Часть 2. - 504 с.

42. О внедрении в эксплуатацию микропроцессорных блоков релейной защиты и автоматики типа БМРЗ Текст.: Информ. письмо ИП 18-97 (Э) дирекции по науч. - техн. политике РАО ЕЭС России: РАО ЕЭС России. - Москва, 1997.-С.З- 17.

43. Орнов, В.Г. Использование микроЭВМ в системах оперативного и автоматического управления Текст. / В.Г. Орнов, В.А. Семёнов // Сер. Ср-ва и сист. управ, в энергетике: Инф.- энерго. Москва, 1985. - С. 93 - 94.

44. Орнов, В.Г. Задачи оперативного и автоматического управления энергосистемами Текст. / В.Г. Орнов, М.А. Рабинович: Энергоатомиздат. Москва, 1988.-С. 24-25.

45. Овчаренко, Н.И. Микропроцессорные комплексы релейной защиты и автоматики распределительных сетей Текст. / Овчаренко Н.И.: Энергопрогресс. -Москва, 1999.-С. 64-65.

46. Овчаренко, Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем Текст. / Н.И. Овчаренко: Изд.-во НЦ ЭНАС. Москва, 2001. - С. 32-33.

47. Дьяков, А.Ф. Электроэнергетика России Текст. / А.Ф. Дьяков [и др.], под ред. А.Ф. Дьякова: Инф.- энерго. Москва, 1997 - С. 89 - 90.

48. Самсонов, B.C. Экономика предприятий энергетического комплекса Текст.: учебник для вузов / B.C. Самсонов, М.А. Вяткин: Высшая школа. Москва, 2001.-416 с.

49. Барановский, A.M. Экономика промышленности Текст. / A.M. Барановский [и др.], под ред. A.M. Барановского, H.H. Кожевникова, Н.В. Пирадовой: Учеб. пособие для вузов: Издательство МЭИ. Москва, 1998. — С.38 - 45.