автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Исследование процессов информационного обмена в ИАСУ районной подстанции электроэнергетической системы

003063146

На правах рукописи

Липскнй Роман Николаевич

Исследование процессов информационного обмена в ИАСУ районной подстанции электроэнергетической системы

Специальность 05 14 02 - Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 МАЙ 2007

Ставрополь - 2007

003063146

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Кононов Юрий Григорьевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Минаков Владимир Федорович

кандидат технических наук, Ефанов Алексей Валерьевич

Ведущая организация Филиал ОАО «СО - ЦДУ» ОДУ Юга

(г Пятигорск)

Защита состоится "31" мая 2007 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212 245 Об при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет» по адресу 355029, г Ставропоть, просп Купакова, 2

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу 355029, г Ставрополь, просп Кулакова 2, СевКавГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212 245 06

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «СевероКавказский государственный технический университет»

Автореферат разослан "30" апреля 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета

д-р физ -мат наук, профессор

Дроздова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Современный этап развития информационных технологий и средств автоматизации на объектах электроэнергетики характеризуется расширением сфер применения автоматизированных систем (АС), интегрирующих разнородные программно-технические комплексы (ПТК) В зарубежных промыш-ленно развитых странах с конца 90-х годов XX века ведутся исследования проблем "автоматизации подстанций (ПС)" (Substation automation) Имеется практический опыт применения систем комплексной автоматизации в некоторых зарубежных электроэнергетических системах (ЭЭС) В стратегических планах развития электроэнергетических отраслей многих промышлешто-развитых стран большое значение придается внедрению интегрированных АС (так, 84% энергетических компаний Северной Америки имеют программы по комплексной автоматизации ПС)

В России внедрение интегрированных АС на ПС особенно актуально в связи с предстоящей заменой в ближайшее время изношенного устаревшего оборудования "Энергетическая стратегия России на период до 2020 года" определяет инновационные программы в ЭЭС, в частности, по внедрению микропроцессорных систем релейной защиты и автоматики, оптико-волоконных систем связи, развитию оптового и розничного рынков электроэнергии, средств учета и др "Стратегией развития Единой национальной электрической сети на десятилетний период" ввиду недостаточности уровня развития АС обосновывается техническое перевооружение электрических сетей и ставятся стратегические цели уже в ближайшее время создать и внедрить новые технологии оборудования ITC и линий электропередач (ЛЭП) полностью автоматизированные ПС, интеллектуальные устройства, обеспечить применение микропроцессорных АС управления, защиты, передачи информации, связи и т д

Одним из важных стратегических направлений развития ЭЭС является исследование, разработка и внедрение интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ), включающих в себя в виде подсистем созданные ранее раздельно функционирующие АС Получаемые таким образом сложные ИАСУ нуждаются в эффективном управлении по временным, конфигурационным, эксплуатационным параметрам Для обеспечения такого управления требуется решение комплекса взаимосвязанных задач оптимизации информационных процессов

- максимизация скорости передачи информации,

- обеспечение надежности и формирование приоритетов информационного обмена,

- минимизация потерь информации,

- защита от несанкционированного доступа,

- обеспечение необходимой полноты информации,

- восстановление данных из представленной неполной информации

Вопросам разработки АС для ПС и их интеграции посвящены работы научных коллективов ОАО "ШШИЭ", ОРГРЭС, ОАО "НИИПТ", ОАО "ФСК ЕЭС России", НП АТС, извесшых ученых Вулиса А J1, Овчареико Н И , Горелика Т Г и др Зарубежные исследования представлены работами компаний Newton-Edwards, EPRI, IEC, Техаь А&М Univercity, зарубежных ученых М Kezunovic, G Latisko и ДР

Однако, несмотря на имеющиеся достижения в этой области, с научной точки зрения рассматриваемую проблему нельзя считать окончательно решенной Требуется систематизация имеющихся АС, разработка концепций и методик построения ИАСУ, исследование процессов информационного обмена в ИАСУ ПС

Цепь работы Повышение эффективности ИАСУ районных ПС ЭЭС на основе современных информационных технологий, исследований и разработки математических моделей информационных процессов, эффективных протоколов обмена данными и реализации их в промышленных ПТК

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие основные задачи исследования

1 Анализ современного состояния проблемы автоматизации ПС ЭЭС в России и зарубежных странах, исследование, классификация и формализация основных структурных элементов, технических особенностей и режимов работы различных АС районных ПС

2 Разработка концепции построения и структурной схемы ИАСУ районной

ПС

3 Построение и исследование комплекса математических моделей ИАСУ, учитывающих различные варианты ПТК, средств связи, требуемые объем и скорость передачи информации с целью оптимизации информационного обмена в условиях различных характеристик ПТК и каналов связи и влияния различных факторов на функционирование ИАСУ районных подстанций ЭЭС

4 Разработка методик, алгоритмов, протоколов информационного обмена и реализующих их программно-аппаратных средств для всех уровней ИАСУ ПС

Объектом исследования являются программные, аппаратные, информационные средства ИАСУ районных ПС ЭЭС

Выбор в качестве объекта исследования районных ПС напряжением 110220 кВ, обусловлен следующими основными причинами

- в ближайшее время следует ожидать инвестиций в реконструкцию районных ПС из-за высокой степени изношенности оборудования,

- количество ПС более высокого напряжение на порядок меньше числа районных ПС и большинство из ник уже оборудовано АС,

- внедрение ИАСУ на трансформаторных подстанциях 6-10 кВ в ближаишее время вряд ли возможно из-за высокой стоимости этих систем относительно стоимости их основного оборудования

Предметом исследования являются характеристики информационного взаимодействия компонентов ИАСУ ПС между собой

Методы исследований В работе использованы системный подход при классификации АС и разработке концепции ИАСУ районной ПС, методы матемагиче-ской статистики, теории множеств, систем массового обслуживания (СМО), сетей Петри-Маркова (СПМ), математического программирования и исследования операций при разработке и исследованиях математических моделей ИАСУ районных ПС, теории алгоритмов и многоуровневых информационных открытых систем для разработки модификаций протоколов обмена данными

Научная новизна результатов работы состоит в следующем

1 Выполнена классификация разнородных АС районных ПС ЭЭС по их функциям, проблемам внедрения и эксплуатации

2 На основе системного подхода и теории многоуровневых открытых информационных систем разработаны концепция и структурная схема ИАСУ районной ПС

3 На базе СМО и СПМ разработан комплекс математических моделей для определения количественных оценок производительности информационного обмена в ИАСУ районных ПС, учитывающий ее конфигурацию и различные виды накладных расходов, зависящих от методов обмена, выполняемых задач, ПТК и каналов связи

4 Разработаны эффективные протоколы информационного обмена, реализованные в промышленных программно-аппаратных средствах, позволяющие оптимизировать процессы в ИАСУ районных ПС ЭЭС

Практическая ценность работы заключается в следующем

- разработанные концепция и структурная схема ИАСУ районных ПС ЭЭС, методики их анализа и построения позволяют снизить затраты и время разработки, проектирования и внедрения таких систем,

- предложенные оптимизированные алгоритмы и протоколы информационного обмена между компонентами систем повышают производительность и надежность ИАСУ районных ПС ЭЭС,

- приведенные оценки степени влияния параметров каналов связи и протоколов обмена на работоспособность системы в целом позволяют применять оптимальные конфигурации ИАСУ районных ПС для обеспечения необходимого быстродействия,

- разработанные и доведенные до промышленного производства программно-аппаратные средства могут использоваться при построении ИАСУ районных ПС на конкретных электроэнергетических объектах

Основные положения, выносимые на защиту

1 Классификация существующих АС районных ПС, требования к подсистемам АС ПС, их функциям и направлениям развития

2 Концепция построения и структурная схема ИАСУ районной ПС

3 Комплекс математических моделей для оценки производительности информационного обмена в ИАСУ районной ПС

4 Протоколы информационного обмена, позволяющие оптимизировать информационные процессы в ИАСУ районной ПС

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов, методик и рекомендаций подтверждается проверочными экспериментами, корректностью применения математического аппарата, опытом реальной эксплуатации разработанных алгоритмов, протоколов обмена, ПТК, а также двумя свидетельствами о регистрации программ и 4 патентами на полезную модель

Реализация результатов работы и внедрение Полученные в результате исследований программно-аппаратные средства, методики и протокол обмена данными используются в выпускаемой и готовящейся к выпуску ОАО "Концерн Энергомера" (г Ставрополь) продукции Разработанная на основе предложенных в работе подходов автоматизированная информационно-измерительная система (АИИС) используется в стадии промышленной эксплуатации в ОАО "Горэлектро-сеть" (г Кисловодск)

Апробация работы Основные положения диссертационной рабогы докладывались и обсуждались 6-ти международных конференциях («Нормирование,

анализ и снижение потерь электроэнергии в электрических сетях - 2004», г Москва, «Международный Форум по проблемам науки, техники и образования», г Москва, 2004 г, «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г Москва, 2005 г, «Компьютерное моделирование 2005», г Санкт-Петербург, «Устойчивость и процессы управления», г Санкт-Петербург, 2005 г, «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий», г. Тамбов, 2006 г), 2-х Всероссийских конференциях («Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения», г Н Новюрод, 2003 г , «Фундаментальные исследования в технических университетах», г Санкт-Петербург, 2006), НТК «Компьютерное моделирование»,, г Санкт-Петербург, 2006г, У1-1Х региональных НТК «Вузовская наука - экономике региона» (2002-2005 гг, г Ставрополь)

Публикации По результатам исследований опубликовано 18 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендуемом ВАК, 1 статья в трудах Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А С Попова, 7 статей в трудах и материалах международных конференций, получено 2 свидетельства о регистрации программ и 4 патента на полезные модели

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения Основное содержание работы изложено на 144 страницах, включающих 24 рисунка и 16 таблиц Список литературы содержит 116 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении рассматриваются вопросы актуальности исследований диссертационной работы, выполняется определение цели исследований, постановка задач

В первой главе выполняется анализ применяемых в ЭЭС АС Даются характеристики функционирования районных ПС, возникающие проблемы в процессе эксплуатации Дается оценка развития АС и ИТ, применяемых на ПС, начиная с 40-х годов XX века, до настоящего времени

Приводится обзор, характернаики, функции и тенденции развития используемых в настоящее время на ПС АС

- автоматизированная информационно-измерительная система (АИИС) коммерческого (КУЭ) и технического (ТУЭ) учета электроэнергии,

- телемеханика (ТМ),

- релейная защита и автоматика (РЗА) и противоаварийная автоматика (ПА),

- регистраторы аварийный ситуаций (РАС),

- автоматизированная система диспетчерского упратеиия (АСДУ) и оперативные информационные управляющие комплексы (ОИУК)

Приводятся аналитические обзоры

1) используемых на ПС каналов связи,

2) типов информационных объектов в АС,

3) протоколов обмена, обеспечивающих передачу информации, необходимой для функционирования указанных АС, даются их основные характеристики

Выполняется постановка проблемы, связанной с необходимостью решения противоречия — с одной стороны, для обеспечения нужд энергокомпаний требуется все увеличивающийся объем информации, с другой стороны - требуется сокращение расходов на строительство и эксплуатацию ПС, причем, в условиях отсутствия унификации используемых протоколов обмена в различных АС ПС, что создает дополнительные нагрузки на каналы связи избыточной информацией и обусловливает дополнительные затраты Приводится обзор нормативной документации, обосновывающей богее широкое распространение АС и расширение их функциональных возможностей

Во второй главе выполняется классификация АС и разработка концепции ИАСУ районных ПС

С целью построения ИАСУ в исследовании автором выполнена классификация существующих систем АС ПС по существенным признакам, имеющим отношение к ИАСУ (рисунок 1)

Концепция построения ИАСУ районной ПС состоит в том что внедрение и модернизация АС выполняется двумя методами интеграции путем объединения разнородных функций в аппаратных и программных средствах и интеграции на основе использования единых протоколов обмена и каналов связи Разработка и внедрение ИАСУ - комплексная задача, требующая тщательных исследований предполагаемого эффекта от внедрения ИАСУ в зависимости от экономического и технического аспектов

Исследуемая ИАСУ включает интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ) для всех функциональных компонентов (ТМ, АИИС, РЗА, ПА, РАС), соединенные с основным оборудованием, центром управления сетью (ЦУС), и кана-лообразующую аппаратуру (рисунок 2)

Здакгрическив характеристики

По тробоа.и<нн>к времени

сиерлиий

По уровню на^вжеиия электрических сетей

По госгр«ф«40с<ому размдщекию

ИМфОрМУЦИСЬМЫХ сетей

По йспичино и м оуровневости нмформацисиных

С4ТОА

По функцук»>дгы<мм пр^клкам

По в

передава«*сй информации

Информационные характеристики

По физччгекой срсдо

ГН$0рМ8ЦГН

По цол*ми

типичен*-« ИМфОрМКЦИИ

Па пропуг«юй с хкоСкхлм шкапов связи

По уроачю помех

способам формирования си. из ял ьт передач*« инфорИ

По лрогс*01у оСмвчв

Рисунок 1 — Признаки классификации АС районной подстанции

Рисунок 2 - Структура ИАСУ районной подстанции

Основными преимуществами предложенной структуры ИЛСУ районной ПС являются

- гибкое конфигурирование и настройка под схему и параметры ПС, что позволяет отказаться от излишней функциональности,

- возможность "горячего" резервирования подсистем и их функций,

- возможность поэтапного развития существующих АС,

- согласованная работа с каналами связи и другими АС,

- повышенная надежность и безопасность эксплуатации ПС,

- оперативная регистрация событий и подача команд управления,

- интеграция диагностических функций ПС,

- открытая архитектура для дальнейшего развития АС

В концепции определены такие характеристики информационных потоков ПАСУ как стабильность, консервативность, стурктурообразуемость, многоуровне-вость, дублированность

Задачи исследования, проводимого при построении ИАСУ следующие

- определить характеристики каналов связи для требуемого объема передаваемой информации,

- определить оптимальные характеристики протокола обмена для существующих каналов связи на районных ПС и имеющегося уровня помех, чтобы обеспечить максимальные функциональные возможности

Критерии эффективности ИАСУ определены рядом показателей

1) показатели назначения (своевременность доставки информации, точность переданной информации, полнота информации, защищенность информации от несанкционированного доступа и воздействия помех),

2) показатели надежности,

3) экономические показатели

4) комплексный показатель технического уровня

В качестве примера в работе рассмотрено построение ИАСУ на основе канала связи, выполненного на базе силовой сети 0,4 кВ (рисунок 3), обеспечивающей энергоснабжение собственных нужд районной ПС от трансформатора собственных нужд (ТСН) Предложены методики построения ИАСУ с учетом особенностей силовой сети

Рисунок 3-7 иповая структура сети ИАСУ с передачей информации по силовой сети

Авюром был разработан модем для передачи информации по силовым сетям, имеется приоритет по заявке на изобретение

В работе приводятся основные технико-экономические преимущества внедрения ИАСУ районных ПС

- сокращение численности персонала ПС, за счет реализации телеуправления (ТУ), наличие информации о текущем состоянии оборудования и режимах ПС,

- ускорение определения и устранения отказов, что приводит к сокращению перерывов в электроснабжении, снижению стоимости технического обслуживания,

- повышение быстродействия и точности выполнения сложных функций по оперативным переключениям и управлению режимами ПС,

- снижение сюимости установки ИАСУ благодаря уменьшению площадей, оборудования и кабелей связи,

- автоматизированное ведение журналов и документации

В третьей главе рассмотрены методы математического моделирования информационных процессов в ИАСУ районных ПС, которыми решаются задач анализа и синтеза ИАСУ Модели ИАСУ служат для оценки надежности и качества функционирования, оценки быстроты, полноты, достоверности и защищенности передаваемой информации

На основе системного подхода исследуется имитационная, аналитическая и информационная модель ИАСУ При описании архитектуры ИАСУ используется разделение на уровни устройств сопряжения с объектом (УСО), ИЭУ и ЦУС Между уровнями и на каждом уровне происходит транспортировка информации по каналам связи, составляющей протокол обмена

В основе имитационной модели лежит следующая конструкция

М= {I, С,, С2, , С„, Г}, (1)

где М - ИАСУ, I - множество информационных объектов, Сь С2, , С„- множество типов связей между ИЭУ, Г — отображение, задающее связи из принятого набора между информационными единицами

Имитационная модель позволяет воспроизвести весь процесс функционирования ИАСУ с сохранением структуры, связей и последовательностей протекания событий во времени Имитационная модель ИАСУ выполнена в среде МаНаЬ Входными данными модели являются структура и количество ИЭУ, характеристики протокола обмена, канатов связи и воздействующих факторов (помех) В результате построения имитационной модели могут быть получены зависимости надежности передачи информации в ИАСУ от изменения входных данных

Аналитическая модель ИАСУ использована для оптимизации системы передачи данных в ИАСУ с использованием следующих подходов из теории СМО

- состояние канала связи описывается цепью Маркова с конечным множеством состояний и известными интенсивностями переходов,

- скорость передачи является управляющим параметром, а интенсивность потерь пакетов является известной монотонной функцией от скорости передачи и состояния канала,

- целью является выбор такого закона управления скоростью, при котором достигается максимум функции успешно переданных пакетов при максимальной скорости передачи

Для построения аналитической модели введено понятие «задача» в ИАСУ, которая представляет собой процедуру возникновения в ИАСУ блока информации (например, процесса телеизмерения (ТИ)), постановку ее в очередь для передачи по каналам связи, собственно передачу, прием и обработку Типичная задача в модели описывается идентификатором (ГО), временем поступления в систему Оо), емкостью необходимой памяти (Ут), количеством запросов к ИЭУ и распределением их по времени (К), количеством информации передаваемой по каналам связи (\У)

Каждое ИЭУ может посылать, получать и обрабатывать данные и взаимодействовать в любой момент времени с любым другим ИЭУ Находящийся в сети трафик можно описать с помощью матрицы

где - функция, моделирующая загрузку каналов связи, то есть количество пакетов, переданных в единицу времени в момент времени I между двумя ИЭУ I и J Исходными данными при расчете является матрица трафика для ИЭУ Т,, и матрица пропускных способностей каналов Вм

Определена структурно-параметрическая модель 0

0= {У, У}, (3)

где Ч* - множество структурно-параметрические характеристик, У - множество характеристик состояния

1Р={П,(ЗЬ (4)

где П - сеть Петри, - случайный процесс

Сеть Петри П определяет структуру сети СПМ, а случайный процесс 0 на-кпадывается на структуру П и определяет временные и вероятностные характеристики СПМ

Структура СПМ характеризуется одним из множеств

77 = {А, г, 7а(2), Ок{7)} или Л = {А, 2, 1г{А), Ог{А)}, (5)

где А - конечное множество позиций, 7. - конечное множество переходов, /д(2) и 0\('/) - соответственно входная и выходная функции переходов, ¡г(А) и 0^(А) - соответственно входная и выходная функции позиций

Архитектура ИАСУ строится на базе информационной модели, отражающей текущее состояние информационных процессов, описываемых конечным множеством параметров А Каждому параметру соответствует конечное множество Г)„ допустимых дискретных значений

Ух,е АЭЦ, 1=1, п(А) (6)

Функция состояния системы М ассоциирует параметр с его текущим значением и определяется на множестве А и принимает значения О,

Ух.е АЗуе ДМ(х,)=у (7)

Множество текущих состояний А представляет собой информационную модель Каждое множество О, является пространством состояний параметра х, б А Декартово произведение х х х Оп(Л) определяет конечное пространство всех допустимых состоянии информационной модели

Одним из основных требований, предъявляеммх к ИАСУ ПС, является жесткое соблюдение сроков выполняемых задач, особенно это касается подсистем ТМ, РЗА, ПА Для проведения анализа выполнимости задач строится вычисли-

тельная модель ИАСУ, в которой выделяются наиболее значимые параметры системы С точки зрения вычислительной модели ИАСУ состоит из множества задач

М={т,,т2, ,т„} (8)

При передаче данных в ИАСУ информационные сообщения разбиваются на пакеты в том случае, если длина сообщений больше оптималыгои длины пакета Оптимальная длина пакета - это такая длина пакета, при которой при имеющемся уровне помех на ПС и заданной скорости передачи, обеспечивается максимальная пропускная способность Пропускная способность \У определяется следующим образом

№ = 400%, (9)

где N5 - количество отправленных информационных сообщений, N1. - количество успешно принятых информационных сообщении

В работе ставится и решается задача получения максимальной пропускной способности при имеющемся уровне помех на ПС путем адаптивной настройки параметров V - скорость передачи данных, байт/ с, Ь - средняя длина пакета, байт, Сг - коэффициент помехоустойчивого кодирования Результаты моделирования в таблице 3 приведены для случая интенсивности помех, приводящей к искажению каждого 10-го бита отсутствия помехоустойчивого кодирования

Таблица 3 - Оптимальные длины пакетов

Средняя длина пакета, байт Скорость передачи данных, бит/ с Пропускная способность

150 1200 54,9

150 2400 67,7

300 1200 73,4

300 2400 76,8

Анализ результатов вычистения показывает зависимость пропускной способности от параметров V, Ь, что дает возможность, изменяя эти параметры, получать наибольшую пропускную способность при заданных уровнях помех Под интенсивностью помех понимается совокупность воздействующих факторов, приводящих к потерям и искажениям при передаче информации

В четвертой главе освещены практические вопросы разработки протокола обмена подсистем ИЛСУ районной подстанции на основе предложенных концепции и моделей

Для использования в ИАСУ автором был разработан протокол обмена СЕ Цель разработки протокола СЕ - организация единого унифицированного способа информационного обмена и технического контроля ИАСУ Протокол является механизмом взаимодействия между ИЭУ по каналам связи Протокол СЕ достаточно гибок и нетребователен к ресурсам аппаратуры, что проверено в ряде технических средств, использующих его, на которые получены патенты (рисунок 4)

Рисунок 4 - Алгоритм формирования пакета протокола СЕ

В протоколе СЕ описаны архитектура, уровни протокола, адресация, ретрансляция Одной из главных идей протокола являе1ся, подобно стекам TCP/IP,

обмен между информационными сетями Взаимное соединение и взаимодействие

j

между ИЭУ позволяет создать единую коммуникационную среду в ИАСУ Немаловажной особенностью протокола СЕ является возможность построения систем с распределенными вычислительными ресурсами Для организации межсетевого

обмена сетей, имеющих собственные протоколы, используется механизм взаимного отображения адресов этих протоколов и протокола СЕ посредством преобразователей Протокол СЕ обеспечивает несколько методов защиты информации ИА-СУ, представленных в таблице 4

Таблица 4 - Методы защиты информации, примененные в протоколе СЕ

Тип нарушения защиты Методы защиты

Несанкционированный доступ Обеспечение процедур идентификации пользователей, системы паролей, пломб, шифрование информации

Ошибки при передаче по каналам связи Помехоустойчивое кодирование для обнаружения и исправления ошибок

Сбои при обработке и хранении информации в устройствах Резервирование информации с возможностью использования дополнительного оборудования и каналов связи

Протокол СЕ опубликован на сайте www energomera rti С использованием протокола или его частей разработаны и выпускаются ОАО «Концерн Эпергоме-ра» различные виды оборудования и программного обеспечения для объектов электроэнергетических систем, на которые у автора имеются патенты - модемы для передачи данных по силовым сетям СЕ832, радиомодемы СЕ831, интеллектуальные преобразователи интерфейсов СЕ824, контроллеры телемеханики СЕ806, устройства сбора и передачи данных УСПД164-01, программное обеспечение (ПО) "Телемеханика", ПО "AdminTools"

Протокол СЕ применяется на ряде районных подстанций, где используется вышеуказанное оборудование и программное обеспечение В результате применения протокола получены следующие натурные результаты

- сокращение времени на разработку оборудования вследствие отсутствия необходимости интеграции различных протоколов обмена, структур данных,

- применение более простой и дешевой аппаратной базы вследствие унификации,

- сокращение времени на пуско-наладку ПАСУ вследствие применения одинаковых алгоритмов и методик настройки и конфигурирования оборудования и ПО

Основные отличия и преимущества разработанного протокола СЕ от существующих следующие

- взаимная конвертация протоколов сетевого уровня,

- расширяемая адресация, позволяющая оптимально выбирать длину адреса,

- развитые средства защиты передаваемой информации, использующие различные алгоритмы шифрования, помехоустойчивого кодирования;

- агрегированность данных прикладного уровня, позволяющая оптимально использовать ресурсы каналов связи для передачи различных видов информации* в том числе возможность потоковой передачи, которая важна для подсистемы РАС

Для целей описания структуры ИАСУ и оперативного применения на объектах ЭЗС разработано техиотогичасше ПО "АйиийТооЬ" и «рикладаюа ПО "Телемеханика". Разработан интерфейс программы, который соответствует обшеприня-тым стандартам Wiпdows-пpилoжeниЙ (рисунок 5).

ЕЯ А^ПНЦТООЬ К 11Ш

Меню Вид Действия

ПрОфИЬЬ 3 и

(¡$■04,2007 00:00 [(В. 04.200? 00:00

Копич^тво периодов;

^«К'гы ¿V '

Хдотрол. теденг Тарифу:

Кй

□ I кч £Эг кт г

01 км

□ з КТЕ

П<> к(й

О1 КТ7 кте

□ з КТ 9

□ 13 «Г 10

□а и и

р1! КТ 12

□ 1 СуМН&

Е1г

Шэ т*

□ ч Т«

□б т*

О« Г«

□а тч

□ 9 т«1

О ю ТЧ

□ и г«. Ок Тч

ЯИММЙ1#^ j-.iHl.SI

Намд

пи^и«, 1

Апч1«$™...... ! КТ 1 1 Стагус ] КГ 1 (Су»«; .Статус. ■ _

30.0].И (12:00:00 ............... ОООООсЮ! —--- ШХЮ0001

30.П1 .Г/У ----... 00000001 —----- ОГОСВДО]

....... ождад ---------- пюш

».01.0? «100100 ------- 00000001 ------ ККЖЮ01

30,(11,57 10:00; 00 00000001 ------— МК.ООЮ1

Э0.01.С7 00000001 ------ ККИ0СС1

Гисупок 5 - ПО " АбтшпТоо1з" - экранные формы считывания данных по потреблению электроэнергии

Программное обеспечение "АЛттТооЬ" предназначено для технологического обслуживания ГОУ, входящих в состав ИАСУ подстанций ЭЭС и соответствует следующим требованиям:

- модульная структура, позволяющая наращивать функциональность;

Л :

- надежная и безотказная работа в течение неограниченного времени;

- конфигурирование объектов ИАСУ;

- настройка конфигурационных параметров ИЗУ - промышленных контроллеров, контролируемых пунктов, счетчиков электроэнергии, преобразователей, устройств связи;

- оперативное чтение данных из ИЭУ, в том числе журналов событий, статусной информации;

- формирование алгоритмов работы ИЭУ;

- защищенность от несанкционированного воздействия.

- хранение базы данных, имеющей гибкую структуру и отражающей различные структуры данных >1ЭУ (рисунок 6);

- выполнение тестирований ИЭУ и каналов связи;

- работа но протоколу С К, а также другим, подключаемых как драй пери;

- возможность использования пак составной ч;)сги других АС.

;тур ннтереай обмена

КакЖ)? -негм длечьта

¡Ц[Лг\гГур_1е

нШц©

Сз1сМвЖ_Ю

кртте.ю ¡Т«Тур_£|

ЦУйкм - учение

Тур - форкат

:СРГур- 1>п тпчонТИ, 1С, ТУ)

ТдгТур - Тврнфяов р*пкя»ьс

ртур-тнп МЛИчяЫ

Рисунок 6 - Структурная схема ВД подсистемы АИИС

Информация об управляемых объектах, состояние которых характеризуется векторами V, поступает и ИЭУ в виде сигналов X от первИЧНМХ измерительных преобразователей или передается на исполнительные устройства подстанций и при передаче подвергается возмущающим воздействиям Ъ.

Функционирование протокола оценивается исходя из полученных показателей по быстродействию и надежности ИдСУ. Продолжительность передачи объекта информации ИЛСУ Та определяется количеством ИЭУ п. каждому из кото-

рых требуется время ¡с для выполнения вычислений, (щ для приема и передачи данных и для транспортировки данных по каналам связи

Т5=(1с+1кс+1сс) п (10)

Для оценки параметров функционирования протокола СЕ проведены эксперименты Требуется передать следующий информационный объект данные ТИ 1000 значений по 2 байта передаются каждые 60 с, каждые 0,1 с передается сообщение ТС, каждые 0,5 с передается сообщение ТУ, количество ИЭУ - 2 Результаты экспериментов приведены на рисунке 7 Уровни помех эквивалентны количеству потерянных или искаженных бит информации в передаваемом пакете в секунду

90

о £

$ 80 £

<о 70 о

0

§ 60

1

I 50

X

I 30 т а Ч

с. 20

а> С

1 10 «

а

^ .... " ШчпН) ^

___—■ _ ,.......* .... !

----------------------

- Уроееньпомвх - О

- Уровеньпоыех 1 -Урованыюмвх 2

- Уровень помех - 4 Уроввмьпомвх 8 Уроввмьпомвх 16

10

100 1000 юсоо

Среднич длина пакета байт

Рисунок 7 - Результаты эксперимента по исследованию ИЛСУ

Вертикальной линией для примера указано минимальное значение времени передачи для уровня помех 4 Как видно из полученных результатов, при наличии помех существует оптимальная длина информационного сообщения, при котором время передачи информационного обмена минимально Преимущества протокола СЕ состоит в адаптивной подстройке длины сообщения, скорости и параметров помехоустойчивого кодирования для повышения надежности при передаче« информации в условиях фона помех, существующего на районных ПС

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертационной работе исследован важный на современном этапе развития рыночных отношений в электроэнергетике вопрос комплексной автоматизации районных подстанций на основе ИАСУ и получены следующие результаты

1 Проанализированы проблемы, которые возникают в процессе внедрения АС в части обеспечения качественного информационного обмена, означающего своевременную передачу максимально полной и достоверной информации между различными компонентами ИАСУ Выполнен анализ состояния и перспектив развития существующих АС на районных ПС

2 Впервые выполнена классификация применяемых АС на современных районных ПС по электрическим и информационным признакам

3 Обосновано применение ИАСУ на районных ПС и предложена концепция построения ИАСУ исходя из двух аспектов

- экономического, позволяющего сократить расходы на строительство » модернизацию ПС,

- технического, позволяющего улучшать качество, полноту и надежность передачи информации п ИАСУ по сравнению с традиционно применяемыми на ПС разделенными АС

4 Исследована предложенная концепция ИАСУ на основе математических моделей процессов информационного обмена Предложен комплекс моделей ИАСУ, позволяющий учитывать влияние аппаратных и программных средств и каналов связи на качество и эффективность работы подсистем ИАСУ предтоженные модели принимают во внимание все наиболее важные особенности функционирования ИАСУ на основе выполняемых задач Рассчитаны параметры протокола обмена ИАСУ, зависящие от уровня помех на районных ПС

5 Разработан унифицированный протокол обмена СЕ, который может применяться в ИАСУ, а также устройства, использующие данный протокол Протокол СЕ позволяет получить оптимальную структуру и характеристики производительности ИАСУ Применение предложенных в диссертационной работе методики информационного обмена и протокола СЕ в составе ИАСУ при строительстве или реконс!рукции районных ПС позволяет обеспечить эффективное выполнение задач, связанных с передачей информации от различных АС и подсистем ИАСУ

6 Рассчитаны параметры протокола обмена ИАСУ, зависящие от уровня помех на районных ПС Показано, что разработанный протокол обмена СЕ имеет

преимущества перед имеющимися в России и за рубежом разработками в части интеграции разнородных подсистем ИАСУ и повышенной помехозащищенности чго позволяет рекомендовать его для использования на районных ПС

7 Предложены методы оценки параметров процессов информационного обмена ИАСУ, необходимые для выполнения работ по проектированию и установке подсистем ИАСУ на строящихся и модернизируемых районных ПС

8 На основе выполненных исследований разработаны программно аппаратные средства для ИАСУ ПС, серийно выпускаемые ОАО "Концерн Энергомера" (г Ставрополь) модемы для передачи данных по силовым сетям СЕ832, радиомодемы СЕ831, интеллектуальные преобразователи СЕ824, контроллеры телемеханики СЕ806, устройства сбора и передачи данных УСПД164-01, ПО "Телемеханика" и "Ас^тТооЬ'1

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статья в журнале, рекомендуемом ВАК для публикации основных результатов диссертационных исследований

1 Липский Р Н, Щербинина К А АСКУЭ на базе продукции ОАО "Концерн Энергомера" // Журнал "Автоматизация в промышленности" - 2004 - № 11 -С 52-53

Публикации в материалах конференций, сборниках трудов

2 Липский Р Н , Кононов 10 Г Проблемы построения АСКУЭ как сложной распределенной системы реального времени // Материалы VII Всероссийская конференция "Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения" -Н Новгород, 2003

3 Липский РН Современные методы снижения потерь электроэнергии посредством приборов и систем учета электроэнергии // Информационные материалы третьей международной научно-технической конференции-выставки "Нормирование, анализ и снижение потерь электроэнергии в электрических сетях - 2004", М Энас, 2004 - С 308-311

4 Липскии Р Н Проблемы передачи информации в электроэнергетике // Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования Том 1 / Под редакцией В П Савиных, В В Вишневского - М Академия наук о ЗАьте, 2004 - С 154-155

5 Липский Р Н Оптимизация сетей передачи данных в АСКУЭ И Радиоэлектроника, электротехника и энергетика II Одиннадцатая Междунар науч -техн конф студентов и аспирантов Тез докл ВЗ-хт -М МЭИ, 2005 Т 1 -С 141

6 Липский Р Н The problems of information transmission in distribution electiic power networks // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А С Попова Серия Цифровая обработка сигналов и ее применение Выпуск VII-2 М ООО "Инсвязьиздат", 2005 -С 428-432

7 Липский Р Н Математические модели автоматизированных систем этек-троэнергетики // Компьютерное моделирование 2005 Труды VI Международной научно-технической конференции СПб Изд-во Политехнического университета, 2005 -С 243-244

8 Липский Р Н Проблемы построения автоматизированных информационных систем в энергетике // Устойчивость и процессы управления Т 3 Секции 910 Труды международной конференции (Санкт-Петербург, 29 июня - 1 июля 2005 г )/ Под Ред Д А Овсянникова, Л А Петросяиа - СПб СГ16ГУ, НИИ ВМ и ПУ ООО ВВМ, 2005 -С 416

9 Липский Р Н Применение АИИС КУЭ для снижения коммерческих потерь электроэнергии // Нормирование и снижение потерь электрической энергии в этектрических сетях Сборник докладов четвертого научно-технического семинара-выставки М Диалог-Электро, 2006 -С 132-133

10 Липский Р Н Разработка информационно-управляющего комплекса для автоматизации задач электроэнергетики // Фундаментальные исследования в технических университетах Материалы X Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы 18-19 мая 2006 года, Санкт-Петербург - СПб Изд-во Политехи ун-та, 2006 -С 281-282

11 Липский Р Н Опыт применения АИИС КУЭ на объектах электроэнергетики // Сборник материалов VIII Всероссийская научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение учета энергетических ресурсов", 2006 - С 86-88

12 Липский Р Н Математические модели автоматизированных информационно-управляющих систем электроэнергетики // Материалы VII Научно-техническая конференция "Компьютерное моделирование 2006" - СПб Изд-во Политехнического университета, 2006 — С S4-86

13 Липский РН Информационные технологии автоматизированных электроэнергетических систем // Актуальные проблемы информатики и информацион-

пых технологий Материалы X Международной научно-практической конференции Изд-воТГУим ГР Державши, 2006 -С 72-74

14 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613673 Программа "АсктипТоок" Липский РН, Тахумов 1010, Деружин-скийИВ -Зарег 23 10 2006 г

15 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613803 Программа для ЭВМ "Телемеханика" Липский Р Н , Тахумов 10 Ю , Деружинский И В , Борисов Д 10 — Зарег 02 11 2006 г

16 Патент Российской Федерации на полезную модель 1Ш 59918 Радиомодем Липский Р Н , Шкуро Ю В — Зарег 27 12 2006 г

17 Патент Российской Федерации на полезную модель 1Ш 59861 Устройство сбора и передачи данных Липский Р Н , Вескер Е Л -Зарег 22 12 2006 г

18 Патент Российской Федерации на полезную модель 1Щ 61900 Контроллер Липский Р Н , Поляченно С А - Зарег 10 03 2007 г

19 Патент Российской Федерации на полезную модель 1Ш 62318 Интеллектуальный преобразователь интерфейсов Деружинский ИВ, Шкуро ЮВ, Липский Р II - Зарег 27 03 2006 г

Подписано в печать 27 0107 Формат 60x84 1/16 Уел п л - 1,5 Уч-изд л - 1

Бумага офсетная Печать офсетная Загаз 947 Тираж 100 зчз ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» 355029, г Ставрополь, пр Кулакова, 2

Издательство ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет»

Отпечатано в типографии ГОУ ВПО «СеЕКавГТУ»

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЭС АС.

1.1 Функции АС на ПС ЭЭС.

1.2 Обзор используемых на подстанциях АС.

1.3 Обзор коммуникационных каналов связи.

1.4 Обзор протоколов обмена.

1.5 Исследования АС районных ПС, тенденции развития.

1.6 Анализ проблем использования АС.

1.7 Выводы.

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ИАСУ.

2.1 Классификация определительных признаков АС ПС для построения ИАСУ.

2.2 Обоснование применения ИАСУ ПС.

2.3 Концепция построения ИАСУ ПС.

2.4 Формирование критерия эффективности информационного взаимодействия ИАСУ.

2.5 Информационный обмен по сетям 0,4 кВ.

2.6 Выводы.

ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ИАСУ.

3.1 Постановка задачи моделирования ИАСУ ПС.

3.2 Имитационная модель ИАСУ.

3.3 Определение времени решения задач ИАСУ.

3.4 Разработка оптимальных форматов протоколов обмена ИАСУ.

3.5 Выводы.

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМ ИАСУ ПС.

4.1 Программное обеспечение ИАСУ ПС.

4.2 Протокол обмена СЕ.

4.3 Исследование работы системы в различных режимах работы.

4.4 Оценка эффективности информационного обмена ИАСУ.

4.5 Выводы.

Актуальность темы. Современный этап развития информационных технологий и средств автоматизации на объектах электроэнергетики характеризуется расширением сфер применения автоматизированных систем (АС), интегрирующих разнородные программно-технические комплексы (ПТК). В зарубежных промышленно развитых странах с конца 90-х годов XX века ведутся исследования проблем "автоматизации подстанций (ПС)" (Substation automation) [116]. Имеется практический опыт применения систем комплексной автоматизации в некоторых зарубежных электроэнергетических системах (ЭЭС). В стратегических планах развития электроэнергетических отраслей многих промышленно-развитых стран большое значение придается внедрению интегрированных АС (так, 84% энергетических компаний Северной Америки* имеют программы по комплексной автоматизации ПС [108]).

В России внедрение интегрированных АС на ПС особенно актуально в связи с предстоящей заменой в ближайшее время изношенного устаревшего оборудования. "Энергетическая стратегия России на период до 2020 года" определяет инновационные программы в ЭЭС, в частности, по внедрению микропроцессорных систем релейной защиты и автоматики, оптико-волоконных систем связи, развитию оптового и розничного рынков электроэнергии, средств учета и др. [106]. "Стратегией развития Единой национальной электрической сети на десятилетний период" ввиду недостаточности уровня развития АС обосновывается техническое перевооружение электрических сетей и ставятся стратегические цели уже в ближайшее время создать и внедрить новые технологии оборудования ПС и линий электропередач (ЛЭП): полностью автоматизированные ПС, интеллектуальные устройства, обеспечить применение микропроцессорных АС управления, защиты, передачи информации, связи и т.д. [68].

Одним из важных стратегических направлений развития ЭЭС является исследование, разработка и внедрение интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ), включающих в себя в виде подсистем созданные ранее раздельно функционирующие АС. Получаемые таким образом сложные ИАСУ нуждаются в эффективном управлении по временным, конфигурационным, эксплуатационным параметрам. Для обеспечения такого управления требуется решение комплекса взаимосвязанных задач оптимизации информационных процессов:

- максимизация скорости передачи информации;

- обеспечение надежности и формирование приоритетов информационного обмена;

- минимизация потерь информации;

- защита от несанкционированного доступа;

- обеспечение необходимой полноты информации;

- восстановление данных из представленной неполной информации. %

Вопросам разработки АС для ПС и их интеграции посвящены работы научных коллективов ОАО "ВНИИЭ", ОРГРЭС, ОАО "НИИПТ", ОАО "ФСК ЕЭС, России", НП АТС, известных ученых: Вулиса A.JL, Овчаренко Н.И., Горелика Т.Г. и др. Зарубежные исследования представлены работами компаний Newton-Edwards, EPRI, IEC, Texas A&M Univercity, зарубежных ученых M. Kezu-novic, G. Latisko и др. [99].

Однако, несмотря на имеющиеся достижения в этой области, с научной точки зрения рассматриваемую проблему нельзя считать окончательно решенной. Требуется систематизация имеющихся АС, разработка концепций и методик построения ИАСУ, исследование процессов информационного обмена в ИАСУ ПС.

Цель работы. Повышение эффективности ИАСУ районных ПС ЭЭС на основе современных информационных технологий, исследований и разработки математических моделей информационных процессов, эффективных протоколов обмена данными и реализации их в промышленных ПТК.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие основные задачи исследования.

1. Анализ современного состояния проблемы автоматизации ПС ЭЭС в России и зарубежных странах, исследование, классификация и формализация основных структурных элементов, технических особенностей и режимов работы различных АС районных ПС.

2. Разработка концепции построения и структурной схемы ИАСУ районной ПС.

3. Построение и исследование комплекса математических моделей ИАСУ, учитывающих различные варианты ПТК, средств связи, требуемые объем и скорость передачи информации с целью оптимизации информационного обмена в условиях различных характеристик ПТК и каналов связи и влияния различных факторов на функционирование ИАСУ районных подстанций ЭЭС.

4. Разработка методик, алгоритмов, протоколов информационного обмена и реализующих их программно-аппаратных средств для всех уровней ИАСУ ПС.

Объектом исследования являются программные, аппаратные, информационные средства ИАСУ районных ПС ЭЭС.

Выбор в качестве объекта исследования районных ПС напряжением 110220 кВ, обусловлен следующими основными причинами:

- в ближайшее время следует ожидать инвестиций в реконструкцию районных ПС из-за высокой степени изношенности оборудования;

- количество ПС более высокого напряжение на порядок меньше числа районных ПС и большинство из них уже оборудовано АС;

- внедрение ИАСУ на трансформаторных подстанциях 6-10 кВ в ближайшее время вряд ли возможно из-за высокой стоимости этих систем относительно стоимости их основного оборудования.

Предметом исследования являются характеристики информационного взаимодействия компонентов ИАСУ ПС между собой.

Методы исследований. В работе использованы: системный подход при классификации АС и разработке концепции ИАСУ районной ПС, методы математической статистики, теории множеств, систем массового обслуживания (СМО), сетей Петри-Маркова (СПМ), математического программирования и исследования операций при разработке и исследованиях математических моделей ИАСУ районных ПС, теории алгоритмов и многоуровневых информационных открытых систем для разработки модификаций протоколов обмена данными.

Научная новизна результатов работы состоит в следующем.

1. Выполнена классификация разнородных АС районных ПС ЭЭС по их функциям, проблемам внедрения и эксплуатации.

2. На основе системного подхода и теории многоуровневых открытых информационных систем разработаны концепция и структурная схема ИАСУ районной ПС.

3. На базе СМО и СПМ разработан комплекс математических моделей для определения количественных оценок производительности информационного обмена в ИАСУ районных ПС, учитывающий ее конфигурацию и различные виды накладных расходов, зависящих от методов обмена, выполняемых задач, ПТК и каналов связи.

4. Разработаны эффективные протоколы информационного обмена, реализованные в промышленных программно-аппаратных средствах, позволяющие оптимизировать процессы в ИАСУ районных ПС ЭЭС.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- раз работанные концепция и структурная схема ИАСУ районных ПС ЭЭС, методики их анализа и построения позволяют снизить затраты и время разработки, проектирования и внедрения таких систем;

- предложенные оптимизированные алгоритмы и протоколы информационного обмена между компонентами систем повышают производительность и надежность ИАСУ районных ПС ЭЭС;

- приведенные оценки степени влияния параметров каналов связи и протоколов обмена на работоспособность системы в целом позволяют применять оптимальные конфигурации ИАСУ районных ПС для обеспечения необходимого быстродействия;

- разработанные и доведенные до промышленного производства программно-аппаратные средства могут использоваться при построении ИАСУ районных ПС на конкретных электроэнергетических объектах.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Классификация существующих АС районных ПС, требования к подсистемам АС ПС, их функциям и направлениям развития.

2. Концепция построения и структурная схема ИАСУ районной ПС.

3. Комплекс математических моделей для оценки производительности информационного обмена в ИАСУ районной ПС. Я

4. Протоколы информационного обмена, позволяющие оптимизировать информационные процессы в ИАСУ районной ПС.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов, методик и рекомендаций подтверждается проверочными экспериментами, корректностью применения математического аппарата, опытом реальной эксплуатации-разработанных алгоритмов, протоколов обмена, ПТК, а также двумя свидетельствами о регистрации программ и 4 патентами на полезную модель.

Реализация результатов работы и внедрение. Полученные в результате исследований программно-аппаратные средства, методики и протокол обмена данными используются в выпускаемой и готовящейся к выпуску ОАО "Концерн Энергомера" (г. Ставрополь) продукции. Разработанная на основе предложенных в работе подходов автоматизированная информационно-измерительная система (АИИС) используется в стадии промышленной эксплуатации в ОАО "Горэлектросеть" (г. Кисловодск).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались 6-ти международных конференциях («Нормирование, анализ и снижение потерь электроэнергии в электрических сетях - 2004», г. Москва, «Международный Форум по проблемам науки, техники и образования», г. Москва, 2004 г., «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 2005 г., «Компьютерное моделирование 2005», г. Санкт-Петербург, «Устойчивость и процессы управления», г. Санкт-Петербург, 2005 г., «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий», г. Тамбов, 2006 г.), 2-х Всероссийских конференциях («Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения», г. Н.Новгород, 2003 г., «Фундаментальные исследования в технических университетах», г. Санкт-Петербург, 2006), НТК «Компьютерное моделирование»,, г. Санкт-Петербург, 2006г., VI-IX региональных НТК «Вузовская наука - экономике региона» (2002-2005 гг., г. Ставрополь).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендуемом ВАК, 1 статья в трудах Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова, 7 статей в трудах и материалах международных конференций, получено 2 свидетельства о регистрации программ и 4 патента на полезные модели.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 144 страницах, включающих 24 рисунка и 16 таблиц. Список литературы содержит 116 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертационной работе исследован важный на современном этапе развития рыночных отношений в электроэнергетике вопрос комплексной автоматизации районных подстанций на основе ИАСУ и получены следующие результаты.

1. Проанализированы проблемы, которые возникают в процессе внедрения АС в части обеспечения качественного информационного обмена, означающего своевременную передачу максимально полной и достоверной информации между различными компонентами ИАСУ. Выполнен анализ состояния и перспектив развития существующих АС на районных ПС.

2. Впервые выполнена классификация применяемых АС на современных районных ПС по электрическим и информационным признакам. >

3. Обосновано применение ИАСУ на районных ПС и предложена концепция построения ИАСУ исходя из двух аспектов:

- экономического, позволяющего сократить расходы на строительство и модернизацию ПС;

- технического, позволяющего улучшать качество, полноту и надежность передачи информации в ИАСУ по сравнению с традиционно применяемыми на ПС разделенными АС.

4. Исследована предложенная концепция ИАСУ на основе математических моделей процессов информационного обмена. Предложен комплекс моделей ИАСУ, позволяющий учитывать влияние аппаратных и программных средств и каналов связи на качество и эффективность работы подсистем ИАСУ. предложенные модели принимают во внимание все наиболее важные особенности функционирования ИАСУ на основе выполняемых задач. Рассчитаны параметры протокола обмена ИАСУ, зависящие от уровня помех на районных ПС.

5. Разработан унифицированный протокол обмена СЕ, который может применяться в ИАСУ, а также устройства, использующие данный протокол.

Протокол СЕ позволяет получить оптимальную структуру и характеристики производительности ИАСУ. Применение предложенных в диссертационной работе методики информационного обмена и протокола СЕ в составе ИАСУ при строительстве или реконструкции районных ПС позволяет обеспечить эффективное выполнение задач, связанных с передачей информации от различных АС и подсистем ИАСУ.

6. Рассчитаны параметры протокола обмена ИАСУ, зависящие от уровня помех на районных ПС. Показано, что разработанный протокол обмена СЕ имеет преимущества перед имеющимися в России и за рубежом разработками в части интеграции разнородных подсистем ИАСУ и повышенной помехозащищенности, что позволяет рекомендовать его для использования на районных ПС.

7. Предложены методы оценки параметров процессов информационного обмена ИАСУ, необходимые для выполнения работ по проектированию и установке подсистем ИАСУ на строящихся и модернизируемых районных ПС.

8. На основе выполненных исследований разработаны программно-аппаратные средства для ИАСУ ПС, серийно выпускаемые ОАО "Концерн Энергомера" (г. Ставрополь): модемы для передачи данных по силовым сетям СЕ832, радиомодемы СЕ831, интеллектуальные преобразователи СЕ824, контроллеры телемеханики СЕ806, устройства сбора и передачи данных УСПД164-01, ПО "Телемеханика" и "AdminTools".

1. Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике / Под общей ред. Ю.Н. Руденко и В.А. Семенова. М.: Издательство МЭИ, 2000. -648 с.

2. Автоматика энергосистем: Учеб. Для техникумов / М.А. Берокович, В.А. Гладышев, В.А. Семенов. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 240 с.

3. Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах. -М.: Высшая школа, 1986. 319 с.

4. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов по спец. "Электроснабжение". М.: Высш. шк., 1991. -496 с.

5. Андрижиевский А.А. Энергосбережение и энергетический менеджмент: учеб. пособие. Мн.: Высш. шк., 2005. - 294 с.

6. Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем: учебное пособие/ Под ред. А.Ф. Дьякова М.: Издательство МЭИ, 2002. -296 с.

7. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование динамических систем. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 464 с.

8. Березко М.П. и др. Математические модели исследования алгоритмов маршрутизации в сетях передачи данных. Информационные процессы, Том 1, №2, 2001, стр. 103-125.

9. Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 374 с.

10. Благодатских В.А. Стандартизация разработки программных средств: Учебное пособие. М.: Финансы и статистика, 2003. - 288 с.

11. Васильев Ф.П., Иваницкий АЛО. Линейное программирование. -М.: Изд-во "Факториал Пресс", 2003. 352 с.

12. М.Воротницкий В.Э. Потери электроэнергии в электрических сетях. Ситуация в России. Зарубежный опыт анализа и снижения. М., 2006 - 72 с.

13. Воротницкий В.Э., Заслонов С.В., Калинкина М.А., Паринов И.А., Туркина О.В. Методы и средства расчета, анализа и снижения потерь электрической энергии при ее передаче по электрическим сетям. М., 2006 - 168 с.

14. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем -СПб: Питер, 2000. 384 с.

15. Горелик Т.Г., Лобанов С.В., Окунев В.Л. (ОАО "НИИПТ"). АСУ ТП на базе микропроцессорных устройств РЗА, АСКУЭ и телемеханики. Опыт разработки и проблемы внедрения. Материалы конференции "Релейная защита и автоматика энергосистем 2006".

16. ГОСТ Р МЭК 870-5-101-2001 Устройства и системы телемеханики. Часть 5. Протоколы передачи. Раздел 101. Обобщающий стандарт по основным функциям телемеханики 94 с.

17. Дансмор Б., Скандьер Т. Справочник по телекоммуникационным технологиям.: Пер. с англ. М.: Издательский дом "Вильяме", 2004. - 640 с.

18. Дащенко О.Ф., Кириллов В.Х., Коломиец Л.В., Оробей В.Ф. MATLAB в инженерных и научных расчетах: Монография. Одесса: Астропринт, 2003. -214 с.

19. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании. Полное руководство пользователя. М.: СОЛОН-Пресс. -2003. -576 с.

20. Ивницкий В.А. Теория сетей массового обслуживания. М.: Физматлит, 2004. - 772 с.

21. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 592 с.

22. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. М.: Изд-во стандартов, 1991.144 с.

23. Исаханов Г.В. Основы научных исследований в строительстве. К.: Вища шк. Головное изд-во, 1985.-208 с.

24. Калман Рудольф Э., Фалб Питер Л., Арбиб Майкл А. Очерки по математической теории систем. М.: Едиториал УРСС, 2004. - 400 с.

25. Карташев И.И., Тульский В.Н., Шамонов Р.Г. Управление качеством электроэнергии / Под ред. Ю.В. Шарова. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. -320 с.

26. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика CS. 3-е изд. -СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. 847 с.

27. Липский Р.Н. Математические модели автоматизированных информационно-управляющих систем электроэнергетики // Материалы VII Научно-техническая конференция "Компьютерное моделирование 2006". СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2006. - С. 84-86.

28. Липский Р.Н. Математические модели автоматизированных систем электроэнергетики // Компьютерное моделирование 2005: Труды VI Международной научно-технической конференции. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2005. С. 243-244.

29. Липский Р.Н. Оптимизация сетей передачи данных в АСКУЭ // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика//Одиннадцатая Междунар. науч-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3-х т. М.: МЭИ, 2005. Т. 1. -С. 141.

30. Липский Р.Н. Опыт применения АИИС КУЭ на объектах электроэнергетики // Сборник материалов VIII Всероссийская научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение учета энергетических ресурсов", 2006. -С. 86-88.

31. Липский Р.Н. Применение автоматизированных информационно-измерительных систем в электроэнергетике // Материалы IX научно-технической конференции "Вузовская наука Северо-Кавказскому региону". Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. - С. 125-126.

32. Липский Р.Н. Проблемы передачи информации в электроэнергетике // Труды Международного Форума по проблемам науки, техники и образования. Том 1./ Под редакцией: В.П. Савиных, В.В. Вишневского. М.: Академия наук о Земле, 2004. - С. 154-155.

33. Липский Р.Н., Кононов Ю.Г. Проблемы построения АСКУЭ как сложнойраспределенной системы реального времени // Материалы VII Всероссийская конференция "Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения". Н.Новгород, 2003.

34. Липский Р.Н., Щербинина К.А. АСКУЭ на базе продукции ОАО "Концерн Энергомера" // Журнал "Автоматизация в промышленности". 2004. - № 11. -С.52-53.

35. Малин А.С., Мухин В.И. Исследование систем управления: Учебник для вузов. М.: ГУ ВШЭ, 2002. - 400 с. , v

36. Математическая энциклопедия: Гл. ред. И.М. Виноградов, М.: "Советская Энциклопедия", 1984. 5 томов.

37. Мещеряков С.В., Иванов В.М. Эффективные технологии создания информационных систем. СПб.: Политехника, 2005. - 309 с.

38. Миллер Б.М., Панков А.Р. Теория случайных процессов в примерах и задачах. М.: Физматлит, 2002. - 320 с.

39. Михайлов В.В. Тарифы и режимы электропотребления. М.: Энергоатомиз-дат, 1986.-с. 143-186.

40. Могилко Р.Н., Казаков П.Н. Многофункциональный цифровой измерительный преобразователь нового поколения. "Энергетика и промышленности России", №12, 2005 С. 40.

41. Модель оптового рынка переходного периода. М.: РАО «ЕЭС России», Департамент по энергосбытовой деятельности, 2001. - 26 с.

42. Мозгалев B.C., Тодирка С.Н., Пономаренко И.С. и др. Информационное обеспечение автоматизированных систем управления распределительными электрическими сетями. Электрические станции. №10, 2001 г. с. 13-20.

43. Наац И.Э., Музенитов Ш.А. Дискретная математика. Ставрополь: ГУП "Ставропольская краевая типография", 2001. 454 с.

44. Новые информационные технологии и системы: Материалы IV Международной научно-технической конференции Пенза, ПГУ, 2000 г. -161 с.

45. Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. -320 с.

46. Носов В.А. Комбинаторика и теория графов. Учебное пособие М.: МГУ, 1999- 116 с.

47. Носов В.А. Основы теории алгоритмов и анализа их сложности. Курс лекций-М. МГУ, 1992- 140 с.

48. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 59861. Устройство сбора и передачи данных. Липский Р.Н., Вескер Е.Л. Зарег. 22.12.2006 г.

49. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 59918. Радиомодем. Липский Р.Н., Шкуро Ю.В. Зарег. 27.12.2006 г.

50. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 61900. Контроллер. Липский Р.Н., Поляченко С.А. Зарег. 10.03.2007 г.

51. Патент Российской Федерации на полезную модель RU 62318. Интеллектуальный преобразователь интерфейсов. Деружинский И.В., Шкуро Ю.В., Липский Р.Н. Зарег. 27.03.2006 г.

52. Першин И.М. Синтез систем с распределенными параметрами. Кисловодск, 2002. - 206 с.

53. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Министерство энергетики Российской Федерации, 2003. 133 с.

54. Правила устройства электроустановок. Изд. 6-ое. М.: Энергоатомиздат, 1986.-с. 50-51.

55. Правила учета электрической энергии. М.: Госэнергонадзор России, ЗАО "Энергосервис", 2002. 368 с.

56. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.

57. РД 153-34.0-11.209-99 Учет электрической энергии и мощности на энергообъектах. Рекомендации. Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии и мощности. Типовая методика выполнения измерений электроэнергии и мощности. 95 с.

58. Регламент составления диспетчерского графика ОЭС Северного Кавказа на период функционирования переходной модели оптового рынка электроэнергии. Пятигорск: ОДУ СК, 2004. 9 с.

59. Сборник нормативных и методических документов по измерениям, коммерческому и техническому учету электрической энергии и мощности. Составители: Я.Т.Загорский, У.К.Курбангалиев. ЗАО "НЦ ЭНАС", 1999. -344 с.

60. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613673. Программа "AdminTools". Липский Р.Н., Тахумов Ю.Ю., Деру-жинский И.В. Зарег. 23.10.2006 г.

61. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613803. Программа для ЭВМ "Телемеханика" Липский Р.Н., Тахумов Ю.Ю., Деружинский И.В., Борисов Д.Ю. Зарег. 02.11.2006 г.

62. Свирен С .Я. Электрические станции, подстанции и сети. Киев: Государственное изд-во тех. литературы УССР, 1962. - 308 с.

63. Семенов В.А. Оптовые рынки электроэнергии за рубежом. Аналитический обзор М.: Научно-учебный центр ЭНАС, 1998 - 192 с.

64. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. СПб: Питер, 2006.-751 с.

65. Сигал И.Х., Иванова А.П. Введение в прикладное дискретное программирование: модели и вычислительные алгоритмы: Учеб. пособие. -М.: Физмат-лит, 2002. 2002 с.

66. Системы АСКУЭ и автоматизация расчетов с потребителями электроэнергии в энергосистемах. Третий научно-технический семинар. Информационные материалы. Москва. 16-20 сентября 2002 г.

67. Системы управления. Инжиниринг качества / Под ред. заслуженного деятеля науки РФ, д.т.н., профессора А.Г. Варжапетяна. М.: Вузовская книга, 2001.-320 с.

68. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом "Вильяме", 2003. -1104 с.

69. Стивене У.Р. Протоколы TCP/IP. Практическое руководство / Пер. с англ. и коммент. АЛО. Глебовского. СПб.: "Невский Диалект" - "БХВ-Петербург", 2003.-672 с.

70. Тарасевич IO.IO. Математическое и компьютерное моделирование. Вводный курс: Учебное пособие. -М.: Едиториал УРСС, 2003. 144 с.

71. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том 1 Современные технологии / Б.И. Крук, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов; под ред. Профессора В.П. Шувалова. - М.: Горячая линия-Телеком, 2003. -647 с.

72. Технологии передачи данных. 7-е изд. / Г. Хелд. СПб.: Питер, К.: Издательская группа BHV, 2003. - 720 с.

73. Типовые технические требования к средствам автоматизации контроля и учета электроэнергии и мощности для АСКУЭ энергосистем, Москва: РАО "ЕЭС России", 1994.-56 с.

74. Томашевский В.Н., Жданова Е.Г. Имитационное моделирование в среде GPSS. М.: Бестселлер, 2003.-416 с.

75. Трояновский В.М. Информационно-управляющие системы и прикладная теория случайных процессов: Учебное пособие. М.: Гелиос АРВ, 2004. -304 с.

76. Тукенов А.А. Рынок электроэнергии: от монополии к конкуренции. М.: Энергоатомиздат, 2005. - 416 с.

77. У инфицированный отраслевой протокол передачи телемеханической информации. A.JI. Вулис, Г.П. Кутлел. Электронный журнал "Новое в Российской электроэнергетике", № 7,2003 г.

78. Ушаков К. Электродвижущая сила. "СЮ Информационные технологии в электроэнергетике", № 1,2007. - с.44-47.

79. Федеральный закон Российской Федерации "Об электроэнергетике" №

80. Ф3. Принят 26 марта 2003 г.

81. Харкевич А.А. Борьба с помехами. М.: Издательство "Наука", 1965. -275 с.

82. Хорольский В.Я. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов по телекоммуникационным системам: Учебное пособие. Ставрополь: ГОУВПО "СевКавГТУ", 2006. - 144 с.

83. Шаманов Д., Соколов С. Распределительные сети Финляндии. Особенности схемных решений. "Новости электротехники", №1, 2006 с. 28-29

84. Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ: В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). 9-е изд., стер. - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 964 с.

85. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации № 1234-р от 28 августа 2003 года. Сайт Интернет www.minprom.gov.ru.

86. Electric engineering dictionary. Ed. Phillip A. Laplante. CRC Press LLC, 2000.-751 p.

87. Eric Levio, Chuck Newton. Substation related automation and integration program spending on the rise worldwide. Electricity Today. April 2006. Volume 18, No. 3. p. 38-57

88. Hissam S. Predictable assembly of substation automation systems: An experiment report, Second edition. Carnegie Mellon University, 2003. - 154 p.

89. Labrosse Jean J. Embedded systems building blocks, Second edition. Complete and ready-to-use modules in C. San Francisco: CMP Books, 2002 - 611 p.

90. MacKay D.J.C. Information Theory, Interference, and Learning Algorithms. Cambridge University Press, 2003. 628 p.

91. Michael Propp, Ph.D., David Propp and John Gitelman. Adaptive Networks. Newton, MA, USA, 2001.

92. Montoya L. Power line communications. Performance overview of the physical layer of available protocols. University of Florida, 1998.

93. Stein J.Y. Digital signal processing: A computer science perspective. John Wiley & Sons, Inc., 2000. 828 p.

94. Vaseghi S.V. Advanced digital signal processing and noise reduction. John Wiley & Sons, Inc., 2000. 466 p.

95. Worldwide market for substation automation and integration programs in electric utilities: 2005-2007. Newton-Evans Research Company, Inc.