Разработка и применение геоинформационных технологий в распределительных электрических сетях Ярош, Виктор Алексеевич

Введение к работе

з

Актуальность. Эффективное управление электрическими сетями невозможно без применения современных информационных технологий. В последние годы геоинформатика является бурно развивающимся направлением информационных технологий. Нашли свое применение геоинформационные системы (ГИС) и в организациях, эксплуатирующих электрические сети.

Фирмы-разработчики ГИС предлагают большое число различных решений. Они сильно различаются по своим возможностям и по практической применимости для решения насущных и перспективных задач, возникающих при управлении электрическими сетями.

Выбор моделей и способа организации данных в ГИС значительно важнее, чем выбор программного пакета, поскольку напрямую определяет многие функциональные возможности ГИС. Некоторые функции или не реализуются для определенных типов организации данных, или обеспечиваются сложными манипуляциями.

Представление о существующих моделях и способах организации данных в ГИС должен иметь и конечный пользователь, и руководитель, участвующий в решении стратегических вопросов внедрения и развития геоинформационных технологий для управления электрическими сетями. Ошибки в выборе модели данных могут сказаться решающим образом на возможности выполнения ГИС требуемых функций и расширения их списка в будущем.

Несмотря на достаточно большое количество примеров применения геоинформационных технологий в управлении электрическими сетями, описанных в литературе, необходимо отметить, что роль ГИС в них сводится чаще всего лишь к визуализации схемы сети на карте или плане местности. При этом инструментальные ГИС в чистом виде не могут решать специфические задачи моделирования и расчета режимов распределительных электрических сетей.

Большинство технологических задач, решаемых при управлении электрическими сетями, требуют, помимо информации о пространственном положении и параметрах электротехнического оборудования, данных о структуре (тополо-

4 гии) сети. Модели данных современных ГИС слабо приспособлены для описания топологических отношений в том объеме, какой требуется для адекватного представления электрических сетей. Таким образом, очевидна актуальность применения для управления электрическими сетями ГИС, интегрированной с режимно-технологическими программными комплексами (РТПК), оперативно-информационными комплексами (ОИК) и информационными системами (ИС).

Существенный вклад в применение геоинформационных технологий для управления отечественными электрическими сетями внесли Воротницкий В.Э., Идельчик Б.В., Идельчик В.И., Керницкий Н. В., Кисляков Ю.В., Косяков СВ., Моржин Ю.И., Огарь В.П., Резчик М.Ю., Скворцов А.В. Интеграции ГИС с РТПК посвящены работы, некоторых из указанных выше авторов, а также За-слонова СВ., Кононова Ю.Г., Лысюка С.С..

Значительный вклад в интеграцию геоинформационных технологии в бизнес-процессы энергетической компании для решения повседневных задач внесли Билл Михан, Кристиан Хардер (ESRI - Институт исследования систем окружающей среды) и Томас Дж. Овербай (Иллинойский Университет, Урбана-Шампейн).

Цель работы. Разработка и применение геоинформационных технологий для повышения эффективности управления электрическими сетями на основе интеграции ГИС с РТПК, ОИК и ИС.

При этом поставлены и решены следующие частные научные задачи:

1. анализ существующих моделей данных современных ГИС, выбор оптимальной модели данных, позволяющей решать задачи использования геоинформационных технологий в электрических сетях;

2. исследование опыта применения и разработки системы инженерной графики (СИГ) "Энерго-Граф" для управления эксплуатацией электрических сетей АО "Ставропольэнерго", интегрированной с РТПК "RERS PC" и ОИК "КОТМИ";

3. разработка вариантов интеграции ГИС и РТПК в зависимости от представления исходных данных для расчета режимов распределительных электрических сетей в ГИС;

4) усовершенствование методики подготовки поопорных схем

5 (СИГ "Энерго-Граф") для конвертации в расчетные схемы (РТПК "RERS PC") с целью уменьшения трудозатрат;

5) разработка вариантов интеграции графической и семантической информации в ГИС для решения задачи паспортизации электротехнического оборудования электрических сетей.

Объектом исследования являются распределительные электрические сети. Предмет исследований - модели, структуры, форматы графической и семантической баз данных (БД), методы интеграции ГИС с РТПК, ОИК и ИС.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории графов, геоинформационных систем, баз данных и прикладного программирования.

Научная новизна.

1. Обоснована необходимость применения векторно-топологической модели пространственных данных, позволяющей учитывать топологию электрической сети, при использовании интегрированной модели взаимоотношений электрических схем и паспортных данных электротехнического оборудования.

2. Разработаны классификация, схемы и выражения, описывающие интеграцию исходных данных для расчета режимов распределительных электрических сетей в ГИС и РТПК.

3. С целью уменьшения трудозатрат улучшена методика подготовки по-опорных схем в СИГ "Энерго-Граф" для конвертации в РТПК "RERS PC".

4. Разработаны БД и экранные формы паспортов электротехнического оборудования в СИГ "Энерго-Граф", а также программа "Паспорт энерго", позволяющая обрабатывать параметр вызова внешней задачи.

Практическая ценность результатов работы:

5. Обосновано использование векторно-топологической модели пространственных данных и интегрированной модели взаимоотношений электрических схем и паспортных данных электротехнического оборудования для эффективного управления электрическими сетями;

6. Подготовлены графические БД технологических схем АО "Ставро-польэнерго". Разработаны БД и экранные формы паспортов электротехнического оборудования. Подготовлены технические задания и протестированы новые

6 функции в СИГ "Энерго-Граф". Многолетний опыт разработки и применения геоинформационных технологий в электрических сетях АО "Ставропольэнер-го" одобрен на заседаниях НТС РАО "ЕЭС России" в 2002 и 2004 г. Проводимые работы признаны важным пилотным проектом, имеющим отраслевое значение.

3. Разработаны классификация, схемы и выражения интеграции исходных
данных для расчета режимов распределительных электрических сетей в ГИС и
РТПК, позволяющие выбрать наиболее оптимальный вариант для конкретного
программного обеспечения;

4. Усовершенствована методика подготовки поопорных схем
(СИГ "Энерго-Граф") для конвертации в расчетные схемы (РТПК "RERS PC"),
позволяющая сократить время подготовки поопорных схем за счет использова
ния шаблона "дерева объектов" и групповых возможностей работы с объектами;

5. Показано, что интеграция ГИС с ИС повышает эффективность эксплуа
тации электротехнического оборудования, производительность труда персонала
и оперативность принимаемых решений за счет: исключения дублирования ин
формации в локальных БД; повышения достоверности данных об оборудовании
и схемах электрических сетей; сокращения затрат времени на поиск требуемой
информации и формирования необходимых выборок и отчетов.

Реализация результатов работы и внедрение. Разработанные подходы, методики и алгоритмы внедрены в филиале ГУП СК "Ставрополькоммунэлек-тро" "Электросеть" г. Новопавловск, филиале ОАО "МРСК Северного Кавказа" - "Ставропольэнерго" и могут быть использованы при дальнейших работах по применению геоинформационных технологий в филиале ОАО "ФСК ЕЭС"-МЭСЮга..

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на XXVI, XXVII, XXX-XXXV научно-технических конференциях по результатам НИР ППС, аспирантов и студентов (СевКавГТУ, Ставрополь, 1996, 1997, 2000-2006 гг.), VI-VIII региональных научно-технических конференциях "Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону" (Ставрополь, СевКавГТУ, 2002-2004 г.г.), совместном заседании Бюро НТС РАО "ЕЭС России" и подсекции "Информационных технологий в энергетике"

7 (Москва, НТС РАО "ЕЭС России", 2002 г.), пленарном заседании НТС РАО "ЕЭС России" (Москва, НТС РАО "ЕЭС России", 2004 г.), XXIX сессии Всероссийского научного семинара Академии наук РФ "Кибернетика электрических систем" (г. Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2007 г.).

Публикации. По содержанию и результатам диссертационной работы опубликовано 20 печатных работ, 2 из них в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Основные положения, выносимые на защиту:

7. Модели представления данных в ГИС, позволяющие решать задачи моделирования и расчета режимов электрических сетей;

8. Классификация, схемы и выражения, описывающие интеграцию в ГИС и РТПК исходных данных для расчета режима распределительной сети;

4. Алгоритм усовершенствованной методики подготовки поопорных схем (СИГ "Энерго-Граф") для конвертации в расчетные схемы (РТПК "RERS PC"), позволяющий уменьшить трудозатраты;

   Способы интеграции графической и семантической информации в ГИС для решения задачи паспортизации электротехнического оборудования электрических сетей.

   Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 203 страниц, в том числе 20 стр. приложений, иллюстрирован 52 рисунками, содержит 17 таблиц. Список литературы включает 177 наименований.

   Похожие диссертации на Разработка и применение геоинформационных технологий в распределительных электрических сетях

   

   Разработка защиты тяговой сети метрополитена по полусумме токов фидеров смежных подстанций Хо Ань Шанг

   

   Исследование режимов эксплуатации и разработка мероприятий, повышающих надежность сетей собственных нужд атомных электростанций Гаврилко Аркадий Иванович

   Анализ и разработка средств комплексной защиты сетей 6-35 кв от однофазных замыканийНазаров, Владимир Васильевич

   

   Анализ и разработка комплекса релейной защиты и автоматики сетей 635 кВ выполненного на микропроцессорной элементной базеТянь Чжун Лу

   Разработка методов оценки надежности распределительной электрической сети и выбора мероприятий по её повышениюШушпанов, Илья Николаевич

   Разработка методов анализа и синтеза электрической сети и средств обеспечения надежности в кратковременных и длительных аварийных режимахСвешников, Валерий Иванович

   

   Разработка методики управления оперативными переключениями в сетях 110-500 кВ с целью снижения перегрузки и повышения надежностиФайницкий Олег Викторович

   

   Разработка экспертной системы анализа коммутационного состояния электрических сетей Петрищев Алексей Васильевич

   

   Исследование и разработка мероприятий по повышению надежности электростанций и сетей Республики ЙеменАли Салех Аль-Радаи Мохамед

   

   Разработка инженерных методов оценки несимметрии напряжений в сетях 10-0,4 кВПетров Антон Васильевич