Средства комплекса «Энергостат»
Макоклюев Б.И.
Антонов. А.В.
Набиев Р.Ф.
Общая характеристика разработки
В условиях рынка учет расхода электроэнергии, а также автоматизация процессов по формированию различных балансов в электрических сетях и в целом по энергообъединениям, принимают особую значимость. Организация этого учета на всех уровнях электрических сетей и станций предполагает решение следующих технологических задач:
· расчет балансов электроэнергии для филиалов и энергосистемы в целом;
· выявление небалансов между предприятиями электрических сетей;
· анализ выполнения норматива потерь электроэнергии - сетевого и системного;
· повышения достоверности баланса электроэнергии за счет унифицированной обработки показаний электросчетчиков;
· повышения скорости обработки информации и подготовки отчетной документации;
· формирование единой отчетности по балансу электроэнергии для всех уровней управления и подразделений.
Одной из составляющих баланса электроэнергии являются потери - технологический расход энергии при ее транспортировке к конечному потребителю. Величина потерь является важным показателем, характеризующим обоснованность технических решений, принятых при создании, развитии и функционировании энергосистемы и непосредственным образом сказывается на рентабельности, финансовых результатах производства электроэнергии. Поскольку потери не являются регистрируемым параметром, для определения их величины приходится производить большой объем расчетов по оценке и суммированию потерь в каждом элементе технологической цепочки производства и распределения ЭЭ. Для расчетов требуется информация о технологическом оборудовании, его характеристиках и составе.
В связи с большим объемом данных оборудования и измерений, расчет и нормирование потерь рассматривался обычно, как самостоятельная, объемная, требующая больших затрат, задача. Вместе с тем, можно рассматривать эту задачу и связанную с ней, но более общую задачу расчета балансов в более широком контексте, увязывая подготовку базы оборудования, приборов учета и измерений, необходимых для расчетов, технологические модули расчета потерь и балансов в единую информационную базу и программный комплекс. Работа по созданию такого комплекса является развитием работ по комплексу «Энергостат» [6], внедренному в ряде энергообъединений России и работ по комплексу РТП (Расчет технических потерь), эксплуатируемому в Мосэнерго. Разработка получила название «Информационная системы расчета технических потерь и балансов электроэнергии в электрических сетях (ИС РТП и РБЭ)». Основные задачи разработки:
· построение единой информационной системы подготовки и обработки данных для расчетов;
· разработка системы расчетов балансов и потерь электроэнергии в филиалах и энергообъединении в целом;
Такая информационная система расчета балансов и технических потерь электроэнергии в настоящее время внедряется в Мосэнерго. Структурная схема взаимодействия модулей ИС РТП и РБЭ, адаптированная для организационных условий Мосэнерго, показана ниже на рис.1.
Рис. 1. Структурная схема ИС РТП и РБЭ
Схема отражает информационную технологию, позволяющую автоматизировать процесс сбора и подготовки информации на следующих уровнях:
· Энергосбыт (Генеральная дирекция);
· Предприятие электрических сетей;
· Районные электрические сети.
Информационная система для расчета технических потерь и балансов электроэнергии состоит из набора программных модулей:
· Функциональные модули:
– «РТП Сеть» - программа оперативных расчетов электрических режимов и потерь мощности в электрической сети 110 кВ и выше (разработка ИВЦ ОАО «Мосэнерго»);
– «Энергостат 2.1» - программа расчета активных и реактивных нагрузок в узлах замкнутой сети энергосистемы 110 кВ и выше;
– Модуль «РТП 1» -функциональный модуль сводного расчета технических потерь на уровне ЭО и в электрических сетях;
– Модуль «РТП 2» - функциональный модуль расчета технических потерь на уровне ПЭС. Является основным технологическим модулем по расчетам потерь электроэнергии в ПЭС.
– Модель «РТП 3.2» - расчет потерь электроэнергии в электрических сетях 0,38 кВ;
– Модуль «РТП 3.1» - расчет потерь электроэнергии в разомкнутых электрических сетях 6 - 10 кВ.
– Модуль «РБЭ 1» - функциональный модуль для расчета межсетевого и системного баланса электроэнергии, а также подготовки отчетных аналитических форм.
– Модуль «РБЭ 2» - функциональный модуль для расчета балансов электроэнергии на уровне ПЭС, а также подготовки отчетных аналитических форм. Является основным технологическим модулем по расчетам балансов электроэнергии в ПЭС.
· База данных оборудования, объектов и режимных параметров:
– Модуль «Энергостат 6.1» - модуль администрирования объектного хранилища данных.
Порядок обмена данными между структурами организован следующим образом (рис. 2):
· На уровне ПЭС производится ввод данных по оборудованию подстанций и их характеристикам, данных зимних и летних контрольных замеров, состав приборов учета, месячные показания приборов учета. Электронные журналы введенных данных пересылаются в центр сбора информации (Энергосбыт, Гендирекция), где происходит обновление центральной базы данных.
· На уровне Энергосбыта или Гендирекции производится ввод данных по составу линий электропередач (ЛЭП), принадлежности ЛЭП. Электронные журналы изменений рассылаются в предприятия электрических сетей, где на их основе происходит коррекция базы данных ПЭС. Дополнительно в ПЭС пересылаются результаты расчетов потерь питающей сети, произведенных комплексом программ расчета установившихся режимов «РТП Сеть».
Рис. 2. Структурная схема обмена информации ИС РТП и РБЭ в Мосэнерго
баланс электроэнергия энергостат
Для передачи электронных журналов изменений используются почтовые протоколы (SMTP, X400).Обмен информацией осуществляется по существующим каналам связи. Возможно использование каналов связи с поддержкой сетевых протоколов TCP/IP.
Расчет технических потерь
С помощью модулей расчета технических потерь (РТП) производится расчет суммарной величины и структуры технических потерь электроэнергии по энергообъединению в целом, по месяцам и годам заданного расчетного периода, по ступеням напряжения и структурным подразделениям. Расчеты проводятся в соответствии с принятой месячной периодичностью нормирования потерь электроэнергии.
В замкнутых электрических сетях 110 кВ и выше расчет переменных потерь мощности и электроэнергии ведется ежесуточно с учетом изменений коммутационного состояния сети и ее работы в режимах суточных максимумов нагрузки. Потери электроэнергии за месяц определяются путем суммирования потерь электроэнергии за сутки.
В разомкнутых электрических сетях 110, 35, 6-10 кВ, силовых трансформаторах, синхронных компенсаторах и токоограничивающих реакторах расчеты переменных потерь мощности выполняются для нагрузок зимнего максимума с их пересчетом в годовые переменные потери электроэнергии по времени наибольших потерь.
Годовые переменные потери распределяются по месяцам пропорционально квадратам прироста известного отпуска электроэнергии в сеть. При этом для более точного учета паспортных данных оборудования электрических сетей 35-110 кВ каждая линия, трансформатор и синхронный компенсатор представляются в базе данных своими индивидуальными параметрами, которые ежегодно обновляются. То же относится к условно-постоянным потерям электроэнергии. Для расчета создана отдельная подробная база данных практически по каждому элементу электрической сети 35-220 кВ. Кроме того, в энергосистеме создана база данных по схемным и режимным параметрам и результатам расчетов потерь по всем распределительным линиям 6-10 кВ. Исключение составляют измерительные трансформаторы тока, напряжения и счетчики, для которых задается их количество, а потери определяются по удельным показателям на единицу оборудования.
Расчеты потерь проводятся в соответствии с разработанной «Методикой нормирования потерь электроэнергии в электрических сетях филиалов ОАО «Мосэнерго». Методика максимально учитывает имеющуюся в РЭС, ПЭС и энергосистеме в целом схемную и режимную информацию и основывается на методах расчета и структуре входных и выходных данных, регламентированных отраслевыми и федеральными нормативно-техническими документами [5,6,7]. Методика расчета потерь в целом и программные средства расчета потерь в разомкнутых сетях 6-10 кВ разработаны в лаборатории АСУ электрических сетей АО ВНИИЭ (Руководитель работ - д.т.н. Воротницкий В. Э.)
Расчет балансов электроэнергии
В зависимости от детальности разработки, в состав баланса электроэнергии могут входить показатели, характеризующие выработку и расход электроэнергии на различных этапах и в различных звеньях технологического процесса - собственное потребление, технологический расход (потери), выработка, сальдо-переток и т. п.
Показатели могут разбиваться на отдельные составляющие, образовывая иерархию показателей баланса электроэнергии. Начальным (низшим) уровнем разработки балансов электроэнергии могут являться электрическая станция или подстанция. В качестве примера на рис.3 схематически изображена структура баланса подстанции.
Рис. 3. Структурная схема баланса электроэнергии подстанции
Одна из широко используемых энергосистемами структурных форм представления баланса электроэнергии изображена ниже на рисунке 4.
Рис. 4. Структурная схема баланса электроэнергии энергообъединения
Анализ структуры показателей баланса электроэнергии для различных иерархических ступеней управления энергообъединения позволяет условно разделить показатели на две группы:
1. группа опорных (независимых) показателей, которые интерпретируются одинаково для баланса любого уровня (прием от электростанций, собственные нужды);
2. группа расчетных показателей, которые могут использоваться в рамках одного или нескольких видов баланса (сальдо ПЭС в балансе ПЭС, электропотребление подстанции в балансе подстанции).
Различная трактовка одного и того же показателя для энергообъединения, сетевых предприятий, подстанции приводит к необходимости реализации для каждого типа объекта или подразделения своего алгоритма расчета баланса. Таким образом, решение задачи расчета балансов требует разработки нескольких видов моделей (модель - математическое описание взаимосвязи между показателями баланса.)
Состав показателей баланса при этом зависит от вида баланса. Поскольку опорные показатели баланса электроэнергии, являются инвариантными по отношению к виду баланса, их. использование существенно упрощает алгоритм расчета и позволяет строить различные модели балансов.
На основе анализа показателей всех моделей расчета балансов энергообъединения (уровня АО-Энерго) можно выделить следующие показатели, которые участвуют только в своей модели расчета:
– модель «Энергообъединение»:
· Выработка ЭО;
· Сальдо-переток ЭО;
· Электропотребление ЭО;
– модель «Предприятие электрических сетей»:
· Выработка ПЭС;
· Сальдо-переток ПЭС;
· Электропотребление ПЭС;
– модель «Подстанция»:
· Сальдо-переток подстанции;
· Электропотребление подстанции.
Каждый показатель «Сальдо-переток …», в свою очередь, может быть разложен по показателям: «Прием …», «Передача …»
Независимые показатели для всех моделей:
· Полезный отпуск;
· Хозяйственные нужды;
· Собственные нужды:
· Производственные нужды;
· Технические потери.
Необходимость введения инвариантных показателей для приема и передачи по отношению ко всем моделям приводит к введению дополнительных независимых показателей:
· Прием от смежной энергосистемы;
· Передача в смежную энергосистему;
· Прием от смежного предприятия;
· Передача в смежное предприятие;
· Прием от электростанции;
· Передача в электростанцию.
Так как показатели приема и передачи подстанции могут быть разложены по перечисленным показателям, нет необходимости вводить эти показатели, как независимые.
Взаимосвязь показателей балансов электроэнергии для всех видов моделей показана на рисунке 5 (независимые показатели выделены цветом).
Рис. 5. Взаимосвязь показателей балансов электроэнергии
Согласно «Правилам учета электрической энергии» [2], учет электроэнергии производится на основе измерений приращений электроэнергии, выполняемых с помощью счетчиков электроэнергии и измерительных систем. Каждое измерение (инструкция РД 34.09.101-94) имеет характеристику принадлежности данного измерения к показателю баланса электроэнергии. Следовательно, расчет каждого показателя определяется суммой всех измерений связанных с этим показателем (рис. 6). Кроме того, при расчете учитывается балансовая принадлежность измерительных приборов.
Рис. 6. Основные элементы модели расчета баланса электроэнергии.
Привязка измерений приборов учета к показателям баланса