Геоинформационная система (ГИС) для выявления потерь в энергосетях

Геоинформационная система (ГИС) для выявления потерь в энергосетях

Федотов Алексей Ильич

Чебоксарский институт (филиал) Московского политехнического университета, Чебоксары

Geographic information system (GIS) for current losses in power grids

Fedotov Alexey Ilyich

Cheboksary Institute (branch) of the Moscow Polytechnic University, Cheboksary

e-mail: fed19036@bk.ru

АННОТАЦИЯ

В работе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой геоинформационной системы для выполнения анализа электропотребления. Изучаются основные этапы реализации.

ANNOTATION

The paper deals with issues related to the development of a geographic information system for analyzing energy consumption. The main stages of implementation are being studied.

Ключевые слова: ГИС, энергетика, потери в сетях, мониторинг подстанций; система расчета.

Энергетическая отрасль в настоящее время создает благоприятные условия для широкомасштабного использования уникальных возможностей различных видов информационных систем. Востребованность в геоинформационных системах с каждым годом повышается, так как увеличивается количество объектов инфраструктуры инженерных энергосетей, в этом состоит актуальность разрабатываемой системы.

В ближайшие годы сетевым компаниям предстоит большая работа по выполнению уже намеченных целевых показателей и по поддержанию в дальнейшем фактических потерь электроэнергии на технико-экономически обоснованном уровне, соответствующем передовым мировым достижениям. В этом, в том числе помогают геоинформационные системы (далее ГИС).

ГИС является мощным инструментом для поддержки управления всеми типами объектов и общей распределенной в пространстве инфраструктурой компаний энергетической отрасли. Вся информация хранится в базах данных и отображается в пространственных представлениях и во временной динамике, выполняется анализ балансов электроэнергии [3].

Сверхнормативные потери электроэнергии в электрических сетях – это прямые финансовые убытки электросетевых компаний. Экономию от снижения потерь можно было бы направить на техническое переоснащение сетей; увеличение зарплаты персонала; совершенствование организации передачи и распределения электроэнергии; повышение надежности и качества электроснабжения потребителей; уменьшение тарифов на электроэнергию [2].

Цель проекта – это разработка геоинформационной системы на основе электронных карт, выполняющее мониторинг технического состояния оборудования и отслеживание периода обслуживания его составных частей, а также выполнение анализа электропотребления и выявление потерь электроэнергии в сетях.

Для реализации основных функциональных возможностей системы, необходимо выполнить следующие задачи: Определение основных параметров и функциональной структуры подстанций, на которых ведется мониторинг; Разработка алгоритма связи базы данных предприятия и ГИС, выполнение последующего анализа полученных данных; Разработка системы для отслеживания электрических показателей; Разработка системы мониторинга технического обслуживания подстанции, на основе технической документации. Итоговым результатом является программа для анализа электропотребления и выявления очагов потерь электроэнергии и визуализация полученных данных на основе картографического сервиса.

Объектом исследования является энергетическая сфера РФ.

Предметом исследования является геоинформационная система.

В процессе выполнения научной деятельности были использованы методы теоретического исследования. Изучены научные источники и определены ключевые функциональные особенности СКАДА систем и структур автоматизации прикладных процессов.

В рамках эмпирических исследований были определены аналитические параметры проекта, осуществлено сравнение с аналогичными разработками.

Исследованиями в данной области занимаются ведущие энергетические компании России и мира. Разработки в данной сфере только набирают популярность и все чаще встречаются в технологических сферах.

При выполнении анализа аналогичных разработок были выявлены следующие преимущества проектируемой системы:

1. Вывод информации об энергопотреблении, текущих свойств и технического состояния подстанции через электронный картографический сервис.

2. Анализ графиков нагрузки потребителей и выявление текущих отклонений от средних значений.

3. Оповещение системы при превышении заданных параметров за указанный промежуток времени.

4. Отслеживание технического состояния и периода обслуживания оборудования согласно технической документации.

Данная система предназначена для диспетчеров информационных комплексов в энергетической сфере и может быть использована на энергосбытовых и распределительных сетевых комплексах, а также предприятиях.

ГИС удобно отображает данные для пользователя. Картографирование полученных данных наиболее удобно для восприятия, что упрощает построение запросов и их последующий анализ.

ГИС позволяют объединить данные из различных подразделений. Коллективное использование накопленных данных и их интеграция в единый информационный массив обеспечивает конкурентные преимущества и эффективность эксплуатации информационных систем. Функциональные модули отображены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Составные функциональные модули

Автоматизация процесса анализа энергетических данных помогает повысить своевременность и эффективность процедуры принятия решений.

Анализ графиков нагрузки, оповещения системы при возникновении отклонений от планируемых значений и отслеживания технического состояния помогают компаниям быстро принимать соответствующие решения, реагировать на перебои и обеспечивать своевременное оповещение клиентов. ГИС отображает местоположение утечки, помогает выявить причину и направить на место происшествия специалистов, отслеживать статус проводимых работ.

ГИС представляет собой систему объединения информационных данных фактических потерь электроэнергии и систему контроля технических параметров и обслуживания подстанций [1].

Система мониторинга обеспечивает выполнение комплекса функций по верификации, сбору, синхронизации по временным признакам, обработке и анализу баланса электроэнергии, отображению полученных данных.

Система анализирует данные электропотребления в точках технического учет электроэнергии в сети, основываясь, на полученной информации в темпе процесса с установленных на подстанциях средств измерений и обеспечивает графическое отображение данных на карте с которыми, впоследствии, работает диспетчер. Обеспечивает повышение точности технических и нетехнических потерь электроэнергии, а также расчетов структурных составляющих балансов электроэнергии в сетях. Выявляет места потерь мощности и отображает их на карте, выполняет анализ возможных причин в соответствии с техническим состоянием и способствует принятию оперативных мер по их снижению. Способствует переходу от контроля уровня потерь в сети, к определению объекта с очагом потерь.

Полученные данные формируют карту потерь электроэнергии на основе формирования балансов электроэнергии и выполнением расчета технических потерь.

Система способствует выработке перспективных мероприятий по повышению качества электроэнергии в сети и объективное взаимодействие с потребителями по вопросам качества электроэнергии.

Архитектура системы зависит от среды и компании, в которой она будет применяться, в обобщенном виде имеет следующую структуру (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Структура системы

Консолидация данных происходит на едином корпоративном сервере, с возможностью организации рабочих мест для администрирования, редактирования и просмотра атрибутивных и пространственных данных через WEB-интерфейс.

Реализация проект делиться на следующие этапы.

Первый этап – подготовительный. На данном этапе вырабатывается основная концепция будущей системы, происходит оценка реализуемости проекта по заданным параметрам, формируется документация.

После того, как определена концепция реализации, проект выходит на этап разработки требований. Организуется формирование скрытых потребностей, целостного технического решения и его последующий анализ.

Этап разработки архитектуры будущей системы. Формирование логической и физической архитектуры, организация связи базы данных СКАДА системы предприятия и ГИС, для установления алгоритма передачи данных. Оценка предварительного технического решения.

Следующий этап – кодирование и отладка. Этап включает в себя написание программного кода, объединение графической части проекта и логически-функциональной.

Далее происходит тестирование компонентов и интеграция их в единый программный комплекс.

Тестирование системы. Происходит проверка объединенной системы с учетом интеграции всех функциональных компонентов [5].

Запуск. После запуска ГИС в эксплуатацию осуществляется сопровождение ПО. Вносятся изменения на основе выявленных особенностей в процессе пользования, а также оптимизация.

В процессе выполнения исследовательской деятельности были изучены функциональные особенности аналогичных систем, определены отличие проектируемой системы. Построена структурная схема взаимодействия основных модулей. Составлены основные этапы реализации проектного решения.

В настоящее время, учитывая реальный объем оснащения цифровыми приборами учета и средствами передачи данных в режиме online в распределительных сетях, разработанная система мониторинга позволяет реализовать первый этап мониторинга потерь электроэнергии.

По мере развития информационной обеспеченности разработанный и уже реализованный механизм позволит без доработок реализовать все остальные этапы мониторинга потерь электроэнергии.

Библиография

1. Бутырин, П.А. Электротехника: Учебник / П.А. Бутырин. - М.: Academia, 2018. - 384 c.

2. Быстрицкий, Г.Ф. Теплотехника и энергосиловое оборудование промышленных предприятий. Учебник для академического бакалавриата / Г.Ф. Быстрицкий. - Москва: Машиностроение, 2016. - 306 c.

3. Иньков, Ю.М. Электротехника и электроника / Ю.М. Иньков. - М.: Academia, 2019. - 126 c.

4. Комиссаров, Ю.А. Общая электротехника и электроника: Учебник / Ю.А. Комиссаров, Г.И. Бабокин, П.Д. Саркисова. - М.: Инфра-М, 2017. - 192 c.

5. Конюхова, Е. А. Электроснабжение объектов / Е.А. Конюхова. - М.: Академия, 2016. - 320 c.

6. Кривоногов, Н.А. Общая электротехника: учебное пособие / Н.А. Кривоногов. - РнД: Феникс, 2016. - 222 c.

7. Прошин, В.М. Электротехника: Учебник / В.М. Прошин. - М.: Academia, 2018. - 448 c.

8. Электротехника: Учебник / Под ред. Бутырина П.А.. - М.: Academia, 2018. - 187 c.