Центр управления распределительной электрической сетью и способ работы центра управления

Изобретения относятся к области энергетики и могут быть использованы в системе управления распределительной электрической сетью, включающей сотни и тысячи трансформаторных подстанций напряжением 0,4-10 кВ. Технический результат заключается в повышении надежности работы центра управления распределительной электрической сетью. Указанный технический результат достигается в центре управления распределительной электрической сетью, включающем в себя сервер SCADA с человекомашинным интерфейсом, сервер DMS системы управления распределением, сервер OMS системы управления отключениями, сервер хранения данных и дисплеи диспетчера. Указанный технический результат достигается тем, что центр управления снабжен сервером управления и прогнозирования с возможностью автоматического управления работой серверов OMS, DMS, а серверы OMS, DMS выполнены с возможностью функционирования в режиме online. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретения относятся к области энергетики и могут быть использованы в системе управления распределительной электрической сетью, включающей сотни и тысячи трансформаторных подстанций 0,4-10 кВ.

Часть современной распределительной электрической сети дистанционно неуправляема. Дистанционно неуправляемая часть составляет 80-90% от распределительной электрической сети РФ и до 50% распределительной электрической сети в наиболее развитых странах мира.

Для оперативного обслуживания проблемных объектов дистанционно неуправляемой части распределительной электрической сети диспетчер направляет мобильные бригады.

Другая часть современной распределительной электрической сети наблюдается и управляется дистанционно.

Наибольшее распространение получила система диспетчерского управления и сбора данных в режиме реального времени SCADA (SCADA - аббр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition).

В системах SCADA обязательно наличие диспетчера. Действия диспетчера в критических ситуациях жестко ограничены по времени.

Неправильное действие диспетчера может привести к отказу объекта управления.

Из уровня техники, см., например, информацию по по Интернет-ссылке https://24htech.vn/scada-la-gi-khi-nao-can-l-he-thong-scada.html, известна типовая блок-схема центра системы диспетчерского управления и сбора данных SCADA.

Центра управления распределительной электрической сетью 0,4-10 кВ включает:

- сервер SCADA с человеко-машинным интерфейсом HMI (HMI - аббр. от англ. Human-machine interface);

- сервер системы управления распределением DMS (DMS - аббр. от англ. Distribution Management System);;

- сервер системы управления отключениями OMS (OMS - аббр. от англ. Outage Management System);

- сервер хранения данных;

- дисплеи диспетчера.

Из уровня техники известна возможность использования нейросетей для прогнозирования нагрузки распределительных электрических сетей, см., например, статью Н.Д. Арапова, Д.А. Белякова, И.В. Москового, С.Н. Рыкованова, М.А. Хозяинова «Навигатор диспетчера. Современные модели оперативного прогноза нагрузки распределительных электрических сетей», опубликованную в журнале «Автоматизация и IT в энергетике», No 12 (137), декабрь 2020 г., стр. 2-10, доступную также по Интернет-ссылке https://navigrid.ru/files/prognoz.pdf.

Из уровня техники известно использование сервера с графическим процессором NVIDIA для формирования нейронной сети распознавания изображений, см. информацию по Интернет-ссылке https://habr.com/ru/post/488564/.

За ближайший аналог заявляемого центра управления распределительной электрической сетью взята конструкция центра, известного из патентной заявки США US 2013178998 A1, МПК G06F1/28, публ. 11.07.2013 г.

Центр управления распределительной электрической сетью, принятый за ближайший аналог, включает:

- сервер SCADA с HMI;

- сервер OMS;

- сервер DMS;

- сервер хранения данных.

Недостатком известного центра управления распределительной электрической сетью является низкая надежность управления.

Недостаток обусловлен ручным управлением системой диспетчером при отсутствии обеспечения результатами оперативного и суточного прогнозирования работы системы.

За ближайший аналог заявляемого способа работы центра управления распределительной электрической сетью принят способ работы центра управления распределительной электрической сетью, известный из патентной заявки США US 2013178998 A1. При известном способе работы сервер SCADA функционирует в режиме on-line, а серверы OMS, DMS функционируют в режиме off-line и запускаются подачей соответствующей команды диспетчером.

Недостатком способа работы является низкая надежность управления распределительной электрической сетью, обусловленная ручным управлением системой диспетчером при отсутствии обеспечения результатами оперативного и суточного прогнозирования работы системы.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании надежной системы управления распределительной электрической сетью, опирающейся на оперативное и суточное прогнозирование, и перевод серверов OMS, DMS в режим работы on-line с автоматическим управлением.

Технический результат, на достижение которого направлены изобретения, заключается в повышении надежности работы центра управления распределительной электрической сети за счет точного оперативного и суточного прогнозирования работы системы и перевода серверов OMS, DMS в режим работы on-line с автоматическим управлением.

Указанный выше технический результат достигается в центре управления распределительной электрической сетью, включающем в себя сервер SCADA с HMI, сервер OMS, сервер DMS, сервер хранения данных и дисплеи диспетчера, соединенные информационной шиной.

Указанный технический результат достигается тем, что центр снабжен сервером управления и прогнозирования, выполненным с возможностью оперативного и суточного прогнозирования на основе комбинированных глубоких нейронных сетей, при этом сервер управления и прогнозирования выполнен с возможностью автоматического управления работой серверов OMS, DMS, а серверы OMS, DMS выполнены с возможностью функционирования в режиме on-line.

Указанный выше технический результат достигается в способе работы центра управления распределительной электрической сетью, при котором отслеживают работу сети на основании данных сервера SCADA, задают расчеты серверам OMS, DMS для повышения надежности сети на данных прогнозов, получают результаты расчетов серверов OMS, DMS, анализируют результаты расчетов, подают команду на изменение режима работы отдельных устройств распределительной электрической сети и переводят посредством сервера SCADA отдельные устройства распределительной электрической сети в другой режим работы.

Указанный технический результат достигается тем, что прогнозирование работы сети, управление серверами OMS, DMS и анализ результатов расчетов серверов OMS, DMS выполняют сервером управления и прогнозирования.

Изобретения поясняются следующими изображениями.

На Фиг. 1 изображена блок-схема заявляемого центра управления распределительной электрической сетью.

На Фиг. 2 изображена блок-схема сервера управления и прогнозирования.

Позициями на Фиг. 1-2 обозначены:

1 - центр управления распределительной электрической цепью;

2 - информационная шина;

3 - сервер SCADA с HMI; 4 - сервер DMS; 5 - сервер OMS;

6 - сервер хранения данных; 7, 8, 9 - дисплеи диспетчера;

10 - сервер управления и прогнозирования;

11 - блок управлениия с GPU процессорами;

12 - блок прогнозирования с GPU процессорами.

Изобретение в части центра 1 управления распределительной электрической сетью может быть успешно реализовано в конструкции, включающей в себя (см. Фиг. 1) информационную шину 2, сервер 3 SCADA с HMI, сервер 4 DMS, сервер 5 OMS, сервер 6 хранния данных, дисплеи 7, 8, 9 диспетчера.

Для реализации изобретения выполняют следующие изменения.

Серверы DMS и OMS заменяют на серверы, физически способные непрерывно проводить массовые вычисления численными методами дискретной оптимизации и непрерывно функционировать в режиме on-line. В частности, процессоры CPU заменяются на более мощные графические процессоры GPU. Для обеспечения надежности и нерперывности функционирования центра управления серверы DMS и OMS дублируются (так называемая «кластерная технология»).

Центр снабжают сервером 10 управления и прогнозирования, который подключают к информационной шине.

Сервер 10 управления и прогнозирования предназначен для автоматического управления распределительной сетью там, где сеть наблюдаема и управляема, а также для непрерывной выдачи рекомендаций диспетчеру по управлению сетью там, где сеть мало наблюдаема и мало управляема.

Сервер 10 управления и прогнозирования выполняют состоящим из блока 11 управления и блока 12 прогнозирования, каждый из которых снабжен множеством GPU-процессоров.

Блок 12 прогнозирования сервера 10 выполняет оперативный и суточный прогноз режима сети на основе прогноза нагрузок трансформаторов трансформаторных подстанций и фидеров центров питания. Прогноз нагрузки выполняется на основе гибридных глубоких нейронных сетей, а именно, на основе комбинации ConvolutionLSTM2D и LSTM (LSTM - аббр. от англ. Long-Short Term Memory, в переводе на русский звучит как «Долгая краткосрочная память», - разновидность архитектуры рекуррентных нейронных сетей, способная к обучению долговременным зависимостям). Выбор и конфигурирование именно этой сети связаны с необходимостью функционирования сервера 10, так как для выдачи рекомендаций требуется точность прогнозирования, сравнимая с точностью измерительного тракта автоматизированных информационно-измерительных систем и систем диспетчерского управления. Оптимально подобранная и настроенная по параметрам модели комбинация ConvolutionLSTM2D и LSTM дает такую точность.

Блок 11 управления сервера 10 управления и прогнозирования содержит управляющую программу, с помощью которой:

• получает и обрабатывает данные из сервера SCADA, сервера OMS;

• выдает команды управления и регулирования в сервер SCADA;

• запускает программные приложения на сервере SCADA, сервере DMS, сервере OMS;

• считывает результаты работы программных приложений сервера SCADA, сервера DMS, сервера OMS.

Сервер 10 содержит систему «автопилотирования» с набором программных приложений для парирования ситуаций, возникающих в сети: - непрерывного определения момента запуска расчетных и аналитических программных приложений серверов SCADA, DMS, OMS, адекватно состоянию/режиму сети - в случае снижения надежности сети, выхода параметров режима, качества и потерь электроэнергии за допустимые пределы;

- непрерывного формирования цепочек расчетных и аналитических программных приложений серверов DMS, OMS, прерывания и остановки выполнение цепочек;

- непрерывного формирования и выдачи управляющих воздействий в сервер SCADA в наблюдаемой части сети;

- непрерывного формирования и выдачи рекомендации диспетчеру в удобном для их анализа и применения виде в наблюдаемой части сети;

- непрерывного формирования рекомендаций в виде последовательностей переключений в сети, выполняемых диспетчером с использованием дистанционного управления коммутационными аппаратами, и/или производимых мобильными бригадами непосредственно на объектах; ведения журнала рекомендаций, который логически дополняет журналы событий и тревог сервера SCADA, но имеет более высокий уровень значимости для диспетчера электрической сети.

Журнал рекомендаций позволяет диспетчеру отслеживать жизненный цикл рекомендаций:

- поступление пакета рекомендаций, квитирование поступления пакета;

- оценку применимости рекомендаций, включенных в пакет;

- моделирование выполнения конкретных рекомендаций;

- выбор рекомендации;

- оценка хода выполнения рекомендации;

- прерывание выполнения рекомендации;

- завершение выполнения рекомендации,

- архивирование результатов выполнения рекомендации;

- представления схемы сети, режимных параметров, рекомендаций в соответствие с нормативными категориями режимов сети, которые разделяются на три категории - аварийный/послеаварийный, вынужденный, нормальный. Палитра цветов, используемая для представления информации диспетчеру, соответствует категориям режимов и применяется к схеме сети, к схемам объектов и компонентам сети, к рекомендациям.

Центр 1 управления распределительной электрической сетью работает следующим образом.

Отслеживают сервером 10 работу распределительной электрической сети на основании данных сервера SCADA.

Автоматически оценивают и анализируют снижение надежности сети. Автоматически выбирают расчетные цепочки и численные методы для парирования снижения надежности.

Автоматически определяют сервером 10 необходимый горизонт прогнозирования и автоматически передают серверам OMS, DMS результаты прогнозов на этот горизонт.

Автоматически задают сервером 10 выполнение расчетных цепочек и численных методов серверам OMS, DMS.

Автоматически получают сервером 10 результаты расчетов серверов OMS, DMS.

Автоматически анализируют сервером 10 результаты расчетов.

Подают диспетчером (режим полуавтоматического управления) или сервером 10 (режим автоматического управления) команду на изменение режима работы отдельных устройств распределительной электрической сети.

Автоматически переводят посредством сервера SCADA отдельные устройства распределительной электрической сети в другой режим работы.

Заявленный технический результат достигается за счет точного оперативного и суточного прогнозирования работы системы и перевода серверов OMS, DMS в режим работы on-line с автоматическим управлением.

Проведенные патентные исследования подтверждают мировую новизну и изобретательский уровень изобретений.

1. Центр управления распределительной электрической сетью, включающий сервер SCADA с человекомашинным интерфейсом, сервер DMS системы управления распределением, сервер OMS системы управления отключениями, сервер хранения данных и дисплеи диспетчера, подключенные к информационной шине, отличающийся тем, что центр управления снабжен сервером управления и прогнозирования, выполненным с возможностью оперативного и суточного прогнозирования, реализованного на основе комбинированных глубоких нейронных сетей, при этом сервер управления и прогнозирования выполнен с возможностью автоматического управления работой серверов OMS, DMS, а серверы OMS, DMS выполнены с возможностью функционирования в режиме online.

2. Способ работы центра управления распределительной электрической сетью, при котором отслеживают работу сети на основании данных сервера SCADA, определяют, передают прогнозы и задают расчеты серверам OMS, DMS, получают результаты расчетов серверов OMS, DMS, анализируют результаты расчетов, подают команду на изменение режима работы отдельных устройств распределительной электрической сети и переводят посредством сервера SCADA отдельные устройства распределительной электрической сети в другой режим работы, отличающийся тем, что прогнозирование работы сети, управление серверами OMS, DMS и анализ результатов расчетов серверов OMS, DMS выполняют сервером управления и прогнозирования.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что решение по изменению режима работы отдельных устройств распределительной электрической сети принимают сервером управления и прогнозирования, при этом команду серверу SCADA на перевод отдельных устройств распределительной электрической сети в другой режим работы также подают сервером управления и прогнозирования.

4. Центр по п. 1, отличающийся тем, что сервер управления и прогнозирования выполнен на множестве GPU-процессоров.