38
Июль
–
август
2014
38
МОНИТОРИНГ
и Контроль
На
подстанции
Сан
Рамон
в
Калифорнии
PG&E
проводит
испытания
системы
DSE.
Система
по
-
казывает
состояние
распределительной
сети
на
-
пряжением
выше
3
кВ
(
в
цифровом
и
графическом
виде
,
зелёным
отмечены
участки
,
где
отклонение
от
номинала
в
пределах
4%),
схема
сети
наложена
на
географическую
карту
,
представлена
схема
под
-
станции
.
С
егодня
устройства
измерения
комплексных
величин
(PMU)
всё
чаще
применяются
в
элек
-
трических
сетях
.
Однако
чем
больше
таких
устройств
появляется
на
распределительных
ПС
и
сетях
и
чем
больше
разрастается
бизнес
по
под
-
держке
этих
устройств
,
тем
шире
становится
их
ожида
-
емый
круг
применения
на
уровне
распределительной
сети
.
Так
как
PMU
опрашивает
сеть
с
частотой
от
60
до
120
раз
в
секунду
,
это
означает
ещё
один
«
большой
объём
данных
»
и
связанные
с
ним
потребности
в
вы
-
числительной
мощности
в
центрах
управления
и
алго
-
ритмы
обработки
данных
.
Долгожданное
решение
для
просмотра
состояния
сети
в
реальном
времени
позволяет
операторам
выяв
-
лять
проблемы
в
сети
и
переадресовывать
их
на
уро
-
вень
распределительной
сети
.
Компания
Paci
fi
c Gas
and Electric Co. (PG&E)
и
Технологический
институт
штата
Джорджия
(Georgia Institute of Technology)
недав
-
но
объединили
усилия
для
разработки
программного
обеспечения
на
платформе
распределённого
встроен
-
ного
управления
на
подстанциях
.
Это
программное
обе
-
спечение
было
использовано
как
испытательное
,
раз
-
работанное
для
имитации
типичных
условий
работы
,
а
позднее
и
в
натурных
испытаниях
.
Имеется
несколько
значительных
выгод
,
которые
предоставляет
инфор
-
мированность
о
ситуации
в
реальном
времени
,
что
по
-
зволяет
более
эффективно
управлять
и
использовать
данные
,
полученные
от
интеллектуальных
электронных
устройств
(IED)
на
подстанциях
.
Устройства
PMU
могут
предоставить
визуализацию
данных
по
подстанции
и
прочим
устройствам
в
реаль
-
ном
времени
.
Тем
не
менее
платформа
и
метод
долж
-
ны
собрать
и
проанализировать
синхронизированные
данные
,
поступающие
от
PMU,
и
информацию
от
других
PG&E повышает наглядность
информации
Распределённый подход к оценке состояния сети
рядом с вами.
Вахид Мадани (Vahid Madani),
Pacific Gas and Electric Co.,
Сакис Мелиополос (Sakis Meliopoulos),
Georgia Institute of Technology
39
Июль
–
август
2014
39
Визуализация
распределения
амплитуд
напряжения
.
В
этом
случае
показана
систе
-
ма
с
существенными
отклонениями
напряжения
от
номинального
.
Зелёным
обозна
-
чены
участки
,
где
отклонение
не
превышает
4%,
жёлтым
—
отклонение
4—8%,
красным
—
отклонение
более
8%.
МОНИТОРИНГ
и Контроль
IED,
в
том
числе
защитных
реле
и
ре
-
гистраторов
аварийных
событий
,
ко
-
торые
отслеживают
ток
,
напряжение
и
фазные
углы
.
Технология
и
методология
DSE
Было
разработано
и
внедрено
программное
обеспечение
,
которое
основывается
на
распределённом
управлении
на
уровне
подстанции
.
Программное
обеспечение
предостав
-
ляет
платформу
для
распределён
-
ной
оценки
состояния
(DSE).
В
центр
управления
пересылаются
только
подходящие
,
проверенные
значения
,
выдержки
из
доступных
данных
,
что
позволяет
минимизировать
загрузку
коммуникационных
сетей
и
добавить
информацию
в
централизованную
модель
оценки
состояния
,
которая
ранее
составлялась
в
основном
на
ос
-
новании
рассчитанных
значений
.
Ра
-
бота
привела
к
появлению
трёх
приложений
,
которые
основываются
на
встроенной
платформе
:
отображение
состояния
подстанции
в
реальном
времени
,
контроль
стабильности
напряжения
и
защиты
,
не
требующей
на
-
стройки
.
Эти
приложения
являются
одними
из
многих
,
кото
-
рые
могут
быть
разработаны
при
подобном
подходе
.
DSE
и
связанные
с
ним
приложения
должны
повысить
эксплуатационную
надёжность
,
улучшить
управление
устройствами
,
планирование
ресурсов
для
обслужива
-
ния
и
обеспечить
передачу
более
точных
данных
для
централизованной
модели
оценки
состояния
и
про
-
граммного
обеспечения
предприятий
.
Объём
иннова
-
ций
также
позволит
сделать
бизнес
с
подстанциями
более
крепким
.
Как
это
работает
В
системной
архитектуре
DSE
устройства
PMU
и
другие
устройства
IED
на
подстанции
отправляют
ре
-
зультаты
измерений
и
данные
о
состоянии
в
концентра
-
тор
данных
(PDC),
который
оснащён
аппаратурой
для
работы
в
информационной
сети
.
Модуль
приложения
содержит
программное
обеспечение
DSE
и
обрабаты
-
вает
данные
от
PMU
и
IED,
используя
коммуникацион
-
ную
сеть
между
модулем
приложения
и
концентрато
-
ром
.
Внутренняя
сеть
между
концентратором
и
платой
приложения
поддерживает
протокол
IEEE C37.118.2
или
IEC 61580,
безопасность
по
IEC 61850.
Концентра
-
тор
соотносит
данные
из
разных
потоков
,
основываясь
на
данных
от
времени
от
GPS-
модулей
.
Соотнесённые
и
синхронизированные
данные
отправляются
в
прило
-
жение
DSE,
где
обрабатываются
и
проверяются
.
После
того
как
DSE
однажды
создаёт
модель
на
ос
-
новании
доступных
и
проверенных
данных
,
полученных
от
местных
датчиков
,
модель
может
отсылать
выдержки
из
наиболее
подходящих
значений
в
центр
управления
для
дополнения
информации
и
улучшения
централи
-
зованной
модели
оценки
состояния
.
Установка
конфи
-
гурации
также
включает
в
себя
шаги
,
настраиваемые
пользователем
,
для
управления
связью
между
подстан
-
цией
и
центром
управления
путём
выбора
количества
и
типа
данных
,
передаваемых
для
централизованной
оценки
состояния
. DSE
также
определяет
точность
дан
-
ных
.
Так
как
мониторинг
может
не
затронуть
каждый
элемент
на
подстанции
,
модель
DSE
использует
акту
-
альные
результаты
измерений
для
расчёта
значений
параметров
устройств
,
не
затронутых
мониторингом
,
там
,
где
это
возможно
.
Если
данные
,
пересылаемые
на
уровень
выше
,
со
-
держат
рассчитанные
значения
,
они
помечаются
для
обозначения
уровня
точности
для
использования
в
приложениях
для
визуализации
.
Если
данные
соот
-
ветствуют
модели
устройства
,
от
которого
они
были
получены
,
это
является
проверкой
достоверности
мо
-
дели
DSE.
Данные
,
которые
не
соответствуют
модели
(
например
,
не
укладываются
в
физические
законы
,
ко
-
торым
подчиняется
устройство
),
характеризуются
как
«
некачественные
»,
при
этом
инициируется
автомати
-
ческая
реакция
и
происходит
оповещение
оператора
путём
визуализации
для
ликвидации
проблемы
.
На
-
пример
, PMU
может
быть
раскалибровано
и
выдавать
некачественные
данные
.
Модель
DSE
обнаружит
это
и
предупредит
оператора
.
Обработка
данных
Одним
из
важных
преимуществ
DSE
перед
центра
-
лизованной
оценкой
состояния
является
размещение
вычислительных
мощностей
поблизости
от
оборудо
-
вания
,
находящегося
под
контролем
.
При
обработке
большого
объёма
данных
на
месте
(
на
уровне
под
-
станции
)
и
пересылке
только
подходящих
данных
на
более
высокий
уровень
,
централизованная
оценка
со
-
стояния
может
быть
поднята
до
уровня
более
60
раз
в
секунду
.
Это
существенное
улучшение
по
сравнению
с
текущими
подходами
,
которые
обновляют
данные
о
состоянии
примерно
раз
в
минуту
.
В
результате
полу
-
чается
более
точная
и
своевременная
централизован
-
ная
оценка
состояния
,
а
также
визуализация
состоя
-
ния
подстанций
и
распределительной
сети
в
реальном
времени
.
В
моделях
DSE
мониторингу
подвергаются
все
три
фазы
,
в
отличие
от
более
ранних
подходов
,
когда
мо
-
ниторинг
вёлся
по
одной
фазе
.
Фактически
детальный
анализ
поведения
энергосистемы
,
который
ранее
мог
быть
произведён
только
теоретически
,
теперь
возмо
-
жен
благодаря
этому
методу
.
40
Июль
–
август
2014
40
МОНИТОРИНГ
и Контроль
Проверка
данных
Обработка
,
проверка
и
извлечение
необходимых
данных
из
массивов
данных
в
чём
-
то
похожи
на
вывеи
-
вание
пшеницы
из
колоса
.
Передача
больших
объёмов
данных
от
PMU
и
других
IED
в
центр
управления
через
коммуникационные
сети
может
вызвать
перегрузку
этих
сетей
и
повреждение
данных
.
Например
, PMU
может
выдавать
шесть
потоков
данных
,
производя
60
измере
-
ний
в
секунду
, 120
измерений
в
секунду
или
даже
боль
-
шее
количество
измерений
.
Добавив
потоки
данных
от
IED,
которые
несут
информацию
о
качестве
электроэ
-
нергии
,
а
также
передачу
данных
,
можно
сделать
вывод
о
непрактичности
хранения
данных
.
Расстояние
между
устройствами
IED
на
подстанции
и
центрами
обработки
данных
может
привести
к
неточ
-
ности
или
повреждению
данных
только
из
-
за
сопротив
-
ления
линий
передачи
данных
.
Обработка
потоков
дан
-
ных
в
центрах
управления
может
нагрузить
серверы
и
снизить
скорость
обработки
других
данных
.
Приложения
,
похожие
на
DSE
DSE
является
только
одним
из
приложений
,
доступ
-
ных
при
местных
измерениях
и
вычислениях
.
Точность
,
получаемая
при
местных
измерениях
при
помощи
мо
-
дели
DSE,
обеспечивает
более
точную
информацию
об
изменениях
,
чем
централизованная
система
.
Модель
DSE
может
быть
использована
для
проведения
веро
-
ятностного
анализа
в
реальном
времени
для
проверки
различных
стратегий
корректировки
.
Таким
образом
,
описанный
подход
заполняет
пробел
в
технологиях
мо
-
ниторинга
между
высокоскоростными
системами
защи
-
ты
,
системами
контроля
,
имеющими
малую
скорость
,
и
системами
сбора
данных
(SCADA).
Другие
приложения
для
мониторинга
стабильности
напряжения
основываются
на
способности
модели
DSE
создавать
подсети
.
Так
как
регулирование
напряжения
часто
происходит
на
местном
уровне
,
что
обусловле
-
но
его
природой
,
а
энергосистема
довольно
велика
,
обнаружение
и
понимание
проблем
стабильности
на
-
пряжения
часто
является
сложной
задачей
.
Создание
подсетей
позволяет
разделить
энергосистему
на
управ
-
ляемые
части
,
что
делает
поиск
причины
отклонения
напряжения
более
быстрым
и
точным
.
Таким
образом
,
модель
DSE
позволяет
проводить
корректирующие
мероприятия
,
та
-
кие
как
регулирование
реактивной
мощности
,
и
улучшить
планирова
-
ние
ресурсов
для
проблемных
ча
-
стей
энергосистемы
.
Дополнительной
выгодой
от
местных
измерений
является
воз
-
можность
создания
точных
настро
-
ек
защиты
.
Так
как
DSE
предостав
-
ляет
данные
о
состоянии
каждого
устройства
на
подстанции
,
ненор
-
мальное
состояние
устройства
,
такое
как
внутреннее
короткое
замыкание
,
будет
немедленно
обнаружено
.
Операторы
будут
проинформированы
для
принятия
корректирующих
мер
.
Данные
о
состоянии
каждого
устройства
не
требуют
координирования
с
други
-
ми
схемами
защиты
.
DSE
предоставляет
информа
-
цию
о
состоянии
всех
устройств
в
защищаемой
зоне
;
таким
образом
,
не
требуется
ко
-
ординирование
устройств
со
схемами
защиты
в
каждой
зоне
.
Тем
не
менее
традиционные
схемы
защиты
могут
оставаться
на
своих
местах
в
качестве
дополнительной
защиты
.
Более
высокий
уровень
Главным
преимуществом
DSE
с
её
проверенными
и
синхронизированными
данными
является
централизо
-
ванная
система
оценки
состояния
,
в
которую
поступают
точные
и
превосходно
соотнесённые
данные
.
Точные
данные
от
подстанций
дают
преимущество
не
только
при
управлении
,
которое
относится
к
централизованной
модели
оценки
состояния
,
но
и
для
модели
состояния
всего
предприятия
.
Реакция
на
неточности
,
выявленные
DSE,
может
быть
автоматизирована
или
представлена
операторам
при
визуализации
,
которая
предоставляет
как
цифро
-
вые
значения
,
так
и
цветовые
индикаторы
для
подачи
сигнала
тревоги
в
экстренных
случаях
.
Такой
подход
яв
-
ляется
на
сегодня
типовым
,
и
автоматические
реакции
программируются
на
уровне
подстанции
.
Обработка
данных
на
месте
повышает
качество
дан
-
ных
,
так
как
измерения
и
моделирование
производят
-
ся
близко
к
источнику
информации
.
Кроме
того
,
каче
-
ственная
информация
может
быстрее
передаваться
в
центр
управления
для
скорейшей
оценки
ситуации
для
предупреждения
операторов
или
автоматизированных
действий
,
где
необходима
скорость
принятия
решений
,
превосходящая
человеческую
.
Гибкость
при
масштабировании
Описанная
технология
является
распределённой
и
внедрённой
на
уровне
подстанций
.
Она
применяется
на
каждой
подстанции
независимо
,
что
ускоряет
процесс
,
так
как
результаты
расчётов
и
измерений
уровня
под
-
станции
передаются
в
центр
управления
.
Так
как
рас
-
чёты
производятся
на
уровне
подстанций
,
такой
поход
может
быть
применён
в
энергосистеме
любого
размера
.
Дополнительные
инвестиции
могут
потребоваться
для
расширения
коммуникационных
сетей
между
подстанци
-
ями
.
Потребуется
также
определение
вычислительной
мощности
серверов
центра
управления
,
рассчитанной
Архитектура
подстанции
с
цифровыми
реле
/
устройствами
PMU
и
измерительными
устройствами
и
шиной
обработки
данных
,
передающей
данные
на
шину
данных
под
-
станции
,
где
концентратор
управляет
ими
и
производит
оценку
состояния
(
концентра
-
тор
образует
шину
данных
подстанции
).
Шина
обр
-
ки
данных
ИУ
–
измерительное
устройство
Реле
А
Реле
/P
М
U B
Реле
/P
М
U
С
Шина
обработки
данных
подстанции
Виртуальное
реле
D
управ
-
ляющие
команды
Передача
данных
(
на
более
высокий
уровень
управления
)
ИУ
ИУ
ИУ
Лабораторная
установка
41
Июль
–
август
2014
41
Оборудование
подстанции
для
проведения
испытаний
Описание
Кол
-
во
Модель
Цифровой
эмулятор
в
реальном
времени
(
кол
-
во
стоек
)
4
RTDS
Блок
физического
PMU
20
Различные
Концентраторы
3
GE
Модули
DSE
2
Персональный
компьютер
Сетевые
маршрутизаторы
10
Cisco,
RuggedCom
Часы
с
GPS
3
Различные
Серверы
/
мониторы
/
клави
-
атуры
4
Dell
Настенные
мониторы
1320
мм
15
Различные
Испытательные
выключа
-
тели
10
GE
Сетевые
эмуляторы
ANUE
GEM
2
DataComm
Генератор
сигналов
3
OMICRON
Синхрофазор
испытатель
-
ного
генератора
1
OMICRON
Фаервол
5
ASA
Источники
постоянного
тока
4
Различные
МОНИТОРИНГ
и Контроль
на
основании
количества
подстанций
и
,
следовательно
,
ожидаемого
количества
потоков
данных
.
На
пути
к
применению
Натурная
демонстра
-
ция
принципа
DSE
про
-
ходила
в
течение
двух
лет
в
PG&E
и
некоторых
других
компаниях
.
Компания
PG&E
при
-
менила
этот
подход
на
ограниченной
площадке
для
предварительной
проверки
на
одной
из
подстанций
на
севере
Калифорнии
,
а
затем
на
двух
подстанциях
в
сво
-
ей
передающей
сети
.
Предприятие
для
про
-
верки
было
разработа
-
но
при
поддержке
Де
-
партамента
энергетики
США
(U.S. Department of
Energy)
в
качестве
части
гранта
PG&E
на
внедре
-
ние
интеллектуальной
сети
.
Сегодня
PG&E
имеет
возможность
расширить
при
-
менение
DSE,
после
того
как
будет
завершён
анализ
принципа
и
определена
его
полезность
для
бизнеса
.
Компания
обеспечивает
основание
для
этого
,
инве
-
стируя
несколько
миллионов
долларов
в
десятилет
-
ний
проект
автоматизации
подстанций
.
Установка
на
подстанции
PMU
и
других
устройств
мониторинга
для
сбора
информации
в
реальном
времени
,
концен
-
тратора
и
вычислительных
мощностей
для
хранения
и
обработки
данных
является
недорогим
шагом
для
внедрения
программного
обеспечения
и
платформы
DSE.
Специализированное
обучение
Как
уже
сказано
,
подстанции
должны
быть
автома
-
тизированы
для
применения
технологий
,
описанных
выше
.
Так
как
применение
технологий
требует
модели
-
рования
и
установки
конфигураций
,
использование
DSE
потребует
новых
навыков
.
Применение
DSE
при
описанном
подходе
предпо
-
лагает
улучшение
навыков
работников
компании
,
так
как
речь
идёт
об
измерениях
при
точности
по
времени
до
100
наносекунд
.
В
прошлом
было
так
: 1
миллисе
-
кунда
—
уже
хоршо
.
Более
частые
измерения
облада
-
ют
эффектом
резонанса
,
воздействующего
,
среди
про
-
чего
,
на
коммуникационные
группы
.
Применение
DSE,
основанного
на
PMU,
требует
специальных
навыков
,
а
позднее
потребует
новых
об
-
разовательных
программ
в
университетах
и
обучения
в
процессе
работы
.
Рост
коммерциализации
По
Американскому
закону
о
восстановлении
и
реин
-
вестировании
американской
экономики
(The American
Recovery and Reinvestment Act)
на
гранты
в
области
энергетики
выделено
3,4
миллиарда
долларов
,
что
увеличивает
рынок
PMU
и
приводит
к
падению
цен
на
устройства
.
Стоимость
GPS-
часов
,
в
частности
,
упала
.
Более
важно
,
что
функциональность
PMU
пятикратно
возросла
.
DSE
рассчитывает
все
значения
на
подстанции
и
на
соседней
подстанции
,
используя
комбина
-
цию
действительных
,
виртуальных
и
полученных
измерений
.
Данные
подстанции
передаются
в
центр
управления
,
где
данные
всех
подстанций
синхронизируются
и
создаётся
обзор
всей
зоны
контроля
.
Подстанция
2
Подстанция
1
Центр
управления
Полная
визуализация
системы
Подстанция
3
Подстанция
5
42
Июль
–
август
2014
42
Схематичное
изображение
другого
применения
DSE.
В
этом
примере
вся
энергия
ге
-
нератора
показана
как
красный
шар
,
кинетическая
энергия
генератора
показана
как
зелёный
диск
,
а
предел
устойчивости
при
переходном
процессе
—
жёлтым
диском
.
Ког
-
да
полная
энергия
генератора
приближается
к
пределу
устойчивости
(
жёлтый
диск
),
существует
опасность
выхода
генератора
из
синхронизма
.
МОНИТОРИНГ
и Контроль
Перспективы
Устройства
DSE
предоставляют
информацию
о
напряжении
,
токе
,
качестве
электроэнергии
,
фазовом
угле
,
потоках
активной
и
реактивной
мощности
для
каждого
устройства
,
системы
и
узла
на
уровне
под
-
станции
и
ниже
,
основываясь
на
измерениях
.
Эти
точ
-
ные
,
очень
частые
измерения
позволяют
предотвра
-
тить
отказы
,
проводить
вероятностный
анализ
в
доли
секунды
и
автоматически
принимать
меры
при
необ
-
ходимости
.
DSE
наконец
создаёт
связку
между
давно
обещан
-
ной
эксплуатационной
надёжностью
PMU
и
улучшен
-
ным
управлением
при
выходе
устройств
из
работы
,
а
также
прочими
централизованными
мероприя
-
тиями
.
При
применении
DSE
становится
возможным
при
-
менение
новых
приложе
-
ний
и
способов
получения
данных
.
При
примене
-
нии
подхода
,
описанного
здесь
,
нет
пределов
воз
-
можностям
.
Выражение
благодарности
Авторы
благодарят
за
поддержку
и
активное
уча
-
стие
Джона
МакДональда
(John McDonald),
руководи
-
теля
отдела
технической
стратегии
и
разработок
GE
Digital Energy.
Вахид
Мадани
(Vahid
Madani,
является
лидером
по
вне
-
дрению
продвинутых
се
-
тевых
технологий
в
Paci
fi
c
Gas & Electric.
В
настоя
-
щее
время
его
деятель
-
ность
сосредоточена
на
модернизации
сетей
и
применении
появляющихся
технологий
,
в
том
чис
-
ле
систем
синхрофазоров
и
устой
-
чивости
к
геомагнитным
помехам
.
Доктор
Мадани
в
прошлом
являлся
руководителем
Комиссии
по
надёж
-
ности
и
восстановительным
меропри
-
ятиям
в
Западном
координационном
совете
по
энергетике
и
председате
-
лем
комиссии
по
подготовке
стандар
-
тов
для
синхрофазоров
в
NAPSI.
В
2013
году
он
получил
почётную
гра
-
моту
IEEE
в
области
интеграции
схем
защиты
в
больших
энергосистемах
и
рекомендации
от
Департамента
энергетики
США
за
свои
лидерские
качества
и
технический
вклад
при
разработке
стандартов
для
синхро
-
фазоров
в
интеллектуальных
сетях
.
Сакис
Мелиополос
(A.P. Sakis
Meliopoulos
,
и
a.meliopolous@ece.
gatech.edu)
является
профессором
Технологического
института
штата
Джорджия
(Georgia Institute of Technology).
В
течение
25
лет
он
исследовал
синхронизированные
измере
-
ния
.
Он
разработал
первую
систему
мониторинга
для
большой
площади
для
энергетического
управления
Нью
-
Йорка
(New-York Power Authority)
с
применением
PMU Macrodyne 1690 —
устройства
для
системы
рас
-
пределённой
оценки
состояния
и
синхронизированных
измерений
.
Объединение
лабораторной
установки
на
основе
устройств
для
проверки
схемы
защиты
на
основе
динамической
оценки
состояния
.
Шина
обработки
данных
Антенна
GPS
PT –
трансформатор
напряжения
.
СТ
–
трансформатор
тока
.
MU –
измерительное
устройство
.
ТП
РПН
–
температура
,
положение
РПН
и
т
.
д
.
ТП
РПН
Лабораторная
установка
Трансфор
-
матор
Компании
,
упомянутые
в
статье
:
Georgia Institute of Technology | www.gatech.edu
IEC | www.iec.ch
IEEE | www.ieee.org
New York Power Authority | www.nypa.gov
Paci
fi
c Gas and Electric Co. | www.pge.com
Оригинал статьи: PG&E повышает наглядность информации
Распределённый подход к оценке состояния сети рядом с вами.
