Система отображения ПВК АНАРЭС-2000 и ее применение в АСДУ и... Шепилов Олег Николаевич Ушаков Алексей Евгеньевич

1
Система отображения ПВК АНАРЭС-2000 и ее применение в АСДУ и ОИК
Шепилов Олег Николаевич
Ушаков Алексей Евгеньевич
Домышев Александр Владимирович
Осак Алексей Борисович
Бузина Елена Яковлевна
ООО «ИДУЭС», г. Новосибирск
Тел.: (3832) 22-60-14, (3952) 46-54-18
630091, Новосибирск, а/я 134
mail@anares.ru
В настоящее время для решения технологических задач в промышленной
энергетике используются многочисленные компьютерные программы и комплексы.
Среди множества задач, решаемых с помощью компьютеров, имеется большое
количество, в которых необходимо учитывать специфические особенности конкретной
энергосистемы
(предприятия).
Поэтому
подобные
задачи
не
включаются
в
универсальные программные комплексы различных разработчиков, и для них
непосредственно на предприятии разрабатываются собственные программы. При
разработке собственными силами энергопредприятия – основной упор делается на
технологическую часть решаемой задачи. При этом во многих случаях сервисная часть
оставляет желать лучшего.
В некоторых случаях разработчики подобных программных средств используют
различные SCADA-пакеты, универсальные программные компоненты и библиотеки.
Это обеспечивает стандартный пользовательский интерфейс, надежную работу
программ и многое другое. Но такой подход имеет ряд недостатков. Типовые SCADAсистемы слишком универсальны, что приводит к усложнению реализуемой задачи,
увеличению
сроков
и
соответственно
стоимости
разработки.
Использование
универсальных программных компонент и библиотек, хотя и позволяет использовать
только необходимые функции, но все же не решает всех проблем, потому что
разработчику приходится самостоятельно разрабатывать множество сервисных блоков,
необходимых для реализации законченной и готовой к промышленной эксплуатации
программы.
В докладе предлагается альтернативный подход для разработчиков программ,
решающих специфические энергетические задачи, связанные с вводом и отображением
различных данных на мнемосхемах.
Предлагается за основу разрабатываемой задачи использовать готовые блоки,
работающие в настоящее время в составе ПВК АНАРЭС-2000 – графический редактор
схем (РС) и систему отображения (СО). Эти блоки выполнены в виде законченных
2
исполняемых модулей и включают необходимые интерфейсные и сервисные функции,
систему помощи
и
документацию
(инструкции
пользователя).
Разработчикам
необходимо лишь заполнить несколько настроечных файлов и таблиц базы данных
(БД), а также написать стыковочные динамические библиотеки (DLL). В результате,
для многих задач средней сложности, этап разработки не будет превышать 1-2 недели.
Полный срок интеграции, включая обучение разработчика инструментарию РС и СО,
не будет превышать 1-2 месяца.
Рассмотрим предлагаемый подход более подробно.
Основные функции ПВК АНАРЭС-2000:
ПВК АНАРЭС-2000 предназначен для оперативных расчетов, анализа и
планирования нормальных и аварийных режимов электроэнергетических систем (ЭЭС).
ПВК позволяет проводить следующие виды расчетов:
-
расчет установившегося режима и оптимизация потерь (минимизация потерь
активной мощности и ввода режима в допустимую область);
-
расчет предельных режимов методом утяжеления;
-
обработка контрольных замеров;
-
расчет токов короткого замыкания (ТКЗ);
-
расчет электромеханических переходных процессов (анализ динамической
устойчивости).
Основные функции, решаемые в рамках ПВК АНАРЭС-2000 блоками РС и
СО:
Для просмотра, анализа результатов расчетов на мнемосхемах, корректировки
исходных данных, формирований заданий на расчет расчетным блокам, в составе ПВК
АНАРЭС-2000 разработана система отображения. Подготовка мнемосхем производится
в графическом редакторе схем.
Основные функции графического редактора схем:
-
рисование схемы, путем выбора и установки элементов из заранее
подготовленных библиотек и соединения этих элементов между собой;
-
формирование
связей
между
элементами
автоматически
наиболее
оптимальным образом или вручную;
-
автоматическая корректировка связи при перемещении элементов;
-
врезка нового элемента в уже существующую связь и, наоборот, исключение
элемента (удаление) без удаления связей;
-
автоматическое соединение элементов внутри выделенного фрагмента;
-
использование заранее подготовленных библиотек элементов;
3
-
высокая скорость рисования схемы и обеспечение однотипного изображения
элементов на всех схемах;
-
рисование
на
схеме
произвольных
фигур
(линии,
окружности,
прямоугольники и пр.);
-
надписи на схеме;
-
возможность вставки на схему любых изображений, подготовленных в
стандартных растровых или векторных форматах;
-
работа с блоками (фрагментами схемы);
-
пошаговая отмена последних действий (откат);
-
восстановление предыдущих сохраненных вариантов схем;
-
создание
многоуровневые
схемы
различной
детализации,
например,
упрощенная схема ЭЭС, схемы станций и подстанций и т.п.
-
задание цвета элементов схемы в зависимости от класса напряжения,
функционального
предназначения,
типа
цепей
(токовые
цепи,
цепи
напряжения, оперативные цепи) и др;
-
быстрое позиционирование по схеме.
Для подготовки элементов имеется редактор элементов. Изображение элементов
можно рисовать как средствами редактора элементов, так и другим стандартными
редакторами (Corel Draw, MS Word, Autocad и т.д.). Количество библиотек элементов и
количество элементов в библиотеке не ограничивается.
Каждый элемент на схеме может иметь несколько состояний (включенное,
отключенное и др.). Количество состояний элемента не ограничивается. На схеме для
перевода элемента из одного состояния в другое достаточно указать элемент и выбрать
состояние.
Имеются расширенные возможности по печати схем на любых принтерах и
других печатающих устройствах, поддерживаемых операционной системой. Имеются
удобные средства для компоновки схемы на бумаге различных размеров. Схема может
быть произвольного размера и содержать любое количество элементов и графических
примитивов.
Для работы со схемами при решении различных технологических задач
используется система отображения ПВК АНАРЭС-2000, которая позволяет:
-
просматривать и печатать схемы вместе с нанесенными на них значениями
параметров режима и/или схемы замещения, работать со схемами различных
уровней детализации;
4
-
проводить коммутации на схеме, изменять параметры схемы замещения,
вызывать расчет режима с учетом проведенных корректировок.
Для работы в СО, после того, как схема будет нарисована в РС – необходимо
привязать элементы к узлам/ветвям схемы замещения и разметить на схеме места –
«слоты», в которых будет отображаться результаты расчетов и исходные данные. На
это не требуется много времени, кроме того, имеются мощные средства диагностики.
После этого нажатием только одной клавиши можно отображать на схеме любые
параметры режима и/или схемы замещения. При этом в ветвях показываются
направления перетоков мощности.
Для внесения изменений в схему замещения можно:
-
непосредственно с расчетной (структурной) схемы в численном виде изменять
любой параметр схемы замещения;
-
в расчетной (структурной) схеме отключать/включать узлы и ветви (в т.ч.
отключать ветви с одной стороны);
-
переключать коммутационные аппараты (выключатели, разъединители и др.),
нарисованные на подчиненных схемах (схемах распределительных устройств);
-
распределять (объединять) нагрузку, генерацию, шунты узлов с точностью до
генератора, двигателя, секции и др.
СО содержит ряд возможностей по анализу режима:
-
выделение фрагментов схемы, относящихся к выбранному району или
сечению ЭЭС, с одновременным притемнением остальной части схемы;
-
сравнение параметров текущего режима с параметрами заранее сохраненного
режима, причем разницу можно выводить, как в абсолютной величине, так и в
процентах;
-
динамическая раскраска схемы, которая позволяет отображать каждый
элемент ЭЭС интенсивностью цвета в зависимости от величины выбранного
параметра.
Функции анализа режима можно использовать как отдельно, так и в комбинации.
Например, использование динамической раскраски совместно со сравнением режима
позволяет быстро и наглядно увидеть отличия сравниваемых режимов.
Для обеспечения универсальности и автономности СО, имеется специальный
механизм настроек и подключения произвольных программных средств расчетного и
информационного характера для отображения информации на схемах и управления
этими расчетными и информационными задачами. Кроме того, в составе СО имеется
5
ряд функций, необходимых для использования СО в качестве средства отображения в
составе средств телемеханики и ОИК сторонних разработчиков
Технологическая модель, привязываемая к СО должна представляться для
системы отображения в виде графа, т.е. узлов и ветвей. Каждый узел должен иметь
некоторый идентификатор, однозначно его определяющий. Идентификатором ветвей
являются
идентификаторы
узлов,
находящихся
по
концам
ветви
и
номер
(идентификатор) параллельной цепи (ветви), если два узла соединяются с помощью
нескольких ветвей.
Соответственно элементы на схеме подразделяются на:
-
элементы, относящиеся к узлу;
-
элементы, относящиеся к ветви;
-
прочие элементы.
Взаимосвязь СО и технологической модели осуществляется с помощью привязок
элементов схем к узлам и ветвям расчетной схемы. Имеются средства проверки
соответствия топологии технологического графа и топологии схемы. Взаимосвязь
между схемами различных уровней также осуществляется с помощью привязок.
Отображение параметров технологического режима и исходных данных
расчетных задач осуществляется через механизм указания мест на схеме – слотов. В
отдельном слоте отображаться некие параметры конкретного узла, ветви или другого
технологического объекта (элемента). Слоты могут располагаться на схеме в любом
месте, вне зависимости от расположения элементов схемы. Каждый слот имеет свой
тип. В зависимости от типа определяется, какое количество идентификаторов –
привязок должно указываться у конкретного слота. В рамках ПВК АНАРЭС-2000,
например, используется несколько типов: исходные данные по узлам и ветвям;
результаты по узлам и ветвям; данные по ТИ; по районам; по сечениям.
Механизм выбора технологического режима (если этот необходимо для
конкретной
задачи)
построен
следующим
образом:
в
определенной
таблице
указываются динамически подключаемые библиотеки (dynamic linking library – DLL),
содержащие функции, которые выполняют выбор технологического режима в
зависимости от типа технологической модели. Выбор текущего типа технологической
модели (например, модель установившегося режима ПВК АНАРЭС-2000) выполняется
в настройках СО.
Имеется механизм отображения произвольной информации в слотах, который
состоит в следующем: в определенной таблице, в зависимости от типов слотов, указаны
библиотеки DLL, содержащие функции для получения данных. Кроме того, имеются
6
набор стандартных обработчиков чтения информации из стандартных баз данных
(DBF, Paradox) и бинарных файлов ПВК АНАРЭС-2000.
Различаются параметры слотов, значения которых непосредственно берутся из
каких-либо таблиц данных технологической модели, и параметры слотов, значения
которых вычисляются или преобразуются с помощью неких процедур. В одном слоте
может отображаться любое количество параметров. Параметры, отображаемые в слотах
в зависимости от типа слота, также задаются в определенной таблице.
Как уже было сказано, для элементов, относящихся к ветвям, имеющим
направленное изображение (например, стрелка), можно установить зависимость
направления от знака некоторого параметра (например, направления перетока
мощности). Причем сам элемент схемы должен иметь изображения положительного и
отрицательного значения (подготавливается в редакторе элементов). Значения
параметра для определения знака (направления) формируется с использованием тех же
функций, что и для отображения в слотах.
Одна из важных функций СО – это возможность корректировки параметров
технологической модели и проведения коммутаций узлов и ветвей. При
необходимости корректировки – пользователь вызывает в СО соответствующую
функцию. Затем вызывается таблица, содержащая начальные, текущие значения
(формируемые с помощью процедур для отображения в слотах). Если пользователь
корректирует какое-то значение параметра, то это новое значение передается в
расчетную задачу (технологическую модель) с помощью функции из библиотеки DLL,
Название процедуры и имя библиотеки задается для каждого типа слотов в
определенной таблице.
Одним из видов корректировок технологической модели являются коммутации
(отключение/включение узлов и ветвей, а также разделение узлов на части).
Коммутации могут осуществляться с помощью переключений коммутационных
аппаратов на схеме или непосредственно. Коммутационное состояние узла/ветви
является одним из его параметров, поэтому передача его нового значения в расчетную
задачу осуществляется по такому же механизму, что и для других параметров. В случае
разделения узла на части (если такая возможность поддерживается технологической
моделью) вызывается специальная функция-обработчик из библиотеки DLL, при
вызове которой в параметрах, кроме всего прочего, передается число частей узла и
идентификаторы ветвей подключенных к каждой части узла.
После внесения некоторых корректировок в технологическую модель, имеется
возможность непосредственно из СО вызвать расчетную задачу, вызывать расчет с
7
различными параметрами или проводить расчеты разными программами. Для этого
имеется определенная таблица, в которой указываются виды расчетов, а также
библиотеки DLL, содержащие функции, которые выполняют запуск расчетных задач.
Для обеспечения наибольшей универсальности, для каждого вида расчета указываются
следующие процедуры: инициализации, ожидания окончания инициализации, запуск
на расчет, ожидания окончания расчета, завершение расчетов.
Оригинален механизм сравнения технологических режимов - аналогично
текущему режиму, сохраненные режимы находятся в отдельных каталогах (папках) на
диске (как схемы в ПВК АНАРЭС-2000), или имеют любые другие уникальные
идентификаторы, которые будут использоваться процедурами чтения и обработки
данных для отображения на слотах. Выбор сохраненного для сравнения режима в
общем случае аналогичен выбору технологического режима. Получение значений
параметров сравниваемого режима выполняют процедуры чтения и обработки данных
для отображения на слотах. А непосредственно функции формирования и отображения
абсолютной или относительной разности выполняет СО.
Динамическая раскраска схемы может выполняться по любым параметрам,
относящимся к ветвям и узлам технологического графа. Механизм динамической
раскраски схемы построен следующим образом. В некоторой таблице перечислены
категории выделяемых параметров технологического режима с указанием библиотек
DLL, содержащих функции для получения значений интенсивности цвета для каждого
элемента схемы.
Для выделения областей на схеме (например, районов, сечений) и притемнения
оставшейся части также имеется свой механизм: в некоторой таблице перечисляются
категории выделяемых объектов с указанием библиотек DLL, содержащих функции
выбора конкретной области и функции определения вхождения конкретного элемента
схемы в заданную область. При выделении областей различные функции и настройки
действуют только для выделенных элементов и слотов
Для работы совместно с ОИК, в состав СО включены функции отображения
параметров ТИ в реальном времени, причем имеется возможность автоматической
регенерации через заданный интервал времени или по команде от ОИК. Значения ТС
представляются
в
СО
в
виде
включенного/отключенного
изображения
коммутационных элементов. При изменении состояний элементов по данным ТС – они
выделяются цветом, пока не будут сквитированы пользователем. Коммутационные
элементы, не заведенные на ТС или переведенные на ручное управление, могут
переключаться пользователем прямо с мнемосхемы в СО. Имеются средства
8
отображения и работы с журналом событий (поиск, позиционирование на схеме и др.),
а также ведение журнала действий оператора. Для возможности телеуправления в
составе СО, имеются соответствующие функции (подтверждение и др.).
Для стыковки с произвольным ОИК необходимо разработать небольшую
библиотеку DLL (переходник), которая преобразует данные (срезы ТС и ТИ, журналы
событий и др.) в вид необходимый для СО. При наличии телеуправления, этот блок
также должен осуществлять передачу команд ТУ в ОИК.
Имеется два способа стыковки СО с ОИК:
-
передача ТИ и ТС в СО через переходник непосредственно для отображения в
слотах и в виде состояний коммутационных элементов;
-
первоначальное заполнение в СО (конвертация из ОИКа) описательных
таблиц по ТИ и ТС, с последующей привязкой к конкретным элементам
мнемосхемы и слотам в СО
В результате можно по значениям ТИ и ТС, а
также по введенным пользователем вручную состояниям коммутационных
аппаратов, формировать корректировки параметров технологической модели и
передавать их расчетным задачам. Используя этот механизм, можно
подключать
задач
типа
оценивания
состояния,
диагностики
работы
телемеханики и т.п.
Все описанные выше механизмы СО обладают высокой универсальностью.
Выводы:
1) РС и СО являются программными приложениями, которые имеют в своем
составе необходимые компоненты для автономного использования и позволяют
достаточно легко, после заполнения нескольких настроечных таблиц и разработки
простых по структуре и содержанию стыковочных модулей (оформленных в виде
библиотек DLL), подключать сетевые расчетные и информационные комплексы, а
также использовать в качестве средства оперативного отображения информации на
мнемосхемах для ОИК, систем АСУ ТП и средств телемеханики.
2) Сторонние
разработчики,
включая
программистов
энергосистем
и
энергетических предприятий, могут, используя РС и СО ПВК АНАРЭС-2000,
подключать задачи работы с мнемосхемами, обладающие мощными сервисными
функциями и средствами отображения, к программным комплексам собственной или
сторонней разработки.