Электрическая подстанция – электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств [1].
Внедрение автоматизированных систем управления подстанциями представляет собой сложную задачу. Необходимо анализировать характеристические параметры, такие как: ток, напряжение, активную, реактивную и полную мощности, коэффициент мощности, коэффициент нелинейных искажений, коэффициент гармонических искажений, дозу фликера и др.
Временные зависимости характеристических параметров позволяют оценить трендовые изменения и сделать вывод о соответствии их требуемым диапазонам.
Наиболее важные параметры:
Активная мощность. В цепях однофазного синусоидального тока:
P = U I cos φ,
где U и I – среднеквадратичное значение напряжение и тока, φ – угол сдвига фаз между ними.
В зависимости от решаемой задачи, например, устойчивости или оптимизации сети, информацию о перетоке активной мощности можно использовать по-разному.
Если решается задача устойчивости, т.е. рассматривается линия между двумя станциями или линия между станцией и системой, то переток активной мощности по этой линии не должен превышать допустимых значений, т.к. это опасно нарушением статической устойчивости. Нарушение статической устойчивости приведет к асинхронному режиму [2].
Если решается задача оптимизации сети, то здесь важен переток и через подстанции. К примеру, имеется система с несколькими линиями и проходными подстанциями. Важно чтобы потери активной мощности были минимальны, для этого определенные линии нагружаются, а другие разгружаются. Соответственно, загружая один автотрансформатор и разгружая другой, изменяются перетоки активной мощности, следовательно, необходимо учитывать информацию о нагреве. Ток проходящий через автотрансформаторы, определяется параметрами сети. Если, рассматривать тупиковые подстанции, то переток, и соответственно ток, определяется нагрузкой [3].
Для оценки тренда активной мощности, описывающего состояние подстанции, можно использовать данные, предоставляемые проектом «Capacity to Customers» [4-6]. По представленным максимальному, минимальному и среднему значениям активной мощности, совместно с информацией о характеристиках ЛЭП и подстанции, можно сделать вывод о том, превышает ли переток активной мощности допустимую величину.
Анализ значения силы тока позволяет оценить нагрев элементов сети (воздушные линии, трансформаторы), согласно закону Джоуля-Ленца:
dQ = I2 R dt. (1)
Из данных [4] также видно максимальное, минимальное и среднее значения силы тока, на базе данных значений можно сделать вывод, о нахождении значения тока в допустимых диапазонах, а, с учетом (1), и о допустимом нагреве элементов сети [7].
Благодаря методу симметричных составляющих, который относится к специальным методам расчета трехфазных цепей и широко применяется для анализа несимметричных режимов их работы, можно анализировать еще несколько важных параметров. В основе метода лежит представление несимметричной трехфазной системы переменных (ЭДС, токов, напряжений и т.п.) в виде суммы трех симметричных систем, которые называют симметричными составляющими. Различают симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей, которые различаются порядком чередования фаз. Наибольший интерес представляет обратная и нулевая последовательности.
На сайте проекта «Capacity to Customers» [4] также представлены зависимости величины напряжения обратной и нулевой последовательности от времени. Основываясь на этих значениях можно сделать вывод, о том, что за определенный промежуток времени возникало колебание данной величины, что свидетельствует о возникновении определенной несимметрии.
Еще одним важным параметром является доза фликера.
Фликер – (от англ. flicker – «мигать») субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники [8]. Причинами появления фликера являются, например, на металлургических заводах – использование дуговых печей и больших электродвигателей в непостоянном режиме включенных в общую сеть с освещением, в офисных и жилых зданиях – работа лифта, в сельской местности – большого водяного насоса. В общем случае – непостоянная работа мощного оборудования, включенного в одну сеть с освещением.
Доза фликера – мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени. Это один из показателей, который характеризует колебания напряжения.
Описанные выше характеристики могут найти применение в построении современных цифровых подстанций, функционирующих на базе МЭК 61850. Но до этого требуется решить ряд различных научных задач, связанных с надежностью цифровых систем, конфигурированием устройств на уровне подстанции и энергообъединения, созданием общедоступных инструментальных средств проектирования, ориентированных на разных производителей микропроцессорного и основного оборудования.
С применением МЭК 61850 появляются возможности полной оцифровки сигналов на подстанции, а, следовательно, большие объемы информации становятся доступны для управления и анализа приложениями реального времени в современной интеллектуальной сети – Smart Grid. Такие модернизированные сети электроснабжения как Smart Grid используют информационные и коммуникационные сети и технологии для сбора информации об энергопроизводстве и энергопотреблении.
Для обработки полученных объемов данных предлагается использовать уже зарекомендовавшие себя, в основном в области маркетинга, технологии Big Data.
Big Data – серия подходов, инструментов и методов обработки структурированных и неструктурированных данных огромных объёмов и значительного многообразия. Таким образом, под Big Data понимаются методы обработки данных, которые позволяют распредёлено обрабатывать информацию.
Уже сегодня методы Big Data применяются для обработки различных типов данных: логи поведения пользователей в интернете, GPS-сигналы от автомобилей, информация о транзакциях клиентов банков, информация о покупках в крупной ритейл сети и т.д.
Статья подготовлена по результатам работ, полученным в ходе выполнения проекта № СП-978.2015.1, реализуемого в рамках программы «Стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики». Работы выполнены в СНИЛ «ИИС» ЮРГПУ (НПИ).
Библиографическая ссылка
Дубров В.И., Оганян Р.Г., Шурыгин Д.Н. КОМЛПЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ БОЛЬШИХ ДАННЫХ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ ПОДСТАНЦИЙ В УМНЫХ СЕТЯХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 12-2. – С. 245-246;URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=9066 (дата обращения: 19.04.2024).