РАЗРАБОТКА МОДУЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ РАДИАЛЬНОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

Воротникова Татьяна Сергеевна

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  автоматизированных  систем  управления  Московского  государственного  университета  приборостроения  и  информатики,  филиал,  РФ,  г.  Ставрополь

E -mail: 

Власов  Валерий  Иванович

канд.  техн.  наук,  профессор  РАЕ,  доцент  кафедры  автоматизированных  систем  управления  Московского  государственного  университета  приборостроения  и  информатики,  филиал,  РФ,  г.  Ставрополь

Авакян  Тамара  Ашотовна

доцент  кафедры  автоматизированных  систем  управления  Московского  государственного  университета  приборостроения  и  информатики,

филиал,  РФ,  г.  Ставрополь

Рыбин  Герман  Эдуардович

магистрант  кафедры  теоретических  основ  электротехники,  Ставропольский  государственный  аграрный  университет,  РФ,  г.  Ставрополь

MODULE  DEVELOPMENT  INFORMATION  SYSTEM  OF  CALCULATING  THE  RELIABILITY  OF  RADIAL  DISTRIBUTION  power  grid

Vorotnikov  Tatyana

candidate  of  science,  associate  Professor  of  the  Department  of  automated  control  systems,  Moscow  state  University  of  instrument  engineering  and  computer  science,  branch,  Russia,  Stavropol

Vlasov  Valery

candidate  of  science,  associate  Professor  of  the  Department  of  automated  control  systems,  Moscow  state  University  of  instrument  engineering  and  computer  science,  branch,  Russia,  Stavropol

Avakian  Tamara

associate  Professor  of  the  Department  of  automated  control  systems,  Moscow  state  University  of  instrument  engineering  and  computer  science,  branch,  Russia,  Stavropol

Rybin  Herman

master  student  the  Department  of  theoretical  fundamentals  of  electrical  engineering,  Stavropol  state  agrarian  University,  Russia,  Stavropol

АННОТАЦИЯ

Разработка  модуля  информационной  системы  расчета  параметров  надежности  радиальной  распределительной  сети.  В  основу  алгоритма  программного  модуля  положен  метод  минимальных  сечений  для  логической  схемы  надежности  радиальной  распределительной  сети.  Результаты  работы  модуля  представляются  в  графическом  и  сохранятся  в  файле  в  табличном  виде.  Использование  данного  модуля  позволяет  автоматизировать  расчет  надежности  работы  радиальной  распределительной  сети  с  большим  количеством  узлов.

ABSTRACT

Module  development  information  system  of  calculation  of  reliability  parameters  of  radial  distribution  power  grid.  The  basis  of  the  algorithm  of  the  program  module  is  the  method  of  minimum  cross  sections  for  logic  circuit  reliability  for  radial  distribution  power  grid.  The  results  of  the  module  are  presented  in  graphical  and  stored  in  a  file  in  tabular  form.  Using  this  module  allows  you  to  automate  the  calculation  of  reliability  for  radial  distribution  power  grid  with  a  large  number  of  nodes.

Ключевые  слова:  информационная  система;  надежность;  радиальная  распределительная  сеть  электроэнергии.

Keywords:  information  system;  reliability;  radial  distribution  power  grid 

На  современном  этапе  развития  агропромышленного  комплекса  большую  роль  играют  информационные  системы  и  технологии  управления  электросетевыми  предприятиями.  Широко  используются  и  продолжают  совершенствоваться  различные  автоматизированные  информационные  системы  рационального  использования  энергоресурсов.  Вместе  с  тем  требуются  разработка  новых  и  совершенствование  существующих  систем  анализа  и  диагностики  надежности  распределительных  сетей.  Одним  из  возможных  путей  решения  указанных  проблем  может  стать  разработка  модуля  информационной  системы  расчета  надежности  радиальной  распределительной  сети. 

Электрическая  энергия  широко  используется  для  приведения  в  действие  различного  рода  устройств  и  оборудования,  предназначенных  для  обеспечения  большинства  технологических  процессов  в  промышленности  и  сельском  хозяйстве.  В  качестве  основного  источника  питания  используется  распределительная  электрическая  сеть,  представляющая  собой  совокупность  линий  электропередачи  (ЛЭП)  10  (6)  кВ,  понижающих  трансформаторных  подстанций  10(6)/0,4  кВ  и  низковольтных  питающих  ЛЭП  напряжением  0,4  кВ.  Такие  сети  могут  содержать  от  нескольких  десятков  до  сотен  узлов.  Надежность  работы  радиальной  сети  обратно-пропорциональна  количеству  узлов  нагрузок.

Чтобы  повысить  надежность  электроснабжения,  необходимо  провести  мероприятия  по  модернизации  существующих  электрических  сетей.  К  ним  относятся:  построение  новых  ЛЭП,  изменяющих  конфигурацию  сети,  использование  современных  методов  оценки  целесообразности  внесения  дополнительных  капитальных  вложений  на  реконструкцию,  а  также  оценка  надёжности  существующих  систем  электроснабжения  с  использованием  математических  методов  и  компьютерных  технологий.

В  общем  виде  электрическая  схема  радиальной  распределительной  сети  представлена  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Электрическая  схема  радиальной  распределительной  сети

Для  решения  задачи  оценки  вероятности  безотказной  работы  радиальной  распределительной  сети  используется  различные  методы  и  подходы,  в  том  числе  и  метод  минимальных  сечений  [1]. 

Минимальным  сечением  называется  набор  неработоспособных  элементов  схемы,  отказ  которых  приводит  к  отказу  системы,  а  восстановление  работоспособности  любого  из  них  —  к  восстановлению  работоспособности  системы.  Основой  метода  являются  законы  алгебры  логики.  Для  их  использования  составляется  логическая  схема  таким  образом,  чтобы  все  элементы  каждого  минимального  сечения  были  соединены  друг  с  другом  параллельно,  а  все  минимальные  сечения  —  последовательно. 

При  решении  задачи  оценки  надежности  использованы  следующие  допущения,  которые  не  вызывают  перерывы  в  электроснабжении:

·     электрические  сети  питающей  системы  абсолютно  надежны;

·     планово-предупредительные  ремонты  со  снятием  напряжения  на  линиях  электропередачи  и  трансформаторных  подстанциях  не  производятся;

·     срабатывание  приборов  релейной  защиты  электрооборудования  отсутствуют.

При  проведении  математического  моделирования  была  составлена  логическая  схема  надежности  радиальной  распределительной  сети  по  методу  минимальных  сечений  (рисунок  2).

Рисунок  2.  Логическая  схема  надежности  радиальной  распределительной  сети  по  методу  минимальных  сечений

Из  рисунка  2  видно,  что  для  нарушения  электроснабжения  узла  нагрузки    достаточны:

·     отказ  из-за  выхода  из  строя  любого  участка  магистрали:  ; 

·     отказ  в  срабатывании  типа  «обрыв  цепи»  любого  из  разъединителей  трансформаторных  подстанций:  ;

·     отказ  непосредственно  рассматриваемого  узла  нагрузки  .

Это  описывается  последовательным  соединением  элементов  схемы. 

Кроме  того,  к  нарушению  электроснабжения  узла  нагрузки  приведет:  одновременный  отказ  в  срабатывании  как  одноименного  разъединителя    типа  «невозможность  разрыва  цепи»,  так  и  самого  узла  нагрузки  .  Эта  ситуация  представлена  на  схеме  в  виде  параллельного  соединения  пары  элементов.

При  анализе  логической  схемы  (рисунок  2)  можно  заметить,  что  безотказная  работа  схемы  определяется  безотказностью  всех  последовательно  соединенных  элементов.  Выход  из  строя  каждого  из  них  приводит  к  одновременному  отказу  всех  параллельно  включенных  элементов.  Поскольку  схема  метода  минимальных  сечений  формулирует  условия  отказа  системы,  в  ней  последовательное  соединение  соответствует  логическому  “ИЛИ”,  а  параллельное  —  логическому  “И”. 

После  преобразований  и  принятых  допущений  [2],  математическая  модель  надежности  радиальной  распределительной  сети  запишется  в  следующем  виде:

(1)

где:  ,    —  параметры  интенсивностей  отказов  нагрузочного  узла  и  магистрали  10(6)  кВ; 

  ,    —  параметры  интенсивности  отказов  срабатывания  разъединителей    первого  и  второго  типа  соответственно; 

N  —  количество  узлов  нагрузки.

Очевидно,  что  вероятность  бесперебойного  электроснабжения  узла  нагрузки  радиальной  распределительной  сети  не  зависит  от  удаления  узла  относительно  головного  участка  магистрали  10(6)  кВ,  а  определяется  только  числом  узлов  нагрузки  в  сети.

Среднее  время  наработки  на  отказ  радиальной  сети  получается  путем  интегрирования  уравнения  (1).  В  результате  имеем:

,  (2)

где    —  табулированный  интеграл  вероятностей.

Для  большого  количества  узлов  нагрузки  вычисление  среднего  времени  наработки  на  отказ  обычными  вычислительными  средствами  затруднительно,  что  ограничивает  практическое  применение  предложенной  модели  для  широкого  круга  пользователей.  Устранить  этот  недостаток  можно  путем  разработки  модуля  автоматизированной  информационной  системы  расчета  надежности  безотказной  работы  радиальной  распределительной  сети  в  составе  автоматизированного  рабочего  места  диспетчера  районных  электрических  сетей.

Основой  проектируемого  модуля  является  база  данных  для  хранения  статистических  параметров  надежности  элементов  распределительной  сети  района.  Информация  в  базу  данных  поступает  от  структурных  подразделений  районных  электрических  сетей.  Источником  информации  являются  паспортные  данные  оборудования  и  сведения  о  текущем  состоянии  оборудования  из  оперативных  журналов  электротехнических  служб  районных  электрических  сетей. 

Обработка  информации  с  использованием  модели  надежности  позволяет  вычислить  базовый  показатель  надежности  —  среднее  время  наработки  на  отказ,  который  является  основой  построения  договорных  обязательств  между  потребителями  и  электроснабжающей  организацией,  вероятность  бесперебойного  электроснабжения,  а  также  средний  недоотпуск  электроэнергии  из-за  перерывов  в  электроснабжении.

Пример  реализации  модуля  информационной  системы  расчета  надежности  безотказной  работы  радиальной  распределительной  сети  в  среде  Borland  Delphi  7  в  виде  интерфейсных  окон  показан  на  рисунках  3,  4.

Рисунок  3.  Исходные  данные  для  расчета  надежности  радиальной
распределительной  сети

Рисунок  4.  Результаты  обработки  исходных  данных  модулем  расчета  надежности

При  использовании  данных  о  мощностях  узловых  нагрузок  можно  получить  графическую  зависимость  среднего  недоотпуска  электроэнергии  за  межремонтный  период,  который  в  данном  примере  равен  1308  часам.

Разработка  данного  модуля  является  первым  шагом  при  создании  информационной  системы  анализа  и  прогнозирования  оптимального  построения  распределительной  сети.

Список  литературы:

1.Воротников  И.Н,  Данченко  И.В.  Надежность  радиальной  схемы  распределительной  сети  без  секционирования  и  резервирования  //  Труды  Кубанского  государственного  аграрного  университета.  —  2013.  —  №  5(44).  —  С.  247—251. 

2.Dоротников  И.Н,  Данченко  И.В.  Надежность  радиальной  схемы  распределительной  сети  с  секционированием  //  Политематический  сетевой  электронный  научный  журнал  Кубанского  государственного  аграрного  университета  (Научный  журнал  КубГАУ)  Краснодар:  КубГАУ.  —  2013.  —  №  91  (07).  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://ej.kubagro.ru/2013/07/pdf/77.pdf