Система отображения ПВК АНАРЭС-2000 и ее применение в АСДУ и ОИК
, ,
, г. Новосибирск, ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск
, (39
e-mail: *****@***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 SCADA-системы 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 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;
· 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;
- 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 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.
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 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.
Разработан 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.
Для наглядного представления на схеме какого-либо параметра режима (относящегося к ветвям и узлам) существует механизм динамической раскраски. Для этого в некоторой таблице перечислены категории выделяемых параметров технологического режима с указанием библиотек DLL, содержащих функции получения значений интенсивности цвета для каждого элемента схемы. Выделение областей на схеме (например, районов, сечений) и притемнения оставшейся части использует другой 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.
Комплекс АНАРЭС-2000 использет телеинформацию из ОИК для таких задач, как обработка контрольного замера (оценивание состояния), ведение оперативной схемы. Поэтому для получения телеинформации из 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 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 телеуправлния 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) Редактор схем и система отображения 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 ПВК АНАРЭС-2000, подключать задачи работы с мнемосхемами, обладающие мощными сервисными функциями и средствами отображения, к программным комплексам собственной или сторонней разработки.
