Волошин А.А., Коваленко А.И., Вертогузов Д.А., НИУ МЭИ, Шамис М.А., ЗАО «ЭнЛАБ»

В статье описывается функционал программно-аппаратного комплекса «Цифровой двойник энергосистемы» (ПАК ЦДЭС) для автоматизации расчета параметров срабатывания устройств релейной защиты и автоматики в составе приложений «Автоматизированный расчет параметров срабатывания РЗА» (АРПС РЗА) и «Автоматизированный расчет режимов» (АРР).

Ключевые слова: автоматизация расчета режимов, расчет параметров срабатывания защит

В электроэнергетике одной из важных задач на этапах проектирования и эксплуатации объектов является расчет параметров срабатывания комплекса РЗА, от которого зависит корректное функционирование электрической сети и надежность работы электротехнического оборудования. При выборе параметров срабатывания РЗА выполняется большой объем расчетов с учетом особенностей топологии и режимов работы электрической сети, каталожных данных электротехнического оборудования, геометрии фазных проводников и протяженности линий электрический передач и т. д. Ручной расчет может быть часто осложнен, из-за чего возникает необходимость в применении специализированного программного обеспечения, позволяющего упростить процесс выбора параметров срабатывания РЗА.

Указанные задачи могут быть решены посредством разработанного в Центре НТИ МЭИ ПАК «ЦДЭС» – передового российского программно-аппаратного комплекса, обеспечивающего моделирование процессов в энергосистемах различного масштаба – от микроэнергосистем до крупных энергетических комплексов [1]. В зависимости от решаемых задач ПАК «ЦДЭС» может быть предложен в нескольких пакетах поставки:

• «ЦДЭС. Эксплуатация» — предназначен для установки в диспетчерских центрах: сбор телеинформации, автоматизированная актуализация расчетных моделей, выполнение оптимизационных расчетов, расчет и адаптивное изменение уставок РЗА в режиме онлайн, реализация алгоритмов систем автоматического восстановления электроснабжения, оптимизация режимов работы с учетом прогнозов генерации и потребления, управление возобновляемыми источниками энергии и системными накопителями энергии, управление электрозарядной инфраструктурой;
• «ЦДЭС. Испытания» — симуляция нормальных и аварийных режимов в реальном времени, проведение испытаний устройств РЗА с возможностью подключения по цифровым протоколам, а также с использованием усилителей тока и напряжения и дискретных входов/выходов;
• «ЦДЭС. Университет» — проведение лабораторных работ, выполнение курсовых и типовых проектов, выполнения ВКР для студентов, обучающихся по таким специальностям как «Сети и системы», «Релейная защита и автоматика», «Электроснабжение промышленных предприятий», а также для выполнения НИОКР;
• «ЦДЭС. Наладка» — мобильный ПАК для применения на энергообъектах. Симуляция нормальных и аварийных режимов в реальном времени, проверка устройств РЗА с подключением по цифровым протоколам, а также с использованием усилителей тока и напряжения и дискретных входов/выходов;
• «ЦДЭС. Режимы» — расчет нормальных и аварийных режимов сетей электроснабжения промышленных предприятий и электрических сетей с учетом токов самозапуска двигателей, расчет параметров срабатывания РЗА, проверка устойчивости генерации и нагрузки, проверка термической стойкости кабелей, отключающей способности выключателей и т.д.;
• «ЦДЭС. Проектирование» — автоматизированное проектирование комплексов РЗА ЦПС в соответствии со стандартом МЭК 61850, создание файлов SSD и SCD на языке SCL, автоматизированный расчет параметров срабатывания РЗА, автоматизированная проверка правильности проектных решений, синтез оптимальной топологии электрических сетей по критериям SAIDI/SAIFI, CAPEX/OPEX;
• «ЦДЭС. Киберполигон» – автоматический расчет и оценка последствий кибератак для энергосистем и систем электроснабжения.

Автоматизация расчета параметров срабатывания РЗА

1. Создавать и конфигурировать модели устройств РЗА;
2. Синтезировать расчетные условия для расчета и выбора параметров
   срабатывания функций РЗА с учетом топологии, режимов работы,
   вида защищаемого объекта;
3. Синтезировать и производить расчет требуемого перечня сценариев
   нагрузочных и аварийных режимов;
4. Производить расчет параметров срабатывания для устройств
   релейной защиты и проверку их правильности;
5. Строить карты селективности защит;
6. Экспортировать пояснительную записку и бланки параметрирования для устройств РЗА.

Устройства РЗА могут быть представлены существующими моделями производителей РЗА, имеющимися в библиотеке АРПС РЗА, или пользовательскими устройствами РЗА. Для создания модели устройства РЗА выбирается необходимый шаблон устройства и настраиваются его основные параметры: подключение к измерительным трансформаторам тока (ТТ), трансформаторам напряжения (ТН) и управляемым выключателям (Рисунок 1). В зависимости от назначения и особенностей выбранного шаблона устройства основные настраиваемые параметры могут варьироваться.

Заключение

Применение приложений «Автоматизированный расчет параметров срабатывания релейной защиты и автоматики» и «Автоматизированный расчет режимов» в составе ПАК «ЦДЭС» позволяет автоматизировать основные трудоемкие процессы по расчету параметров срабатывания РЗА, такие как синтез, расчет и фильтрация нагрузочных и аварийных режимов, расчет и проверка параметров срабатывания, формирование отчетной документации. Указанное дает возможность повысить качество и скорость выполнения расчетов, существенно снизить вероятность возникновения ошибок, обусловленных человеческим фактором.

Наши коллеги из МЭИ используют возможности искусственного интеллекта (ИИ) не только при решении технических задач, связанных с РЗА, но и в других творческих процессах. Так, заведующий кафедрой РЗ и АЭ МЭИ и руководитель разработки ПАК ЦДЭС Александр Александрович Волошин при поддержке ИИ за 10 минут сочинил музыкальную композицию, посвященную актуальным проблемам деятельности специалистов-релейщиков. Воспользовавшись приведенной ссылкой или аудиоплеером ниже, Вы можете прослушать эту композицию. На наш взгляд (признаемся честно, не очень строгий) получилось вполне нормально.

С 23 по 25 апреля 2024 года в г.Чебоксары прошла Всероссийская научно-техническая конференция по релейной защите и автоматизации энергетических систем, совмещенная с выставкой тематической продукции. Помимо традиционного показа устройств для проверки РЗА китайской компании Ponovo мы совместно с коллегами из МЭИ демонстрировали программно-аппаратный комплекс (ПАК) ЦДЭС. Для более детального ознакомления с возможностями ПАК ЦДЭС нами были организованы мастер-классы с предварительной записью участников. Данное мероприятие имело аншлаг среди потенциальных покупателей ПАКа ЦДЭС и очень им понравилось. Кроме того, мы в соавторстве с нашими партнерами из МЭИ и ИГЭУ выступили с 4 докладами по предлагаемому нами оборудованию и поделились опытом его применения.

Как всегда, участие в конференции и выставке позволило нам получить ничем незаменимый прямой контакт при личном общении с покупателями нашей продукции. В целом выставка-конференция прошла успешно с привлечением большого числа отраслевых специалистов из разных городов и стран.

7 и 11 августа Ассоциация «Цифровая энергетика» провела заседания, посвящённые рассмотрению проектов Московского энергетического института.

Их представил заведующий кафедрой релейной защиты и автоматизации энергосистем института, к.т.н., доцент, почетный доктор электротехники, член-корреспондент АЭН РФ Александр Волошин.

Среди разработок МЭИ — программно-аппаратный комплекс реального времени «Цифровой двойник», система автоматизированного проектирования на базе искусственного интеллекта, а также система информационной поддержки персонала энергообъектов, которая опирается на технологии дополненной реальности.

Члены экспертной группы АЦЭ порекомендовали проекты института к включению в Альманах лучших цифровых решений 2023 года как примеры успешного опыта отечественных разработок, важных и актуальных для отрасли.

Также в ходе живой дискуссии участники заседания обсудили будущее автоматизации энергетических систем. Эксперты постановили, что к 2050 году должна быть полностью сформирована цифровая технологическая платформа интеллектуальной системы релейной защиты. Предполагается, что она будет использовать прогнозы изменения режимных параметров для автоматической адаптивной настройки алгоритмов.

Ключевое свойство будущих технологий релейной защиты — высокая автономность, обеспечивающая самоорганизацию, самонастройку и самовосстановление без участия человека.

1. Демонстрация ПАК ЦДЭС в режиме симуляции и функций по работе с графиками изменения симулируемых величин
2. Демонстрация работы модуля сервера протокола МЭК 60870-5-104 в ПАК ЦДЭС

Уважаемые коллеги

Представляем Вам возможность ознакомиться с презентациями докладов, которые были представлены на прошедшей 15-18 декабря веб-конференции «Особенности использования симуляторов энергосистем RTDS и PSCAD при выполнении научных исследований и в учебном процессе».