Разработка системы мониторинга и управления распределительными сетями на основе интеллектуальных систем учета

Объектами исследования являются электрические сети и системы мониторинга и управления ими. В качестве объектов разработки выступают: - стенд для исследования режимов работы фидера 0,4 кВ на базе программируемых источников тока и напряжения OMICRON CMC-356, устройств сопряжения с шиной и сервера sv-потоков; - лабораторный образец однофазного интеллектуального измерительного устройства для сети низкого напряжения с функциями PMU, MU; - экспериментальный образец передвижной лаборатории для определения параметров силовых трансформаторов 6-10/0,4 кВ в полевых условиях; - макет оптического трансформатора напряжения. Цель работы: разработка технических, алгоритмических и программных решений для системы мониторинга и управления режимами распределительных сетей, направленных на снижение потерь энергии и повышение надежности распределительных сетей на базе применения технологии синхронизированных измерений. Методы или методология проведения работы: В качестве основной методологии проведения работы использован системный подход, в соответствии с которым для достижения поставленной цели решался ряд частных задач на базе доступных и наиболее эффективных для каждой из этих задач методов, включая методы проведения экспериментальных исследований и математического моделирования. Результаты работы и их новизна: На основе обзора мирового и отечественного опыта разработки по созданию систем мониторинга и управления режимами распределительных сетей на основе интеллектуальных систем учета электроэнергии выполнено обоснование функциональных и технических требований к системе мониторинга и управления режимами распределительных сетей на основе интеллектуальных систем учета электроэнергии, которые позволили бы решить эту проблему и на основании которых можно разработать техническое задание на доработку существующих приборов учета для решения этой проблемы. Разработано техническое задание на доработку существующих счетчиков электроэнергии и интеллектуальных приборов учета. Доработки направлены на добавление пофазных измерений, сохранение и передачу на сервер интеллектуальной системы учета электроэнергии профилей средних и действующих значений измеряемых напряжений и токов, а также средних значений активных мощностей. Разработано частичное техническое задание на программное обеспечения для мониторинга показателей качества электроэнергии на базе анализа sv-потоков. Разработаны алгоритмы расчета показателей качества электрической энергии согласно ГОСТ 32144-2013 и осуществлена их программная реализация. Создан стенд для исследования режимов работы фидера 0,4 кВ. заданных конфигураций и демонстрации возможностей системы мониторинга режимов его работы на базе SV-потоков и приборов учета электроэнергии в лабораторных и выставочных условиях. Для приближения режимов работы исследуемого фидера заданной конфигурации к реальным пассивная часть фидера (участки линий и ввода к потребителям) моделируются реальными СИП, а активная часть фидера (источник питания и нагрузки потребителей) при помощи синхронизированных между собой двух программируемых источников тока и напряжения OMICRON CMC-356. Отличительной особенность стенда является возможность тестирования элементов систем учета электрической энергии в режимах максимально приближенных к реальным «режимным» условиям электрических сетей. Разработан экспериментальный образец передвижной лаборатории для определения параметров силовых трансформаторов 6-10/0,4 кВ в полевых условиях. Разработан лабораторный образец однофазного интеллектуального измерительного устройства для сети низкого напряжения с функциями PMU, MU. Сформулированы требования по интеграции разработанного устройства в существующие системы учета. Разработан макет оптического трансформатора напряжения, работающего по поляриметрической схеме с активным кристаллом на эффекте Поккельса, ниобате лития, характеризующийся прямолинейной передаточной характеристикой с нелинейностью не более 1 % и амплитудно-частотной характеристикой с величиной нелинейности менее 1 % в диапазоне частот от 0 до 5 кГц. Обоснованы технические решения по интеграции ДУ КА РИЦ на фидере 10 кВ Ф-151 с УСШП ENMU путем установки G3/LTE роутера в шкафу на опоре 151 и организации информационного обмена между сервером ПС Пригородная и РИЦ по протоколу МЭК 60870-5-104. На основе анализа способов выявления характерных потребителей в сети 0,4 кВ по результатам мониторинга режимных параметров центра питания в качестве основных способов рекомендован метод машинного обучения на базе сверточных нейронных сетей, обладающий высокой точностью. Создана база данных синхронизированных измерений токов и напряжений (sv-потоков) в электрической сети 10/0,4 кВ, содержащая результаты измерений по 14 присоединениям, обеспечивающим непрерывный контроль баланса в наблюдаемой сети 10/0,4 кВ на протяжении 3 месяцев 2024 года. Область применения результатов: Данные результатов научного исследования способствуют применению цифровых технологий, в том числе технологии синхронизированных измерений, в распределительных электрических сетях и являются основой для выполнении последующих этапов НИОКР в рамках стратегического проекта СКФУ «Технологии энергоэффективности и устойчивого энергоснабжения» Программы “Приоритет-2030”, направленных на разработку интеллектуальных систем учета электроэнергии с функцией выдачи результата в виде достоверной оперативной информации о местах возникновения технических и коммерческих потерь энергии и систем цифрового мониторинга состояния работы электросетевых объектов. Макет оптического трансформатора напряжения рекомендуется использовать при проведении дальнейших исследований, направленных на поиск новых оптических материалов для оптических трансформаторов напряжения и разработку методик, алгоритмов и технических решений по компенсации погрешностей, вызванных влиянием температуры. Созданная база данных синхронизированных измерений токов и напряжений (sv-потоков) в электрической сети 10/0,4 кВ может быть востребована научными организациями и конструкторскими бюро, занимающихся исследованиями распределительных электрических сетей и разработкой нового оборудования и приборов для релейной защиты и автоматики этих сетей. Экономическая эффективность или значимость работы: Значимость результатов проекта для электроэнергетики России определяется оптимизацией затрат на цифровую трансформацию и повышением эффективности функционирования распределительных сетей благодаря снижению потерь и улучшению качества электроэнергии, минимизации перерывов в электроснабжении потребителей, а для экономики страны в целом – увеличением конкурентоспособности продукции предприятий за счет сдерживания темпов роста тарифов на электроэнергию, обеспечения требуемого уровня надежности и качества электроснабжения.