Визуализация и мониторинг динамики изменения режимных параметров в ЕЭС

Для непрерывной стабильной работы энергосистемы диспетчер должен постоянно поддерживать в допустимых пределах значения частоты и напряжения в энергосистеме, а также следить за сохранением баланса активной мощности. При сильном отклонении какого-либо их параметров в энергосистеме могут возникнуть опасные для ее функционирования режимы, например режим низкочастотных колебаний (НЧК), последствиями которых может быть разделение энергосистемы на изолированные несинхронно работающие части и иные системные аварии с обесточиванием потребителей и целых регионов.

Для минимизации риска возникновения аварий, а также уменьшения числа негативных последствий критически важно своевременно оповестить диспетчера о возникающих тенденциях к отклонению режимных параметров от допустимых значений. 

Целью Системы является повышение ситуационной осведомленности диспетчера путем раннего обнаружения негативных отклонений режима, которые не могут быть обнаружены традиционными инструментами диспетчера.

Результатом проекта стало снижение в энергосистеме риска аварий в результате возникновения режима НЧК или режима асинхронного хода и снижение неблагоприятных последствий таких случаев за счет повышения осведомленности оперативно-диспетчерского персонала, снижения времени обнаружения отклонения режима и повышения скорости принятия решения.

Диспетчеру предоставлена информация по величине частоты и угла напряжения по всей энергосистеме в целом. Реализованный метод позволяет увидеть источник возмущения с минимальной задержкой порядка 12-15с от начала процесса, что позволяет сильно сократить время принятия решения при возникновении аварии.

Ярким примером стала идентификация сложного для обнаружения случая отделения части энергосистемы на изолированную работу с возникновением режима асинхронного хода и визуальное представление проворота угла напряжения, которое не могло быть обнаружено ни одним другим средством автоматизации или программным комплексом.

Postgres pro – хранение данных,

Rabbit MQ __передача данных между внутренними сервисами

WebGPU – реализация фронта, отрисовка поверхности

Nginx – web-сервер

Kerberos – обеспечение SSO аутентификации

Сложность заключалась в выборе правильного математического и алгоритмического аппарата для построения поверхности и для обеспечения гладкости отображения при наличии данных плохого качества. Требовалось работать с больших объемом потоковых данных. Источниками для системы являются измерения с более, чем 800 устройств, расположенных по всей территории России, которые поступают в систему с частотой 50 раз в секунду по 3-5 параметрам. Учитывая географическую распределенность источников, различный состав и возраст измерительного оборудования, приходящие данные имеют неодинаковую задержку, часть пакетов теряется, часть данных сильно зашумлена. Если не проводить нормализацию таких данных, поверхность будет иметь резкие перепады, локальные деформации и разрывы, что будет отражать неправдоподобное состояние энергосистемы. Для решения этой проблемы потребовалось протестировать несколько алгоритмических методов, прежде чем было получено итоговое изображение, готовое для представления диспетчеру.

Основным назначением Системы является информационная поддержка диспетчера по ситуационному анализу электроэнергетического режима энергосистемы и технологических возмущений в ЕЭС России. Главной частью системы является интерполяционная трехмерная поверхность, которая строится на основе точек графа энергосистемы путем последовательного натяжения и сглаживания. Граф состоит из узлов и ветвей, имитирующих основные элементы электроэнергетической системы (станции, подстанции, линии электропередачи напряжением от 110 кВ до 500 кВ), размещенных на поверхности в соответствии с географическим расположением энергообъектов.

После того, как поверхность сформирована на нее накладывается градиентная заливка. Цвет градиента динамически изменяется в зависимости от отклонения параметра от номинального («среднего») уровня в одну или другую сторону.

При резком изменении параметров, форма и цветовой градиент поверхности изменяются, привлекая внимание диспетчерского персонала.

В итоге всех описанных процедур получается красивая, понятная картина, которая дает возможность диспетчеру с одного взгляда оценить произошедшие в энергосистеме изменения и необходимость принятия каких-либо мер по корректировке режима.

Работы проходили в несколько этапов. Сначала был разработан прототип системы. Который был одобрен у функционального заказчика. Далее на основе этого прототипа была разработана система, которая могла строить поверхность только по частоте и напряжению и имела всего один расчетный алгоритм определения выделения части энергосистемы на изолированную работы. Третьим этапом была проведена модификация системы, в результате которой в нее добавились функции построения поверхности по углу, алгоритмы обнаружения источника небаланса, нахождения источника НЧК путем расчета потока распределения диссипативной энергии, вывод детального графика по всех точкам поверхности, включая ненаблюдаемые, статистический расчет величины нерегулярных колебаний и цветовое представление загрузки сечений.

Помимо мониторинга состояния энергосистемы в режиме реального времени также был разработан инструмент воспроизведения исторических данных по авариям и данных из внешних систем. Благодаря чему пользователи получили возможность проиграть загруженные данные в масштабе реального времени и визуально оценить поведение энергосистемы при тех или иных условиях.

Последним этапом в создании системы стал перевод ее на импортозамещенную платформу с применением решений по оптимизации обработки данных и возможностью горизонтального масштабирования сервисов.

В результате система прошла путь от прототипа до полноценной интеграционной платформы, объединяющей различные задачи и решения на базе СВИ.

Исполнительный аппарат и 6 ОДУ (Центр, Урал, Юг, Средняя Волга, Северо-Запад и Сибирь).