Технология ситуационного отображения данных текущего режима и ее реализация на диспетчерском щите ОДУ Средней Волги

В последнее время все большее внимание уделяется вопросам использования на щите управления видеосредств коллективного пользования [1 – 6].

Уже имеется значительный опыт их применения на пунктах управления различного уровня иерархии отечественной и зарубежной энергетики, в центрах управления различного назначения.

В ближайшие годы значительное количество новых объектов будет оснащено видеосредствами коллективного пользования. В связи с этим все более актуально рассмотрение первого опыта эксплуатации указанных средств, разработка типовых решений и методов их использования.

Варианты использования видеосредств коллективного пользования. На пунктах управления используются два варианта организации современных щитов: совмещенный вариант, когда одна или две видеостены устанавливаются рядом с традиционным мнемощитом, и вариант видеощита, когда традиционный мнемощит отсутствует.

Âобоих вариантах организация данных идентична – два информационных раздела: раздел мнемосхемы и раздел общих данных.

Âсоставе раздела общих данных может отображаться любая актуальная информация, целесообразная для коллективного пользования (информацию индивидуального пользования лучше иметь на мониторах рабочих мест), в том числе:

данные контроля частоты; текущее время;

общие показатели по генерации и потреблению, сальдо-перетоки, данные температуры по регионам;

данные контроля диспетчерского графика – как с начала суток, так и текущего получасового контроля, актуальных команд и их инициаторов, вели- чин корректировки диспетчерского графика объектов управления;

данные рынка электроэнергии; подробные схемы одного или нескольких акту-

альных объектов с данными состояния оборудова-

ния, в том числе ремонтов, характеристики оборудования;

мнемосхемы отдельных районов на фоне географической карты с метеоданными и данными мест повреждений;

данные видеонаблюдения; программы телевидения.

Примерами двух вариантов использования видеощитов являются диспетчерские пункты ОДУ Северного Кавказа и ОДУ Средней Волги.

В ОДУ Северного Кавказа традиционный мнемощит отсутствует и используется видеощит из 24 кубов (3 8) с диагональю куба 67 . В ОДУ Средней Волги установлены две видеостены по 4 куба (2 2) с диагональю куба 84 с двух сторон традиционного мнемощита.

В ближайшее время оба варианта будут активно применяться: комбинированный вариант – на ряде пунктов управления филиалов Федеральной сетевой компании, вариант видеощита – на всех трех уровнях управления Системного оператора.

Эффективность использования видеосредств для реализации раздела общих данных в обоих вариантах очевидна.

Эффективность использования видеопространства для отображения мнемосхемы сети (вариант видеощита) во многом определяется характером реализуемой информационной технологии, которая в упрощенной формулировке сводится к двум подходам:

повторение мнемосхемы традиционного мнемощита (традиционные решения);

ситуационное представление данных текущего режима (ситуационная технология).

Рассмотрим особенности этих двух вариантов использования видеощита.

Варианты использования видеощита. Традиционные решения. Наиболее простым решением, по которому идет большинство пользователей, является вариант практически полного повторения на видеощите традиционной мнемосхемы сети.

При этом сохраняются:

полная схема сети в режиме постоянного наблюдения;

возможность прямого и немедленного считывания состояния любого элемента схемы;

определенная возможность получения дополнительных данных в свободных динамических полях или в режиме оконного интерфейса (с наложением изображения на часть схемы сети).

Недостатками этого варианта являются: протяженное пространство оперативного на-

блюдения; перегруженность пространства большим коли-

чеством информационных элементов, не актуальных для текущего режима;

трудность быстрого опознания связей между объектами из-за значительной их протяженности и горизонтально-вертикального начертания с изломами;

ограниченные возможности отображения дополнительной информации (из-за информационной перегруженности видеопространства);

неэффективное использование возможностей динамического пространства – большое количество неизменной информации;

проблематичность обеспечения информационной надежности (при отказах видеокубов).

Опыт многих аварий, результаты исследования проблемы “человеческого фактора в системах управления” показали, что эффективное отображение электроэнергетического режима, а, следовательно, и надежность управления, крайне проблематично обеспечить при использовании традиционных методов и форм отображения информации.

Ситуационная технология. Динамические возможности видеощита позволяют легко организовать различные уровни представления информации и обеспечить достаточно удобный (чаще всего автоматический) доступ к любому уровню:

первый уровень – ситуационный: отображение характера ситуации (общие данные и основные компоненты);

второй уровень – объектный: отображение места (объекта) и типа (идентификатора) события (что и где произошло);

третий уровень – элементный: отображение элементов события.

В качестве информационных характеристик трехуровневого представления информации могут быть рассмотрены:

для первого уровня – некоторая общая характеристика (образ) ситуации с включением нескольких определяющих для данной ситуации характеристик (параметров);

для второго уровня – информация о состоянии объекта (станции, подстанции, ВЛ, транзита), важнейшего основного оборудования, данные о резком изменении или нарушении предела основных параметров (частота, напряжение, генерация, переток активной мощности по сечению);

для третьего уровня – информация о состоянии элементов: отдельных коммутационных аппаратов, значения отдельных параметров.

Достоинствами ситуационной технологии являются:

возможность комплексного представления текущей ситуации;

значительное сокращение числа одновременно отображаемых информационных элементов – представлены основные информационно-опорные точки – в ряде случаев в обобщенном виде (в виде эквивалентов);

быстрое опознание связей между объектами вследствие их изображения свободно расположенными в пространстве прямыми линиями;

возможность концентрации внимания в первую очередь на особо “горячих” участках;

возможность быстрого автоматического раскрытия “эквивалента” и получения детальной и дополнительной информации;

эффективное использование динамического пространства за счет его гибкой информационной модификации в соответствии с требованиями текущей ситуации;

возможность достижения более высокой информационной надежности за счет относительно свободного маневрирования динамическим пространством;

значительно меньшая по сравнению с предыдущим вариантом протяженность пространства изображения.

К проблемам реализации этого варианта следует отнести необходимость перестройки психофизиологических механизмов опознания события: от традиционной схемы восприятия “Считывание элементов – формирование общего понимания ситуации” к новой более естественной схеме восприятия “Опознание события (ситуации) – раскрытие деталей”.

Следует еще раз подчеркнуть принципиальные преимущества этого варианта:

возможность быстрой оценки ситуации в целом в результате опознания прежде всего общих данных ситуации;

возможность гибкого автоматического манипулирования свободным динамическим пространством для раскрытия деталей;

возможность автоматического и ручного перемещения отображаемой мнемосхемы сети по динамическому пространству при отказе отдельных видеополей.

Уровень обобщения (эквивалентирования) при этом может быть различным и должен определяться в результате анализа задач управления, схемы и режимов сети, состава объектов и оборудования, находящегося в управлении и ведении данного пункта управления.

Реализация эффективного многоуровневого представления информации с текущим изменени-

ем объема, состава отображаемых данных, формы представления, привлечение внимания к актуальной информации обеспечивают высокий уровень информативности поступающих данных, возможность повышения надежности оперативного управления.

Данные событий, отображаемые на видеощите. При отклонении режима от нормального, а также в периоды высокой динамики изменения режима (нагрузки, генерации, перетоков мощности) обеспечивается автоматическое изменение объема, номенклатуры, формы отображения информации, в том числе:

появление на мнемосхеме данных событий и элементов параметрической динамики;

автоматическое развертывание актуальной коммутационной схемы в поле объекта, в свободных областях видеопространства, вместо менее актуальной информации;

привлечение внимания к событийной информации – мигание, автоматическое изменение размера, цвета, яркости, фона и др.

Информационной основой данных о событиях является комплекс задач ситуационного параметрического и топологического контроля текущего режима.

Параметрический анализ событий может включать контроль частоты, перетоков мощности по связям, сечениям и транзитам, генерации станций и регионов, напряжений в контрольных точ- ках, перегрузки трансформаторов.

Топологический анализ сети может включать контроль состояния ВЛ, транзитов, трансформаторов, шин, разделения схемы объекта, отделения от сети объектов и районов, срабатывания РЗ и ПА.

При разработке организации видеощита следует предусмотреть возможность отображения информации, получаемой от различных средств:

данных, получаемых с объектов с помощью средств передачи информации;

данных открытых заявок; данных, полученных в результате логической

достоверизации; данных оценивания состояния;

данных модели режима (при проведении противоаварийных тренировок на рабочем месте).

Вопросы информационной надежности. При использовании полностью динамического щита важное значение имеет проблема обеспечения его информационной надежности.

При выборе состава динамического щита, средств его управления, принципов размещения информации в различных ситуациях обязательным требованием является сохранение отображения наиболее важного информационного блока – текущей мнемосхемы сети.

Эффективным в этом смысле является разбиение видеополя на два – четыре раздела, которые

могут функционировать как независимо, так и как единое динамическое пространство.

При отказе любой части видеостены (или любого ее видеокуба) текущая мнемосхема всегда может быть представлена (возможно, с дополнительным обобщением) на оставшейся части. Пространство, включающее отказавший видеокуб, может быть использовано для отображения любой актуальной информации при форматировании изображения, кратного одному кубу.

Причинами возможных отказов могут быть не только контроллеры управления и лампы, которые могут быть резервированы, но и электроника, либо механические компоненты видеокубов, ремонт или замена которых может потребовать зна- чительного времени.

Для обеспечения надежности отображения (актуально, прежде всего, для мнемосхемы сети) необходимо иметь данные автоматической самодиагностики всех видеокубов, на основании которых постоянно автоматически определяется объем непрерывного пространства видеостены, и при необходимости изображение мнемосхемы трансформируется в соответствии с располагаемым пространством. При этом должны быть предусмотрены различные варианты эквивалентирования и масштабирования мнемосхемы.

Очевидно, вариант регенерации изображения мнемосхемы сети необходимо рассматривать как крайне редко используемый (нештатный или аварийный), так как в штатной ситуации элементы схемы должны быть постоянно привязаны к определенным точкам пространства видеощита.

Решения, реализованные в ОДУ Средней Волги. В ОДУ Средней Волги находится в эксплуатации ряд совместно разработанных ВНИИЭ и ОДУ Средней Волги решений комплекса ситуационной обработки и отображения данных текущего режима на видеосредствах коллективного пользования.

Комплекс состоит их четырех подсистем: топологического анализа ситуаций; параметрического анализа ситуаций; информационной технологии отображения; конструктора экранных форм, реализующего

все функции формирования и вывода данных. Кроме того, в ОДУ Средней Волги более года

находится в эксплуатации уже третья версия комплекса программ контроля диспетчерского графика.

Основой разработки обоих комплексов являются требования технологии режима:

обеспечение надежности режима, основные понятия которой определяются Инструкцией по ликвидации аварий;

обеспечение экономичности режима и выполнения договорных обязательств на основе Положения о диспетчерском графике.

Исходя из технологической направленности разработки, определялись и состав отображаемых

данных, и основные задачи необходимых функциональных блоков разрабатываемой инструментальной системы.

Таким образом, ситуационную информационную технологию отличают следующие акценты:

отображается прежде всего то, что актуально для текущей ситуации;

критерии актуальности определяются требованиями технологии режима;

информационная основа отображения – комплексное представление данных;

обеспечивается эффективная взаимосвязь между уровнем динамичности и “активности” отображаемой информации и уровнем динамики технологического процесса.

Основные принципы отображения на видеосредствах коллективного пользования:

привязка элементов (форматов) изображения к определенным областям пространства (сохранение принципа компоновки традиционного щита);

отображение в нормальном режиме только ограниченной по объему важнейшей обобщенной информации;

автоматический вывод на видеощит результатов топологического и параметрического анализа

èраспознавания текущих ситуаций в нормальных

èаварийных режимах;

отображение параметрической динамики с использованием качественных индикаторов и графи- ческих индикаторов тенденции;

привлечение внимания к определенной области видеопространства при переключениях и зна- чительных изменениях основных параметров режима.

Использование видеопространства. Отображение данных реализуется на видеокомплексе из двух видеостен, расположенных по бокам традиционного мнемощита.

В нормальном режиме отображаются: на одной видеостене – оперативные данные текущего режима, на другой видеостене – общие данные работы ОЭС.

Оперативные данные текущего режима вклю- чают:

оперативную (обобщенную) схему ОЭС – сеть 500 кВ и шунтирующие эквивалентные связи (транзиты) 220 кВ;

перетоки мощности по контролируемым сече- ниям;

данные результатов топологического и параметрического анализов текущей ситуации;

данные генерации и уровней бьефов по ГЭС; данные контроля частоты; текущее время и дату.

Общие данные работы ОЭС включают: распределение генерации ТЭС по АО-энерго; фактические данные для ОЭС и АО-энерго по

генерации, потреблению и сальдо-перетокам;

данные выполнения диспетчерского графика (ДГ).

Основные функции параметрического и топологического анализов ситуаций. Набор функций параметрического анализа определялся главным образом требованиями Инструкции по ликвидации аварий. Функции параметрического анализа включают:

контроль по частоте: на резкое изменение; на отклонение (вверх и вниз) от заданного набора значений; нарушение качества по частоте;

контроль по напряжению: на резкое изменение; на отклонение от оптимальных и аварийных пределов; на отклонение длительности повышения от заданного набора значений – в зависимости от величины повышения;

контроль по мощности: по заданным сечениям (на максимально допустимый и аварийный предел перетока активной мощности и на резкое изменение перетока активной мощности); по системообразующим ВЛ – на превышение предельного зна- чения тока; по трансформаторам – на превышение величины и длительности перегрузки; по электростанциям – на резкое снижение генерации активной мощности; по отделившимся районам сети – определение дефицитных регионов при отделении по сальдо или разности потребления и генерации предшествующего режима (на последующих этапах работы).

Набор функций топологического анализа определялся также положениями Инструкции по ликвидации аварий. Комплекс программ “Анализ топологии сети” рассматривает следующие события, связанные с отключением оборудования:

отделение объекта (группы объектов); разделение схемы объекта (с указанием групп

связанных ВЛ); одностороннее отключение ВЛ; потеря напряжения на ВЛ; разрыв транзита;

отключение трансформатора; отключение любого выключателя присоедине-

ния ВЛ-500; потеря напряжения на системе шин (на после-

дующих этапах работы); потеря генерации станцией (на последующих

этапах работы).

Контроль охватывает схему и оборудование 500 и 220 кВ, которые находятся в управлении или оперативном ведении диспетчера ОДУ.

Внутриобъектное разделение между напряжениями 500 и 220 кВ и разделение по 220 кВ предполагается реализовать на последующих этапах работы.

Изменение состава данных в поле отображения по результатам параметрического и топологического анализов ситуаций. При отклонении режима от нормального, а также в периоды высокой динамики изменения режима (генерации, перето-

ков мощности, напряжения, нагрузки) предусматривается автоматическое изменение объема, номенклатуры, формы отображения информации.

Перечень изменений элементов изображения (“реакций”) при обнаружении различных событий можно разделить на три группы:

изменение состава и формы отображения параметров;

изменение состава и формы отображения оборудования и объектов;

изменение общих элементов отображения. Изменение состава и формы отображения па-

раметров, связанное с обнаружением событий, включает появление следующих элементов:

âчасти общих данных ОЭС, не привязанных к структурной схеме: мини-графика тенденции частоты; данных нарушения качества по частоте; резервов генерации дефицитных частей (на последующих этапах работы);

âчасти данных, привязанных к структурной схеме: значений и мини-графиков тенденции перетоков мощности по сечениям; значений перетоков мощности по ВЛ-500 – по результатам контроля по току, а также по эквивалентным транзитам ВЛ-220 (последнее – на последующих этапах работы); символов нарушения длительности повышения напряжения в контрольных точках; символов нарушения длительности перегрузки трансформаторов связи; значений и мини-графиков тенденции генераций по станциям при резком снижении ге-

нерации (на последующих этапах работы); значе- ния генерации отделившегося района (на последующих этапах работы); значений частоты объектов разделившихся частей (на последующих этапах работы).

Изменение состава и формы отображения оборудования, связанное с обнаружением событий, включает появление следующих элементов:

âчасти общих данных ОЭС, не привязанных к структурной схеме: упрощенной схемы энергообъекта; подробной схемы энергообъекта (на последующих этапах работы);

âчасти данных, привязанных к структурной схеме: состояний ВЛ-500, транзитов 220 кВ; символов шин, ВЛ, трансформатора, реактора, выклю- чателя (при изменении его состояния) рядом с символом соответствующего объекта; схемы группирования ВЛ-500 на объекте (при разделении по 500 кВ); схемы группирования ВЛ-220 на объекте – при разделении по 220 кВ (на последующих этапах работы); выделения отделившихся частей сети 500 и 220 кВ; состояния оборудования и значений актуальных параметров в составе упрощенной или подробной схемы (на последующих этапах работы).

Изменение (появление) общих элементов отображения, связанное с обнаружением событий, включает:

появление символов ситуаций;

мигание (кратковременное, до окончания события, в течение определенного времени);

изменение цвета символа, окантовки; изменение фона области изображения и/или

видеостены.

На рисунках показаны примеры отображения данных текущего режима: в нормальной ситуации (ðèñ. 1), при разделении по 500 кВ на подстанции Вешкайма (ðèñ. 2), при отключении ВЛ БАЭС – Трубная (ðèñ. 3).

Комплекс программ “Контроль нарушения диспетчерского графика” состоит из четырех функциональных блоков – ввода, обработки, отображения и передачи информации в ЦДУ.

Функции ввода включают: ввод команд коррекции ДГ;

ввод инициатив и причин коррекции ДГ; ввод причин нарушений ДГ.

Функции обработки включают:

расчет данных прогноза нарушения ДГ и их тенденции;

фиксацию нарушений ДГ; расчет значений сальдо по команде на измене-

ние генерации или генерации по команде на изменение сальдо;

формирование файлов для передачи в ЦДУ. Функции отображения включают: отображение на видеощите: данных тенденции

отклонения от ДГ для объектов, у которых среднее

с начала получаса значение отклонения достигло допустимого значения (графика интегральных ежеминутных показателей с начала текущего получаса; текущих значений отклонения и контролируемой величины – в цифровой форме; значения генерации, рекомендуемого до конца текущего получаса для исключения нарушения ДГ – в цифровой форме); актуальных команд для каждого объекта контроля ДГ; моментов нарушений ДГ на получасовых интервалах за текущие сутки – в форме полосовой диаграммы;

отображение на экранах рабочих мест: команд коррекции ДГ; инициатив коррекции ДГ; причин нарушений ДГ; данных ДГ в виде графиков или таблиц.

Функции передачи данных контроля ДГ в ЦДУ включают:

передачу текстового файла команд для формирования электронного журнала;

передачу макетов нарушений.

Диалог реализуется с помощью иерархического меню функциональных кнопок.

Обеспечивается защита от несанкционированного доступа.

Íà ðèñ. 4 показано изображение на видеостене общих данных ОЭС и данных диспетчерского графика при обнаружении отклонения от заданного ДГ на текущем получасовом интервале в одном из АО-энерго.

Основные отличия используемых информационных решений и ожидаемые результаты. Основными положениями ситуационной технологии отображения на видеощитах являются:

сохранение привязки данных мнемосхемы (статики и динамики) к пространству – принцип компоновки традиционного щита;

актуальность и ограниченность отображаемых данных;

отражение ситуационно-параметрической динамики;

автоматизация инициативы вывода данных: автоматическое возникновение идентификаторов событий около символов объектов и в поле общих данных; автоматическое развертывание детальных данных (упрощенной мнемосхемы объекта – на месте соответствующих символов, актуальных данных режима – около символов объектов и на связях, подробной мнемосхемы объекта и данных текущего режима – в поле общих данных); автоматическая замена видеоформы на более актуальную; привлечение внимания к новой важной информации – автоматическое изменение атрибутов конкретных данных (размера, цвета, яркости, мигания, фона и т.п.);

использование развитых процедур обработки в реальном времени (топологический и параметри- ческий анализы ситуаций, адаптивная фильтрация, оценивание состояния, оценка надежности режима и т.п.).

Реализация изложенной концепции обеспечит существенное повышение эффективности оперативного управления за счет:

информационной разгрузки оперативного персонала;

привлечения внимания к важной информации; ускорения понимания оперативной ситуации; общего поддержания мобилизационной готов-

ности персонала.

Типовая методология использования видеощитов. Полученный опыт реализации различных решений показывает актуальность разработки типовой методологии информационной организации видеощитов. Указанная методология должна включать рассмотрение следующих основных разделов.

Исходные положения:

состав и характеристика задач оперативно-дис- петчерского персонала;

состав и характер информации, необходимой для отображения в нормальном режиме и при нарушениях нормального режима;

состав и организация задач доставки и подготовки информации для отображения.

Технология отображения информации: уровни детализации представления информа-

ции и методы перехода между различными уровнями;

форма представления данных, прежде всего данных динамики ситуации и основных ее характеристик;

методы привлечения внимания к актуальной информации;

информационное взаимодействие с экранами рабочих мест (распределение данных между средствами коллективного и персонального пользования).

Системотехнические вопросы: информационная надежность видеощита; время реакции человеко-машинного интерфей-

са при автоматическом выводе информации; особенности человекомашинного интерфейса

при управлении видеощитом.

Ранее рассмотрены отдельные направления ситуационной технологии отображения данных текущего режима и их экспериментальная реализация на диспетчерском щите ОДУ Средней Волги. Эти направления должны быть частью комплексного информационного проекта, в котором можно выделить как решения, типовые для большинства объектов, так и вопросы, учитывающие специфику деятельности и информационного обеспечения конкретного пункта управления.

Составляющие комплексного информационного проекта. Максимальная эффективность конкретных решений для пунктов управления может

быть достигнута при разработке системного информационного проекта, включающего широкий спектр вопросов и направлений, представленных на ðèñ. 5:

особенности технологических режимов и управления;

информация о текущем режиме; технология представления информации;

организация информационного тракта (средства сбора, обработки, доставки и представления информации);

организация помещения и эргономика; организационные вопросы.

Общая проблема эффективности информационного обеспечения задач управления. Очевидно, что проблема эффективности информационной организации дорогостоящих видеосредств коллективного пользования является лишь частью общей проблемы эффективности всего комплекса информационного обеспечения задач управления.

Основными показателями эффективности информационного обеспечения задач управления являются:

полнота информации (в том числе в аспекте наблюдаемости);

время доставки информации (времени реакции информационного тракта);

надежность информационного тракта (в том числе достоверности получаемой информации);

эффективность использования информации.

Направление дальнейших работ. Разработчики новой информационной технологии совместно с фирмами – поставщиками видеостен ведут работу как по отдельным направлениям, так и по комплексной разработке системного информационного проекта (ðèñ. 5) для пунктов управления различ- ных уровней с учетом их специфики. При необходимости могут быть подключены строительные проектные подразделения.

Возможно также проведение необходимой экспертной работы по оценке всех составляющих эффективности информационного обеспечения задач управления.

В настоящее время ВНИИЭ, с учетом опыта использования комплекса ситуационной обработки и отображения информации на видеощите ОДУ Средней Волги и опыта эксплуатации видеощитов на других пунктах управления, ведет разработку системных информационных решений для видеощита верхнего уровня управления Федеральной сетевой компании и разработку типовой методоло-

гии использования видеощитов на различных уровнях Системного оператора.

Список литературы

1.Информационное обеспечение оперативно-диспетчерского персонала в системах управления в энергетике. Обзорная информация. Сер. Средства и системы управления в энергетике. М.: Информэнерго, 1990.

2.Штейнбок Л. С. Организация информационной среды и человекомашинного интерфейса для пунктов диспетчерского и оперативного управления в энергетике. – Вестник ВНИИЭ-1998.

3.Любарский Ю. Я., Моржин Ю. И. Отечественные опера- тивно-информационные комплексы АСДУ энергосистемами. – Электрические станции, 2001, ¹ 12.

4.Leonid S. Steinbok. Facilities and technology of displaying information at Control Centres in Electric power industry on the basis of modern video-media. – Proceeding of SPIE, v. 4511, Advanced Display Technologies, 2001.

5.Штейнбок Л. С. Вопросы реализации информационной технологии оперативного управления на базе видеосредств коллективного и персонального пользования. – Вестник ВНИИЭ-2003.

6.Штейнбок Л. С. Технология отображения информации на видеощитах – возможности и использование. Доклад на Пятом специализированном научно-техническом семина- ре-выставке. 15 – 19 марта 2004 г. Сборник докладов. М.: Изд-во НЦЭНАС, 2004.