NADZOR, ZAŠTITA I VOĐENJE ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVA ZASNOVANO NA WAM PLATFORMI

Transcription

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA DIPLOMSKI RAD br NADZOR, ZAŠTITA I VOĐENJE ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVA ZASNOVANO NA WAM PLATFORMI Sandra Nedić Zagreb, veljača 2007.

2 Posebna zahvala prof. dr. sc. Anti Marušiću i asistentu Srđanu Skoku, dr. sc. na svoj pomoći i dobronamjernim sugestijama pri izradi ovog rada.

3 Sažetak Deregulacija i liberalizacija tržišta električnom energijom predstavlja novi izazov u nadzoru i vođenju elektroenergetskog sustava. Današnji sistemi nadzora i upravljanja svojim dizajnom ne mogu odgovoriti na brze poremećaje u EES-u koji mogu dovesti do raspada sustava. Nužna je implementacija novih tehnologija za nadzor sustava u realnom vremenu. WAM omogućava nadzor i djeluje kao sustav ranog uzbunjivanja, omogućujući operatorima pravovremeno djelovanje za otklanjanje premećaja. Hrvatska elektroprivreda je ugradnjom PMU uređaja započela prvu fazu razvoja WAM sustava. Ugradnjom dodatnih PMU jedinica i prikupljanjem podataka na centralnoj lokaciji dobit će se mogućnost boljeg nadzora uvjeta na širem području EES-a. U budućnosti se očekuje daljnji napredak novih tehnologija i implementacija sistemske zaštite i upravljanja sistemom u realnom vremenu. i

4 Sadržaj 1. Uvod Sustavi za nadzor, zaštitu i vođenje EES-a trenutno u primjeni u Hrvatskoj i svijetu O sustavima SCADA Arhitektura sustava SCADA Primjena SCADA sustava u hrvatskom EES-u Sistemski nadzor - WAM Sistemska arhitektura WAM platforme Sinkrona mjerna jedinica PMU Telekomunikacijska infrastruktura Algoritmi za obradu prikupljenih podataka Iskustva u svijetu s WAM-om WAM u Kini EIPP projekt Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi Implementirane funkcije WAM-a u Hrvatskoj Arhiviranje podataka Nadzor (monitoring) Naponska stabilnost Termički nadzor Prijedlog čvorišta za ugradnju PMU uređaja u RH Razmatranja kod izbora PMU jedinica Funkcionalni zahtjevi Mogućnost pridavanja vremenske oznake podacima Izlazni podaci ii

5 Mjerene vrijednosti Hijerarhija vođenja hrvatskoga EES-a Budući smjer razvoja sistemskog nadzora Sistemska zaštita Sistemsko upravljanje Primjena sistemskih zaštita ZAKLJUČAK Literatura iii

6 Popis oznaka i kratica CRZ CPU EES EMS engl GPS HEP HMI PC PDC PLC PMU RTU SCADA WAC WAM WAMPAC WAP Centar relejne zaštite Središnja procesorska jedinica (od engl. Central Processing Unit) Elektroenergetski sustav Sustavi za upravljanje energijom (od engl. Energy Management System) engleski Globalni sustav pozicioniranja (engl. Global Positioning System) Hrvatska elektroprivreda Sučelje čovjek-stroj (od engl. Human Machine Interface) Osobno računalo (od engl. Personal Computer) Računalo za prikupljanje podataka (od engl. Phasor Data Concentrator) Programabilni logički kontroler (od engl. Programmable Logic Controller) Sinkrona mjerna jedinica (od engl. Phasor Measurement Unit) Udaljeni nadzorni uređaj (od engl. Remote Terminal Unit) Sustavi za upravljanje i nadzor (od engl. Supervisory Control And Data Acquisition) Sistemsko upravljanje (od engl. Wide Area Control) Sistemski nadzor (od engl. Wide Area Monitoring) Sistemski nadzor, zaštita i upravljanje (od engl. Wide Area Monitoring, Protection and Control) Sistemska zaštita (od engl. Wide Area Protection)B magnetska indukcija iv

7 Popis tablica Tablica 1. Usporedba sustava nadzora WAM EMS/SCADA Tablica 2. Postojeće interkonekcije u Hrvatskoj (400, 220 i 110 kv) [11] v

8 Popis slika Slika 1. Ulazi i izlazi posluživača sustava SCADA [2]... 5 Slika 2. Ulazi i izlazi nadzornog uređaja [2]... 6 Slika 3. Arhitektura WAM platforme [4] Slika 4. Osnovna blok shema za sinkrone mjerne jedinice Slika 5. Sinkrono prikupljanje podataka na različitim lokacijama u EES-u Slika 6. Konceptualni dijagram sustava sinkroniziranog mjerenja fazora Slika 7. Uloga algoritama za obradu prikupljenih podataka Slika 8. Ugrađeni PMU uređaji na 400 kv dalekovodu Tumbri- Žerjavinec Slika 9. Glavno grafičko sučelje WAM sustava Slika 10. P-V krivulja i prikaz granice naponske stabilnosti Slika 11. Sučelje PSGuard 830, nadzor naponske stabilnosti Slika 12. Nadomjesna shema dalekovoda Slika 13. Termički nadzor dalekovoda Slika 14. Tokovi električne energije u godini (GWh) Slika 15. Prijedlog mjesta ugradnje PMU- u prijenosnoj mreži HEP-a Slika 16. Shema modela vođenja hrvatskog EES-a [14] Slika 17. Prikaz poremećaja u vremenskoj domeni [9] Slika 18. Općeniti prikaz postava sustava WAP Slika 19. Blok dijagram WAC sustava Slika 20. Blok shema sistemske zaštite na dalekovodu [9] vi

9 Uvod 1. Uvod Elektroprivrede diljem svijeta sve češće se susreću s istim problemima. S jedne strane to su kontinuirano povećanje potrošnje električne energije koje prati povećanje tokova snaga kao posljedica liberalizacije i deregulacije tržišta električnom energijom. Ekonomski pritisci koje takva liberalizacija donosi za posljedicu imaju iskorištenje postojećih kapaciteta prijenosne mreže gotovo do samih granica njene stabilnosti. S druge strane to su razmatranja o pouzdanosti i stabilnosti tako opterećenog prijenosnog sustava. Pojednostavljeno, ova situacija predstavlja izbor između dva smjera djelovanja: izgradnje nove infrastrukture u prijenosnoj mreži i proširenja postojeće, ili poboljšanje iskoristivosti postojećeg prijenosnog sustava uz primjenu odgovarajućih novih metoda nadzora, iskorištenja i vođenja sustava. S obzirom na troškove i vremensko trajanje izgradnje nove infrastrukture, uz sve bitnija razmatranja i o zaštiti okoliša, sve su veća nastojanja da se iz već postojećeg prijenosnog sustava izvuče maksimum, bez ugrožavanja njegove stabilnosti. Sistemski nadzor (eng. Wide Area Monitoring - WAM) novi je pristup problemu koji operatorima prijenosnog sustava omogućuje prikupljanje podataka o stanju sistema nad velikim područjem u stvarnom vremenu. Sustav se temelji na mjerenju fazora napona i struje (odnosno mjerenju amplitude i kuta) u određenim točkama EES-a pomoću sinkronih mjernih jedinica. Kao dodatak već postojećim SCADA/EMS sustavima, WAM platforma kombinacijom novih tehnologija omogućava realnu dinamičku sliku sustava i veću točnost mjerenja. WAM predstavlja podršku za određivanje optimalnog iskorištenja kapaciteta prijenosne mreže i sprečavanje širenja poremećaja prijenosnom mrežom. Omogućavanjem informacija o granicama stabilnosti i sigurnosti mreže u stvarnom vremenu, WAM služi kao 'sustav ranog uzbunjivanja' u slučaju mogućih poremećaja u elektroenergetskom sustavu. Najveća prednost sistemskog nadzora je njegovo pokrivanje velikog područja, tj. velikog dijela elektroenergetskog sustava, čime operatorima prijenosnog sustava omogućuje informacije o sistemskim uvjetima na području cijelog EES-a pokrivenog sistemskim nadzorom, a ne samo na lokalnoj razini, kao što je to do sada većinom bio slučaj. 1

10 Uvod WAM tehnologija zasnovana je na primjeni sinkronih mjernih jedinica (eng. Phasor Measurement Unit - PMU), moderne telekomunikacijske infrastrukture i aplikacija za obradu prikupljenih podataka. U Hrvatskoj su godine ugrađena dva PMU uređaja, u upotrebi za nadzor 400 kv dalekovoda Tumbri Žerjavinec, te jedno računalo za prikupljanje podataka (eng. Phasor Data Concentrator - PDC). Ovaj sustav predstavlja tek prvu fazu razvoja WAM sustava u hrvatskome EES-u. [1] Iako se na razvoju WAM-a u svijetu radi već niz godina, ova se tehnologija i dalje smatra novom. Većinom je to posljedica činjenice da u mnogim objektima elektroenergetskih sustava još uvijek ne postoji zadovoljavajuća telekomunikacijska infrastruktura potrebna za implementaciju WAM-a. Međutim, kao posljedica revitalizacije objekata u elektroenergetskom sustavu i investicije u izgradnju telekomunikacijske mreže, trend u svijetu je porast primjene sistemskog nadzora, uz sve veći broj elektroprivreda diljem svijeta koji se odlučuju na primjenu WAM-a. Dalji razvoj se očekuje u smjeru implementacije naprednih funkcija sistemske zaštite i sistemskog upravljanja. 2

11 Sustavi za nadzor, zaštitu i vođenje EES-a trenutno u primjeni u Hrvatskoj i svijetu 2. Sustavi za nadzor, zaštitu i vođenje EES-a trenutno u primjeni u Hrvatskoj i svijetu 2.1. O sustavima SCADA Sustavom za upravljanje energijom (eng. Energy Management System EMS) obično nazivamo skup alata i računalne podrške koju operatori prijenosnog sustava koriste za nadzor, upravljanje i optimizaciju izvedbe u sustavu proizvodnje ili prijenosa električne energije. Sustavi za upravljanje i nadzor danas u širokoj primjeni poznatiji su poz nazivom SCADA sustavi (eng. Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA). Prva namjena sustava SCADA bila je praćenje stanja tehničkih procesa, a razvojem tehnologije proširena je i funkcijama upravljanja. SCADA je računalni sustav za prikupljanje i analizu podataka u stvarnom vremenu. Sustavi SCADA su raspodijeljeni sustavi kojima se podaci iz različitih objekata širom EES-a prikupljaju i dostavljaju u upravljački centar. Iz tako prikupljenih podataka operator ima uvid u cjelokupnu sliku rada EES-a što mu omogućava pravovremeno donošenje odluka i intervenciju kada je to potrebno. Postupak prikupljanja podataka započinje u udaljenim mjernim pretvornicima koji prikupljaju podatke s procesnih objekata. Nadzor kritičnih čvorišta u prijenosnim mrežama izvodi se upotrebom statičkih ili kvazidinamičkih podataka na osnovu RMS mjerenja - mjerenja efektivne vrijednosti napona i struje. Prikupljeni podaci se iz mjernih uređaja prosljeđuju u posluživač sustava SCADA kao centralno mjesto prikupljanja podataka. Posluživači prosljeđuju podatke dalje klijentima sustava SCADA. Najčešća namjena klijenta jest vizualizacija trenutnog stanja u EES-u. Od suvremenih sustava SCADA se očekuje da budu vrlo fleksibilni kako bi se mogli prilagoditi i komunicirati s već zastarjelim, ali još uvijek rasprostranjenim uređajima na cijelom području EES-a, ali i biti u mogućnosti iskoristiti nove nadolazeće tehnologije. S obzirom na mnoge zahtjeve koji se stavljaju pred SCADA sustave, bitan zahtjev koji je pred njih postavlja je otvorenost, to jest mogućnost prilagođavanja sustava specifičnim primjenama pisanjem vlastitog programskog koda od strane samog korisnika. S vremenom su razvijeni i prihvaćeni različiti standardi čija je namjena standardiziranje načina povezivanja 3

12 Sustavi za nadzor, zaštitu i vođenje EES-a trenutno u primjeni u Hrvatskoj i svijetu različitih komponenti sustava SCADA. Standardizacijom su otvorene nove mogućnosti koje uključuju mogućnost izrade sustava SCADA kombiniranjem proizvoda različitih proizvođača. Time je ostvarena višestruka korist: prestaje ovisnost o jednom proizvođaču opreme, a kombiniranjem različitih proizvoda moguće je postići željenu optimalnu funkcionalnost sustava SCADA kao cjeline. [2] Arhitektura sustava SCADA Četiri osnovne komponente sustava SCADA uključuju: posluživače, klijente, udaljene nadzorne uređaje, komunikacijsku opremu. Uloga posluživača sustava SCADA je prikupljanje podataka iz udaljenih mjerno-upravljačkih uređaja na širem području EES-a. Odnos između posluživača i mjerno-upravljačkih uređaja obično se opisuje kao odnos nadređeni podređeni (eng. master slave). Klijenti sustava SCADA uglavnom su namijenjeni interakciji čovjeka i sustava (eng. Human Machine Interface HMI). Sve navedene komponente sustava međusobno su povezane različitom komunikacijskom opremom. Odabir komunikacijske opreme kao i protokola ovisi o specifičnim potrebama sustava. Posluživač predstavlja centralnu komponentu sustava SCADA. Posluživač se najčešće nalazi u upravljačkom centru i omogućava dvosmjernu komunikaciju i upravljanje udaljenim nadzornim uređajima. Uloga posluživača je da: inicira komunikaciju s udaljenim uređajima, prikuplja i pohranjuje prikupljene podatke, prosljeđuje informacije drugim sustavima, omogućava interakciju korisnika s procesom. Poruke koje posluživač sustava SCADA izmjenjuje s ostalim komponentama sustava prikazane su na Slici 1. 4

13 Sustavi za nadzor, zaštitu i vođenje EES-a trenutno u primjeni u Hrvatskoj i svijetu Slika 1. Ulazi i izlazi posluživača sustava SCADA [2] Udaljeni nadzorni uređaji (eng. Remote Terminal Unit - RTU) prikupljaju podatke na njihovim udaljenim lokacijama s različitih objekata u EES-u. Prikupljani podaci su: analogna mjerenja (npr. trenutni naponi i struje), diskretna stanja (npr. stanje prekidača: uključeno/isključeno), podaci brojila (npr. brojila snage električne energije). Jedna vrsta RTU uređaja prikupljene podatke pohranjuje u memoriji do trenutka dok mu posluživač sustava SCADA izda nalog za slanje. Druga sofisticiranija vrsta RTU uređaja koristi mikroračunala i programabilne logičke kontrolere (eng. Programmable Logic Controller PLC) s mogućnošću izravnog nadzora procesa bez intervencije posluživača. Slika 2. prikazuje primjer odnosa nadzornog uređaja s ostalim komponentama sustava SCADA. 5

14 Sustavi za nadzor, zaštitu i vođenje EES-a trenutno u primjeni u Hrvatskoj i svijetu Slika 2. Ulazi i izlazi nadzornog uređaja [2] Centralna procesna jedinica nadzornog uređaja može komunicirati s posluživačem u sustavu SCADA korištenjem različitih protokola. Komunikacijski protokol može biti standardiziran ili zatvoreni protokol razvijen isključivo za jednu specifičnu namjenu. Komunikacijska oprema namijenjena dvosmjernoj komunikaciji udaljenih nadzornih uređaja i posluživača, može biti vrlo raznolika. Odabir komunikacijske opreme ovisi o zemljopisnom položaju i okruženju udaljenog segmenta procesa, količini prenesenih podataka, zahtjevima na pouzdanost komunikacijske opreme, troškovima održavanja i sl. U Hrvatskoj, telekomunikacijska infrastruktura HEP-a osigurava sve vrste komunikacije u procesu vođenja EES-a. Osnovna struktura sustava SCADA ima dva osnovna sloja: klijentski sloj koji omogućava interakciju korisnika i sustava te posluživački sloj koji prikuplja, prihvaća i obrađuje podatke iz procesa. Gledano s programskog stajališta sustavi SCADA su višezadaćni sustavi temeljeni na bazi podataka održavanoj u stvarnom vremenu. Posluživači sustava SCADA namijenjeni su za prikupljanje i obradu podataka, provjeru alarma, proračune, zapisivanje događaja i arhiviranje, itd. Osim posluživača opće namjene 6

15 Sustavi za nadzor, zaštitu i vođenje EES-a trenutno u primjeni u Hrvatskoj i svijetu postoje i namjenski posluživači koji su posvećeni samo jednoj od navedenih zadaća. Korištenjem namenskih posluživača moguće je postići bolje performanse sustava u cjelini. To je osobito izraženo u sustavima s velikim brojem mjernih točaka kakav je upravo elektroenergetski sustav. Klijenti omogućavaju prikaz trenutnog stanja u sustavu, prikaz povijesti ponašanja sustava te upravljanja sustavom. Udaljeni nadzorni uređaji prosljeđuju tražene podatke posluživačima na zahtjev ili spontano. Tipični procesni podatak sustava SCADA sastoji se od vrijednosti, oznake valjanosti i vremenske oznake. Vrijednost određuje iznos promatrane mjerene veličine, dok oznaka valjanosti označava njegovu kvalitetu. Važno svojstvo svih sustava SCADA jest određivanje vremena kada je neko mjerenje očitano, ili kada se dogodio određeni događaj. Vremenska oznaka najčešće se pridjeljuje već u samom mjernom uređaju kako bi se eliminirala vremenska kašnjenja od mjernog uređaja do posluživača odnosno klijenta. Funkcionalno gledano temeljna uloga sustava SCADA, u prvom redu klijenta, jest prikaz stanja operateru te mogućnost upravljanja EES-om. Suvremeni sustavi SCADA omogućuju korisniku definiranje i samostalnu izradu korisničkog sučelja kao i načina prikaza procesnih elemenata. Kod analize povijesti promjena u sustavu koriste se dnevnici događaja i arhive podataka. Za analizu ponašanja sustava u cjelini veliku važnost ima vremenski slijed događaja koji se određuje prema vremenskim oznakama procesnih podataka. Analiza povijesti ponašanja sustava osobito je važna za pronalaženje uzroka poremećaja u sustavu i neočekivanog ponašanja sustava. Prihvat i obrada alarma kao poruka o kritičnim događajima u sustavu također je jedna od bitnih svojstava svih sustava SCADA. Većina sustava SCADA omogućava i automatsko obavljanje određenih akcija na temelju događaja zabilježenih u procesu. To su najčešće automatsko otvaranje pojedinih ekranskih prikaza, slanje poruka elektroničkom poštom, pokretanje neke druge aplikacije i sl. [2] 7

16 Sustavi za nadzor, zaštitu i vođenje EES-a trenutno u primjeni u Hrvatskoj i svijetu 2.2. Primjena SCADA sustava u hrvatskom EES-u Izgradnja prvog sustava daljinskog vođenja u Hrvatskoj elektroprivredi (Hrvatska elektroprivreda, HEP) započela je početkom osamdesetih godina. U Nacionalnom dispečerskom centru tada je ugrađeno tehnološko rješenje SCADA/ EMS programskih sustava francuske tvrtke OFRED i SODETEG T.A.1.. Istovremeno je u svim centrima daljinskog nadzora i upravljanja primijenjen programski sustav SCADA proizvodnje Končar, Hrvatska. U to je vrijeme ovakvo rješenje daljinskog upravljanja predstavljalo jedno od najsuvremenijih rješenja. Danas je međutim takva oprema zastarjela i potrebna je odgovarajuća zamjena. U posljednjih nekoliko godina se u sklopu revitalizacije tehnološke opreme išlo prema ugradnji distribuiranih sustava lokalnog nadzora i upravljanja izvedenih u digitalnoj tehnologiji. Također, navedeni zastarjeli francuski programski i računalni sustav godine zamijenjen je programskom potporom SCADA 11D/R, proizvodnje Končar, na računalnoj platformi PDP-11, s dodatnim programskim rješenjima istog proizvođača na PC platformi, na koju su izmještene sve EMS funkcije NDC-a, uz objedinjenje vizualizacija i razmjena podataka iz više tehnoloških različitih podsustava. [3] U sustav daljinskog nadzora i upravljanja u Hrvatskoj danas su uključeni svi objekti 400 i 220 kv, sve elektrane i svi 110 kv objekti značajni za sustav, te svi objekti s barem djelomično prilagođenom primarnom opremom za daljinski nadzor i upravljanje. Iako je sustav tijekom godina kontinuirano nadograđivan i izvedena su značajna poboljšanja, danas je oprema sustava daljinskog vođenja u stanju tehnološke zastarjelosti. Dosegnuto je gotovo potpuno iskorištenje ugrađene opreme i njenih tehničkih mogućnosti. Trenutno su u tijeku pripremne aktivnosti kao uvod u postupak zamjene cijelog sustava daljinskog vođenja. [3] Na postojećim SCADA/EMS sustavima moguće je napraviti određena poboljšanja. Međutim, mogućnosti proširenja SCADA/EMS sustava s novim funkcijama su ograničena i zato je bitno omogućiti nove SCADA/EMS funkcije kao samostalna rješenja, više ili manje neovisna od uobičajenih SCADA/EMS sustava. Primjena sinkroniziranih fazorskih mjerenja visoke preciznosti omogućila je novu razinu sistemskog nadzora. Usporedbom lokalnih fazorskih mjerenja, operatori 8

17 Sustavi za nadzor, zaštitu i vođenje EES-a trenutno u primjeni u Hrvatskoj i svijetu mogu promatrati ne samo statičko, već i dinamičko stanje u kritičnim čvorištima prijenosne mreže. Ovo poboljšanje omogućuje bolju i bržu analizu uvjeta u mreži, što operatorima daje više vremena i više opcija za održavanje stabilnosti sustava. 9

18 Sistemski nadzor - WAM 3. Sistemski nadzor - WAM Prethodnih se godina projektiranje prijenosnih mreža izvodilo s granicama stabilnosti koje odgovaraju području na kojem određena elektroprivreda pokriva proizvodnju, prijenos i distribuciju električne energije, po tzv. okomitom organizacijskom modelu. Interkonekcijom prijenosnih sustava, uz liberalizaciju tržišta električnom energijom javljaju se novi aspekti nadzora i upravljanja u prijenosu. Namjena interkonekcijskih vodova je poboljšanje pouzdanosti i ekonomske učinkovitosti EES-a međusobnim povezivanjem susjednih elektroprivreda. Međutim, često su interkonekcijski sustavi opterećeni iznad svojih operativnih ograničenja, što dovodi do nestabilnosti i povećane mogućnosti kolapsa cijelog sustava. Općeniti je trend iskorištavanja EES-a do krajnjih granica njegove stabilnosti u svrhu povećanja prijenosnog kapaciteta, čime se smanjuju sigurnosne margine i povećava mogućnost nastajanja poremećaja u EES-u. Rješenje se vidi u pronalaženju načina nadzora dinamike rada mreže nadzoru amplitude i faznog kuta, te frekvencije napona i struja na području cijele mreže u 'stvarnom vremenu'. Tradicionalni SCADA/EMS sustavi daju samo ograničenu sliku dinamičkih uvjeta u mreži. Sustav SCADA podatke obrađuje po redoslijedu kojim stižu u računalo, čime je obrada otežana jer podaci nisu uvijek istovremeni. Ponekad je potrebna čak i minuta vremena za prikaz trenutne slike sustava, što s obzirom na dinamiku mreže predstavlja vrlo spor prikaz stanja u mreži i onemogućuje pravovremeno djelovanje operatora. Sistemski nadzor (eng. Wide Area Monitoring - WAM) relativno je nov koncept u primjeni u nadzoru EES-a. Za razliku od uobičajenih sustava nadzora kao što je SCADA, gdje RTU jedinice dohvaćaju efektivne vrijednosti struja i napona, WAM platforma dohvaća fazorska mjerenja struje i napona prikupljenih pomoću sinkronih mjernih jedinica (eng. Phasor Measurement Unit PMU) s određenih lokacija u EES-u. Izmjerene vrijednosti uključuju amplitude i fazne kuteve, a uz to su takve izmjerene vrijednosti i vremenski uskađene GPS sinkronizacijom, s točnošću od jedne mikrosekunde. Upravo GPS sinkronizacija podataka predstavlja najznačajniju tehnološku novost, s obzirom na vrlo veliku točnost i vremensku usklađenost prikupljenih podataka. Nedostatak odgovarajuće računalne podrške i 10

19 Sistemski nadzor - WAM značajne poteškoće u prikupljanju, koordinaciji i sinkronizaciji mrežnih podataka zbog nepostojanja odgovarajućih komunikacijskih veza ovakav je nadzor u prošlosti činilo nemogućim. Međutim, nove tehnologije kao što je sinkronizirano mjerenje fazora upotrebom PMU jedinica u kombinaciji s digitalnim komunikacijama koje omogućuju brzu i pouzdanu povezanost elektroenergetskih objekata u prijenosnoj mreži ovakav su nadzor učinile mogućim. Glavna motivacija prijenosnih područja za ugradnjom WAM tehnologije je postizanje nekih od sljedećih prednosti: poboljšanje prijenosnog kapaciteta, što se postiže nadzorom sistemske sigurnosti u realnom vremenu, te nadzorom granica stabilnosti prijenosnog sustava, planiranje novih investicija u infrastrukturu prijenosne mreže u svrhu povećanja njenog prijenosnog kapaciteta na osnovu povratnih informacija dohvaćenih analizom dinamike sustava i prepoznavanja mjesta zagušenja u mreži, predstavljanje koordiniranog pristupa izvedbe akcija stabilizacije EES-a u slučaju znatnih smetnji u mreži, automatska izvedba dodatnih funkcija sistemskog nadzora, Bolje razumijevanje dinamike sustava, Podaci prikupljeni putem WAM-a omogućuju operatorima nadzor sistema u stvarnom vremenu, čime se omogućuje upotreba WAM-a kao 'sustava ranog uzbunjivanja' sustava koji brzom dijagnostikom operatorima daje na vremenu da se poduzmu sljedeći koraci za stabilizaciju EES-a: ograničavanje opsega i utjecaja nestabilnosti u mreži, sprečavanje pojave raspada sustava. Također, elektroenergetski sustav koji raspolaže podacima u stvarnom vremenu može određenim korektivnim radnjama djelovati na povećanje granica prijenosne mreže u novonastalim okolnostima, čime se za trajanja zagušenja povećava sigurnost mreže radom sustava u granicama blizu maksimalnog kapaciteta za 11

20 Sistemski nadzor - WAM vrijeme trajanja povećane potražnje za električnom energijom i povećanih tokova snaga. WAM platforma svojim funkcijama otvara značajne mogućnosti nadzora, a u budućnosti i zaštite i kontrole modernog EES-a, što je i glavni razlog zašto elektroenergetski sustavi diljem svijeta implementiraju WAM kao preferiranu metodu za povećanje pouzdanosti prijenosnog sustava. Pregled prednosti implementacije WAM platforme u odnosu na klasični EMS/SCADA prikazane su u Tablici 1. Tablica 1. Usporedba sustava nadzora WAM EMS/SCADA WAM EMS Prednost WAM-a u odnosu na EMS Mjerenje fazorskog kuta U, I, P, Q, f Veća točnost mjerenja Dinamička slika, 10-20ms Sinkronizacija u roku 1µs Statička slika, 1sek Sinkronizacija u roku 1sek ili više Detaljna obrada, Brza reakcija Preciznija slika trenutnog stanja u EES-u 3.1. Sistemska arhitektura WAM platforme Arhitekturu WAM platforme čini sljedeći hardver: sinkrone mjerne jedinice (PMU), telekomunikacijska infrastruktura, centar sistemskog nadzora koji upravlja fazorskim podacima prikupljenih iz PMU jedinica i odgovarajućim algoritmima za obradu podataka. PMU jedinice se smještaju u elektroenergetske objekte na način koji će omogućiti nadzor EES-a pod bilo kojim radnim uvjetima (npr., otočni rad EES-a, kvar na prijenosnom vodu, generatoru, itd.), uzimajući u obzir određeni stupanj redundancije da se omogući pouzdanost i u slučaju nedostupnosti određenih podataka zbog, primjerice, kvara PMU jedinice, greške u telekomunikacijskoj vezi, itd. Izmjereni podaci se komunikacijskim kanalima/vezama šalju u Centar sistemskog nadzora, Slika 3. Centar sistemskog nadzora je računalna jedinica u kojoj se mjerenja prikupljena iz više PMU uređaja međusobno sinkroniziraju i 12

21 Sistemski nadzor - WAM sortiraju (predprocesiranje podataka), čime se dobivaju trenutne snimke stanja EES-a. Izvođenjem određenih algoritama za obradu podataka moguće je dobiti grafički prikaz prikupljenih podataka, što operatorima omogućuje vizualni prikaz stanja u EES-u i mogućih poremećaja u realnom vremenu. Slika 3. Arhitektura WAM platforme [4] Sinkrona mjerna jedinica PMU PMU, inteligentni elektronički uređaj koji se ugrađuje u elektroenergetskim postrojenjima i proizvodnim objektima, mjeri fazore napona i struje, odnosno amplitudu i kut. Na osnovu rekurzivnog algoritma diskretne Fourierove transformacije, fazor napona definiran je izrazom: V 2 M M k = 1 M sin kθ + j v cos, k = 1 k kθ (1) = vk gdje su: v k podatak o trenutnom naponu dobiven preko A/D pretvornika, M broj prikupljenih uzoraka napona, 13

22 Sistemski nadzor - WAM θ kut uzorkovanja. Iz jednadžbe (1) računa se fazni kut δ prema sljedećoj jednadžbi: { V} { V}. tan I δ = 1 (2) R gdje su: I ( V ) imaginarni dio fazora napona, R ( V ) realni dio fazora napona. PMU jedinica računa fazni kut δ prema izrazu (2). Na slici 4. prikazan je osnovna blok shema za sinkrone mjerne jedinice. Funkcija pridjeljivanja vremena pretvara GPS signal (1 puls u sekundi) u slijed brzih vremenskih impulsa koji se koriste u uzorkovanju valnog oblika. CPU jedinica izvodi računanje fazora preko već navedene formule diskretne Fourierove transformacije. Konačno, fazor dobiva vremensku oznaku i učitava se u računalo za prikupljanje podataka. Slika 4. Osnovna blok shema za sinkrone mjerne jedinice Ugradnja PMU jedinica na biranim lokacijama u EES-u prvi je korak ka sistemskom nadzoru, Slika 5. Kada postoji mogućnost sinkronizacije izmjerenih podataka, moguće je s velikom točnošću vremenski uskladiti podatke prikupljene iz više mjernih jedinica na širem području elektroenergetskog sustava, čime se 14

23 Sistemski nadzor - WAM dobiva realna slika trenutnog stanja u EES-u, što do sada nije bilo moguće. Sposobnost računanja sinkronih fazora čini PMU jednim od najvažnijih mjernih uređaja u budućnosti nadzora i kontrole EES-a. Upotrebom satelita globalnog sustava pozicioniranja (eng. Global Positioning System - GPS) omogućena je vrlo bitna funkcija: izmjerenim podacima se pridodaje vremenska oznaka vrlo visoke točnosti, s točnošću boljom od jedne mikrosekunde, koja točno određuje kada je mjerenje izvedeno. Slika 5. Sinkrono prikupljanje podataka na različitim lokacijama u EES-u Upravo zbog komunikacijske veze PMU uređaja i GPS-a, podaci o radu mreže mogu biti sinkronizirani na istu vremensku bazu i prenešeni u kontrolni centar bilo kojom dostupnom komunikacijskom vezom, žičnom ili bežičnom na primjer putem Etherneta, telefonskom vezom, mikrovalovima, ili na bilo koji drugi dostupan način. [3] Brzina prijenosa s novim vezama je reda nekoliko desetaka milisekundi. Iz prikupljenih podataka PMU računa snagu (MW / MVAR) i frekvenciju. Mjerenja se prijavljuju u vremenskom rasponu od puta u sekundi, ovisno o podešenju i frekvenciji sustava. [5] Podaci se konvertiraju u 16 bitnom formatu, a format prijenosa fazora struja i napona najčešće je IEEE protokol Standard IEEE 1344 definira apsolutnu vremensku referencu za fazore kao početak sekunde. [6] Sustav ima svoje računalo za prikupljanje podataka (eng. Phasor Data Concentrator - PDC) koje prikuplja i vremenski usklađuje podatke prikupljene iz svih PMU jedinica u objektu na osnovu podacima pridodane vremenske oznake. 15

24 Sistemski nadzor - WAM Mjerenja izvedena u PDC-u svakog sustava šalju se na Centralnu lokaciju, gdje se sinkroniziraju podaci prikupljeni iz svih sustava. Prolaz podataka kroz PDC ne usporava bitno protok i brzinu slanja, kašenje je u tom slučaj do par 100 ms. Slika 6. Konceptualni dijagram sustava sinkroniziranog mjerenja fazora Pomoću algoritama i aplikacija koje se koriste na Centralnoj lokaciji za obradu prikupljenih podataka dobiva se trenutna snimka stanja u mreži na širem području, mjereno u milisekundama. Upravo to je potrebno za precizno praćenje mrežne dinamike. Sve informacije se prikupljaju u centralnom računalu koje koristi programsku podršku kroz razvijene brze algoritme zaštite i u vrlo kratkom vremenu generira odzive na poremećaje u cilju očuvanja stabilnosti EES-a. Prednosti sinkronog mjerenja fazora u nadzoru, radu i kontroli EES-a odmah su prepoznate. PMU jedinice poboljšavaju nadzor i kontrolu EES-a pomoću preciznog, sinkroniziranog i izravnog mjerenja stanja sustava. Najveća korist je jedinstvena sposobnost PMU uređaja u omogućavanju sinkronih mjerenja u stvarnome vremenu. Na primjer, pozitivne komponente napona sabirnica osnovne frekvencije se koriste izravno pomoću naprednih aplikacija u kontrolnom centru za procjenu sigurnosti i toka snage. Pomoću PMU uređaja indikatori sigurnosti koje 16

25 Sistemski nadzor - WAM takve aplikacije proizvode predstavljaju stvarni status EES-a u realnom vremenu. Slika 6. prikazuje koncepciju sistema sinkroniziranih mjernih jedinica. Najbitnije razmatranje koje provode potencijalni korisnici je primjena koja će opravdati početnu instalaciju PMU uređaja. Kako se i očekuje od tehnologije koja je još u razvitku, prvi PMU uređaji su ugrađivani u svrhu dobivanja iskustva u radu sa samim uređajem i njegovim aplikacijama. U to je svrhu PMU primjenjivan isključivo lokalno. Danas je rašireno mišljenje da najveći pozitivni učinak PMU uređaji daju putem sistemskih aplikacija kao što su procjena stanja, te zaštita i kontrola sistema na širem području djelovanja Telekomunikacijska infrastruktura Komunikacijske opcije za WAM sustav su sljedeće: Telefonske linije, Optička veza, Satelitska veza, Komunikacija prijenosnim linijama (eng. Power Line commmunication PLC), Mikrovalna veza. Telefonske linije još uvijek predstavljaju glavnu komunikacijsku vezu s objektima u EES-u, s brzinom prijenosa do 56 kb/s, analogno. Glavna prednost upotrebe telefonskih linija za prijenos podataka je njihova ekonomičnost i jednostavnost upotrebe. Međutim, danas je u komunikaciji dominantna upotreba optičkih veza, s obzirom da omogućuje prijenos podataka velike brzine, od 50 milijuna do milijardu bita u sekundi, što predstavlja i najveću prednost upotrebe ove tehnologije. [7] Međutim, za implementaciju WAM-a i postizanje dinamičke analize potrebna je brza komunikacijska veza, odgovarajući postav prioriteta i velik broj prikupljenih podataka u kratkom vremenu. S obzirom na postavljene zahtjeve brzine, da bi sistemski nadzor bio moguć potrebna je investicija u veze optičkim kabelima između elektroenergetskih objekata. Sistemska PMU jedinica mora imati podršku 17

26 Sistemski nadzor - WAM komunikacijske infrastrukture odgovarajuće brzine koja ispunjava zahtjeve za brzim protokom PMU mjerenja. Često se događa da objekti EES-a nisu opremljeni odgovarajućom komunikacijskom infrastrukturom i zbog toga se kod svake namjere ugradnje PMU jedinice mora razmotriti i ovo ograničenje. Ipak, investicija u odgovarajuću komunikacijsku infrastrukturu zbog velike isplativosti i koristi koju donosi ugradnja mjernih jedinica očita je nakon ugradnje PMU-a. Za velike sustave čak i ovaj udio ugradnje PMU jedinica može predstavljati opsežan i skup posao. U tom je slučaju potrebno pažljivo razmotriti mjesta ugradnje PMU-a da bi se ovaj broj dodatno smanjio Algoritmi za obradu prikupljenih podataka Maksimalna iskoristivnost podataka prikupljenih mjernim jedinicama postiže se primjenom odgovarajućih algoritama za obradu tako prikupljenih podataka. Među najvažnije algoritme mogu se ubrojiti aplikacijski algoritmi za funkciju nadzora naponske stabilnosti, algoritam za procjenu termičke stabilnosti, procjena stanja u EES-u, predviđanje nestabilnosti, itd. Slika 7. Uloga algoritama za obradu prikupljenih podataka 18

27 Sistemski nadzor - WAM Danas se prijenosnim sustavima upravlja uglavnom na osnovu statičkih ili kvazidinamičkih informacija prikupljenih RMS mjerenjima. Fazorska mjerenja u čvorištima EES-a operatorima prijenosnog sustava predstavljaju značajnu pomoć u dobivanju dinamičkog pogleda na EES. Također, omogućuju iniciranje potrebnih mjerenja u zadanom vremenu. Veliku ulogu u ovom procesu igraju algoritmi za procjenu stabilnosti EES-a, izvedeni da iz unosa fazorskih podataka daju traženu sliku rada EES-a, što povećava učinkovitost rada prijenosnog sustava i održava sigurnost mreže na željenoj razini. Interkonekcije između prijenosnih sustava susjednih zemalja imaju glavnu ulogu u tranzitu električne energije. Prijenosni kapacitet interkonekcijskih vodova često je ograničen zahtjevima stabilnosti, a najčešće je tome razlog nepoznavanje točnog stanja sustava u određenom trenutku, čime su granice stabilnosti podešene ispod njihovih maksimalnih vrijednosti. Tradicionalan pristup rješavanju problema zagušenja prijenosnih koridora bio bi izgradnja novih kapaciteta prijenosa. Iako ovo rješenje nudi veći prijenosni kapacitet, cijena njegove izvedbe je u većini slučajeva neprihvatljiva. Alternativa ovakvom rješenju je upravo investicija u poboljšanje nadzora nad EES-om upotrebom WAM-a i odgovarajućih algoritama za obradu prikupljenih fazorskih podataka, što za rezultat ima daleko bolju sliku trenutnog stanja u sustavu, čime se omogućuje rad bliže maksimalnim granicama stabilnosti, a samim time i veći prijenosni kapacitet vodova. Glavne prednosti koje donose algoritmi za obradu prikupljenih podataka su: Ukupno povećanje učinkovitosti rada prijenosnog sustava, Održavanje sigurnosti sustava na željenoj razini, Optimizacija toka snage, Smanjenje rizika od nestabilnosti i raspada EES-a, Dohvat važnih informacija u svrhu analize poremećaja i planiranja proširenja prijenosnih kapaciteta, Vizualizacija uvjeta u prijenosnoj mreži. U hrvatskom WAM-u su u upotrebi programska podrška i algoritmi za obradu podataka proizvođača ABB. ABB je predstavio PSGuard Wide Area Monitoring System, kao programsku podršku za algoritamsku obradu prikupljenih podataka. 19

28 Sistemski nadzor - WAM Primjena PSGuard-a je moguća modularno, počevši od osnovne razine sistemskog nadzora, uz naknadnu nadogradnju sve do naprednih modula koji omogućuju opsežan nadzor nad EES-om. Paketi sistemske podrške se biraju i primjenjuju u skladu s potrebama određene elektroprivrede. Sistem se temelji na standardnom PC hardveru i operacijskim sustavima. U budućnosti ABB planira proširenje mogućnosti postojećeg sustava nadzora instalacijom dodatnih modula koji će operatorima, osim nadzora, omogućiti poduzimanje odgovarajućih akcija u svrhu stabilizacije sustava. Dugoročni ciljevi uključuju proširenje početne WAM tehnologije na sistem koji će, osim nadzora, imati mogućnost izvođenja automatiziranih akcija stabilizacije, bez djelovanja operatora. Ovaj koncept nosi naziv sistemsko upravljanje (WAC) i uključuje automatsku optimizaciju rada mreže i iniciranje automatskih preventivnih akcija kada je to potrebno. Švicarski operator prijenosnog sustava, ETRANS, od godine koristi podršku PSGuard. ABB-ov sistem PSGuard 850 velika je pomoć u nadzoru prijenosnih koridora u švicarskom EES-u, što ETRANS-u omogućuje postizanje zadovoljavajuće sigurnosti i pouzdanosti mreže za trajanja kritičnih poremećaja u EES-u. Nadzor se izvodi mjerenjem faznog kuta napona, koji je direktno proporcionalan snazi koji se prenosi prijenosnim koridorom. Razlika faznih kuteva napona između sjeverne i južne granice Švicarske precizno odražava trenutno opterećenje prijenosnog koridora, stoga dohvat informacija o razlici kuteva u realnom vremenu predstavlja glavnu zadaću ovog sustava nadzora. [3] Dodatna funkcija je mjerenje/nadzor prosječne temperature prijenosnog voda, čime se ETRANS-u omogućuje optimizacija dostupnosti sustava i sigurno povećanje kapaciteta prijenosa snage za vrijeme vršnog opterećenja. U HEP-u je također u upotrebi ABB-ov sustav PSGuard PS830, s funkcijama sličnim već navedenim funkcijama. Sustav je ugrađen također godine kao dio programa opsežne revitalizacije sustava u svrhu postizanja nadzora važnog prijenosnog koridora u 400 kv mreži u realnom vremenu. Dvije najvažnije funkcije su također funkcija nadzora naponske stabilnosti i funkcija nadzora termičkog opterećenja. [8] 20

29 Sistemski nadzor - WAM Upravo ova dva navedena sustava nadzora odigrala su veliku ulogu u prikupljanju podataka stanja u EES-u prilikom rekonekcije zone UCTE i i UCTE II. Algoritmima za obradu prikupljenih podataka naknadnom analizom dobiveni su vrijedni rezultati o ponašanju sustava za vrijeme izvođenja rekonekcije. 21

30 Iskustva u svijetu s WAM-om 4. Iskustva u svijetu s WAM-om Ugradnja PMU uređaja u svijetu postaje općeprihvaćen način za postizanje bolje slike o uvjetima rada EES-a. Najzanimljivije je spomenuti elektroenergetske sustave u svijetu koji su u naprednoj fazi implementacije sistemskog nadzora i trenutno primjenjuju WAM platformu s čak preko stotinu ugrađenih PMU jedinica. Iskustva operatora se još uvijek prikupljaju, međutim prvi pokazatelji potvrđuju sljedeće prednosti primjene takvog sustava: Ekonomski učinkovit rad mreže kao posljedica nadzora kritičnih točaka mreže i odgovarajućeg pravovremenog djelovanja, Otkrivanje i eliminacija uzroka problema u kvaliteti električne energije zahvaljujući visokoj preciznosti sustava, Primjena učinkovitih alata za istraživanje kvarova u EES-u, čime se dobavljaju dodatne informacije kao pomoć u strategiji budućeg planiranja razvoja prijenosne mreže. U kontekstu prikupljanja i analize iskustava operatora u primjeni WAM-a, zanimljivo je spomenuti iskustva Kine s primjenom WAM sustava, s obzirom da se radi o velikom elektroenergetskom sustavu s ugrađenih preko stotinu PMU uređaja na velikom geografskom području s ciljem njihovog povezivanja u WAM sustav koji će davati sliku cjelokupnog stanja u EES-u. Također, zanimljivo je spomenuti projekt EIPP (engl. Eastern Interconnection Phasor Project EIPP), projekt implementacije velikog broja mjernih jedinica u svrhu dobivanja slike rada EES-a na istočnoj obali Sjedinjenih država, ponajviše potaknut raspadom sustava 14. kolovoza godine, koji je pokazao sve slabosti nepoznavanja stanja u EES-u u realnom vremenu WAM u Kini Istraživanja tehnologije primjene sinkrofazorske tehnologije u Kini su započela još godine. Nakon osam godina početnog iskustva u primjeni nove tehnologije i nadogradnje potrebne komunikacijske strukture koja je izvedena u tom vremenu, primjena WAM-a započela je godine, a danas se može reći 22

31 Iskustva u svijetu s WAM-om da je Kina jedna od zemalja koja prednjači u upotrebi ove tehnologije. Većina PMU jedinica ugrađenih u kineski EES vlastite je proizvodnje, a dominira upotreba PMU jedinica proizvođača Beijing Sifang Co.. Struktura PMU-a je modularna i decentralizirana, čime je omogućen izbor broja i tipa modula ovisno o zahtijevanoj primjeni. PMU jedinice su ugrađene u sve bitne 500 kv transformatorske stanice i sve bitnije proizvodne jedinice snage veće od 300 MW. Trenutni broj WAM centara u Kini je šest, gdje komunikacijski poslužitelji zaprimaju fazorske podatke prikupljene PMU jedinicama putem SPDnet komunikacijske mreže. WAM funkcije u primjeni grupiraju se u dvije kategorije: Osnovne funkcije, Napredne funkcije. U osnovne funkcije spadaju: Prikupljanje i sinkronizacija fazora, Organizacija prikupljenih podataka u stvarnom vremenu i arhiviranje u bazu podataka, Funkcija nadzora i analize dinamike na širokom području za omogućavanje dinamičkog pogleda na rad sustava, Sinkronizirano snimanje i mogućnost reprodukcije podataka prikupljenih za trajanja smetnje ili kvara. U napredne funkcije ubrajaju se: Nadzor statusa rada generatora (prikaz pogonske karte), Analiza oscilacija snage niske frekvencije, Procjena hibridnog stanja u realnom vremenu kombinacija dinamičkog mjerenja pomoću PMU-a s tradicionalnim SCADA/RTU mjerenjima za povećanje brzine i točnosti procjene stanja, Predpriprema sheme kontrole u slučaju kvara unaprijed pripremljene sheme odziva i akcija u slučaju kvarova, Procjena stabilnosti kuta opterećenja, 23

32 Iskustva u svijetu s WAM-om Identifikacija smetnji u realnom vremenu procjena naponske nestabilnosti, Procjena valjanosti simulacija, Automatska kontrola napona. Budući razvoj WAM-a u Kini temelji se na znatnim ulaganjima u novu infrastrukturu, ugradnju novih PMU uređaja i pokrivanje svih objekata naponske razine više od 220 kv i proizvodnih postrojenja snage veće od 300 MVA. Razvoj WAM funkcija ići će u smjeru primjene WAM-a osim u svrhu nadzora, upozorenja i osnovne analize, u smjeru zaštite i kontrole EES-a, za čiji razvoj se u Kini ulažu znatna sredstva i istraživanja. Trenutno nepovezani WAM centri u budućnosti će tvoriti jedinstveni WAM sustav. [12] 4.2. EIPP projekt Deregulaciju i liberalizaciju tržišta električnom energijom u Sjedinjenim državama nisu pratila odgovarajuća ulaganja u novu infrastrukturu prijenosne mreže. Rezultat je operacijska okolina u kojoj se operatori sučeljavaju s brzim promjenama stanja EES-a uz nepredvidive tokove snaga i radne uvjete. 14. kolovoza godine u Sjevernoj Americi došlo je do raspada elektroenergetskog sustava velikih razmjera, što je pokazalo sve mane do tada primjenjivanog sustava nadzora. EIPP projekt za cilj ima ugradnju mjernih jedinica diljem istočne obale SAD-a u svrhu postizanja sistemskog nadzora u realnom vremenu, što bi trebalo spriječiti buduću pojavu raspada sustava. U prvoj fazi izgradnje EIPP fazorske mreže ugrađeno je 25 mjernih jedinica na širem geografskom području. Komunikacija je izvedena točka-točka VPN vezom za prijenos podataka u realnom vremenu između operatora prijenosnih sustava (Ameren, AEP, NYISO i Entergy) i TVA (Tennessee Valley Authority), centralnog hosta za sinkronizaciju prikupljenih fazorskih podataka pomoću računala za prikupljanje podataka. Prva faza omogućila je dobivanje slike stanja interkonekcijskog sustava u realnom vremenu: interkonekcijske i lokalne frekvencije u ključnim točkama nadzora, razlike faznih kuteva između prijenosnih sustava. 24

33 Iskustva u svijetu s WAM-om podatke o kutu i amplitudi sistemskog napona za identifikaciju propada i izvora snage, nadzor i praćenje iznosa djelatne i jalove snage na bitnim prijenosnim vodovima. Najveću poteškoću u prvoj fazi primjene sustava predstavljala je kvaliteta prikupljenih podataka i usklađivanje podataka prikupljenih mjernim jedinicama različitih proizvođača, uz korištenje različitih brzina i protokola za prijenos podataka. Osim dva navedena opsežna projekta implementacije WAM-a, velik broj drugih zemalja također primjenjuje tehnologiju sistemskog nadzora. Faze razvoja WAM sustava ovise od zemlje do zemlje neke su tek u prvoj fazi razvoja sustava, dok druge rade na drugoj ili trećoj fazi sistemskog nadzora, uz implementaciju funkcija sistemske zaštite i upravljanja. Svjetska iskustva s već postojećim prototipovima WAM sustava Hrvatskoj elektroprivredi mogu biti značajna pomoć u prikupljanju iskustava u radu sistemskog nadzora. Primjena odgovarajućih aplikacija u budućnosti može znatno smanjiti troškove investicije u nove elektroenergetske objekte, uz istovremenu garanciju visoke razine dinamičkog opterećenja mreže. WAM proširuje funkcije postojeće opreme za lokalni nadzor i zaštitu. 25

34 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi 5. Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi U Hrvatskoj su godine ugrađena dva PMU uređaja, u upotrebi za nadzor 400 kv dalekovoda Tumbri Žerjavinec, Slika 8., te jedno računalo za prikupljanje i obradu podataka (PDC) u koje se prenose sinkronizirani podaci o fazorima. Ovaj sustav predstavlja prvu fazu razvoja WAM sustava u hrvatskome EES-u. [1] Slika 8. Ugrađeni PMU uređaji na 400 kv dalekovodu Tumbri- Žerjavinec PMU uređaji instalirani u TS Tumbri i TS Žerjavinec proizvodnja su tvrtke Arbiter Systems (Model 1133A Power Sentinel). Programska podrška izvedena je programskim paketom PSGuard (PSG) proizvođača ABB. Komunikacija se temelji na principu točka-točka, korištenjem modema brzine bit/s, uz kašnjenje u prijenosu podataka manje od 100 ms. [1] Za sada je upotreba WAM-a u Hrvatskoj u prvoj fazi i omogućuje tek prikupljanje podataka u svrhu nadzora, mjerenja i signalizacije, te analize prikupljenih podataka. Budući razvoj ide u smjeru primjene dodatnih aplikacija u svrhu izvođenja funkcija kontrole i upravljanja EES-om. 26

35 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi 5.1. Implementirane funkcije WAM-a u Hrvatskoj Trenutno aktivne funkcije WAM-a uključuju: arhiviranje podataka, nadzor, funkciju naponske stabilnosti, funkciju termičkog nadzora. Svaka od ovih funkcija igra važnu ulogu u stvaranju realne dinamičke slike EES-a. Slika 9. Glavno grafičko sučelje WAM sustava Arhiviranje podataka Arhiviranje spada u osnovne funkcije sistemskog nadzora. Među arhiviranim podacima su zapisi vrijednosti napona, struja, frekvencije, prividne, radne, jalove snage i temperature vodiča. Najvažnija uloga ove funkcije je prikupljanje podataka u svrhu postmortem analize, analize koja se izvodi nakon poremećaja u svrhu upoznavanja s razlozima i posljedicama pojave kvarova u EES-u. 27

36 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi Nadzor (monitoring) Isto kao i arhiviranje, nadzor spada u osnovne WAM funkcije. Nadziru se glavni parametri dalekovoda u realnom vremenu i kutevi vektora napona nadziranih sabirnica, kao važni pokazatelji postojećeg poremećaja u EES-u, s obzirom da je uočeno da je povećanje razlike u iznosu kuta između sabirnica dobar pokazatelj poremećaja u sustavu. Poznavanje ovih podataka operatoru predstavlja pomoć u određivanju akcija za stabilizaciju sustava Naponska stabilnost Funkcija nadzora naponske stabilnosti u realnom vremenu treba omogućiti dvije osnovne funkcije [13]: nadzor nepredviđenih situacija u EES-u, procjenu naponske stabilnosti poboljšanje naponske stabilnosti. Izbor i filtriranje nepredviđenih situacija odnosi se na brzu identifikaciju poremećaja za koje se s velikom vjerojatnošću može tvrditi da mogu uzrokovati probleme u naponskoj stabilnosti. Procjena naponske stabilnosti predstavlja ocjenu ispunjava li sistem kriterije naponske stabilnosti u slučaju ovakvih poremećaja. Poboljšanja kriterija naponske stabilnosti odnose se na preventivne upravljačke radnje koje poduzima operater u svrhu kreiranja dovoljne sigurnosne margine u slučaju da je narušen kriterij naponske stabilnosti. Pokazatelji naponske stabilnosti označavaju koliko je daleko trenutna radna točka od naponske nestabilnosti. U slučaju nesigurnosti u radu sustava, potrebno je poduzeti preventivne akcije da se ponovno dosegne naponska stabilnost. Sposobnost sustava da održi naponsku stabilnost nazivamo naponska sigurnost sustava. Kada je rad sustava u granicama sigurnosti sustava, funkcijom nadzora naponske stabilnosti dobiva se korisna informacija o udaljenosti sustava od naponske nestabilnosti, Slika 10. PMU jedinice omogućuju stalni nadzor trenutne radne točke na prijenosnom dalekovodu. 28

37 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi Slika 10. P-V krivulja i prikaz granice naponske stabilnosti Funkcija naponske stabilnosti spada u napredne funkcije WAM sustava i predstavlja glavnu funkciju za nadzor prijenosa električne energije. Ova aplikacija iz prikupljenih fazorskih podataka iscrtava P-V krivulju u realnom vremenu i daje podatak o trenutnoj granici sigurnosti u odnosu na naponsku stabilnost EES-a. Algoritam za nadzor naponske sigurnosti u realnom vremenu koristi PMU mjerenja faznog kuta. Snaga se računa prema sljedećem izrazu: U U 1 2 P = sin θ, (3) X L gdje je: P djelatna snaga, U 1 napon na jednom kraju dalekovoda, U 2 napon na drugom kraju dalekovoda, 29

38 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi X L induktivitet voda, θ kut između vektora napona. Izračunati podaci prikazuju se na grafičkom sučelju, Slika 11, u realnom vremenu i predstavljaju vrijednu informaciju operatoru sustava o mogućnosti povećanja prijenosnog kapaciteta bez narušavanja sigurnosti EES-a. Slika 11. Sučelje PSGuard 830, nadzor naponske stabilnosti Termički nadzor Mjerenjem temperature dalekovoda dobiva se vrlo bitan podatak o stupnju opterećenja dalekovoda. Danas je termička zaštita dalekovoda dominantno izvedena funkcijom klasične termičke zaštite, međutim takva funkcija ne uzima u obzir trenutnu temperaturu okoline, što znači da su parametri zaštite predefinirani na bitno niže vrijednosti od onih koje bi u većini slučajeva u praksi bile moguće. S obzirom da se dalekovodi projektiraju za vanjsku temperaturu od 40 C i dodatnu nadtemperaturu od isto 40 C, postoji mogućnost dodatnog opterećenja dalekovoda, s obzirom da su ovakvi uvjeti zadani kao krajnje rubno stanje. U praksi ovakvi vremenski uvjeti ne nastupaju gotovo nikad. [9] 30

39 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi Prema literaturi, promjena vanjske temperature u rasponu od 10 C utječe na mogućnost promjene opterećenja dalekovoda od 7 do 8%, što je vrlo velik postotak i predstavlja značajno povećanje prijenosnog kapaciteta. [9] Napredna funkcija termičkog nadzora oslanja se na primjenu PMU uređaja i daje bitne podatke o termičkoj opteretivosti dalekovoda, što može imati bitnu ulogu u odluci povećanja opteretivosti dalekovoda kada su vanjski uvjeti povoljni, u svrhu povećanja prijenosnog kapaciteta voda. Funkcija se temelji na preciznom izračunavanju impedancije voda iz prikupljenih podataka o vrijednostima fazora napona i struje na oba kraja dalekovoda koje dobivamo iz ugrađenih PMU jedinica i uz poznavanje sheme dalekovoda, Slika 12. Slika 12. Nadomjesna shema dalekovoda Iz podataka o trenutnom otporu dalekovoda lako se izračuna temperatura dalekovoda iz poznatog izraza za temperaturu: ( R R ) 0 T = + α T 0, (4) gdje je: T R temperatura na dalekovodu, otpor dalekovoda, R 0 otpor dalekovoda pri referentnoj temperaturi, 31

40 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi α koeficijent toplinske vodljivosti, To referentna temperatura. Unosom podatka u izraz za temperaturu lako se izračuna temperatura dalekovoda. Ovaj pokazatelj daje nam informaciju o mogućem preopterećenju dalekovoda, a podaci se prate na grafičkom sučelju u realnom vremenu, Slika 13. Slika 13. Termički nadzor dalekovoda 5.2. Prijedlog čvorišta za ugradnju PMU uređaja u RH Da bi se iskoristila funkcionalnost WAM platforme, potrebno je slijediti niz unaprijed utvrđenih koraka u primjeni sistemskog nadzora. Najprije operator prijenosnog sustava i dobavljač WAM sustava moraju izvesti početnu studiju s ciljem identifikacije tipičnih problema u Hrvatskoj prijenosnoj mreži, uz prepoznavanje i naglašavanje područja visokog rizika sigurnosti u radu mreže, koja zapravo i predstavljaju mjesta primjene sistemskog nadzora. Potrebno je izabrati odgovarajuće algoritme za nadzor, kao i lokacije za smještaj PMU jedinica. Odgovarajući broj već navedenih vrlo primjenjivih algoritama postoji kao gotov proizvod na tržištu i njihova je primjena time pojednostavljena, primjerice već spomenuta ABB-ova programska podrška PSGuard. 32

41 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi Smještaj PMU-a moguć je u skladu s različitim kriterijima. Moguć je smještaj PMU-a na specijalne lokacije koje omogućuju i nadzor topologije, stoga je izvođenje WAM-a moguće i potpuno neovisno o SCADA platformi. Na smještaj PMU-a utječu sljedeći kriteriji: Minimalni broj elektroenergetskih objekata (kada na odluku o postavljanju PMU-a utječu troškovi ugradnje, kao i upotreba komunikacijske infrastrukture), Minimalni broj PMU uređaja (u odnosu na trošak PMU uređaja i trošak instalacije), Mjerljivost topologije na osnovu PMU-a i razmatranja o tipu PMU-a (npr. broj kanala za analogni unos podataka PMU-a). Osnovni moduli programske podrške sadrže grafičko sučelje, mogućnost pohrane podataka i eksport funkcije za daljnju analizu prikupljenih podataka. Nakon rekonekcije prve i druge UCTE sinkrone zone hrvatski EES predstavlja važnu tranzitnu vezu u smjeru sjeveroistok-jugozapad. Uz planirani, značajno je i povećane neplaniranog tranzita. Osim toga, s obzirom na svoj geografski oblik i položaj, Hrvatsku karakterizira visoka interkonekcijska povezanost sa susjednim državama na svim visokonaponskim razinama (400, 220 i 110 kv), Tablica 2. Slika 14. Tokovi električne energije u godini (GWh) 33

42 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi Tablica 2. Postojeće interkonekcije u Hrvatskoj (400, 220 i 110 kv) [11] Naponska razina Prijenos snage Tumbri NE Krško (SI) AC, 2x vod 400 kv 2528 MW Meline Divača (SI) AC, 1x vod 400 kv 1264 MW Pehlin Divača (SI) AC, 1x vod 220 kv 366 MW Mraclin Cirkovce (SI) AC, 1x vod 220 kv 311 MW Nedeljanec HE Formin (SI) AC, 1x vod 110 kv 120 MW Buje Koper (SI) AC, 1x vod 110 kv 95 MW Matulji Ilirska Bistrica (SI) AC, 1x vod 110 kv 95 MW Tumbri Heviz (H) AC, 1x vod 400 kv 2600 MW Nedeljanec Lenti (H) AC, 1x vod 110/120 kv 95 MW D. Miholjac Siklos (H) AC, 1x vod 110/120 kv 120 MW Konjsko Mostar (BiH) AC, 1x vod 400 kv 1264 MW Ernestinovo TE Ugljenik (BiH) AC, 1x vod 400 kv 1264 MW HE Zakučac Mostar (BiH) AC, 1x vod 220 kv 311 MW Međurić Prijedor (BiH) AC, 1x vod 220 kv 311 MW Đakovo TE Tuzla (BiH) AC, 1x vod 220 kv 311 MW Đakovo Gradačac (BiH) AC, 1x vod 220 kv 311 MW HE Dubrovnik Trebinje (BiH) AC, 1x vod 220 kv 492 MW Županja Orašje (BiH) AC, 1x vod 110 kv 95 MW Gračac Kulen Vakuf (BiH) AC, 1x vod 110 kv 120 MW Knin Bos. Grahovo (BiH) AC, 1x vod 110 kv 120 MW Buško Blato Livno (BiH) AC, 1x vod 110 kv 120 MW Imotski Grude (BiH) AC, 1x vod 110 kv 80 MW Opuzen Čapljina (BiH) AC, 1x vod 110 kv 95 MW Opuzen Neum (BiH) AC, 1x vod 110 kv 95 MW Ston Neum (BiH) AC, 1x vod 110 kv 95 MW Komolac Trebinje (BiH) AC, 1x vod 110 kv 95 MW Ernestinovo Mladost (RS) AC, 1x vod 400 kv 1264 MW B. Manastir Apatin (RS) AC, 1x vod 110 kv 120 MW Nijemci Šid (RS) AC, 1x vod 110 kv 120 MW Ernestinovo Pecs (H) AC, 2x vod 400 kv 2600 MW 34

43 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi Rekonekcijom zone UCTE I i UCTE II (engl. Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity - UCTE), 10. listopada godine, prijenosna mreža Hrvatske elektroprivrede prešla je s ruba UCTE mreže u središnji dio njenog jugoistočnog dijela, čime se i njena uloga u tranzitu energije značajno promijenila. Nakon rekonekcije zone UCTE I i UCTE II modelirana je mreža HEP-a iz koje je izvedena analiza u svrhu prepoznavanja najosjetljivijih točaka s aspekta zagušenja u prijenosnoj mreži HEP-a, s obzirom na nove uvjete u mreži i na činjenicu da prijenosni sustav treba ostati unutar dopuštenih granica opteretivosti. Analizom su identificirana mjesta zagušenja u prijenosnoj mreži RH, različita za stanja uvoza i izvoza električne energije. Analiza je pokazala da su najčešća mjesta zagušenja u uvjetima uvoza na razini 400 kv i 200 kv, s obzirom da je uvoz dominantan na tim naponskim razinama, a zagušenje se javlja na transformaciji 220 kv/110 kv na putu prema potrošnji. U uvjetima izvoza električne energije mjesta zagušenja su vezana uz 110 kv i 220 kv naponske razine, što su i dominantne lokacije prijenosnih izvora u RH. [10] U prvoj fazi razvoja WAM sustava u RH bitno je odrediti lokacije za ugradnju PMU uređaja. S obzirom na podatke o prijenosima snage (Tablica 2., Slika 13.) i analizu zagušenja u mreži, prijedlog je ugradnja PMU uređaja na sljedećim lokacijama: TS Meline 400/220/110 kv, TS Ernestinovo 400/110 kv, TS Konjsko 400/220/100 kv, uz već postojeće lokacije PMU uređaja: TS Žerjavinec 400/220/110 kv, TS Tumbri 400/220/110 kv. Nadogradnja strukture i arhitekture sustava nadzora i upravljanja EES-om u Hrvatskoj elektroprivredi mora biti izvedena u skladu s postojećom tehnologijom i dostupnom telekomunikacijskom infrastrukturom. Poželjna je prilagodljiva i modularna struktura koja će odgovarati planiranoj migraciji tehnologije u budućnosti. Rješenja WAM platforme su moguća u cjelosti, s potpunom zamjenom postojećeg sustava nadzora i primjenom velikog broja novih aplikacija u 35

44 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi Slika 15. Prijedlog mjesta ugradnje PMU- u prijenosnoj mreži HEP-a samo jednoj nadogradnji, međutim takvo rješenje iziskuje velike ekonomske troškove. Moguća je i primjena WAM platforme s malim brojem instalacija novih tehnologija u radu paralelno s postojećim sustavom nadzora, vođenja, ili upravljanja, SCADA. Prije implementacije WAM platforme i ugradnje novih PMU jedinica potrebno je napraviti opsežnu studiju koja će dati detaljan uvid u trenutno stanje VN mreže Hrvatske elektroprivrede, s naglaskom na mjesta zagušenja u prijenosnoj mreži. S povećanjem dostupnosti sofisticiranih računalnih, komunikacijskih i mjernih tehnologija moguća je upotreba naprednije opreme na lokalnoj razini u svrhu poboljšanja odziva na funkcije zaštite u slučaju uzbune. Velik je potencijal sistemskog nadzora, zaštite i upravljanja baziranog na snažnim, fleksibilnim i pouzdanim terminalima sistemske zaštite, telekomunikacijskoj vezi velike brzine i 36

45 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi GPS sinkronizaciji u međudjelovanju s pažljivo izvedenom analizom stanja u mreži Hrvatske elektroprivrede Razmatranja kod izbora PMU jedinica Prije izbora PMU uređaja potrebno je postaviti tehničke zahtjeve koje moraju zadovoljavati svi PMU uređaji i popratna oprema, ovisno o mjestu njihove ugradnje. U tu svrhu rade se studije u kojoj se naznačuju koje zahtjeve mjerne jedinice trebaju ispuniti. U skladu s tehničkim zahtjevima bira se jedan od PMU uređaja proizvođača koji se trenutno nude na tržištu. Postavljaju se tehnički zahtjevi koje PMU uređaji i popratna oprema moraju ispunjavati, u skladu s potrebama korisnika Funkcionalni zahtjevi Neki od funkcionalnih kriterija koji su bitni pri izboru PMU uređaja su sljedeći: Broj analognih ulazna i digitalnih izlaza koje PMU uređaj mora imati da bi odgovarao zahtjevima za instalacijom na određenoj lokaciji, Besprekidno napajanje mora imati mogućnost napajanja snimača podataka odgovarajući zahtijevani broj sati u slučaju gubitka glavnog napajanja, Definira se broj podatkovnih portova koje PMU uređaj mora imati za daljinski ili lokalni pristup, Definira se minimalna frekvencija odziva, Definira se potreban stupanj digitalnog bilježenja prikupljenih podataka po broju uzoraka u sekundi po analognom kanalu, Određuje se minimalna potrebna podatkovna rezolucija. 37

46 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi Mogućnost pridavanja vremenske oznake podacima Najveća prednost mjernih jedinica je njihova sposobnost sinkroniziranog prikupljanja podataka, stoga je to vrlo bitan uvjet. Sat u PMU uređaju mora biti podešen na UCT vrijeme i vanjskom antenom spojen na GPS. Nadzorna oprema mora imati mogućnost vremenske sinkronizacije i udovoljavati određenim uvjetima vremenske točnosti i pridavanja vremenske oznake: Mogućnost dohvata GPS vrijednosti vremena, Definira se potrebna točnost faznog kuta, Definira se vremenski okvir za pridavanje vremenske oznake prikupljenim podacima Izlazni podaci Podaci prikupljeni PMU uređajima moraju biti dostupni i mora biti omogućen njihov prijenos, zato moraju biti zadovoljeni određeni standardi. Podatkovni format za prikupljanje podataka mora odgovarati standardu IEEE 1344 ili PC i očekuje se da svi zapisi podataka budu kompatibilni za konverziju i prikaz upotrebom različite programske podrške. Bitan uvjet za izbor PMU uređaja je i podatkovna memorija, od koje se uglavnom očekuje sposobnost pohrane najmanje sedam dana prikupljenih podataka i prijenosa neprekinutih tokova podataka Mjerene vrijednosti Izlazni podaci iz mjernih jedinica minimalno moraju biti sljedeće vrijednosti: Pozitivna perioda napona i struje, frekvencija sustava izmjerena na osnovu nadzora izabranih kanala ulaznih napona, fazni kut (nadzor mora proizvesti fazni kut napona i struje). Od poželjnih dodatnih svojstava koje je potrebno razmotriti prilikom izbora mjernih jedinica spada opcija nadogradnje hardvera (diskovnog prostora), iako nije bitan preduvjet. 38

47 Primjena WAM-a u Hrvatskoj elektroprivredi U skladu s gore navedenim zahtjevima, nakon izvođenja odgovarajuće studije ovisno o potrebama i lokacijama ugradnje mjernih jedinica, moguć je izbor PMU uređaja. Ovdje se navode neki od PMU i nadzornih uređaja uređaja dostupnih na tržištu: Arbiter 1133 ABB model RES 521 Macrodyne model 1690 GE N60... Dva do sada ugrađena PMU uređaja u hrvatskom EES-u proizvođača su Arbiter Systems, model 1133A. Programska podrška je ABB-ov PSGuard 830 s osnovnim funkcijama nadzora. 39

48 6. Hijerarhija vođenja hrvatskoga EES-a Hijerarhija vođenja hrvatskoga EES-a Hrvatski EES je trenutnom hijerarhijom podijeljen na četiri prijenosna područja: Prijenosno područje Zagreb Prijenosno područje Split Prijenosno područje Opatija Prijenosno područje Rijeka Model vođenja hrvatskog EES-a je model '4+1', uz jedan glavni centar na prvoj razini vođenja (NDC) i četiri mrežna centra na drugoj razini vođenja, Slika 16. Slika 16. Shema modela vođenja hrvatskog EES-a [14] S obzirom na postojeću hijerarhiju vođenja EES-a, prijedlog hijerarhije sistemskog nadzora temelji se na izvedbi istog koncepta s tri razine nadzora: ugradnja PMU-a i računala za prikupljanje podataka na prvoj razini u svakom od centara daljinskog upravljanja (razina objekata), 40

49 Hijerarhija vođenja hrvatskoga EES-a slanje podataka na višu razinu Centar sistemskog nadzora u svakom od četiri prijenosna područja, kao najvišu razinu ostaviti Nacionalni dispečerski centar, gdje će pristizati podaci prikupljeni u svim prijenosnim područjima i tako tvoriti cjelokupnu sliku stanja u EES-u. Predlaže se implementacija WAM sustava u tri uzastopne faze. U prvoj fazi primjene WAM sustava njegova glavna zadaća je nadzor, uz jednosmjerni tok podataka, od nižih razina prema najvišoj razini - Nacionalnom dispečerskom centru. Uloga WAM-a ovdje je isključivo nadzor i pomoć u donošenju odluka oko akcija potrebnih za stabilan rad EES-a, a postiže se prikupljanjem podataka iz ugrađenih PMU jedinica i programskom podrškom za odgovarajuću obradu i grafički prikaz tako prikupljenih podataka. U narednoj fazi nadogradnje sustava, nakon daljnjih tehnoloških poboljšanja i poboljšanja u telekomunikacijskoj infrastrukturi, očekuje se implementacija dvosmjerne komunikacije prema objektima EES-a i proširenje uloge sistemskog nadzora na funkcije sistemske zaštite. Istodobno bi bili postavljeni i odgovarajući uvjeti za izvođenje treće faze, a to su mogućnost automatizacije procesa u EES-u, tzv. sistemsko upravljanje. Izvođenjem sve tri faze razvoja postigao bi se tzv. WAMPAC sustav (eng. Wide Area Monitoring, Protection and Control). Tri su bitna područja od interesa kod primjene takvog sustava: nadzor i analiza širokog područja u realnom vremenu, adaptivna zaštita na širokom području u realnom vremenu. kontrola na širokom području u realnom vremenu. 41

50 Budući smjer razvoja sistemskog nadzora 7. Budući smjer razvoja sistemskog nadzora WAM platforma omogućuje točan nadzor EES-a tehnikom mjerenja fazora, uz visoku rezoluciju mjerenja i u realnom vremenu. Međutim, WAM predstavlja samo alat za nadzor i uvid u stanje u mreži. Budući razvoj se očekuje u smjeru uvođenja funkcije sistemske zaštite i konačno automatskog djelovanja sa svrhom sprečavanja problema u EES-u u realnom vremenu. Tri su faze razvoja funkcija nadzora EES-a: Prva faza - Sistemski nadzor i analiza u realnom vremenu (WAM) Druga faza - Sistemska zaštita u realnom vremenu (WAP) Treća faza - Sistemsko upravljanje u realnom vremenu (WAC) Današnji sistemi upravljanja nemaju mogućnost brzog odziva i odgovarajuće reakcije na brzo razvijajuće poremećaje. Postojeći sistemi zaštite podešeni su na djelovanje samo na lokalnoj razini i nemaju mogućnost uvida u situaciju u cijelom EES-u i djelovanje u skladu s postojećim stanjem. SCADA/EMS sustav nema mogućnost dohvata dinamičkih podataka sustava i stoga se fokusira na operacijske zahtjeve u statičkom stanju. Ovaj nedostatak postavlja glavne zahtjeve za WAP sustave zaštite: Dinamičko mjerenje i prikaz događaja, Sistemski nadzor, Koordinirane i optimizirane akcije stabilizacije sustava, Upravljanje kaskadnim ispadima. Vremenski okviri djelovanja raznih sustava pokazuju da klasična zaštita ima najbrži odziv. Nakon nje slijedi sistemska zaštita za brze operacije širom sustava u uvjetima poremećaja u sustavu koje relejna zaštita ne može otkriti. Zatim slijede SCADA/EMS sustav kao najsporiji pogled za djelomično automatizirane i ručne operacije. Poremećaji koji mogu dovesti do nestabilnosti EES-a i njegovog raspada javljaju se u vremenskoj domeni između klasične zaštite i klasičnog upravljanja, Slika 17. U budućnosti se od sistemske zaštite i upravljanja se očekuje zaustavljanje raspada EES-a kod pojave takvih poremećaja. 42

51 Budući smjer razvoja sistemskog nadzora Slika 17. Prikaz poremećaja u vremenskoj domeni [9] 7.1. Sistemska zaštita Sustavi zaštite su tradicionalno samostalni sustavi relejne zaštite na lokalnoj razini i općenito ne ovise o sistemskim mjerenjima na širem području EES-a. Najveći nedostatak ovih konvencionalnih rješenja je činjenica da lokalni zaštitni uređaji nemaju mogućnost razmatranja trenutne situaciju u EES-u i stoga nemaju mogućnost poduzimanja optimiziranih i koordiniranih akcija, već se akcije poduzimaju isključivo lokalno po predefiniranim parametrima. Međutim, najnoviji razvoj na području sistemske zaštite (eng. Wide Area Protection WAP) označava razdoblje u kojem će telekomunikacijska i računalna infrastruktura imati značajan utjecaj na sustave klasične relejne zaštite. Od sistemske zaštite se očekuje praćenje ponašanja dinamike eketroenergetskog sustava s vrlo visokom preciznošću, brzo i pravovremeno reagiranje na poremećaje u EES-u koji mogu utjecati na stabilnost sustava. Glavnu komponentu sistemske zaštite predstavljaju mjerne jedinice u kombinaciji s modernom komunikacijskom infrastrukturom. [9] S povećanom upotrebom koncepta adaptivne zaštite i potrebom za sofisticiranijim WAP sistemima javlja se potreba za procjenom odgovarajuće infrastrukture i njenih modova interakcije da se omoguće 43

52 Budući smjer razvoja sistemskog nadzora visoki standardi pouzdanosti i sigurnosti kojima moderne sistemske zaštite moraju odgovarati. Najčešći poremećaji koji dovode do opasnih stanja u sistemu su sljedeći: Poremećaji u frekvenciji, Kutna nestabilnost, Naponska nestabilnost, Kaskadna preopterećenja, Male oscilacije u EES-u. Ovdje se radi o poremećajima koji se pojavljuju u vremenskoj domeni od 0.1 sekunde do 100 sekundi, Slika 17. Ovakve poremećaje klasični sistemi relejne zaštite ne mogu pravilno otkloniti. Sistemska zaštita uvodi mogućnost optimiziranog vođenja sistema i poduzimanje mjera za sprečavanje ispada, temeljeno na detekciji poremećaja i poduzimanju unaprijed dogovorenih i pripremljenih mjera za očuvanje integriteta sistema i njegovih nominalnih parametara. Zadatak sistemske zaštite je praćenje ponašanja dinamike EES-a u realnom vremenu i brzo i pravodobno reagiranje u slučaju nestabilnosti sustava. Kao i sistemski nadzor, sistemska zaštita se temelji na primjeni PMU jedinica i brze komunikacijske veze, uz obradu prikupljenih podataka kroz brze algoritme zaštite. Glavna razlika između WAM/WAP sustava i SCADA/EMS sustava je činjenica da WAM/WAP sustav omogućuje dinamičku sliku sustava, tj. sinkronizirane snimke stanja na niz lokacija u sustavu. Međutim, moguća je i upotreba PMU jedinica kao mjernih jedinica i za SCADA/EMS sustav. Njihova integracija u funkciju procjene stanja smanjuje unos greške u procjenu, međutim nema za rezultat omogućavanje dinamičkog pogleda ako se koriste zajedno s mjerenjima koji nisu vremenski sinkronizirana. U budućnosti se WAM/WAP sustav može integrirati u postojeći SCADA/EMS sustav, čime bi buduća generacija SCADA sustava mogla ponuditi funkcionalnost zaštite sustava na osnovu dinamičke slike sustava, Slika

53 Budući smjer razvoja sistemskog nadzora Slika 18. Općeniti prikaz postava sustava WAP Postav na gornjoj slici kombinira i omogućuje dva različita principa oblikovanja algoritama sistemske zaštite. Prvo, svi se podaci s mjerenjima komunikacijskom vezom prikupljaju u centru sistemske zaštite, gdje se izvode algoritmi za otkrivanje nestabilnosti u sustavu i algoritmi za određivanje akcija za stabilizaciju EES-a. Informacije o određenom području mogu se odrediti isključivo temeljem procjene stanja bazirane na primjeni PMU uređaja. Ova procjena stanja koristi linearni model i stoga je mnogo jednostavnija i brža od konvencionalne procjene stanja. S obzirom da WAP predstavlja dodatak klasičnim sustavima zaštite i SCADA/EMS sustavima, može se pretpostaviti određena redundancija ovih sustava. Iz tog razloga redundancija PMU mjerenja nije kritična i može biti ograničena u usporedbi sa SCADA redundancijom. Najgora situacija bi bila da je nadzirano područje ograničeno PMU kvarovima. Algoritmi moraju znati kako djelovati u slučaju takve situacije. Predloženu strukturu moguće je prilagoditi dostupnim komunikacijskim vezama i podržava napredne algoritme sistemske zaštite Sistemsko upravljanje Osim nadzora i mjerenja, djelovanje sistemske zaštite se odnosi i na akcije upravljanja prema samim objektima. Sistemsko upravljanje i zaštita (WAMPAC) može biti odziv sustava na poremećaje u EES-u, ili odziv sustava na lokalne otkrivene poremećaje. Tradicionalni sustavi relejne zaštite mjere lokalne signale i djeluju na poremećaje na lokalnom području u vremenu od 4 do 40 ms. Od WAMPAC sustava se očekuje prikupljanje informacija s više lokacija u sustavu i izdavanje akcija upravljanja potrebnim kao odgovor na poremećaje u duljem 45