ЧЕТВРТО СОВЕТУВАЊЕ Охрид, 26 29 септември 2004 Blagoj~e Trpovski AD ESM-Skopje FUNKCII I TEHNOLOGII ZA RABOTA VO REALNO VREME NA NOVOTO ELEKTROSTOPANSTVO NA PARI^EN POGON KUSA SODR@INA Novite procesi na restrukturiawe vo industrijata za prozivodstvo, prenos i distribucija na elektri~na energija nosat i novi predizvici za site u~esnici vo filmot nare~en novo elektrostopanstvo na pari~en pogon. Pove}e nema izbor i jasno e deka elektroenergetskiot sektor }e se liberalizira i }e dejstvuva vo uslovi na sloboden pazar. Spored toa, sekojdnevnata operativnost na sistemot treba da se prilagodi na novite predizvici so podobreno odr`uvawe, kvalitet, sigurnost i doverlivost. Tradicionalniot na~in na rabota na sistemot vo pogled na planirawe i operativno vodewe treba da se izmeni i zatoa e potrebno voveduvawe na novi funkcii. Isto taka, potrebno e redizajnirawe na hardverskata i sfotverskata arhitektura. Vo voj trud e napraven obid da se sogledaat ovie novi potrebi vo vid na softver i funkcii so koi eden prenosen operator treba da bide opremen. Klu~ni zborovi: (Sistem Operator, SCADA, EMS, Pazar na energija, AGC, Optimal Dispatch, Optimal Power Flow, Dynamic Security Analysis, Web interface, TCP/IP, LAN, WAN) ABSTRACT The incoming processes of restructuring of the electric power industry brings new approaches for all actors in the movie called New Electric Power Sector using money supply. There is no more choice and it is clear that electricity power sector has to be liberalized and that it has to act in the market circumstances. Therefore, everyday operation of the system has to be accommodated for operation with better maintenance, quality, security and reliability. It is also clear that traditional way of everyday operation has to be changed because of new tasks and functions. So, what it is needed is redesign of the hardware and software architecture. This paper makes an attempt to cover on these new needs which every System Operator has to take into everyday operation. Keywords: (System Operator, SCADA, Energy Market, AGC, Optimal Dispatch, Optimal Power Flow, Dynamic Security Analysis, Web interface, TCP/IP, LAN, WAN) 1 ORGANIZACIONEN KONCEPT NA UPRAVUVAWE SO SISTEMOT Liberalizacijata voveduva novi strukturi, novi celi i novi zada~i vo vodeweto na elektro-energetskiot sistem. Osnovniot nov poim koj se voveduva e taknare~eniot Sistem Operator (SO) koj svoite funkcii gi izvr{uva na nov na~in prilagoden na potrebite na slobodniot pazar. Osnovni odliki na ovaa struktura e nemaweto na svoi proizvodni resursi, a osnovna funkcija mu e odr`uvawe na operativnosta, kvalitetot i doverlivosta na elektroenergetskiot system. Pritoa, postojat pove}e varijanti na SO zavisno od konceptot i organizacijata na pazarniot region, no globalno postojat dve kategorii: Nezavisni Sistem Operatori (ISO) - organizacii oformeni so dr`avna regulativa koi ne poseduvaat ni proizvodni ni prenosni sredstva, no za koi ne e neophodno da bidat vo dr`avna sopstvenost; D2-01 1/8
D2-01 2/8 Prenosni Sistem Operatori (PSO) organizacii koi se vo sostav na sopsvenikot na sredstvata za prenos na elektri~na energija, a toj pak voobi~aeno e vo dr`avna sopstvenost. Nezavisno od ovaa strukturna podelenost, od sopstvenosta na sredstvata ili dr`avnata regulativa na pazarot; sepak elektro-energetskiot sistem predstavuva tehni~ki povrzana celina na generatori, prenosna mre`a i potro{uva~i na elektri~na energija. Zatoa, eden SO treba da bide vo sostojba da gi upravuva i nadzira site ovie elementi bez razlika vo ~ija sopstvenost se. Zna~i ulogata na SO e da go upravuva proizvodstvoto na site generatori, nezavisni proizvoditeli na el. energija priklu~eni na prenosnata mre`a, osven onie koi se povrzani na nadvore{ni prenosni sistemi. Tipi~en primer na restruktuirawe e koga dr`avnata vertikalno integrirana kompanija za proizvodstvo, prenos i distribucija na elektri~na energija e podelena na nekolku proizvodni kompanii, prenosen operator i nekolku distributivni kompanii. Pokraj niv, na pazarot postojat i nezavisni proizvoditeli povrzani na prenosnata mre`a. Prenosnata mre`a e povrzana so sosednite elektro-enegetski sistemi preku nekolku voobi~aeno radijalni dalnovodi. Na scenata postojat slednite strukturi: - Kontrolen Sistem Operator (KSO): nadzor i upravuvawe vo realno vreme kako i kratkoro~no, dnevno i ~asovno planirawe so osnovna zada~a da ovozmo`i sigurnost i doverlivost na sistemot od generatori i prenosna mre`a. - Prenosen Mre`en Operator (PMO): nadzor, odr`uvawe i pro{iruvawe na prenosnata mre`a - Pazaren operator (PO): podr{ka i koordinacija na dogovorite za kupoproda`ba na energija, kontrola na ovie dogovori vo odnos na pazarnite pravila i dr`avnata regulativa. - Finansiski Operator (FO): presmetki za energetskite transakcii, izdavawe na nalozi za uplata/isplata. - Javen Informativen Operator (IO): centralen register i servis za pribirawe i objavuvawe na site tehni~ki, pazarni i finansiski informacii za elektro-energetskiot sistem koi se od javen karakter i korisni za u~esnicite na pazarot. - Proizvoditeli na elektri~na energija (PEE) - Korisnici na elektri~na energija (KEE). 2 FUNKCII ZA VODEWE NA ELEKTROENEGETSKIOT SISTEM Osnovna zada~a na Sistem Operatorot e zna~i, nadzor i upravuvawe na sistemot od generatori i prenosna mre`a vo odnos na potro{uva~kata na elektri~na energija za da se posstigne krajnata cel: odr`uvawe na doverlivosta i sigurnosta. Za da se postignat ovie zada~i potrebno e sistemot da se nadzira, upravuva i regulira vo realno vreme, da se vr{i dnevno i ~asovno planirawe na proizvodnite i prenosnite resursi. 2.1 Planirawe na proizvodnite resursi i sekundarna regulacija Tipi~no postojat dva metodi na planirawe na proizvodnite resursi. Vo prviot metod za ova se odgovorni samite proizvoditeli bez vlijanie od SO, osven za potrebite na sekundarna regulacija ili za odr`uvawe na naponskite sostojbi. Vo vtoriot metod odogovornosta za ova e na SO koj izvr{uva transparentna vrednosna procedura preku cenata na balans na pazarot (market clearnig price) [3]. Vo dvata slu~ai SO ne smee da vlijae na natprevaruva~kiot karakter na pazarot, osven vo slednite slu~ai:
D2-01 3/8 - naru{uvawe na doverlivosta i stati~kata i dinami~ka sigurnost na sistemot; - neo~ekuvani ispadi, ispadi na dalnovodi poradi prorabotka na za{tita ili defekt na primarna oprema; - pogolemo naru{uvawe na dogovoreniot i momentniot balans na energija; - revizija na planovite za redovni remonti ili potreba za brzi intervencii na agregatite i sli~no; - promena na planovite od strana na SO, a po nalog na regulacionoto telo (naj~esto vo pogled na sootvetno po~ituvawe na ekolo{kite aspekti). Vo sekoj slu~aj SO vr{i verifikacija na planovite i dokolku se pojavat nekoi od gorenavedenite slu~ai pravi revizija na istite vrz baza na ~as-odnapred metod. Ponatamu, obvrska na SO e da planira nabavka na elektri~na energija i da obezbedi agregati za potrebite na: - sekundarna regulacija - reaktivna mo}nost - balansna energija - rotira~ka, brza i regulaciona rezerva - black start agregati - itn Svoite nabavki SO gi izvr{uva na: - samiot pazar na energija koga se raboti za kratkoro~ni potrebi na ~asovno nivo - ili preku dolgor~ni, obnovlivi i cvrsti dogovori so transparentna procedura za nabavka na potrebnite resursi 2.2 Nadzor i upravuvawe vo realno vreme Za da mo`e da ja ostvari ovaa svoja funkcija SO mora da bide vo mo`nost da gi nadzira i upravuva site agregati povrzani na prenosnata mre`a nezavisno od nivnata sopstvenost. Za taa cel site agregati koi sakaat da bidat vklu~eni vo sistemot mora da poseduvaat kontrolni sistemi povrzani so dispe~erskiot centar na SO ili da ovozmo`at priklu~uvawe na RTU stanici koi se vo sopstvenost na SO vo nivnite objekti. Nadzorot na najva`nite informacii od agregatite se vr{i so cel da se ovozmo`i sledewe na nivnata proizvodna operativnost, za da se obezbedi ostvaruvawe na pazarnite dogovori i tehni~kata regulativa. Za taa cel naj~esto vo realno vreme (ciklus od nekolku sekundi) se sledat statusite na agregatite, aktivnata/reaktivnata mo}nost, sobirni~kite naponi, osnovnite statusi za sostojba na agregatite i sli~no. Tehni~kata regulativa treba da bide kontrolirana preku presmetkovni softverski funkcii koi koristat informacii od realno vreme i koi se izvr{uvaat periodi~no. Tipi~no se koristat slednite softverski funkcii: Avtomatsko upravuvawe so proizvodstvoto (AGC) Za potrebite na sekundarnata regulacija i odr`uvawe na frekvencijata na nominalna vrednost, SO podpi{uva dogovori so elektranite koi imaat sootvetni svojsta na odziv vo vid na promena na aktivnata mo}nost. Vo SO e postaven AGC sistemot koj vrz osnova na presmetka na proizvedenoto i prevzemenoto proizvodstvo, opredeluva set-point vrednosti na aktivnata mo}nost za sekoja dogovorna elektrana vo sekoj presmetkoven ciklus (tipi~no od 4-10 sekundi). Ovaa postavna vrednost }e se sostoi od regulaciona i bazna komponenta.
D2-01 4/8 Baznata komponenta se opredeluva spored dogovoreniot status na elektranata vo sootvetniot ~as: optimalna bazna mo}nost, hidro-plan, dogovorena mo}nost ili bazna mo}nost presmetana od softverskiot paket-pridru`nik na AGC nare~en Optimalen Dispe~ing so Sigurnosni Ograni~uvawa (SCOD). Regulacionata komponenta se presmetuva od AGC zavisno od potrebnata akcija za korekcija na proizvodstvoto vo celiot sistem, pritoa zemaj}i gi vo predvid uslovot za {to pomalo odstapuvawe od baznata mo}nost. Optimalen Dispe~ing so Sigurnosni Ograni~uvawa (ODSO) Ovaa funkcija se javuva kako zamena na starata standardna funkcija za Ekonomski Dispe~ing. Nejzina osnovna cel e da ja presmeta optimalnata bazna mo}nost na agregatot taka da bide vo mo`nost da mu odgovori sootvetno na prognoziranoto idno 10 minutno optovaruvawe na sistemot. Ovaa funkcija vo ciklus na presmetka od tipi~ni 10 minuti, gi nadzira sigurnosnite ograni~uvawa na sistemot, gi presmetuva baznite mo}nosti na sekoja dogovorena elektrana i ja minimizira sistemskata cena. Vsu{nost, ovaa funkcija kako svoj matemati~ki model vnatre{no ja koristi funkcijata za optimalna presmetka na tekovite na mo}nosti, pri {to agregatite se modelirani so svoite krivi na inkrementalni tro{oci dobieni od sopstvenicite na elektranite i so sigurnosni ograni~uvawa. Sigurnosnite ograni~uvawa se: grani~nite prenosni kapaciteti na dalnovodite i termiu~ki kapaciteti na drugata primarna oprama, naponskite ograni~uvawa na sobirnicite i eventualno granici na stabilnosta na sistemot vo stacionarna sostojba dadeni vo vid na dodatni ograni~uvawa na dalnovodite. Sigurnosna analiza Pred da se verificiraat proizvodnite planovi, SO treba da go proveri efektot na ovi planovi vrz sigurnosta na sistemot. Za stati~kata sigurnost proverka mo`e da se napravi so koristewe na poznatiot standarden paket za optimalna raspredelba na aktivna mo}nost vo odnos na ograni~uvawata i so vklu~uvawe na analizata na mo`ni rizici. Dokolku se pronajde pre~ekoruvawe na nekoe ograni~uvawe potrebno e da se napravi replan so koristewe na Optimalen Dispe~ing so sigurnosni ograni~uvawa. Planovite se verificiraat i dostavuvaat duri po finalno postignuvawe na uspe{en slu~aj. Za uspe{no postignuvawe na ovaa funkcija se koristat i standardnite softverski paketi za estimacija na sostojbata (State Estimator), analiza na mo`ni rizici (Contingency Analysis), dispe~erski tokovi na mo}nosti (Dispatcher Power Flow). Optimalen plan na aktivna/reaktivna mo}nost Vrz osnova na dogovorna soglasnost i den odnapred, SO mo`e da postavi planovi na agregatskite reaktivni bazni to~ki, pomestuvawe na regulacionite sklopki na transformatorite i/ili vklu~uvawe i isklu~uvawe na uredite za injektirawe na reaktivna mo}nost. Za optimalniot plan na raspored na izvorite na reaktivna mo{nost se koristi funkcijata na planerot na reaktivna mo}nost ili napon. Analiza na dinami~ka/stati~ka sigurnost Op{ta pojava na problem pri noviot na~in na rabota na elektro-energetskite sistemi predstavuva dinami~kata stabilnost so dva aspekta: naponskata (ne)stabilnost i tranzientnata (ne)stabilnost. Za taa cel se koristat i dve funkcii za prete`no preventitvna kontrola preku matemati~ki modeli za presmetka na stabilnosta: analiza na tranzientnata stabilnost i analiza na napponskata stabilnost. Pritoa, vo slu~ajot so tranzientnata sigurnost verojatnosta za preventivna kontrola e mala, dokolku e mala marginata na sigurnost i golema verojatnosta na naru{uvawe. Vo sekoj slu~aj ova funkcija mo`e da deluva na generatorskite postavni vrednosti preku planovi ili direktno preku set-point na agregatskite kontroleri. Na naponskata stabilnost mo`e da se
D2-01 5/8 vlijae preku upravuvawe so reaktivnata energija ~ija cena na pazarot e pomala vo odnos na aktivnata mo}nost spored site dene{ni podatoci ili preku redukcii. Slika 1 Funkcii na SO i razmena na podatoci [2] 2.3 Informativen menaxment Site relevantni podatoci od rabotata na elektro-energetskiot sistem kako: - pazarnite aspekti: o planovi na proizvodstvo o generatorski karakteristiki o tabeli na mo}nost/cena - finansiskite aspekti: o informacii od broilata na elektri~na energija o presmetki na potro{ena energija - istoriski podatoci - operativni statisti~ki podatoci: o energetskiite transakcii, o energetskite debalansi, - podatoci od realno vreme: o ostvareni mo}nosti na agregatite o podatoci od estimatorot na sostojba o prognozi za optovaruvawe
D2-01 6/8 o status na prenosnata mre`a o nastani i alarmantni situacii i sl. se ~uvaat vo centralnata baza na podatoci vid na centralen sklad na iformacii (data warehouse). Ovie podatoci se koristat za vnatre{na upotreba i za javno informirawe preku povrzuvawe so strukturata za javno objavuvawe na podatoci. Za pristap do ovie podatoci e predviden WWW interfejs kon centralnata baza na podatoci so kontrola na pravata na prsitap kon sekoja kategorija na podatoci. Onoj del od podatocite koi se predvideni za javno informirawe na pazarnite u~esnici preku brz Extranet se povrzani so strukturata za javni informacii. Isto taka, nivnite ponudi, ceni, informacii preku uslugite na Extranet i koristeweto na WWW intefejsot treba da bidat prosleduvani do centralnata baza na podatoci. 3. KONTROLEN CENTAR NA SISTEMSKIOT OPERATOR 3.1 SCADA Sistem Centralnata funkcija smestena vo kontrolniot centar na SO e nadzorot i upravuvaweto so elektro-energetskiot sistem koj tradicionalno se odviva preku SCADA/EMS softversko-hardverskata platforma. Osnovna cel na ovaa funkcija e prevzemawe na podatoci vo realno vreme od site elektroenergetski objekti vo sistemot. Za taa cel se koristat: - RTU uredi smesteni vo trafostanicite i drugite energetski objekti. Ovie uredi se povrzani so procesot i postojano gi sobiraat site relevantni podatoci od objektot, a so koristewe na industriski standardni protokoli kako IEC 60870-5-101 za direktna to~ka-toka komunikacija, koristewe na TCP/IP rutirana mre`a so IEC 60870-5-104 ili direkten TCP/IP preku WAN gi prosleduvaat podatocite vo kontrolniot centar. - povrzuvawe so kontrolnite sistemi na energetskite objekti ili regionalnite dispe~erski centri koi igraat uloga na koncentratori na podatoci vo odnos na kontrolniot centar na SO, preku IEC 60870-6 (TASE.2). Rasklopnite operacii se izvr{uvaat od kontrolniot centar na SO, osven vo slu~ai na potreba za redovno, preventivno ili neplanirano odr`uvawe. Isto taka, za potrebite na regulacija na aktivna/reaktivna mo}nost od kontrolniot centar na SO se zadavaat upravuva~ki nalozi za START/STOP na gregati, postavni vrednosti na mo}nosta i sl. 3.2 Rezerven Centar Vo slu~aj na pogolema havarija ili ispad, dolgotrajni grade`ni raboti ili drugi problemi koi se podolgotrajni, se pojavuvaat uslovi na nemo`nost za odr`uvawe na funkcionalnosta na kontrolniot centar na SO. Poradi toa potrebno e da se predvidi odr`uvawe na funkcionalnosta na SO na geografski druga pltforma i/ili lokacija. Zatoa se voveduva poimot rezerven centar. So rezervniot centar se postignuva izvr{uvawe na esencijalnite funkcii na SO vo reducirana forma na druga lokacija so koristewe na posebna platforma. Poradi ekstremno visokite tro{oci na vakvoto re{enie koe podrazbira nabavka na dodaten reduciran SCADA/EMS sistem, kako i slo`eno telekomunikacisko povrzuvawe na istite prenosni pati{ta kako kaj glavniot centar, mo`e da se razmisli i za podelba na postojniot SCADA/EMS sistem na dve lokacii. Ova re{enie e primenlivo koga postojniot SCADA/EMS sistem e vo forma na potpolna redundantnost, odnosno koga site funkcii i serveri se udvoeni. Vo vakvoto re{enie se pristapuva kon fizi~ko razdvojuvawe na sekoj redundanten par na dvete lokacii so {to se zadovoleni kriteriumite na funkcionalnost na dvete lokacii. Minimalni dodatni tro{oci se potrebni za kompletirawe na udvoenosta na koristenite serveri vo sistemot, za funkcionalnoto povrzuvawe na dvete lokacii vo
D2-01 7/8 virutelno edinstvena LAN i komunikaciska mre`a za pristap kon RTU i oddale~enite kontrolni centri na elektranite. So ovoj metod se postignuva da vo normalni uslovi se koristi glavniot kontrolen centar vo situacija na potpolna funkcionalnost i redundantnost bidej}i serverite iako se fizi~ki razdvoeni na drugi lokacii funkcioniraat kako edinstvena mre`a a so toa i kako edinstvena platforma, a vo slu~aj na ispad na glavniot centar rezervniot vedna{ e spremen da ja prevzeme svojata uloga so potpolna funkcionalnost no bez redundantnost na serverite. Dodatna pogodnost predstavuva mo`nosta rezervniot centar da se koristi i za potrebite na obuka na personalot ili razvoj na dodatni funkcii. 3.3 Kompaniska mre`a Za da mo`at site pogore ka`ano da funkcionira potrebno e vospostavuvawe na stabilna i sigurna komapniska mre`a za prenos na podatoci. So ovaa mre`a se vr{i integracija na upravuva~kite porcesi, informati~kite procesi i delovite aplikacii na kompanijata vo edna jasno organizirana i strogo kontrolirana mre`a. Ovaa mre`a se sostoi od LAN i WAN spoeni celini vo koi se komunicira preku koristewe na TCP/IP mre`niot protokol. Generalno, tri glavni funkcionalni celini koi bi mo`ele da se prepoznaat vrz osnova na kriteriumot na specifi~ni bazi na podatoci se: SCADA/EMS Intranet mre`a, kompaniska Intranet mre`a, Extranet za javni informacii. Vo edna vakva funkcionalna podelba bazite na podatoci specifi~ni za sekoj del se centralni vo svojata okolina i vosvoite serverski jazli, a distribuirani vo odnos na drugite delovi spored pricipot na ~uvawe na podatocite na onie mesta kade se kreirani. Za da se obezbedi vremenskata kriti~nost na SCADA/EMS sistemot, toj e odvoen od drugite delovi na mre`ata so koristewe na sigurnosni mehanizmi vo vid na firewall uredi so koi se postignuva kontroliran, avtoriziran pristap i kontrola na zagu{uvawe na mre`ata. Na ovoj na~in mo`e da se obezbedi koj i koga ima pravo da pristapi do podatocite od realno vreme. Extranet mre`ata isto taka e kontrolirana na pravoto na pristap spored avtorizacija na korisnikot i spored dogovoreniot pristap kon raznite tipovi na podatoci. Preku koristewe na web messaging services, nadvore{nite korisnici po svojata avtorizacija bi bile vo mo`nost da dostavat, prevzemat ili da gi pregledaat onie podatoci za koi se avtorizirani.
D2-01 8/8 Slika 2 Kompaniska mre`a od: Na slikata e prika`ana koceptualno kompaniskata mre`a, koja podetalno se sostoi - SCADA/EMS kontrolna soba so TCP/IP LAN - WAN TCP/IP komunikacii so kontrolnite centri - To~ka-to~ka komunikacii so IEC 60870-5-101 za RTU - Komunikacija na SO so sitemot za obrabotka na broilata - Javen Extranet so Web Server i Firewall - Rezerven kontrolen centar povzan so WAN TCP/IP so glavniot centar 4. LITERATURA [1] SEETEC Balcans. Transmission Restructuring Guidelines Third Marcet Facilitation Meeting, 29 Mart 2004 Qubqana [2] SEETEC Balcans. Data Exchange Third Marcet Facilitation Meeting, 29 Mart 2004 Qubqana [3] Nordpool Consulting. Transmission System Operator Third Marcet Facilitation Meeting, 29 Mart 2004 Qubqana [4] A.Monticelli, M.V.F. Pereira, S.Granville. Security Constrained Optimal Power Flow with Post Contingency Corrective Reschedullig IEEE Transactions on Power Systems, Februari 1997