Nadzor, za

1
Nadzor, zaštita i vodenje širokog podrucja
elektroenergetskog sustava u okruženju
dereguliranog i liberaliziranog tržišta
elektricne energije
Prezentacija dosadašnjih rezultata istraživanja u
sklopu znanstvenog projekta

• sufinanciranog od strane
• Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i
  tehnologijski razvoj RH
• i
• Hrvatske elektroprivrede Operator prijenosnog
  sustava d.o.o.
• Voditelj projekta
• Dr.sc. Srdan Skok
• srdjan.skok_at_fer.hr

2
Sadržaj

• Uvod WAM PMU tehnologija
• Opis znanstvenog projekta
• Dosadašnji rezultati
• Europski trendovi pogonska iskustva
• Buduce smjernice istraživanja i izazovi

3
Popis oznaka i kratica

• WAM Wide Area Monitoring
• WAP Wide Area Protection
• WAC Wide Area Control
• WAMPC Wide Area Monitoring, Protection and
  Control
• PMU Phasor Measurement Unit
• PST Phase Shifting Transformer
• PDC Phasor Data Concentrator
• EMS Energy Management System
• SCADA Supervisory Control And Data Acquisition
• UCTE Union for Coordination of Transmmision of
  Electricity

4
Uvod

• Izgradnja TS Žerjavinec pripreme za proces
  rekonekcije
• 2003. zapocet pilot projekt WAM sustava (2 PMU-a
  u TS Žerjavinec i TS Tumbri) strucnjaci HEP-a
• Krajem 2005. prijava na natjecaj Nacionalne
  zaklade za znanost, visoko školstvo i
  tehnologijski razvoj RH za znanstveni projekt
  Nadzor, zaštita i vodenje ees-a zasnovano na WAM
  platformi.
• Boravak dr.sc. Srdana Skoka u SAD-u tijekom
  2006., tvrtka KEMA Corporate, rad na
  implementaciji WAM sustava u Kaliforniji
• 01.07.2006. odobreno trogodišnje financiranje
  projekta i imenovanje Dr.sc. Srdana Skoka
  voditeljem projekta
• Istraživanje na projektu je zapocelo 01.09.2006.
• Projekt je sufinanciran od strane HEP-a

5
Uvod

• Project Team Roster
• Damir Novosel leader
• Khoi Vu co-leader
• Arun Phadke
• Jim Thorp
• Miroslav Begovic
• Siri Varadan
• Bill Snyder
• Yi Hu
• David Korinek
• Virgilio Centeno
• Faramarz Maghsoodlou
• Yuri Makarov
• Ralph Masiello
• Srdjan Skok

Narucitelj CIEE California Institute of Energy
Efficiency CiljCost-benefit analiza ugradnje
WAM-a u Kaliforniji
6
WAM

• Tehnologija mjerenja fazora poznata s kraja
  1980-tih prvi komercijalni uredaji razvijeni
  pocetkom 1990-tih
• Raspadi ees-a i congestion management
  akceleriraju razvoj WAM sustava i pripadnih
  aplikacija (ili wide-area monitoring protection
  and control WAMPAC)

7
WAM Primjer raspada

• RASPAD U ITALIJI 28.09.2003
• U 0301 ispad voda 380 kV Mettlen-Lavorgo pad
  grane.
• Pokušaj ponovnog uklapanja (dispecer) neuspješan
  zbog prevelike razlike kuteva.
• Drugi vod 380 kV line Sils-Soazza propterecen
  ispad voda veliki provjes - grana nakon 15
  minutes raspad u Italiji.

8
WAM Zašto?
9
WAM SCADA
Funkcija Nadzor EES-a u relanom vremenu
Detekcija naponske / frekvencijske nestabiln
osti Detekcija oscilacija i poremecaja u
frekvenciji Detekcija dinamickog
preopterecenja Prijedlog preventivnih
akcija Estimator stanja Benchmarking

• Vektori !
• (vremenska oznaka)
• Uzorkovanje
• 2060 Hz
• Manji broj signala
• e.g. 20100
• Pregled EES-a
• Dinamicke i stacionarne pojave

• RMS vrijednosti
• Uzorkovanje npr. 0.5 Hz
• Veliki broj signala npr. 10 000
• Pregled EES-a
• Stacionarna stanja

WAMS
SCADA / EMS
Vektori
Podaci
A/D
A/D
GPS
Mjerni pretvornici
URMS, IRMS


PMU
RTU
10
WAM - PMU

• Osnova WAM sustava
• Mjerenje fazora napona i struje u odredenim
  tockama ees-a
• Phasor Measurement Unit (PMU) uredaji Global
  Positioning System GPS sinkronizacija mjerenja
  dostupni na tržištu
• Cijena 10.000
• ABB RES 521 Arbiter 1133
• WAM platforma omogucava realnu dinamicku sliku
  ees-a,

11
WAM PMU
GPS americki monopol !

• PMU uredaj unutar postrojenja mjerenje fazora
  napona i struje
• Red velicine vremenske tocnosti mjerenja
  mikrosekunda
• Proracun snage (MW / MVAR) i frekvencije (f)
• Osvježavanje mjerenja 20-60 puta u sekundi
• Put prema stvaranju dinamicke slike ees-a
  (SCADA/EMS osvježavanje mjerenja - deseci
  sekunda, pa i minute)

Galileo ?
PMU
GPS
prijemnik
Analogni
Pridjeljivanje vremena
ulazi
Komunikacija
16-bit
Filter
CPU
A/D pretv.
12
WAM Konfuguracija sustava
Vodno polje VT, CT
Alarmi Podaci
SCADA
Tocnost 0.1 stupanj 1 mHz Rezolucija 20 msec
Komunikacija
PMU uredaj u stanici
Data Concentrator
Filter
Data Export
Na razlicitim nivoima nadzora i vodenja - Phasor
Data Concentrator (PDC) prikuplja i pohranjuje
mjerenja više PMU-ova u istom trenutku
13
WAM Podrucje primjene

• On-line nadzor ees-a (kut, naponska stabilnost,
  frekvencija) arhiviranje podataka
• Unaprijedeni sustav alarmiranja
• Postmortem analiza
• Doprinos poboljšanju tocnosti estimacije stanja
• Congestion management
• Planiranje odvajanja sustava
• Naponska i kutna stabilnost automatsko
  upozoravanja i nadzor
• Nadzor i prigušenje medupodrucnih oscilacija

14
WAM Podrucje primjene

• Nadzor opterecenja prijenosnih vodova povecanje
  granice prijenosne moci voda
• Verifikacija i poboljšanje dinamickog
  matematickog modela ees-a
• Adaptivna zaštita i podešenje releja
• Adaptivno rasterecenje
• Restauracija sustava nakon raspada
• Primjena u odredivanju zaštite i nadzora
  distribuirane proizvodnje

15
WAM Zašto Hrvatska

• Procesom deregulacije i liberalizacije tržišta
  elektricne energije uvelike je apostrofiran
  ekonomski aspekt, a zanemaren tehnicki dio
  nadzora, zaštite i vodenja elektroenergetskog
  sustava
• Vodenje sustava na granici stabilnosti
• Moguci raspadi
• Uvodenjem WAM-a ostvaruje se pouzadnije vodenje
  ees-a, povecanja prijenosne moci postojecih
  vodova potencijalno povecanje dobit od tranzita
  energije smjerom NE - SW
• Sve zemlje regije paralelno s procesom
  deregulacije i liberalizacije ees-a, provode i
  implementaciju WAM sustava.
• Zakljucci UCTE-a nakon analize poremecaja od
  studenog 2006. primarni cilj je uvodenje WAM-a
  i interkonekcijska razmjena podataka

16
Znanstveni projekt
Nacionalna zaklada za znanost, visoko školstvo i
tehnologijski razvoj RH Program Partnerstvo u
temeljnim istraživanjima
Naslov predloženog projekta Naslov predloženog projekta Naslov predloženog projekta Naslov predloženog projekta
Nadzor, zaštita i vodenje širokog podrucja elektroenergetskog sustava u okruženju dereguliranog i liberaliziranog tržišta elektricne energije Nadzor, zaštita i vodenje širokog podrucja elektroenergetskog sustava u okruženju dereguliranog i liberaliziranog tržišta elektricne energije Nadzor, zaštita i vodenje širokog podrucja elektroenergetskog sustava u okruženju dereguliranog i liberaliziranog tržišta elektricne energije Nadzor, zaštita i vodenje širokog podrucja elektroenergetskog sustava u okruženju dereguliranog i liberaliziranog tržišta elektricne energije
Ime i prezime voditelja projekta Ime i prezime voditelja projekta Ime i prezime glavnog suradnika u partnerskoj organizaciji Ime i prezime glavnog suradnika u partnerskoj organizaciji
Dr.sc. Srdan Skok, dipl.ing. Dr.sc. Srdan Skok, dipl.ing. Mr.sc. Igor Ivankovic Mr.sc. Igor Ivankovic
Godina stjecanja doktorata 2004. Godina stjecanja doktorata (nije uvjet) -
Maticna institucija Maticna institucija Partnerska organizacija Partnerska organizacija
Fakultet elektrotehnike i racunarstva Fakultet elektrotehnike i racunarstva Hrvatska elektroprivreda d.d. Hrvatska elektroprivreda d.d.
Iznos traženih sredstava Iznos traženih sredstava 699.000,00 kn (233.000,00 kn godišnje) Zaklada 300.000,00 kn (100.000,00 kn godišnje) Partner 699.000,00 kn (233.000,00 kn godišnje) Zaklada 300.000,00 kn (100.000,00 kn godišnje) Partner
Predvideno trajanje projekta (maksimalno 3 godine) Predvideno trajanje projekta (maksimalno 3 godine) 3 godine 3 godine
Predvideni datum pocetka (d/m/g) Predvideni datum pocetka (d/m/g) 01.09.2006. 01.09.2006.
Suradnici
1. Dr.sc. Ante Marušic
2. Dr.sc. Ivica Pavic
3. Zdeslav Cerina, dipl.ing.
4. Dr.sc. Minea Skok
5. Mr.sc. Radoslav Zelic
6. Tomislav Žganec, dipl.ing.
7. Dr.sc. Damir Novosel
8. Mr.sc. Neven Baranovic
17
Znanstveni projekt

• Prvi odobren projekt Nacionalne zaklade za
  znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj
  RH unutar programa Partnerstvo u temeljnim
  istraživanjima
• Domaca i inozemna recenzija

18
Znanstveni projekt - ciljevi
Faza projekta Aktivnost Ocekivani rezultat Vrijeme
I FAZA Snimanje postojeceg stanja Izvješce o postojecem stanju nadzora, zaštite i vodenja ees-a Republike Hrvatske 6 mjeseci (0.-6. mjesec)
II FAZA Izrada idejnog rješenja Idejno rješenje nadzora, zaštite i vodenja ees-a Republike Hrvatske zasnovano na WAMS platformi 6 mjeseci (6.-12. mjesec)
III FAZA Instalacija i analiza rada laboratorijskog PMU uredaja Uspostavljanje pouzdanog i sinkroniziranog rada PMU uredaja na mreži ees-a i terminala (racunala) 3 mjeseca (12.-15. mjesec)
IV FAZA Izrada algoritma za vrednovanje podataka PMU uredaja Programski paket sa implementiranim algoritmom koji vrednuje podatke dobivene od PMU uredaja 9 mjeseci (15.-24. mjesec)
V FAZA Izrada izvedbenog rješenja Implementacija gotovog rješenja u centre vodenja Izvorno izvedbeno rješenje nadzora, zaštite i vodenja zasnovano na WAMS platformi primjenjivo u centrima vodenja Hrvatske elektoprivrede 12 mjeseci (24.-36. mjesec)
19
Znanstveni projekt ostvareni rezultati period
(0-6) mjeseci

• Izradena je web stranica projekta, te se redovito
  osvježava (www.fer.hr/zvne/nzz).
• Prikupljeni su podaci o specificnostima
  elektroenergetskog sustava Hrvatske
  elektroprivrede, obzirom na primjenu sustava za
  nadzor, zaštitu i vodenje (WAM).
• Stvoren je pregledan uvid u stanje
  telekomunikacijske infrastrukture Hrvatske
  elektroprivrede obzirom na mogucnost uvodenja WAM
  sustava.
• Izradeno je izvješce o stanju nadzora, zaštite i
  vodenja elektroenergetskog sustava Hrvatske
  elektroprivrede s naglaskom na specificnosti i
  mogucnost primjene WAM sustava.
• Na osnovu izvješca partnerska organizacija
  Hrvatska elektroprivreda pristupila je nabavci
  Phasor Measurement Unit (PMU) uredaja, u sklopu
  vlastitog projekta Nadzor EES-a u realnom
  vremenu.
• Nabavljeno je 5 novih PMU uredaja RES 521 i
  programski paket ABB PSGuard 850

20
Znanstveni projekt implementacija rezultata

• Kupljeno 5 novih PMU uredaja ABB RES 521
• Kupljen programski paket PSGuard 850
• Koncar KET implementacija PMU-ova

21
Znanstveni projekt ostvareni rezultati period
(0-6) mjeseci

• zapoceta izrada 1 doktorske disertacija,
• izraden je 1 diplomski rad,
• objavljen 1 znanstveni rad na medunarodnom
  znanstvenom skupu,
• objavljen 1 strucni rad na domacem strucnom
  skupu,
• prihvacena su 2 znanstvena rada za objavljivanje
  i oralnu prezentaciju na medunarodnim skupovima
  (1 rad je dobio nagradu kao veoma uspješan rad
  PowerTech2007),
• izraden 1 znanstveni clanak koji je prijavljen za
  objavljivanje u medunarodnom znanstvenom casopisu
  iz kategorije CC publikacija (u procesu
  evaluacije),
• organizirana 3 pozivna predavanja na domacem
  strucnom skupu.

22
Znanstveni projekt ostvareni rezultati period
(0-6) mjeseci

• Strucni posjet ABB Switzerland Ltd, Baden
  Švicarska, s ciljem upoznavanja sa aktualnom
  svjetskom WAM tehnologijom. mogucnost
  potencijalne suradnje
• Sudjelovanje suradnika na projektu mr.sc. Igora
  Ivankovica u radu Istražnog povjerenstva IC-a
  (Investigation committee) UCTE-a (Union for the
  Co-ordination of Transmission of Electricity),
  nakon elektroenergetskog poremecaja u Europi
  4.11.2006. godine,
• Ostvareno je sudjelovanje suradnika mr.sc. Igora
  Ivankovica i Zdeslava Cerine, dipl.ing. na
  projektu u radu Expert group Power System
  Stability UCTE-a.
• Provodi se priprema i organizacija Osmog
  savjetovanja o velikim sustavima HRO CIGRE, 2007.
  godine.
• Organizirano pozivno predavanje na skupu MIPRO
  2007.

23
Znanstveni projekt ostvareni rezultati period
(0-6) mjeseci

• Zapocete su aktivnosti, na opremanju i
  rekonstrukciji laboratorija za potrebe
  implementacije laboratorijskog modela WAM sustava
  u svrhu provedbe istraživanja tijekom III faze
  period (12-18) mjeseci.
• Pristupilo se infrastrukturalnim preinakama koje
  su preduvjet za implementaciju laboratorijskog
  modela WAM sustava.
• SVI REZULTATI DOSTUPNI NA www.fer.hr/zvne/nzz

24
Znanstveni projekt opravdanost nastavka projekta

• Period (0-6) mjeseci - izrada pripremnih podloga
• Partnerska institucije aktivno prati projekt
  osim financijski partner djeluje sukladno
  rezultatima projekta
• Stvarni živi projekt,
• Više nego opravdan nastavak rada na projektu.

25
Znanstveni projekt ciljevi u slijedecem periodu
istraživanja

• II faza projekta - Idejno rješenje nadzora,
  zaštite i vodenja ees-a RH zasnovanog na principu
  Wide Area Monitoring (WAM) sustava.
• Izrada miljokaza i odredivanje primarnih
  aplikacija važnih za Hrvatsku elektroprivredu
  uzimajuci u obzir cijenu i mogucnosti njihove
  primjene u sklopu TSO strukture.
• Projektiranje WAM sustava zasnovanog na
  prioritetnim aplikacijama i zahtjevima ees-a
  Hrvatske elektroprivrede.
• Arhitektura sustava treba uzeti u obzir da se
  sinkronizirana mjerenja razmjenjuju na vecim
  udaljenostima, ukljucujuci i susjedne ees-e.
• Optimalni dizajn sustava ovisi o postojecoj
  komunikacijskoj infrastrukturi i ponudi uredaja
  za sinkronizirano mjerenje na tržištu, te se
  treba postepeno primijeniti.
• Priprema podloga za razmjenu sinkroniziranih
  mjerenja sa susjednim zemljama i koordinacija sa
  UCTE-om.
• Plan edukacije i uvježbavanja strucnjaka Hrvatske
  elektroprivrede.

26
Znanstveni projekt slabosti projekta

• Nisu uoceni negativni znanstveni i strucni
  rezultati dosadašnjeg istraživanja
• Preporuka za ukljucivanjem domaceg proizvodaca
  elektroenergetske opreme
• Vrijeme potrebno za izradu programskih aplikacija

• Nedostatak podrške maticnog Zavoda za visoki
  napon i energetiku

27
Europski trendovi pogonska iskustva

• Zamah razvoja WAM sustava u Europi nakon velikog
  raspada u Italiji 28.09.2003.
• ETRANS - Švicarska
• Uspostava koordinacijskog WAM centra u Švicarskoj
  (ETRANS nezavisni koordinator sustava)
• Hrvatska nije unutar koordinacijskog WAM centra

28
Pogonska iskustva

• Rekonekcija Razlika kuteva izmedu Mettelen
  Ag. Stefanos

29
Pogonska iskustva

• Rekonekcija Nadzor frekvencije Mettelen i Ag.
  Stefanos

30
Pogonska iskustva

• Medupodrucne oscilacije napona nakon rekonekcije

31
Pogonska iskustva
Poremecaj u Europi 4.11.2006. godine

• 213852 Isklop 380 kV dvostrukog voda Diele
  Conneforde u Njemackoj rezultiralo je razlikom
  kuta napona izmedu te dvije stanice u iznosu 5 -
  34 stupnja.
• 221014-221028 kaskadni ispad vodova -
  propterecenje (distantna zaštita nadstrujna
  funkcija) od sjeverne do središnje Njemacke.
• 221028 gubitak sinkronizma
• 221028-221030 odvajanje UCTE sustava na tri
  dijela djelovanje distantne zaštite uslijed
  pada napona na obje strane šticenih vodova.

32
Pogonska iskustva
49,00 Hz50,50 Hz49,70 Hz
33
Pogonska iskustva

• Poremecaj u Europi 4.11.2006. godine
  Frekvencije pri odvajanju sustava na tri dijela
  (stanice u Njemackoj)

34
Pogonska iskustva

• Poremecaj u Europi 4.11.2006. godine
  Frekvencije pri odvajanju sustava na tri dijela
  (Austrija, Grcka, Švicarska)

Ag. Stefanos (Greece)
Ternitz (Austria)
Bassecourt (Switzerland)
35
Pogonska iskustva

• Poremecaj u Europi 4.11.2006. godine Kutevi
  napona tri izolirana sustava tijekom i nakon
  odvajanja

Switzerland-Italy (northen)
Switzerland-Italy (midd)
Switzerland-Slovenia
Switzerland-Greece
Switzerland-Croatia
Switzerland-Austria
36
Buduce smjernice istraživanja i izazovi
37
Buduce smjernice istraživanja i izazovi
38
Buduce smjernice istraživanja i izazovi

• Razvoj i poboljšanja PMU uredaja
• Ispitivanje paralelnog rada PMU uredaja
  razlicitih proizvodaca i njihov utjecaj na
  pojedine aplikacije,
• Korištenje PMU uredaja za nadzor i automatsko
  upravljanje više PST-ova (Phase Shifting
  Transformers)
• Razvoj programskih aplikacija primjerenih
  korisniku
• Integracija sa SCADA sustavom
• Razvoj virtualnih PMU uredaja klijenata za
  razmjenu podataka
• Povratna veza prema sustavu adaptivno vodenje
  ees-a
• Razvoj programskih aplikacija za razmjenu
  podataka izmedu interkonekcijskih podrucja
• Razvoj modela za proracun vremena kašnjenja
  podataka od PMU uredaja do PDC-a
• Poboljšanje estimacije stanja

39
Razvoj i poboljšanja PMU uredaja
Podrucje istraživanja Dosadašnji problemi Smjernice istraživanja
PMU uredaji Nedostatak jedinstvene norme koja odreduje karakteristike PMU uredaja. Analiza postojecih PMU uredaja Izrada odgovarajuce norme Izrada procedura za ispitivanje performansi PMU uredaja
Kvaliteta podataka Pogreške prilikom kalibracije (termicki nadzor voda) Gubici podataka. Odredivanje uzroka pogrešaka Prijedlog procedura za dijagnostiku pogreške. Prijedlog poboljšanja Prijedlog procedure za testiranje kvalitete podataka obzirom na primjenu.
Obrada podataka Nekonzistentnost podataka. Odrediti zahtjeve obzirom na podatke za svaku pojedinu aplikaciju.
40
Razvoj i poboljšanja PMU uredaja

• Ne postoji nezavisni laboratorij za ispitivanje
  PMU uredaja

41
Korištenje PMU uredaja za automatsko upravljanje
više PST-ova

• Mogucnost automatske regulacije PST
• Mogucnost upravljanja sa svim PST u regiji
• Upravljanje tokovima snaga
• Poboljšanje rada estimatora
• Nadzor na radom PST u realnom vremenu kod rucne
  regulacije
• Ne postoji komercijalna aplikacija
• Veliki zamah ugradnje PST-ova

42
Razvoj programskih aplikacija primjerenih
korisniku

• Postojece programske aplikacije ne odražavaju
  potrebe korisnika dispecera (ABB PSGuard,
  SEL,)
• Razvoj programskih modula za integraciju sa SCADA
  sustavom
• U buducnosti razvoj adaptivnog vodenja ees-a
  povratna veza prema sustavu
• Razvoj programskih aplikacija za razmjenu
  podataka izmedu interkonekcijskih podrucja
• Razvoj modela za proracun vremena kašnjenja
  podataka od PMU uredaja do PDC-a

43
Razvoj programskih aplikacija primjerenih
korisniku
44
Razvoj programskih aplikacija primjerenih
korisniku
45
Poboljšanje estimacije stanja

• Poboljšanje tocnosti detekcija i eliminacija
  pogreški u mjerenju
• Direktni podaci vanjske mreže bolja
  aproksimacija vanjskog sustava
• Bolja informiranost o stanju ees-a
• Redudancija u mjerenju - bolja tocnost estimacije
• Tocniji ulazni parametri za proracun otpor i
  reaktancija prijenosnih vodova ?
• Potrebno daljnje istraživanje
• Neuspješan pokušaj estimacije stanja samo na
  osnovu PMU mjerenja

46
Buduce smjernice

• Pozicija Hrvatske obzirom na implementaciju WAM
  sustava još uvijek dobra
• Potrebno pratiti svjetske trendove
• Moguce promjene strategije razvoj aplikacija

Hvala na pažnji!