sufinanciranog od strane Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH

Nadzor, zaštita i vođenje širokog područja Nadzor, zaštita i vođenje širokog područja elektroenergetskog sustava u okruženju elektroenergetskog sustava u okruženju

dereguliranog i liberaliziranog tržišta dereguliranog i liberaliziranog tržišta električne energijeelektrične energije

sufinanciranog od strane

Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RHi

Hrvatske elektroprivrede – Operator prijenosnog sustava d.o.o.

Voditelj projekta:

Dr.sc. Srđan [email protected]

Prezentacija dosadašnjih rezultata istraživanja u sklopu znanstvenog projekta

2/40www.nzz.hr

2/46

www.hep.hrwww.fer.hr

Sadržaj

Uvod – WAM – PMU tehnologija

Opis znanstvenog projekta

Dosadašnji rezultati

Europski trendovi – pogonska iskustva

Buduće smjernice istraživanja i izazovi

3/40www.nzz.hr

3/46


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 SCADASupervisory Control And Data Acquisition UCTE Union for Coordination of Transmmision of Electricity

4/40www.nzz.hr

4/46


Uvod

Izgradnja TS Žerjavinec – pripreme za proces rekonekcije 2003. započet pilot projekt WAM sustava (2 PMU-a u TS

Žerjavinec i TS Tumbri) – stručnjaci HEP-a

Krajem 2005. – prijava na natječaj Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH za znanstveni projekt “Nadzor, zaštita i vođenje ees-a zasnovano na WAM platformi”.

Boravak dr.sc. Srđana 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. Srđana Skoka voditeljem projekta

Istraživanje na projektu je započelo 01.09.2006. Projekt je sufinanciran od strane HEP-a

5/40www.nzz.hr

5/46


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

Naručitelj: CIEE – California Institute of Energy Efficiency

Cilj:Cost-benefit analiza ugradnje WAM-a u Kaliforniji

6/40www.nzz.hr

6/46


Tehnologija mjerenja fazora poznata s kraja 1980-tih – prvi komercijalni uređaji razvijeni početkom 1990-tih

Raspadi ees-a i congestion management – akceleriraju razvoj WAM sustava i pripadnih aplikacija (ili wide-area monitoring protection and control –WAMPAC)

WAM

7/40www.nzz.hr

7/46


WAM – Primjer raspada

RASPAD U ITALIJI 28.09.2003

U 03:01 ispad voda 380 kV Mettlen-Lavorgo – pad grane. Pokušaj ponovnog uklapanja (dispečer) neuspješan zbog prevelike razlike

kuteva. Drugi vod 380 kV line Sils-Soazza propterećen – ispad voda – veliki

provjes - grana – nakon 15 minutes – raspad u Italiji.

8/40www.nzz.hr

8/46


WAM – Zašto?

9/40www.nzz.hr

9/46


WAM – SCADA

Detekcija naponske / frekvencijskenestabilnosti

Detekcija oscilacija i poremećaja u frekvenciji

Detekcija dinamičkog preopterećenja

Prijedlog preventivnih akcija

Estimator stanja

Benchmarking

~

GPS

Vektori

U(t), I(t)

Re

U2I

2

U1

U3

I

1I

3

Im

~

RMS vrijednosti

Uzorkovanje:

npr. 0.5 Hz

Veliki broj signala:

npr. 10 000

Pregled EES-a

Stacionarna stanjaMjerni pretvornici

A/D

Podaci

URMS, IRMS

A/D

PMURTU

SCADA / EMSWAMS

Funkcija “Nadzor EES-a u relanom vremenu” Vektori !

(vremenska oznaka)

Uzorkovanje:

20…60 Hz

Manji broj signala

e.g. 20…100

Pregled EES-a Dinamičke i

stacionarne pojave

Angle (in degrees)

20

2122

23

24

2526

27

2829

30

15:47:31 15:50:24 15:53:17 15:56:10 15:59:02 16:01:55 16:04:48

HH:MM:SS

EMS-SE

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

PMU SCADA Measurements

PMU Measurements

10/40www.nzz.hr

10/46


WAM - PMU

Osnova WAM sustava:

Mjerenje fazora napona i struje u određenim točkama ees-a

Phasor Measurement Unit (PMU) uređaji – Global Positioning System GPS – sinkronizacija mjerenja – dostupni na tržištu

Cijena 10.000 €

ABB RES 521 Arbiter 1133

WAM platforma omogućava realnu dinamičku sliku ees-a,

11/40www.nzz.hr

11/46


WAM – PMU

PMU – uređaj unutar postrojenja – mjerenje fazora napona i struje

Red veličine vremenske točnosti mjerenja = mikrosekunda

Proračun snage (MW / MVAR) i frekvencije (f)

Osvježavanje mjerenja 20-60 puta u sekundi

Put prema stvaranju dinamičke slike ees-a (SCADA/EMS osvježavanje mjerenja - deseci sekunda, pa i minute)

Filter 16-bitA/D pretv.

GPSprijemnik

Pridjeljivanjevremena

Analogniulazi

CPU

Komunikacija

PMU

U(t), I(t)

Re

U2I

2

U1

U3

I

1I

3

ImGPS – američki monopol !

Galileo ?

12/40www.nzz.hr

12/46


WAM – Konfuguracija sustava

Na različitim nivoima nadzora i vođenja - Phasor Data Concentrator (PDC) – prikuplja i pohranjuje mjerenja više PMU-ova u istom trenutku

KomunikacijaPMU uređaj u stanici Data Concentrator

Fazori napona i struje

rekvencija

Točnost0.1 stupanj1 mHz

Rezolucija20 msec

Vodno polje

VT, CT

Data Export

Alarmi

Podaci

Filter

SCADA

13/40www.nzz.hr

13/46


WAM – Područje primjene

On-line nadzor ees-a (kut, naponska stabilnost, frekvencija) – arhiviranje podataka

Unaprijeđeni sustav alarmiranja

Postmortem analiza

Doprinos poboljšanju točnosti estimacije stanja

Congestion management

Planiranje odvajanja sustava

Naponska i kutna stabilnost – automatsko upozoravanja i nadzor

Nadzor i prigušenje međupodručnih oscilacija

14/40www.nzz.hr

14/46


WAM – Područje primjene

Nadzor opterećenja prijenosnih vodova – povećanje granice prijenosne moći voda

Verifikacija i poboljšanje dinamičkog matematičkog modela ees-a

Adaptivna zaštita i podešenje releja

Adaptivno rasterećenje

Restauracija sustava nakon raspada

Primjena u određivanju zaštite i nadzora distribuirane proizvodnje

15/40www.nzz.hr

15/46


WAM – Zašto Hrvatska

Procesom deregulacije i liberalizacije tržišta električne energije uvelike je apostrofiran ekonomski aspekt, a zanemaren tehnički dio nadzora, zaštite i vođenja elektroenergetskog sustava: Vođenje sustava na granici stabilnosti Mogući raspadi

Uvođenjem WAM-a ostvaruje se pouzadnije vođenje ees-a, povećanja prijenosne moći postojećih vodova – potencijalno povećanje dobit od tranzita energije smjerom NE - SW

Sve zemlje regije paralelno s procesom deregulacije i liberalizacije ees-a, provode i implementaciju WAM sustava.

Zaključci UCTE-a nakon analize poremećaja od studenog 2006. – primarni cilj je uvođenje WAM-a i interkonekcijska razmjena podataka

16/40www.nzz.hr

16/46


Znanstveni projekt

Nacionalna zaklada za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH

Program “Partnerstvo u temeljnim istraživanjima”

Naslov predloženog projekta:

Nadzor, zaštita i vođenje širokog područja elektroenergetskog sustava u okruženju dereguliranog i liberaliziranog tržišta električne energije

Ime i prezime voditelja projekta: Ime i prezime glavnog suradnika u partnerskoj organizaciji:

Dr.sc. Srđan Skok, dipl.ing. Mr.sc. Igor Ivanković

Godina stjecanja doktorata:

2004. Godina stjecanja doktorata (nije uvjet):

-

Matična institucija: Partnerska organizacija:

Fakultet elektrotehnike i računarstva Hrvatska elektroprivreda d.d.

Iznos traženih sredstava:

699.000,00 kn (233.000,00 kn godišnje) – Zaklada

300.000,00 kn (100.000,00 kn godišnje) – Partner

Predviđeno trajanje projekta (maksimalno 3 godine):

3 godine

Predviđeni datum početka (d/m/g): 01.09.2006.

Suradnici

1. Dr.sc. Ante Marušić

2. Dr.sc. Ivica Pavić

3. Zdeslav Čerina, dipl.ing.

4. Dr.sc. Minea Skok

5. Mr.sc. Radoslav Zelić

6. Tomislav Žganec, dipl.ing.

7. Dr.sc. Damir Novosel

8. Mr.sc. Neven Baranović

17/40www.nzz.hr

17/46


Znanstveni projekt

Prvi odobren projekt Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH unutar programa “Partnerstvo u temeljnim istraživanjima”

Domaća i inozemna recenzija

18/40www.nzz.hr

18/46


Znanstveni projekt - ciljeviFaza

projektaAktivnost Očekivani rezultat Vrijeme

I FAZA Snimanje postojećeg stanja

Izvješće o postojećem stanju nadzora, zaštite i vođenja ees-a Republike Hrvatske

6 mjeseci (0.-6. mjesec)

II FAZA Izrada idejnog rješenja Idejno rješenje nadzora, zaštite i vođenja ees-a Republike Hrvatske zasnovano na WAMS platformi

6 mjeseci(6.-12. mjesec)

III FAZA Instalacija i analiza rada laboratorijskog PMU uređaja

Uspostavljanje pouzdanog i sinkroniziranog rada PMU uređaja na mreži ees-a i terminala (računala)

3 mjeseca(12.-15. mjesec)

IV FAZA Izrada algoritma za vrednovanje podataka PMU uređaja

Programski paket sa implementiranim algoritmom koji vrednuje podatke dobivene od PMU uređaja


V FAZA Izrada izvedbenog rješenja;Implementacija gotovog rješenja u centre vođenja

Izvorno izvedbeno rješenje nadzora, zaštite i vođenja zasnovano na WAMS platformi primjenjivo u centrima vođenja Hrvatske elektoprivrede


19/40www.nzz.hr

19/46


Znanstveni projekt – ostvareni rezultati period (0-6) mjeseci Izrađena je web stranica projekta, te se redovito osvježava (

www.fer.hr/zvne/nzz). Prikupljeni su podaci o specifičnostima elektroenergetskog

sustava Hrvatske elektroprivrede, obzirom na primjenu sustava za nadzor, zaštitu i vođenje (WAM).

Stvoren je pregledan uvid u stanje telekomunikacijske infrastrukture Hrvatske elektroprivrede obzirom na mogućnost uvođenja WAM sustava.

Izrađeno je izvješće o stanju nadzora, zaštite i vođenja elektroenergetskog sustava Hrvatske elektroprivrede s naglaskom na specifičnosti i mogućnost primjene WAM sustava.

Na osnovu izvješća partnerska organizacija – Hrvatska elektroprivreda pristupila je nabavci Phasor Measurement Unit (PMU) uređaja, u sklopu vlastitog projekta „Nadzor EES-a u realnom vremenu“.

Nabavljeno je 5 novih PMU uređaja RES 521 i programski paket ABB PSGuard 850

20/40www.nzz.hr

20/46


Znanstveni projekt – implementacija rezultata

Kupljeno 5 novih PMU uređaja – ABB RES 521

Kupljen programski paket PSGuard 850

Končar – KET – implementacija PMU-ova

21/40www.nzz.hr

21/46


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

započeta izrada 1 doktorske disertacija, izrađen je 1 diplomski rad, objavljen 1 znanstveni rad na međunarodnom

znanstvenom skupu, objavljen 1 stručni rad na domaćem stručnom skupu, prihvaćena su 2 znanstvena rada za objavljivanje i oralnu

prezentaciju na međunarodnim skupovima (1 rad je dobio nagradu kao veoma uspješan rad – PowerTech2007),

izrađen 1 znanstveni članak koji je prijavljen za objavljivanje u međunarodnom znanstvenom časopisu iz kategorije CC publikacija (u procesu evaluacije),

organizirana 3 pozivna predavanja na domaćem stručnom skupu.

22/40www.nzz.hr

22/46



Stručni posjet ABB Switzerland Ltd, Baden Švicarska, s ciljem upoznavanja sa aktualnom svjetskom WAM tehnologijom. – mogućnost potencijalne suradnje

Sudjelovanje suradnika na projektu mr.sc. Igora Ivankovića u radu Istražnog povjerenstva IC-a (Investigation committee) UCTE-a (Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity), nakon elektroenergetskog poremećaja u Europi 4.11.2006. godine,

Ostvareno je sudjelovanje suradnika mr.sc. Igora Ivankovića i Zdeslava Čerine, 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.

23/40www.nzz.hr

23/46



Započete 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

24/40www.nzz.hr

24/46


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.

25/40www.nzz.hr

25/46


Znanstveni projekt –ciljevi u slijedećem periodu istraživanja

II faza projekta - Idejno rješenje nadzora, zaštite i vođenja ees-a RH zasnovanog na principu Wide Area Monitoring (WAM) sustava.

Izrada miljokaza i određivanje primarnih aplikacija važnih za Hrvatsku elektroprivredu uzimajući u obzir cijenu i mogućnosti 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 većim udaljenostima, uključujući i susjedne ees-e.

Optimalni dizajn sustava ovisi o postojećoj komunikacijskoj infrastrukturi i ponudi uređaja 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 stručnjaka Hrvatske elektroprivrede.

26/40www.nzz.hr

26/46


Znanstveni projekt – slabosti projekta

Nisu uočeni negativni znanstveni i stručni rezultati dosadašnjeg istraživanja

Preporuka za uključivanjem domaćeg proizvođača elektroenergetske opreme

Vrijeme potrebno za izradu programskih aplikacija

Nedostatak podrške matičnog Zavoda za visoki napon i energetiku

27/40www.nzz.hr

27/46


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

28/40www.nzz.hr

28/46


Pogonska iskustva

Rekonekcija – Razlika kuteva između Mettelen – Ag. Stefanos

29/40www.nzz.hr

29/46


Pogonska iskustva

Rekonekcija – Nadzor frekvencije; Mettelen i Ag. Stefanos

30/40www.nzz.hr

30/46


Pogonska iskustva

Međupodručne oscilacije napona nakon rekonekcije

31/40www.nzz.hr

31/46


Pogonska iskustva

21:38:52 Isklop 380 kV dvostrukog voda Diele – Conneforde u Njemačkoj rezultiralo je razlikom kuta napona između te dvije stanice u iznosu 5 - 34 stupnja.

22:10:14-22:10:28 kaskadni ispad vodova - propterećenje (distantna zaštita – nadstrujna funkcija) od sjeverne do središnje Njemačke.

22:10:28 gubitak sinkronizma

22:10:28-22:10:30 odvajanje UCTE sustava na tri dijela – djelovanje distantne zaštite uslijed pada napona na obje strane štićenih vodova.

Poremećaj u Europi 4.11.2006. godine

32/40www.nzz.hr

32/46


Pogonska iskustva

~49,00 Hz~50,50 Hz~49,70 Hz

33/40www.nzz.hr

33/46


Pogonska iskustva

Poremećaj u Europi 4.11.2006. godine – Frekvencije pri odvajanju sustava na tri dijela (stanice u Njemačkoj)

Sat, 2006-11-04; 22:09:44

49,820

49,840

49,860

49,880

49,900

49,920

49,940

49,960

49,980

50,000

50,020

22:10:10 22:10:12 22:10:14 22:10:16 22:10:18 22:10:20 22:10:22 22:10:24 22:10:26 22:10:28 22:10:30

f [Hz]

Bimolten (D)

Urberach (D)

Rommerskirchen (D)

34/40www.nzz.hr

34/46


Pogonska iskustva

Poremećaj u Europi 4.11.2006. godine – Frekvencije pri odvajanju sustava na tri dijela (Austrija, Grčka, Švicarska)

49.88

49.9

49.92

49.94

49.96

49.98

50

50.02

50.04

50.06

50.08

22:10:10 22:10:12 22:10:14 22:10:16 22:10:18 22:10:20 22:10:22 22:10:24 22:10:26 22:10:28 22:10:30

f [Hz]

frequency Bassecourt frequency Ag. Stefanos frequency Ternitz

Ag. Stefanos (Greece)

Ternitz (Austria)

Bassecourt (Switzerland)

35/40www.nzz.hr

35/46


Pogonska iskustva

Poremećaj u Europi 4.11.2006. godine – Kutevi napona tri izolirana sustava tijekom i nakon odvajanja

-180

-120

-60

0

60

120

180

22:10:10 22:10:12 22:10:14 22:10:16 22:10:18 22:10:20 22:10:22 22:10:24 22:10:26 22:10:28 22:10:30

phiu [deg]

Bassecourt-Latina Bassecourt-Bulciago Bassecourt-Ag.Stefanos Bassecourt-Ternitz Bassecourt-Divaca Bassecourt-Zerjavinec

Switzerland-Italy (midd)

Switzerland-Italy (northen)

Switzerland-Slovenia

Switzerland-Greece

Switzerland-Austria

Switzerland-Croatia

36/40www.nzz.hr

36/46



37/40www.nzz.hr

37/46



38/40www.nzz.hr

38/46



Razvoj i poboljšanja PMU uređaja Ispitivanje paralelnog rada PMU uređaja različitih proizvođača i njihov

utjecaj na pojedine aplikacije,

Korištenje PMU uređaja za nadzor i automatsko upravljanje više PST-ova (Phase Shifting Transformers)

Razvoj programskih aplikacija primjerenih korisniku Integracija sa SCADA sustavom Razvoj virtualnih PMU uređaja – klijenata za razmjenu podataka Povratna veza prema sustavu – adaptivno vođenje ees-a

Razvoj programskih aplikacija za razmjenu podataka između interkonekcijskih područja

Razvoj modela za proračun vremena kašnjenja podataka od PMU uređaja do PDC-a

Poboljšanje estimacije stanja

39/40www.nzz.hr

39/46


Razvoj i poboljšanja PMU uređaja

Područje istraživanja

Dosadašnji problemi

Smjernice istraživanja

PMU uređaji • Nedostatak jedinstvene norme koja određuje karakteristike PMU uređaja.

• Analiza postojećih PMU uređaja;• Izrada odgovarajuće norme;• Izrada procedura za ispitivanje performansi PMU uređaja

Kvaliteta podataka • Pogreške prilikom kalibracije (termički nadzor voda);

• Gubici podataka.

• Određivanje 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.

40/40www.nzz.hr

40/46


Razvoj i poboljšanja PMU uređaja

Ne postoji nezavisni laboratorij za ispitivanje PMU uređaja

41/40www.nzz.hr

41/46


Korištenje PMU uređaja za automatsko upravljanje više PST-ova

Mogućnost automatske regulacije PST

Mogućnost upravljanja sa svim PST u regiji

Upravljanje tokovima snaga

Poboljšanje rada estimatora

Nadzor na radom PST u realnom vremenu kod ručne regulacije

Ne postoji komercijalna aplikacija

Veliki zamah ugradnje PST-ova

42/40www.nzz.hr

42/46


Razvoj programskih aplikacija primjerenih korisniku

Postojeće programske aplikacije ne odražavaju potrebe korisnika – dispečera (ABB PSGuard, SEL,…);

Razvoj programskih modula za integraciju sa SCADA sustavom;

U budućnosti razvoj adaptivnog vođenja ees-a – povratna veza prema sustavu

Razvoj programskih aplikacija za razmjenu podataka između interkonekcijskih područja

Razvoj modela za proračun vremena kašnjenja podataka od PMU uređaja do PDC-a

43/40www.nzz.hr

43/46



44/40www.nzz.hr

44/46



45/40www.nzz.hr

45/46


Poboljšanje estimacije stanja

Poboljšanje točnosti – detekcija i eliminacija pogreški u mjerenju

Direktni podaci vanjske mreže –bolja aproksimacija vanjskog sustava

Bolja informiranost o stanju ees-a Redudancija u mjerenju - bolja točnost estimacije Točniji ulazni parametri za proračun – otpor i reaktancija

prijenosnih vodova ?

Potrebno daljnje istraživanje

Neuspješan pokušaj estimacije stanja samo na osnovu PMU mjerenja

46/40www.nzz.hr

46/46


Buduće smjernice

– Pozicija Hrvatske obzirom na implementaciju WAM sustava još uvijek dobra

– Potrebno pratiti svjetske trendove

– Moguće promjene strategije – razvoj aplikacija

Hvala na pažnji!

Documents

sufinanciranog od strane Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH