A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása Az …elkborzo/Hálózatok... ·...

Villamosmű kezelő 1Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Az „együttműködő” villamos energia rendszer kialakulása

Az 1890-es évek elején létesültek az első „erőtelepek”, eleinte csak egy-egy ipari fogyasztó ellátására. Természetesen „szigetüzemben” működtek, gyakorlatilag tartalék nélkül...Teljes káosz volt az alkalmazott feszültségekben: (120V=), (2kV~), (2*150V=), (3*120V 42Hz), (2*2kV~), (3*2kV), (3*330V~ 15Hz)

Az 1900-as évek elején – a gyakori kiesések miatt – létrejöttek az első kooperációk, hogy meghibásodás esetén ki tudják segíteni egymást. Ennek feltétele – természetesen - az azonos frekvencia és azonos feszültség volt. No meg a vezetéket is kellett építeni...Először városon belüli összekapcsolások történtek (pl. 3kV, 3f, 50Hz), majd városok közötti kooperációs vezetékek épültek az 1920-as években a 6, 10, 20, 31kV mellett 66kV-os feszültséggel...

Villamosmű kezelő 2Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A kooperáció előnyei:

A szükséges tartalék teljesítmény csökken. Csúcsterhelés esetén kisegíthetik egymást → az időeltolódás is

előny. Gazdaságos terhelés elosztás (alaperőmű, csúcserőmű,

üzemzavari tartalék gépegységek). Nagy rendszerben nagyobb egységteljesítmények miatt jobb

hatásfok. Hurkoltabb hálózatban kevesebb a veszteség.

Magyarországot a környező országokkal összekapcsoló távvezetékeket 1953-tól kezdték kiépíteni.

Villamosmű kezelő 3Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosmű kezelő 4Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosmű kezelő 5Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosmű kezelő 6Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosmű kezelő 7Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosmű kezelő 8Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosmű kezelő 9Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Az együttműködő villamos energia rendszer jellemzői:

(Termelés – szállítás, elosztás - fogyasztás)

- nagyon bonyolult fizikai rendszer

- nagy mennyiségű információ keletkezik

- egy berendezés állapotának változása kihat az egész rendszer működésére

- szigorú szabályok határozzák meg a működését

Mindezek miatt:

hierarchikus felépítésű az irányítási rendszere

Villamosmű kezelő 10Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamos energia rendszer irányítási struktúrája

ÉDÁSZKDSZ

MAVIR (FRI)

DÉDÁSZ KDSZ

TITÁSZKDSZ

ÉMÁSZ KDSZ

ELMŰ KDSZ

Gyöngyös ÜIK

Miskolc ÜIK

xxx ÜIK

Villamosmű kezelő 11Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosenergia szolgáltatás alapkövetelményei:

- Rendelkezésre állás:

biztonságos legyen az ellátás (n-1, n-2 elv)

- Minőségi jellemzők

U, f, szinuszosság, feszültség kimaradások,...

- Költség minimum

együttesen, rendszerszinten legyen optimális a termelés, szállítás, fogyasztás

A rendszerirányítás feladata: ezek kialakítása, fenntartása, szabályok kidolgozása

Villamosmű kezelő 12Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Rendszerállapotok:

A hálózatok, berendezések állapotának, a villamos jellemzőknek a változását sok körülmény okozhatja:

üzemzavarok, meghibásodások, tervszerű munkavégzések, fogyasztók hatása, időjárás, ...

Ezeket összefoglalóan rendszerállapottal jellemzik.

Az üzemirányítás folyamatosan ismétlődő tevékenység, melyet a hálózat állapotára vonatkozó információk határoznak meg.

Villamosmű kezelő 13Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Rendszer állapotok

Normál állapot:

- biztonság: n-1 elv teljesül

- minőség: megfelelő (nincs túllépés: f, U, I, P, … előírt értékű)

- optimum: minimum költségű

Veszélyeztetett állapot: berendezés kiesése okozza

- biztonság csökken

- minőség: megfelelő (nincs túllépés: f, U, I, P, … előírt értékű)

- optimum: általában nem minimum költségű

Villamosmű kezelő 14Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Veszélyes állapot: semmi sem teljesül

- biztonság: csökken

- minőség: nem teljesül

- optimum: nem teljesül

Súlyos üzemzavar:

- szinkron üzem megszűnése

- szigetüzemek

- nagy fogyasztói terület ellátatlan

- teljes üzemszünet

Villamosmű kezelő 15Borsody Zoltán /15

Rendszerirányítás folyamatának feladatai:

– üzemelőkészítés

– operatív üzemirányítás

– üzemértékelés

Villamosmű kezelő 16Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Üzemirányítás folyamata, a teherelosztók feladatai

Villamosmű kezelő 17Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Üzemelőkészítési feladatok („megelőző”~):

Terhelés becslés, megbízhatósági számítások, karbantartás tervezése

- hosszú távú (több éves):

beruházás tervezés (gazdaság fejlesztési szempontok, fejlődési trendek, energia igények, erőművek, nemzetközi kapcsolatok fejlesztése)

- középtávú (éves, havi):

karbantartás tervezése, üzemállapotok ellenőrzése (csökkent biztonságú állapotok kiszűrése)

- közel (rövid-) távú:

heti, napi, órás üzemállapotok tervezése

Villamosmű kezelő 18Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Operatív üzemirányítási feladatok („aktuális”~):

(Szűkebb értelemben vett üzemirányítás)

Napi, valós idejű feladatok ellátása:

- Rendszer figyelés (tervezett – valóságos üzemállapot összehasonlítása: topológia, terhelések)

- Kapcsolások engedélyezése, végrehajtása, dokumentálása (tervezett, terven kívüli kapcsolások)

- Üzemzavaros állapot megszüntetése (visszatérés normál üzemállapotba)

Villamosmű kezelő 19Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Üzem értékelési feladatok („utólagos”~):

Operatív üzemirányítás archivált adatainak feldolgozása.

- energia elszámolások

- üzemzavari jelentések készítése

- statisztikák készítése

Célja: üzemelőkészítéshez információ biztosítása (visszacsatolás)

Villamosmű kezelő 20Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása 10.

Villamosmű kezelő 21Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Telemechanikai rendszer

A magyar villamos energia rendszer irányítása 3 szintű:

- Független rendszerirányító, FRI (MAVIR)

- Körzeti diszpécser szolgálat, KDSZ (áramszolgáltatóknál) (~1954-)

- Üzemirányító központ, ÜIK (áramszolgáltatóknál) (~1968-tól)

1980. előtt az üzemirányítás telefonon érkező jelentéseken, illetve különböző távjelző rendszereken érkező információkon alapult.

A beavatkozást az alállomás kezelőszemélyzete végezte.

Villamosmű kezelő 22Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Az üzemirányítás legfontosabb eszköze:

telemechanika rendszer

Több, korábbi kísérleti megoldás után, kb. 1981-től indult a centralizált telemechanika, azaz a számítógépes üzemirányítási rendszer kiépítése.

A telemechanika elnevezés a távolról történő beavatkozásra utal.

A számítógépes rendszer igazodott a hierarchikus felépítésű üzemirányítói rendszerhez:

- KDSZ: telemechanika főközpont

- ÜIK: telemechanika középközpont

- Alállomás: telemechanika alközpont

Villamosmű kezelő 23Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A telemechanika rendszer feladata:

- Mérési adatok gyűjtése

- Jelzések fogadása

- Parancsok továbbítása, végrehajtása

A feladatokat valós időben (real time) kell ellátnia.

Az alközpont szerepe meghatározó, ez biztosítja a kapcsolatot a technológiával.

Egy tipikus 120/köf transzformátorállomás adatmennyisége ('90):

Jelzés: 100 db

Mérés: 70 db

Parancs (távműködtetés): 130 db

A jelzéseket, parancsokat 40ms felbontással eseménysorrendbe rendezve tárolja.

Ezek mellett a helyi megjelenítést, a kommunikációt is szolgálja.

Villamosmű kezelő 24Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A centralizált telemechanikai rendszer (1981-1993) jellemzői:

Az akkori technikai szintnek megfelelően az alállomásban egyetlen központi számítógép, RTU (Remote Terminal Unit) látta el ezeket a feladatokat.

Az egyes áramszolgáltatók (illetve az OVIT az alaphálózaton) különböző gyártmányú, de hasonló tudású eszközöket alkalmaztak.

Az ÉMÁSZ-nál valósult meg elsőként az üzemirányítás minden szintjére kiterjedő rendszer.

A magyar (MMG) gyártmányú SAM 85 berendezés egyetlen 8 bites 8085-ös mikroprocesszorral, 8kB-os EPROM-ban tárolt programmal működött.

A KDSZ, ÜIK szintjén szintén magyar (KFKI gyártmányú) TPA11/48 folyamatirányító számítógépet alkalmaztak magyar fejlesztésű („MORDA”)szoftverrel.

Az egyes szintek között a kommunikáció modemekkel, telefonvonalakon keresztül történt.

Villamosmű kezelő 25Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosmű kezelő 26Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányításaAz alállomási TM jellemzői:

Technológiai kapcsolat:

Az elektronika és az erősáramú technológia közötti galvanikus leválasztást és a szintillesztést kell biztosítani.

– Távadók: analóg mennyiségek átalakítása (4-20mA)

mérőváltókról U, I, P, egyéb: Cfok, ...

– Optocsatolók: 220V= szintű hibajelzések (1bites), állásjelzések (2 bites)

fogadása, esetenként logikai összevonás

– Relés vezérlés elosztók: 220V= parancsok kiadása

kétlépcsős működés: primer készülék kiválasztása, parancs végrehajtása

Ezek külön helyiséget foglaltak el...

Távoli kommunikáció:

Az alközpont 200 bit/s sebességgel, a 4kHz-es telefonvonal megosztott beszédsávja (3kHz) felett kommunikált, SAM protokollal. Az ÜIK – KDSZ között telefonvonalon 1200bit/s adatátviteli sebességet használt a rendszer.

Villamosmű kezelő 27Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

AKIR koncepció (1989)

Az Alállomási Komplex Irányítási Rendszer (AKIR) megfogalmazta a védelem + automatika + telemechanika integrálásának szükségességét.

– Mindhárom területen elektronikus készülékeket használnak

– Ezek az eszközök az erősáramú technológiához kapcsolódnak

– A védelem és automatika készülékek a leágazásokban helyezkednek el (a telemechanika még centralizált)

– A védelem és automatika funkciók egyes készülékekben már integrálódtak

Cél: – Kevesebb csatlakozás a technológia felé

– A készülékek közötti erősáramos csatlakozások megszünnek

– Egységes hardver

– A párhuzamos feldolgozások száma csökken

Villamosmű kezelő 28Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

ÜRIK program (1991-2001):

Az Országos Villamos Teherelosztó (OVT) és az áramszolgáltatók irányítástechnikai rendszerének korszerűsítését tűzte ki célul.

Az ÉMÁSZ-nál ekkorra teljes körűen kiépült és működött a telemechanika, így az ÉMÁSZ a távközlő, (adatátviteli ) hálózat fejlesztését indította el.

Ennek keretében optikai, mikrohullámú összeköttetések létesültek

Megvalósult az ÉMÁSZ és az OVT közötti számítógépes kapcsolat

Villamosmű kezelő 29Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Mezőorientált telemechanika rendszer (1993-)

A centralizált telemechanika alközpont helyét fokozatosan átvették a „mezőorientált” telemechanika készülékek.

– A „mezőgépek” a leágazásokba kerültek, a technológiához csatlakoznak

– A védelem-automatika készülékektől függetlenek.

– A mezőgépek optikai gyűrűn keresztül kommunikálnak a fejgéppel.

– A fejgép a kommunikál a felsőbb irányítási szinttel és a mezőgépekkel, feladata az alállomási adatok kezelése, a helyi megjelenítés, kezelés biztosítása

Az alállomási telemechanika korszerűsítése során magyar, Prolan fejlesztésű és gyártású PROFIELD mezőorientált eszközök váltották fel a SAM és SINAUT eszközöket. Az ELMŰ alállomásaiba INFOWARE, szintén magyar készülékek kerültek, amelyek már bizonyos védelem-automatika funkciót is elláttak.

Villamosmű kezelő 30Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Távműködtethető oszlopkapcsolók (TMOK)

Az oszlopkapcsolók a középfeszültségű hálózat bontását biztosítják, alapvetően kézi működtetésű terheléskapcsolókkal.

Az oszlopkapcsolóknak fontos szerepük van az üzemzavarok behatárolásánál, a hálózatok átrendezése során.

TMOK: az üzemzavar elhárítási idő csökkentése érdekében az oszlopkapcsolókat be kell vonni a telemechanika rendszerbe

– Motoros működtetésű oszlopkapcsolót kell beépíteni

– Akkumulátor biztosítja a működését a váltakozó feszültség kimaradásakor

– A tápellátást, akkumulátor töltését feszültségváltó végzi.

– Áramváltó biztosítja a zárlati áram érzékelését a védelemhez

– Ellátási (tulajdoni-) határ esetén digitális fogyasztásmérő is be van építve az energia elszámolás céljából.

– A távműködtetést, jelzések, mérési adatok továbbítását PROFIELD-5, a telemechanika „oszlopgép” végzi

– Az alállomási fejgéppel rádiós modemen keresztül kommunikál

Villamosmű kezelő 31Borsody Zoltán /15

Villamosmű kezelő 32Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A fejlődés következő lépcsőjében a leágazás telemechanikai funkcióit a védelmekbe bedugott irányítástechnikai kártya biztosította.

Időközben végbement az alállomásokban a véd+aut+irt integrációja, a korszerű védelmek a telemechanika (SCADA-) rendszer igényeit is kielégítik.

Optikai hálózaton keresztül kommunikálnak a fejgéppel, ami a telemechanikai kapcsolatok mellett a védelmes távfelügyeleti rendszerrel is lehetővé teszi a kapcsolatot.

A következő ábra jó példa a különböző eszközök együttélésére a részleges rekonstrukciók alatt.

Villamosmű kezelő 33Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Alállomási

telemechanika

rendszere

Villamosmű kezelő 34Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

ÜIK feladata:

Egy-egy régió középfeszültségű (35, 22, 11kV) hálózatának üzemirányítása

ÜIK telemechanika középközpont feladata:– Kapcsolattartás az alállomások TM fejgépekkel

– Kapcsolattartás a KDSZ TM főközponttal

– Diszpécseri munkahelyek kiszolgálása

– Sématábla meghajtása

Villamosmű kezelő 35Borsody Zoltán /15

ÜIK

Villamosmű kezelő 36Borsody Zoltán /15

KDSZ feladata:

Egy áramszolgáltató főelosztó hálózatának (120kV) üzemirányítása

ÜIK telemechanika főközpont feladata:– Kapcsolattartás az alállomási TM középközponttal

– Kapcsolattartás az OVT telemechanikával

– Kapcsolattartás alaphálózati alállomásokkal

– Diszpécseri munkahelyek kiszolgálása

– Sématábla meghajtása

– Adatkapcsolatok biztosítása a vállalati ügyviteli számítógépes rendszerrel

Villamosmű kezelő 37Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosmű kezelő 38Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Integrált üzemirányítói rendszer (2010-)

(IDCS: Integrated Dispatcher Center System, PROLAN)

A KDSZ és ÜIK telemechanikai rendszer újabb korszerűsítése strukturális változást hozott a számítógépes rendszerben

A korábbi, hierarchikus számítógépes hálózat pont-pont közötti adatkapcsolatokat használt.

Az új, IDCS rendszerben minden számítógép, RTU, munkaállomás, szerver egy adatátviteli „felhőre” csatlakozik. Ezt mutatja a következő egyszerűsített rajz.

Villamosmű kezelő 39Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Miskolc

GyöngyösSzerverközpont

Szerverközpont

Munkahely

Munkahely

RTU

RTU

RTU RTU

Külső rendszerek

SCADA VLAN

Villamosmű kezelő 40Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A korszerű védelmek, a mezőorientált alállomási telemechanikai eszközök változatlan formában, szabványos protokollt használva teljesítik az IDCS rendszer követelményeit.

Az így létrehozott SCADA rendszer már valós időben elérhetővé tesz olyan szolgáltatásokat, amikre korábban a szakértői-, döntéselőkészítő rendszerek csak hosszú feldolgozási idővel, off-line üzemmódban voltak képesek.

Villamosmű kezelő 41Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Az RTU-k az adatátviteli hálózaton keresztül a szerverekkel kummunikálnak.

Az ÜIK és KDSZ üzemirányítói a számítógépükkel (megjelenítő rendszerrel) a szerverről kapják az információt, és a távműködtetést is ezen az úton végzik el.

Természetesen a szerverek tartalékoltak, és megfelelő biztonsági rendszerekkel vannak ellátva. Ugyanez jellemzi az adatátviteli hálózatot is.

A szervereken minden információ megtalálható, amik a hálózat állapotát jellemzik. (Mérések, jelzések, adatbázisok az alállomási berendezésekről, GIS, fényképek, GPS koordináták, stb.)

Villamosmű kezelő 42Borsody Zoltán /15

jjjMAVIR

Miskolc-i szerver központ

Miskolc-i szerver központ

1. lépés: ÉMÁSz üzemirányítás, részben összevont, tartalékolt struktúrával (2010)

ÉMÁSZ RTU rendszerek

Gyöngyös-i szerver központ

Gyöngyös-i szerver központ

Call Center

üzemirányítási VPN hálózat

vállalati intranet

adatcsere, FKA

ügyfélkapcsolat

SCADAüzemeltetői

munkahelyek

Miskolc régió

Sárospatak régió

Salgótarján régió

Korlátozott funkciójú munkaállomások

üzemelőkészítés, KFMU,munkairányítás

Térkép alapú rendszer (GIS)

Archívum és jelentés kezelés

Archívum és jelentés kezelés

HKV + RKV

ÉMÁSz irányítóközpontMiskolc

Munkahelyek tetszőleges kiépítésben, számban, helyen és területi/tevékenységi jogosultsággal

Régió irányítóközpontGyöngyös

Munkahelyek tetszőleges kiépítésben, számban, helyen és területi/tevékenységi jogosultsággal

ELCOM

IEC60870/5-104

Régió irányítóközpontEger

Munkahelyek tetszőleges kiépítésben, számban, helyen és

területi/tevékenységi jogosultsággal

Eger régió

Gyöngyös régió

Korlátozott funkciójú munkaállomások

üzemelőkészítés, KFMU,munkairányítás

Villamosmű kezelő 43Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

SCADA rendszer főbb funkciói:– Adatgyűjtés

– Távműködtetés

– FKA korlátozás (csoportos kikapcsolások)

– Információ tárolás és visszakeresés (1ms felbontású esemény sorrend)

– Riasztás kezelés (határárték túlépések, kommunikációs hibák, egyéb eszközök hibái)

– Eseménynaplózás

– Jelentések

Villamosmű kezelő 44Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Magasabb szintű management- és szakértői funkciók

EMS (Energy Management System) funkciók

Kikapcsolás hatásának vizsgálata (terhelés eloszlás, feszültségek, várható terhelés)

Terhelés becslés (Load Forecast)

Terhelés óránkénti előrejelzése

Hálózatszámítás (valós idejű)– Topológia feldolgozása

– Állapotbecslés

– Fogyasztói adatbázis

– Kontingencia analízis (ellátás folytonosság)

– Zárlatszámítás (3F/3FN, 1FN, 2F, 2FN)

Hálózatszámítás (szimulációs üzemmód, off-line)

Villamosmű kezelő 45Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

DMS (Distribution Management System), Elosztóhálózati irányítási funkciók

Hálózat színezés– Feszültség alatt álló hálózat színezése

– Táppontonkénti színezés

– Kikapcsolt állapot színezése

– Földelt állapot színezése

Egyvonalas ábra (sémakép) generálás térképi (GIS) ábrázolásból

Automatikus rendszer helyreállítás– Automatikus rendszermentés

– Kapcsolási sorrend generálása diszpécseri baavatkozáshoz

Villamosmű kezelő 46Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosmű kezelő 47Borsody Zoltán /15

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

SPM (Switching Procedure Management), kapcsolási sorrend funkciók

Kapcsolási sorrendek automaikus és kézi létrehozása– Feszültségmentesítés

– Gyűjtsín átrendezés

– Kiserőművek viselkedése, stb

DTS (Dispatcher Training Simulator)

Oktató rendszer a üzemzavari-, és különböző hálózati események lefolyásának szimulálásával