64
SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski studij elektrotehnike DIPLOMSKI RAD Projekt nadzora elektroenergetske mreže RITEH-a u realnom vremenu Mentor: Doc. dr. sc. Srđan Skok Ime i prezime: Matija Frajman Matični broj: 0069034428 Rijeka, rujan 2010.

SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET

Sveučilišni diplomski studij elektrotehnike

DIPLOMSKI RAD

Projekt nadzora elektroenergetske mreže RITEH-a u realnom

vremenu

Mentor: Doc. dr. sc. Srđan Skok

Ime i prezime: Matija Frajman

Matični broj: 0069034428

Rijeka, rujan 2010.

Page 2: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

ii

Sadržaj zadatka

Opisati tehnološka rješenja nadzora elektroenergetskog sustava. Teorijski objasniti

sinkronizirana mjerenja fazora napona i struje. Opisati elektroenergetsku mrežu RITEH-a.

Izraditi idejni projekt nadzora elektroenergetskog sustava RITEH-a.

Page 3: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

iii

SVEUČILIŠTE U RIJECI

TEHNIČKI FAKULTET

Sveučilišni studij elektrotehnike

Smjer: Elektroenergetika

IZJAVA:

Sukladno članku 10. ''Pravilnika o diplomskom radu i diplomskom ispitu na

diplomskim sveučilišnim studijima'' Tehnočkog fakulteta Sveučilišta u Rijeci od rujna

2009., izjavljujem da sam samostalno izradio diplomski rad prema zadatku za diplomski

rad pod brojem 602-04//10-07/15 (Projekt nadzora elektroenergetske mreže RITEH-a u

realnom vremenu) uz konzultiranje s mentorom rada.

Matija Frajman

potpis

Matični broj:

0069034428

Rijeka, rujan 2010.

Page 4: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

iv

Sadržaj

1. UVOD……………………………………………………………………………………1

2. OPIS TEHNOLOŠKIH RJEŠENJA NADZORA EES-a…………………………….2

2.1. SCADA sustavi………………………………………………………………...2

2.1.1. Arhitektura SCADA sustava………………………………………….3

2.1.2. Primjena SCADA sustava u EES-u RH………………………………5

2.2. Sistemski nadzor EES-a zasnovan na PMU tehnologiji………………………..8

2.2.1. Konfiguracija sistemskog nadzora……………………………………8

2.2.2. Područje primjene sistemskog nadzora……………………………..14

2.2.3. Funkcije sistemskog nadzora………………………………………..18

2.2.4. Primjena sistemskog nadzora u EES-u Hrvatske……………………25

3. OPIS ELEKTROENERGETSKE MREŽE RITEH-a……………………………...34

4. IDEJNI PROJEKT NADZORA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVA

RITEH-a…………………………………………………………………………………..35

4.1. SEL-421 uređaji……………………………………………………………….36

4.2. Konfiguracija Ethernet veze između SynchroWAVe softvera i PMU

uređaja..……………………………………………………………………………38

4.3. SynchroWAVe softveri……………………………………………………….41

4.3.1. SEL – 5076 SynchroWAVe Archiver Software…………………….46

4.3.2. SEL – 5077 SynchroWAVe Server Software……………………….47

4.3.3. SEL – 5078 SynchroWAVe Console Software……………………..48

4.4. Spajanje PMU uređaja na mrežu……………………………………………...50

5. ZAKLJUČAK………………………………………………………………………….54

6. LITERATURA………………………………………………………………………...55

PRILOG A: BLOK SHEMA ELEKTROENERGETSKOG PRIKLJUČKA RITEH-a

Page 5: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

v

Popis oznaka i kratica

DSS Sustav za pomoć (od eng. Decision Support System)

EES Elektroenergetski sustav

EMS Sustavi za upravljanje energijom (od eng. Energy Management System)

ENTSO-E European Network of Transmission System Operators of Electricity

GPS Globalni sustav pozicioniranja (od eng. Global Positioning System)

HEP Hrvatska elektroprivreda

HEP – OPS Hrvatska elektroprivreda – Operator prijenosnog sustava

HMI Sučelje čovjek – stroj (od eng. Human Machine Interface)

IED Inteligentni elektronički uređaj (od eng. Intelligent Electronic Device)

LAN Lokalna (informacijska) mreža (od eng. Local Area Network)

NDC Nacionalni dispečerski centar

PC Osobno računalo (od eng. Personal Computer)

PDC Računalo za prikupljanje podataka (od eng. Phasor Data Concentrator)

PLC Programabilni logički kontroler (od eng. Programmable Logic Controller)

PMU Sinkrona mjerna jedinica (od eng. Phasor Measurement Unit)

RITEH Tehnički fakultet, Rijeka

RMS Efektivna vrijednost neke veličine (eng. Root Mean Square Value)

RTU Udaljeni nadzorni uređaj (od eng. Remote Terminal Unit)

SCADA Sustavi za upravljanje i nadzor (od eng. Supervisory Control And Data

Acquisition)

SDH Sinkrona digitalna hijerarhija ( od eng. Synchronous Digital Hierarchy

telekomunikacijski sustav HEP-a)

TCP/IP Prijenosni protokol (od eng. Transmission Control Procedure/Internet

Protocol)

UCTE Union for the Coordination of Transmission of Electricity

UDP/IP Prijenosni protokol (od eng. User Datagram Protocol/Internet Protocol)

WAM Sistemski nadzor (od eng. Wide Area Monitoring)

WAMPAC Sistemski nadzor, zaštita i upravljanje (od eng. Wide Area Monitoring,

Protection and Control)

Page 6: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

vi

Popis tablica

Tablica 2.1: Usporedba sustava nadzora WAM –EMS/SCADA…………………….........17

Tablica 4.1: Tipične postavke Ethernet veze PMU uređaja (SEL-421)…………………...39

Tablica 4.2: SynchroWAVe Archiver – postavke Ethernet veze s PMU uređajem……….40

Tablica 4.3: Karakteristike strujnog mjernog transformatora Lovato DM1T 0100……….50

Page 7: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

vii

Popis slika

Slika 2.1: Ulazi i izlazi posluživača SCADA sustava………………………………………4

Slika 2.2: Ulazi i izlazi nadzornog uređaja……………………………………………….....5

Slika 2.3: Osnovna arhitektura sistemskog nadzora………………………………………...8

Slika 2.4: Osnovna blok shema sinkronizirane mjerne jedinice…………………………....9

Slika 2.5: Blok shema strukture sistemskog nadzora……………………………………...12

Slika 2.6: Uzorkovanje veličina EES-a u realnom vremenu……………………………....13

Slika 2.7: Povezivanje sistemskog nadzora sa SCADA sustavom………………………...16

Slika 2.8: Trend prikaz arhiviranih podataka……………………………………………...21

Slika 2.9: Prikaz fazora struje i napona……………………………………………………22

Slika 2.10: Grafičko sučelje aplikacije za naponsku stabilnost……………………………23

Slika 2.11: Funkcija nadzora oscilacija snage s grafičkim sučeljem……………………...24

Slika 2.12: Korisničko sučelje PSGuard aplikacije za HEP – OPS…………………….....25

Slika 2.13: Izvedba sustava………………………………………………………………..26

Slika 2.14: Lokacije PMU uređaja u hrvatskom prijenosnom sustavu……………………27

Slika 2.15: Arhitektura WAM sustava………………………………………………….....29

Slika 2.16: Komunikacijska mrežna topologija WAM sustava…………………………...33

Slika 4.1: Shema Ehernet veze između PMU uređaja i PC……………………………….35

Slika 4.2: Prednji dio SEL-421 uređaja sa prikazom kontrolnih tipki i signalnih dioda ….37

Slika 4.3: Stražnji dio SEL-421 uređaja sa prikazom konektora …………………………37

Slika 4.4: Sučelje AcSELerator QuickSet softvera……………………………………......38

Slika 4.5: Shema načina rada SynchroWAVe softvera .…………………………………..42

Slika 4.6: Aktiviranje prikupljanja podataka iz PMU uređaja …………………………....43

Slika 4.7: Postavke IP adrese kojoj Server šalje podatke …………………………………44

Slika 4.8: Podaci iz dva PMU uređaja se šalju jednom klijentu …………………………..46

Slika 4.9: Postavke komunikacija SynchroWAVe Archiver Software-a …………………46

Slika 4.10: Postavke komunikacija SynchroWAVe Console Software-a ………………...47

Slika 4.11: Aktivacija SynchroWAVe Archiver Software-a ……..……………………….47

Slika 4.12: Sučelje SynchroWAVe Archiver Software-a…………………………………47

Slika 4.13: Sučelje SynchroWAVe Server Software-a……………………………………48

Slika 4.14: Sučelje SynchroWAVe Console Software-a………………………………….49

Slika 4.15: Lovato DM1T 0100…………………………………………………………...51

Slika 4.16: Shema spajanja strujnih mjernih transformatora……………………………...51

Page 8: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

viii

Slika 4.17: Slog dvopolno izoliranih naponskih transformatora…………………………..52

Slika 4.18: Slog jednopolno izoliranih naponskih transformatora………………………...52

Slika 4.19: Naponski mjerni transformator………………………………………………..53

Page 9: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

1

1. UVOD

Cilj diplomskog rada je izrada idejnog projekta nadzora elektroenergetske mreže

Tehničkog fakulteta u rijeci (RITEH-a) u realnom vremenu.

U prvom dijelu rada opisana su tehnološka rješenja nadzora elektroenergetskih sustava,

odnosno sustavi za upravljanje i nadzor (engl. Supervisory Control And Data Acquisition -

SCADA), te sistemski nadzor elektroenergetskih sustava zasnovan na sinkronim mjernim

jedinicama (engl. Phasor Measurement Unit - PMU).

SCADA je računalni sustav za prikupljanje i analizu podataka u stvarnom vremenu. To su

raspodijeljeni sustavi kojima se podaci iz različitih objekata širom elektroenergetskog

sustava (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. SCADA sustavi daju

prikaz stanja unutar EES-a do nekoliko minuta, te s takvom brzinom ne mogu pružiti sliku

stanja EES-a u realnom vremenu.

Sinkronizirane mjerne jedinice služe za prikupljanje podataka u EES-u. Korištenjem

razvijene komunikacijske infrastrukture podaci se prenose u centralni sustav sistemskog

nadzora, a za dobivanje dobivanje točnog vremena koristi se globalni sustav pozicioniranja

(eng. Global Positioning System - GPS). Serveri prikupljaju i obrađuju podatke iz

sinkroniziranih mjernih jedinica, iz cijelog EES-a u realnom vremenu, čime se dobivaju

trenutne snimke stanja EES-a. Na taj način se ostvaruje realna slika stanja unutar EES-a.

U trećem poglavlju opisana je elektroenergetska mreža RITEH-a, i to blok shemom

elektroenergetskog priključka RITEH-a, na kojoj su istaknuta predviđena mjesta ugradnje

PMU uređaja. Blok shema elektroenergetskog priključka RITEH-a dana je u prilogu A.

U četvrtom poglavlju izrađen je idejni projekt nadzora elektroenergetskog sustava RITEH-

a koji se temelji na vezi između PMU uređaja i računala za prikupljanje i obradu podataka

u koje se prenose podaci o fazorima preko postojeće LAN (eng. Local Area Network)

mreže fakulteta. Isto tako, opisane su osnovne mogućnosti softverskog paketa za

prikupljanje i obradu fazorskih podataka.

Najvažniji zaključci prezentirani su u petom poglavlju.

Page 10: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

2

2. OPIS TEHNOLOŠKIH RJEŠENJA NADZORA EES-a

2.1. SCADA sustavi 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 pod nazivom

SCADA sustavi (eng. Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA). Prva namjena SCADA sustava 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. SCADA sustavi su raspodijeljeni

sustavi kojima se podaci iz različitih objekata širom elektroenergetskog sustava (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 SCADA sustava kao centralno mjesto prikupljanja podataka.

Posluživači prosljeđuju podatke dalje klijentima SCADA sustava. Najčešća namjena

klijenta jest vizualizacija trenutnog stanja u EES-u.

Od suvremenih SCADA sustava 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 različite norme čija je namjena normizacija načina povezivanja

različitih komponenti SCADA sustava. Normizacijom su otvorene nove mogućnosti koje

uključuju mogućnost izrade SCADA sustava kombiniranjem proizvoda različitih

proizvođača. Time je ostvarena višestruka korist: prestaje ovisnost o jednom proizvođaču

Page 11: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

3

opreme, a kombiniranjem različitih proizvoda moguće je postići željenu optimalnu

funkcionalnost SCADA sustava kao cjeline.

2.1.1. Arhitektura SCADA sustava Četiri osnovne komponente SCADA sustava uključuju:

• posluživače,

• klijente,

• udaljene nadzorne uređaje,

• komunikacijsku opremu.

Uloga posluživača SCADA sustava je prikupljanje podataka iz udaljenih

mjernoupravljačkih uređaja na širem području EES-a. Odnos između posluživača i

mjernoupravljačkih uređaja obično se opisuje kao odnos nadređeni – podređeni (eng.

master – slave). Klijenti SCADA sustava 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 SCADA sustava izmjenjuje s ostalim komponentama sustava

prikazane su na slici 2.1.

Page 12: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

4

Slika 2.1: Ulazi i izlazi posluživača SCADA sustava

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 SCADA sustava izda nalog za slanje. Druga sofisticiranija vrsta RTU

uređaja koristi mikroračunala i programabilne logičke controlere (eng. Programmable

Logic Controller – PLC) s mogućnošću izravnog nadzora procesa bez intervencije

posluživača. Slika 2.2 prikazuje primjer odnosa nadzornog uređaja s ostalim

komponentama SCADA sustava.

Page 13: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

5

Slika 2.2: Ulazi i izlazi nadzornog uređaja

Centralna procesna jedinica nadzornog uređaja može komunicirati s posluživačem

u SCADA sustavu 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 Republici Hrvatskoj, telekomunikacijska infrastruktura Hrvatske elektroprivrede (HEP-

a) osigurava sve vrste komunikacije u procesu vođenja EES-a.

Osnovna struktura SCADA sustava 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, SCADA sustavi su višezadaćni sustavi temeljeni na bazi

podataka održavanoj u stvarnom vremenu. Posluživači SCADA sustava namijenjeni su za

prikupljanje i obradu podataka, provjeru alarma, proračune, zapisivanje događaja i

arhiviranje, itd. Osim posluživača opće namjene postoje i namjenski posluživači koji su

posvećeni samo jednoj od navedenih zadaća. Korištenjem namjenskih posluživača moguće

Page 14: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

6

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 SCADA sustava sastoji se od vrijednosti, oznake

valjanosti i vremenske oznake. Vrijednost određuje iznos promatrane mjerene veličine, dok

oznaka valjanosti označava njegovu kvalitetu. Važno svojstvo svih SCADA sustava 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 SCADA sustava, u prvom redu klijenta, jest prikaz

stanja operateru, te mogućnost upravljanja EES-om. Suvremeni SCADA sustavi

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 SCADA

sustava. Većina SCADA sustava 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.

2.1.2. Primjena SCADA sustava u EES-u RH Izgradnja prvog sustava daljinskog vođenja u HEP-u 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.

Page 15: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

7

Posljednjih 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 2000. 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.

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,

te se provodi postupak zamjene cijelog sustava daljinskog vođenja.

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 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.

Page 16: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

8

2.2. Sistemski nadzor EES-a zasnovan na PMU tehnologiji Ideja o sistemskom nadzoru EES-a postoji dugi niz godina, međutim praktična

primjena, započela je nakon što su ostvareni uvjeti tehnološke dostupnosti uređaja i

teorijske podloge o specifičnim poremećajima u EES-u. Razvoj tehnologije ubrzao je

izvedbu konkretnih tehničkih rješenja u elektroprivredama za sistemska izvedbe sustava

vođenja.

2.2.1. Konfiguracija sistemskog nadzora Primjena sistemskog nadzora moguća je u bilo kojem EES-u, bez obzira na njegovu

veličinu i kompleksnost. Također je moguće koristiti određene funkcije sistemskog

nadzora i između dva neovisna EES-a. Razlog takvoj fleksibilnosti leži u činjenici da se

koristi relativno jednostavna struktura sistemskog nadzora.

Arhitektura i dizajn sistemskog nadzora sastoji se od tri osnovna elementa, prikazana na

slici 2.3:

• sinkronizirane mjerne jedinice (PMU),

• centralni sustav prikupljanja podataka (SPDC i PDC) i

• telekomunikacijska infrastruktura.

Slika 2.3: Osnovna arhitektura sistemskog nadzora

Page 17: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

9

Sinkronizirane mjerne jedinice (engl. Phasor Measurement Unit – PMU), služe za

prikupljanje podataka u EES-u. Korištenjem razvijene komunikacijske infrastrukture

podaci se prenose u centralni sustav sistemskog nadzora. Može se reći kako je jedna od

važnih karakteristika takvog tehničkog rješenja korištenje GPS sustava za dobivanje

točnog vremena. Bez GPS ili nekog sličnog sustava, sistemski nadzor ne bi mogao raditi.

Trenutno se razmatra i korištenje novog europskog sustava Galileo. U Kini se koristi

vlastiti sustav, kao i u Rusiji sustav Glosnat. Jedna od opcija je svakako ugradnja i

preciznih satova u sinkronizirane mjerne jedinice, ali takvo tehničko rješenje trenutno nije

realno izvedivo. Također je moguće korištenje standarda IEEE-1588 za precizno

sinkroniziranje unutar mreža.

Sinkronizirane mjerne jedinice

Sinkronizirane mjerne jedinice predstavljaju tehnološki napredak u korištenju

sistemskog nadzora i čine osnovu sistemskog nadzora. Objedinile su klasične uređaje

sekundarnih sustava i potrebno novo funkcijsko svojstvo za prikupljanje podataka u

realnom vremenu. Tek tako oblikovane su omogućile kvalitetnu realizaciju sistemskog

nadzora.

Razvoj istih ili sličnih uređaja, započeo je u ranim osamdesetim godinama prošlog stoljeća,

uglavnom u SAD-u. Početkom devedesetih objavljena je i prva norma američkog

strukovnog udruženja IEEE. Norma IEEE 1344 o sinkrofazorima doživjela je više

promjena, te najnovija verzija norme nosi naziv IEEE 1344-1995.

Razvojem sinkroniziranih mjernih jedinica, izrađena je nova norma, koja je osim u SAD-

globalno prihvaćena (norma nosi oznaku C.37-118-2005).

Osnovna blok shema sinkronizirane mjerne jedinice prikazana je na slici 2.4:

Slika 2.4: Osnovna blok shema sinkronizirane mjerne jedinice

Page 18: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

10

Kao i svaki drugi uređaj sekundarnih sustava, sinkrona mjerna jedinica pretvara analogni

signala u digitalni, uz određeno filtriranje i brzinu uzorkovanja. Ključna prednost

sinkroniziranih mjernih jedinica je pridjeljivanje vremenske oznake za svaki uzorak. Tek

nakon toga se informacija o struji, naponu i frekvenciji šalje prema daljinskim centrima

vođenja. Glavne karakteristike sinkroniziranih mjernih jedinica su:

• brzina uzorkovanje od 10 do 50 uzoraka/sekundi

• uzorkovanje napona i struja

• pridjeljivanje točnog vremena uzorku, s točnošću od 10-6, (1 μs)

• vrijeme obrade unutar sinkronizirane mjerne jedinice je do nekoliko ms

• prijenos direktne komponente, napona, struje i frekvencije

• lokalna mjerenja i lokalne funkcije

o funkcija podnaponske zaštite

o funkcija nadnaponske zaštite

o funkcija podfrekventne zaštite

o funkcija nadfrekventne zaštite

o funkcija nadstrujne zaštite

o funkcije lokalnog upravljanja i signalizacije

• brzine komunikacijskih ulaza/izlaza, 10, 100 ili 200 MB

• lokalni prikaz mjerenja na uređaju

Uzorkovanje se obavlja uz korištenje rekurzivnog algoritma diskretne Fourierove

transformacije, izraz (2.1). Na taj način se prenosi podatak o vektoru mjerenih veličina

struje i napona.

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+= ∑ ∑

= =

M

k

M

kkk kjk

MV

1 1cossin2 θθ νν (2.1)

gdje je:

ν k podatak o trenutnom naponu dobiven preko A/D pretvornika,

M broj prikupljenih uzoraka napona,

θ kut uzorkovanja.

Iz jednadžbe (2.1) može se odrediti fazni kut δ prema sljedećem izrazu:

{ }{ }⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= −

VV

ReImtan 1δ (2.2)

Page 19: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

11

gdje su:

( )VIm imaginarni dio fazora napona,

( )VRe realni dio fazora napona.

Sinkronizirana mjerna jedinica se danas kao i svaki drugi uređaj može ugraditi u postojeće

elektroenergetske objekte. Posebna pažnja je posvećena poštovanju zahtjeva za

elektromagnetskom otpornošću. Potrebno je istaknuti opciju ugradnje sinkroniziranih

mjernih jedinica unutar uređaja relejne zaštite.

Današnja praksa ukazuje na mjesta gdje se sinkronizirane mjerene jedinice najviše koriste:

• dalekovodna polja najvišeg prijenosnog napona, 400, 220 kV

• proizvodni objekti, generatori

• transformatori s poprečnom regulacijom

• specifična mjesta 110 kV mreže

• istosmjerne veze (DC-DC link)

Ugradnjom sinkroniziranih mjernih jedinica na strateškim mjestima dobiva se kvalitetan

nadzor nad prijenosnom mrežom EES-a.

Centralni sustav prikupljanja podataka

Centralni sustav prikupljanja podataka sastoji se od hardwareskog dijela (HW) i

programske podrške (SW), koja je najčešće smještena u sklopu opreme i podrške za

vođenje EES-a u regionalnim, nacionalnim, te područnim centrima upravljanja.

Hardware se u principu uvijek sastoji od konfiguracije server + klijenti. Moguće su dvije

osnovne konfiguracije:

I. 1 server + klijenti

II. 1 glavni server + više podservera + klijenti

Server može objedinjavati više funkcija:

• prihvat podataka iz mreže sinkroniziranih mjernih jedinica

• obrada podataka

• ostvarenje funkcija monitoringa

• arhiviranje podataka

• sučelje prema operaterima

Page 20: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

12

Osnovna razlika između konfiguracija I i II, je u načinu prikupljanja podataka.

Konfiguracija I ima samo jednu razinu na kojoj se prikupljaju podaci (Phasor Data

Concentrator, PDC), dok konfiguracija II ima dvije ili više razina. Server koji prikuplja

podatke na višoj razini naziva se i Super Phasor Data Concentrator, SPDC, slika 2.5.

Slika 2.5: Blok shema strukture sistemskog nadzora

Ukoliko u EES-u postoji relativno mali broj sinkroniziranih mjernih jedinica tada ih

je moguće kvalitetno i sigurno povezati samo s jednim serverom ili PDC-om. Kada se taj

broj poveća, odnosno povezuje se više područja potrebno je migrirati u pravcu više

servera, koji su na kraju objedinjeni s jednim SPDC-om. Obrade podataka unutar PDC-a

ne usporavaju bitno protok i brzinu slanja, kašnjenje je u tom slučaj nekoliko stotina

milisekundi.

Serveri prikupljaju i obrađuju podatke iz sinkroniziranih mjernih jedinica, iz cijelog EES-a

u realnom vremenu, slika 2.6, čime se dobivaju trenutne snimke stanja EES-a. Na taj način

se ostvaruje realna slika stanja unutar EES-a. Vrijeme za ostvarenja uvida u stanje EES-a i

osvježavanje podataka je manje od 200 ms. Ekstrakcijom, obradom i upotrebom ekspertnih

algoritama omogućava se i pravodobno informiranje i upozoravanje operatera u

dispečerskim centrima. Bitna razlika u odnosu na klasične SCADA sustave je u brzini

Page 21: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

13

prikupljanja podataka. Klasični SCADA sustavi su kasnili s prikazom stanja unutar EES-a

do nekoliko minuta, te s takvom brzinom nisu mogli pružiti sliku stanja EES-a u realnom

vremenu.

Brzina izvođenja funkcija u serverima (SPDC i PDC) je do 20 ms, što omogućuje da se

osim sistemskog nadzora, izvode i sve njegove funkcije u realnom vremenu.

Slika 2.6: Uzorkovanje veličina EES-a u realnom vremenu

Programska podrška sistemskog nadzora postaje izuzetno važna, s vrlo velikom

perspektivom za razvoj i unapređenje. Današnje funkcije sistemskog nadzora se uglavnom

sastoje od grupe funkcija za arhiviranje podataka i grupe funkcija za obradu podataka.

Obrada podataka se uglavnom danas obavlja na razini nadzora (monitoringa) i

signalizacije. Upravljačke i zaštitne funkcije uglavnom nisu razvijene niti su u operativnoj

upotrebi. Taj prostor ostaje kao veliki potencijal za daljnji razvoj.

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.

Page 22: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

14

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.

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 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.

2.2.2. Područje primjene sistemskog nadzora Razvojni dio sistemskih nadzora je završen prije, te je na elektroprivredama zadatak

za operativnu upotrebu i korištenje. Sistemski nadzor se razvijao kao samostalna cjelina u

prostoru koji nije bio pokriven adekvatnim tehničkim rješenjima.

Pogonska iskustva su potvrdila u punom svjetlu njegovu perspektivu te su i ubrzala razvoj

uređaja i funkcija.

Sistemski nadzor se primjenjuje u vođenju EES-a, s implementiranim skupom funkcija za

pomoć pri donošenju odluka operaterima/dispečerima. Vođenje EES-a pri maksimalnim

opterećenjima, postaje izuzetno kompleksno i rizično, stoga se razvija poseban skup

funkcija kao pomoć pri donošenju odluka u svakodnevnom radu operatera. Povijest razvoja

sustava za pomoć (eng. Decision Support System, DSS) u donošenju odluka je relativno

Page 23: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

15

kratka, a počela se intenzivnije razvijati nakon niza poremećaja u zadnjem desetljeću.

Analize su pokazale kako je potrebno dispečerima omogućiti bolji uvid u stanje u EES-u

kod havarijskih stanja, kako bi se izbjegla mogućnost da uslijed prevelike usredotočenosti

na jedan problem, prestaje se sagledavati cjelovita slika EES-a, odnosno želi se po svaku

cijenu izbjeći tzv. tunelski efekt pri donošenju odluka operatera. Tunelski efekt opisuje

pojave u trenucima poremećaja i visokostresnog okruženja za operatere, kada oni trebaju

donijeti pravilne odluke u relativno kratkom vremenu.

Tada postoji opasnost da se operateri usredotoče samo na jedan mali dio unutar

poremećaja, a da pri tome u potpunosti izgube osjećaj o cjelokupnom stanju EES-a. U

takvim situacijama vrlo je korisna je pomoć sistemskog nadzora.

Sistemski nadzor u kombinaciji s klasičnim DSS-om omogućava slijedeće:

• pomaže u sigurnijem vođenju EES-a,

• nadzor u realnom vremenu cijelog EES-a,

• signaliziranje dinamičkih pojava u realnom vremenu,

• pomoć u planiranju i unapređenju rada sustava relejne zaštite,

• pomoć u vođenju i određivanju dinamičkih granica i dinamičkog

preopterećenja u realnom vremenu,

• pomoć kod restauracije EES-a,

• osigurava se rano upozoravanje kod narušavanja karakteristika EES-a i

ostavlja se dovoljno vremena za reakciju,

• ograničava se kaskadna pojava poremećaja u EES –u,

• omogućava bolje planiranje prijenosne mreže,

• omogućava automatski nadzor tokova snaga u realnom vremenu,

• omogućava provjeru modela EES -a za statičke i dinamičke proračune.

Za razliku od uobičajenih sustava vođenja EES-a, gdje RTU jedinice, odnosno stanična

računala u elektroenergetskim objektima uzrokuju efektivne vrijednosti struja i napona,

sistemski nadzor uzrokuje vektore napona i struje prikupljenih pomoću sinkroniziranih

mjernih jedinica s određenih lokacija u EES-u i omogućava uvid u pogonsko stanje u EES-

a u realnom vremenu.

Danas se prijenosnim sustavima upravlja uglavnom na osnovu statičkih ili kvazidinamičkih

informacija prikupljenih RMS mjerenjima. Fazorska mjerenja u čvorištima EES-a

operatora prijenosnog sustava predstavljaju značajnu pomoć u dobivanju dinamičkog

pogleda na EES. Također, omogućuju iniciranje potrebnih mjerenja u zadanom vremenu.

Page 24: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

16

Veliku ulogu u ovom procesu predstavljaju algoritmi za procjenu stabilnosti EES-a, koji

koriste fazore kao ulazne podatke, te kao rezultat prikazuju stanje EES-a, što povećava

učinkovitost rada prijenosnog sustava i održava sigurnost mreže na željenoj razini.

Funkcije DSS-a u kojima su uključene većina funkcija sistemskog nadzora, treba integrirati

u sustav vođenja EES-a. Potrebno je izvršiti i povezivanje sa SCADA sustavom u

nacionalnim i regionalnim dispečerskim centrima, slika 2.7.

Slika 2.7: Povezivanje sistemskog nadzora sa SCADA sustavom

Samo povezivanje treba obaviti u dvije razine:

• tehničko rješenje povezivanja

• funkcionalno povezivanje.

Tehničko rješenje za povezivanje u osnovi predstavlja odabir komunikacijskog protokola

koji se koristi za SCADA sustav, odnosno protokole:

• IEC 60871-1-101

• IEC 60870-1-104

• IEC 61850

Page 25: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

17

Funkcionalno povezivanje predstavlja odabir i prikaz informacija koji su na raspolaganju u

sustavu sistemskog nadzora. Potrebno je napraviti odabir, odnosno ekspertni sustav koji će

operaterima u nacionalnim i regionalnim dispečerskim centrima omogućiti korisne prikaze

i informacije, kao što je:

• prikaz signala upozorenja

• prikaz signala isključenja

• prikaz signala podjele EES-a

• grafička sučelja čovjek-računalo

• povezivanje sa estimatorom stanja

o povećanje točnosti proračuna estimatora

o kontrola rada estimatora

• izrada proračuna neovisno od estimatora

• pomoć u radu pri operativnim i tržišnim proračunima

Tradicionalni SCADA/EMS sustavi daju 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.

Pregled prednosti implementacije sistemskog nadzora (WAM sustava) u odnosu na

klasični EMS/SCADA prikazane su u Tablici 2.1.

Tablica 2.1: 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,

10-20 ms

Statička slika,

1s -1 min

Detaljna obrada,

Brza reakcija

Sinkronizacija u 1μs Sinkronizacija

u 1s ili više

Preciznija slika trenutnog stanja u EES-u

Page 26: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

18

Osnovna prednost sistemskog nadzoru je njegova brzina i točnost uzorkovanja čime se

određuje dinamička slika stanja u EES-u. Sekundarne prednosti korištenja sistemskog

nadzora su:

• povećanje prijenosnih 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

dobivenih analizom dinamike sustava i prepoznavanja mjesta zagušenja u

mreži,

• bolji ekonomski učinak kompletnog prijenosnog sustava u svjetlu

povećane trgovine EES-a,

• sprječavanje širenja poremećaja u EES-u ranim upozorenjem,

• povezivanje i širenje nadzora prema susjednim prijenosnim mrežama.

2.2.3. Funkcije sistemskog nadzora Sistemski nadzor se već na današnjem stupnju razvoja može u pogledu funkcija

sagledavati na razini cjelokupnog EES-a, ali i na lokalnoj razini s pridijeljenim funkcijama

unutar sinkroniziranih mjernih jedinica, koje su ugrađene u objekte. Na taj način već sada

je moguće realizirati niz funkcija i njihovih kombinacija, koje mogu osim nadzora, imati i

karakter upravljanja odnosno zaštite.

Navedene tvrdnje se odnose na jedno prijenosno poduzeće koje ima ugrađeni sistemski

nadzor za svoje potrebe. Osim takvog sistemskog nadzora, moguće je govoriti i o

sistemskom nadzoru unutar jedne regije ili cijelog kontinenta.

Funkcije na razini upravljačkih centara

Realizacija funkcija odvija se unutar programske podrške glavnog računala (SPDC

ili PDC) nacionalnog ili regionalnog centra. Sadašnja rješenja sistemskog nadzora, nemaju

povratno djelovanje na elektroenergetske objekte (elektrane i TS) u smislu korištenja

funkcija upravljanja ili zaštite. Funkcije sistemskog nadzora grupiraju se u dvije kategorije:

Page 27: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

19

• osnovne funkcije,

• napredne funkcije.

Osnovne funkcije su:

• prikupljanje i arhiviranje podataka,

• prikaz podataka na grafičkom sučelju,

• nadzor nad kutevima u EES-u,

• nadzor frekvencije u EES–u,

• nadzor tokova snaga u EES–u,

• nadzor amplituda napona i struja u EES–u.

Napredne funkcije sistemskog nadzora su:

• termički nadzor dalekovoda,

• nadzor naponske stabilnosti dalekovoda ili koridora,

• nadzor nad frekvencijom EES –a,

• nadzor nad oscilacijama male frekvencije,

• procjena stabilnosti kuta opterećenja u sustavu,

• nadzor velikih proizvodnih jedinica,

• nadzor vjetroproizvodnje.

Funkcije na razini objekta

Sinkronizirane mjerne jedinice imaju osim osnovne zadaće prikupljanja podataka i

lokalne funkcije. Tako odabrana i opremljena sinkronizirana mjerna jedinica pruža još veće

mogućnosti u radu cjelokupnog sistemskog nadzora. Implementirane funkcije moguće je

koristiti na sljedeće načine:

• kao samostalne i neovisne funkcije,

• u sprezi sa sistemskim nadzorom EES-a,

• u sprezi sa staničnim računalom.

Sinkrone mjerne jedinice opremljene su sljedećim funkcijama:

• podfrekventna zaštita,

• nadfrekventna zaštita,

• podnaponska zaštita,

• nadnaponska zaštita,

• nadstrujna zaštita,

Page 28: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

20

• nadzor toka radne snage,

• nadzor toka jalove snage,

• generiranje komandi i signala prema centru,

• generiranje komandi i signala unutar objekta i prema drugim objektima,

• prihvat komandi i signala iz objekta i drugih objekata,

• prihvat komandi i signala iz centra.

Obzirom na postojanje kvalitetne telekomunikacijske infrastrukture moguće je realizirati

čitav niz osnovnih i složenih funkcija za potrebe vođenja EES-a.

Funkcije na razini regije ili kontinenta

Arhitektura sistemskog nadzora upućuje na šire korištenje, odnosno razmjenu

podataka sa susjednim prijenosnim poduzećima, odnosno mogućnost prikupljanja

određenih podataka za cijeli kontinent. Podaci se mogu razmjenjivati na sljedeći način:

• razmjena između centara vođenja - osnovni način,

• razmjena podataka direktno iz sinkronizirane mjerne jedinice.

Funkcije koje je poželjno realizirati sa susjednim prijenosnim poduzećima su osnovne i

napredne funkcije:

• prikupljanje i arhiviranje podataka,

• prikaz podataka na grafičkom sučelju,

• nadzor nad kutevima u EES-u,

• nadzor frekvencije u EES-u,

• nadzor tokova snaga u EES-u,

• nadzor napona i struja u EES-u,

• termički nadzor dalekovoda,

• nadzor naponske stabilnosti dalekovoda ili koridora.

Funkcije na razini regije ili kontinenta su u prvom redu usmjerene nadzoru stabilnosti

sustava, a u tu svrhu se koriste sljedeće funkcije:

• prikupljanje i arhiviranje podataka,

• prikaz podataka na grafičkom sučelju,

• nadzor nad kutevima u EES-u,

• nadzor frekvencije u EES-u,

Page 29: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

21

• nadzor nad oscilacijama male frekvencije,

• procjena stabilnosti kuta opterećenja u sustavu.

Arhiviranje podataka

Arhiviranje podataka prikupljenih sistemskim nadzorom izuzetno je bitno za post-

mortem analize poremećaja ili raspada. Spremljeni podaci pogodni su za kasniju analizu u

drugim programima kao MS Excel ili Matlab. Podaci se mogu arhivirati kontinuirano ili s

registracijom poremećaja. Arhivirani podaci pomažu kod analize klasičnih kvarova (kratki

spojevi, namjerna ili nenamjerna uključenja i isključenja), no njihova najveća vrijednost

dolazi do izražaja kod analize poremećaja koji su zahvatili veći dio EES-a ili regiju. Takvi

podaci predstavljaju dobru podlogu za istraživanje međupodručnih oscilacija unutar EES-a.

Na slici 2.8 prikazan je trend prikaz arhiviranih podataka.

Slika 2.8: Trend prikaz arhiviranih podataka

Nadzor (monitoring) razlike kuteva napona

Podatak o razlici kuteva između vektora napona na sabirnicama vrlo je važan za

dobivanje dinamičke slike stanja EES-a. U mnogim slučajevima analize zapisa u

rekonstrukcijama raspada pokazale su da se razlika u iznosu kuta između sabirnica

povećava kako sustav slabi. Rano prepoznavanje tendencije povećanja razlike u iznosu

Page 30: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

22

kuta može omogućiti poduzimanje određenih akcija čime se može popraviti stanje prije

nego se dogodi raspad EES-a.

Slika 2.9: Prikaz vektora struje i napona

Naponska stabilnost

Funkcija naponske stabilnosti predstavlja osnovu za nadzor prijenosa električne

energije. Glavna zadaća je da operateru pruži informaciju o sigurnosnoj margini granične

snage po dalekovodu ili koridoru u odnosu na naponsku stabilnost EES-a u realnom

vremenu. U svakome trenutku moguće je imati u vidu trenutnu radnu točku na dalekovodu

(slika 2.10). Namjena ove funkcije je da postane glavna podrška kod odluka operatera, te

sastavni dio DSS funkcija.

Page 31: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

23

Slika 2.10: Grafičko sučelje aplikacije za naponsku stabilnost

Nadzor oscilacija snage

Oscilacije (njihanje snage) u sustavu nastaju zbog interakcije generatora s EES-om,

koje su uzrokovane različitim odzivima generatora na promjene u sustavu. Slabo prigušene

oscilacije u sustavu mogu dovesti do značajnih poremećaja kao što su gubitak sinkronizma

generatora, isključenje vodova, a naposljetku i do kolapsa sustava. Funkcija nadzora

oscilacija snage daje trenutan uvid u frekvenciju, amplitudu i prigušenje oscilacija, kako bi

se na vrijeme detektirali poremećaji ili kritična stanja (slika 2.11).

Page 32: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

24

Slika 2.11: Funkcija nadzora oscilacija snage s grafičkim sučeljem

Algoritam korišten u aplikaciji procesuira vrijednosti napona i struje za odabrani vod ili

dio mreže te na taj način detektira razna njihanja snage, koja mogu dovesti do

nestabilnosti. Podatak o frekvenciji oscilacija upućuje da li se radi o lokalnim ili

međupodručnim oscilacijama.

Termički nadzor dalekovoda

Funkcija daje korisniku informacije o trenutnoj temperaturi voda te o djelatnim i

reaktivnim gubicima na vodu na temelju ulazne vrijednosti struje na vodu te definiranog

otpora voda pri temperaturi T0. Budući da je opterećenje dalekovoda u većini slučajeva

ograničeno više termičkom granicom nego naponskom stabilnošću, granica korištenja

postavljena je vrlo tradicionalno i konzervativno. Dalekovodi se projektiraju za vanjsku

temperaturu od 40° te nadtemperaturu od dodatnih 40°. Ovo su podaci za krajnje rubno

stanje koje se vremenski pojavljuje vrlo rijetko, stoga postoji mogućnost boljeg iskorištenja

dalekovoda. Uz dostupnu temperaturu dalekovoda moguće je dopustiti veće opterećenje uz

minimalni rizik.

Page 33: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

25

2.2.4. Primjena sistemskog nadzora u EES-u Hrvatske

Geografski položaj Republike Hrvatske odredio je EES kao vezu za prijenos

električne energije od sjeveroistoka ka jugozapadu Europe. Jedna od posljedica je

neplanirani i povećani tranzit električne energije koji se odvija preko hrvatske prijenosne

mreže.

Sukladno tome, implementacija sistemskog nadzora zasnovana na PMU tehnologiji je u

potpunosti opravdana.

Razvoj WAM sustava

U Hrvatskoj su 2003. godine ugrađena prva dva PMU uređaja, u upotrebi za nadzor

400kV dalekovoda Tumbri – Žerjavinec. Instalirano je i jedno računalo za prikupljanje i

obradu podataka u koje se prenose podaci o fazorima. PMU uređaji instalirani u objektima

Tumbri i Žerjavinec proizvodnja su tvrtke Arbiter Systems. Programska podrška bila je

izvedena programskim paketom PSGuard (PSG) proizvođača ABB. Komunikacija se

temeljila na principu točka – točka, korištenjem modema brzine 19200bit/s, uz kašnjenje u

prijenosu podataka manje od 100ms. Taj je sustav predstavljao prvu fazu razvoja WAM

sustava u Hrvatskoj. 2007. godine pristupilo se proširenju sustava te nabavci novih PMU

uređaja u sklopu projekta „Nadzor EES-a u realnom vremenu“. U skladu s time, sustav je

proširen na sveukupno 5 uređaja PMU ugrađenih u stanice Tumbri, Žerjavinec, Melina,

Ernestinovo i Konjsko, te pripadnom programskom podrškom. Novi PMU uređaji

proizvodnja su ABB-a, dok je programska podrška unaprijeđena na PSGuard 850 (slika

2.12). Na taj način ostvaren je nadzor 400kV mreže u Hrvatskoj u vidu dinamičke,

naponske i frekvencijske stabilnosti u stvarnom vremenu.

Slika 2.12: Korisničko sučelje PSGuard aplikacije za HEP - OPS

Page 34: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

26

Konfiguracija hrvatskog WAM sustava

WAM sustav u Hrvatskoj Elektroprivredi sastoji se od nekoliko osnovnih cjelina:

• 5 uređaja PMU (eng. Phasor Maesurement Unit) za mjerenje fazora struje i

napona na 400kV vodnim poljima u 4 različita prijenosna područja:

o DV 400kV Ernestinovo – Žerjavinec (PMU ugrađen u Ernestinovu –

PrP Osijek)

o DV 400kV Žerjavinec – Tumbri (PMU ugrađen u Žerjavincu – PrP

Zagreb)

o DV 400kV Tumbri – Žerjavinec (PMU ugrađen u Tumbrima – PrP

Zagreb)

o DV 400kV Melina – Velebit (PMU ugrađen u Melini – PrP Rijeka)

o DV 400kV Konjsko – Velebit (PMU ugrađen u Konjskom – PrP Split)

• GPS sustava kojim su svi PMU uređaji sinkronizirani,

• komunikacijski sustav,

• server za prikupljanje podataka (PDC – Phasor Data Concentrator) smješten u

Nacionalnom dispečerskom centru u Zagrebu s 3 klijent računala,

• PSGuard aplikacija kao korisničko sučelje za nadzor EES-a.

Slika 2.13: Izvedba sustava

Page 35: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

27

Nedavna poboljšanja WAM sustava

Pozitivna iskustva s WAM sustavom u Hrvatskoj rezultirali su daljnjim povećanjem

broja instaliranih PMU uređaja i povećanjem broja razmijenjenih podataka sa susjednim

operaterima prijenosnog sustava. U prvoj fazi, misija je bila uvođenje sustava arhiviranja,

vizualizacije za operatera sustava i stabilnosti sustava sa samostalnim pomoćnim

aplikacijama. Arhiviranje je u originalnom sustavu izvedeno kao cirkularna baza podataka

koja pohranjuje 10 mjerenja u sekundi s vremenom arhiviranja od 28 dana. Cilj je bio

uvođenje rezolucije od 50 mjerenja u sekundi sa stalnom bazom podataka. Originalni

sustav prvotno je bio predviđen za upoznavanje operatora sustava s vizualizacijskim

mogućnostima, ali nije bilo mogućnosti dodavanja ili uklanjanja dijagrama i grafičkih

prikaza ovisno o korisnikovim željama. HEP – OPS definirao je to kao glavni zahtjev u

sljedećem koraku integracije WAM sustava. Primanje podataka s rezolucijom od 20 ms

(50 uzoraka u sekundi) otvorilo je mogućnost poboljšanja modela sustava.

Broj instaliranih PMU uređaja narastao je do 14, što omogućuje HEP – OPS nadzor

ključnih dijelova 220 kV mreže. S time su pokriveni glavni 400 kV i 220 kV južno-

sjeverni koridori s ciljem poboljšanja sveukupne stabilnosti sustava. Sljedeća slika

pokazuje trenutne lokacije PMU uređaja (crvene točke):

Slika 2.14: Lokacije PMU uređaja u hrvatskom prijenosnom sustavu

Page 36: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

28

Uvođenje Synchrophasor Vector Processor-a (SVP) u postojeći sustav

HEP – OPS je 2008. godine nabavio SVP i dodao ga u paralelni rad s postojećim

sustavom. Glavni zahtjev koji je bilo potrebno osigurati za novi, redundantni PDC je da ne

utječe na postojeći sustav.

Veliki napor bio je uložen za definiranje odgovarajuće arhitekture sustava. Zahtjevi su bili

sljedeći:

1. mogućnost paralelnog rada PDC-ova

2. mogućnost korištenja uređaja različitih proizvođača

3. mogućnost procesiranja velikog broja podataka dobivenih od više od 10 PMU

uređaja u sustavu

4. nezavisnost aplikacija; dva PDC-a ne utječu jedan na drugoga

5. minimalne promjene postojeće konfiguracije

6. nema prekida u sustavu proizvodnje

7. mogućnost budućeg proširenja sustava

Spajanje više PDC-ova zahtijevalo je da PMU uređaji simultano podržavaju više

konekcija, veza. PMU-ovi podržavaju tri simultane konekcije, ali svakoj konekciji je

pridijeljen različiti komunikacijski protokol. Ti protokoli su IEEE 1344 putem TCP/IP,

IEEE C37.118 TCP/IP i IEEE C37.118 UDP multicast. Postojeći sustav koristi konekciju

putem C37.118 TCP/IP protokola, ostavljajući UDP multicast kao jedini mogući izbor u

daljnjem proširenju sustava.

UDP solucija zadovoljava sve glavne zahtjeve HEP – OPS-a, omogućavajući potpunu

redundanciju između dva PDC sustava.

S ovakvim dizajnom arhitekture, moguće je izolirati i lako duplicirati važne aplikacije kao

što su: vizualizacija, arhiviranje i procesiranje u realnom vremenu. Isto tako, stvoren je i

dodatni nezavisni kontrolni centar koji ima potpuni uvid u sve sinkrofazorske podatke.

Najznačajnija promjena u ovom razvoju WAM sustava uključuje ugađanje

telekomunikacijskog mežnog spojnika (engl. router) povezanog s PMU-ovima.

Modifikacije PMU-ovih komunikacijskih postavki omogućile su korištenje UDP/IP

protokola (kao dodatak već aktivnom TCP/IP protokolu). Na taj se način, PMU uređaji

ponašaju kao višemodalni serveri koji u isto vrijeme opskrbljuju podacima nekoliko

servera. To omogućuje paralelnu distribuciju sinkrofazorskih podataka u novi PDC.

Arhitektura kompletnog sustava prikazana je sljedećom slikom:

Page 37: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

29

Slika 2.15: Arhitektura WAM sustava

PMU uređaji šalju podatke putem TCP-a i UDP-a mrežnom spojniku (routeru) koji ih

preusmjerava na jezgru SDH mreže (sinkrona digitalna hijerarhija – telekomunikacijski

sustav HEP-a). Tri različita severa prikupljaju tok dolaznih podataka:

1. PSGuard server prikuplja TCP tok podataka

2. Synchrophasor Vector Processor (SVP) prikuplja UDP tok podataka

3. Računala u postrojenjima sa SynchroWAVe Server Software-om arhiviraju i

vizualiziraju prikupljene podatke putem SVP izlaza

Implementirane funkcije WAM-a u Hrvatskoj

Trenutno aktivne funkcije WAM-a uključuju:

• arhiviranje podataka,

• nadzor tokova snaga preko jednopolne sheme,

• monitoring kuteva,

• nadzor naponske stabilnosti,

• nadzor termičke stabilnosti,

• nadzor oscilacija snage.

Svaka od ovih funkcija ima vrlo važnu ulogu u stvaranju realne dinamičke slike EES-a.

Page 38: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

30

1. Arhiviranje podataka

PMU uređaji prikupljaju procesne podatke (napon, struja, frekvencija) s rezolucijom od

20ms, koje zatim optičkom komunikacijskom vezom šalju u centralni server. Server

podatke obrađuje te arhivira. Među arhiviranim podacima nalaze se amplituda i kut napona

i struje, vrijednost frekvencije, prividne, djelatne i jalove snage. Također arhiviraju se i sve

izračunate vrijednosti naprednih funkcija, kao temperatura dalekovoda, frekvencija

oscilacija, razlika kuta vektora napona..

2. Monitoring kuta vektora napona

Funkcija za nadzor kuta vektora napona spada u osnovne funkcije. Veličina faznog

pomaka ovisi o trenutnom opterećenju voda. Operatoru sustava pruža bitnu informaciju o

devijacijama faznog kuta, a time informaciju o (pre)opterećenju voda. Funkcija je aktivna

između svih stanica s ugrađenim PMU uređajima.

3. Nadzor naponske stabilnosti

Osnovna zadaća aplikacije za nadzor stabilnosti voda je da operatoru sustava pruži

informaciju o prijenosnoj moći voda obzirom na naponsku stabilnost, odnosno koliko

snage je još moguće prenijeti vodom bez da se ugrozi stabilnost sustava. Aplikacija daje

slijedeće informacije:

• granicu prijenosne moći: maksimalno moguće povećanje snage prijenosa na

promatranom koridoru bez ugrožavanja naponske stabilnosti,

• maksimalnu snagu prijenosa bez da se ugrozi stabilnost sustava,

• trenutnu snagu na vodu (radnu i jalovu),

• smjer snage po vodu (radni dio),

• naponske i strujne fazore na oba kraja promatranog koridora,

• dinamičku PV krivulju s informacijama o trenutnoj radnoj točki, prirodnoj snazi

voda i nominalnoj snazi voda.

Za HEP – OPS aktivne su dvije funkcije nadzora naponske stabilnosti i to za vodove

Tumbri – Žerjavinec i Melina - Konjsko.

Page 39: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

31

4. Nadzor oscilacija snage

U sustavu PSGuard korištenom u HEP – OPS detektiraju se njihanja snage te oscilacije

kuta između pojedinih čvorišta.

Funkcija za detekciju njihanja djelatne snage u HEP – OPS WAM sustavu aktivirana je za

slijedeće vodove:

- Melina – Velebit

- Konjsko – Velebit

- Ernestinovo – Žerjavinec

- Tumbri – Žerjavinec

Funkcija za detekciju oscilacija kuta između vektora napona aktivirana je za slijedeće

prijenosne puteve:

- Melina – Konjsko

- Melina – Ernestinovo

- Melina – Žerjavinec

- Konjsko – Ernestinovo

5. Termički nadzor dalekovoda

Funkcija termičkog nadzora aktivirana je za dalekovod Tumbri – Žerjavinec. Funkcija

daje slijedeće izlazne podatke:

• Temperatura voda u °C ili °F u stupcu s podesivim nivoom alarma i upozorenja.

• Trenutna vrijednosti struje voda, otpora voda, radnih i jalovih gubitaka na vodu.

Budućnost WAM sustava u Hrvatskoj

Razvojni dio sistemskog nadzora je završen, te je na elektroprivredi zadatak za

operativnu upotrebu i korištenje. Sistemski nadzor se razvijao kao samostalna cjelina u

prostoru koji nije bio pokriven adekvatnim tehničkim rješenjima. Pogonska iskustva su

potvrdila u punom svijetlu njegovu perspektivu te su ubrzala razvoj uređaja i funkcija.

Danas se prijenosnim sustavima upravlja uglavnom na osnovu statičkih i kvazidinamičkih

informacija prikupljenih RMS mjerenjima. Fazorska mjerenja u čvorištima EES-a

predstavljaju značajnu pomoć u dobivanju dinamičkog pogleda na EES. Funkcije sustava

Page 40: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

32

za nadzor EES-a treba integrirati u sustav vođenja. Naime potrebno je izvršiti integraciju

WAM sustava sa SCADA/EMS sustavom u nacionalnim i regionalnim dispečerskim

centrima.

Proširenje sustava WAM

Integracija SCADA/EMS sustava sa WAM sustavom predstavlja korak naprijed u

smislu unapređenja vođenja EES-a. No WAM sustav kao takav ostaje neovisan i zaseban,

sa svojim samostalnim aplikacijama i funkcijama. U tom svijetlu u Hrvatskoj

Elektroprivredi se predviđa proširenje WAM sustava ugradnjom novih PMU jedinica čime

bi se upotpunio nadzor 400kV mreže, te uspostavio nadzor nad 220kV mrežom te

proizvodnim jedinicama.

Proširenje sustava omogućilo bi:

• Potpuni nadzor 400kV mreže;

• Nadzor 220kV mreže;

• Nadzor nad transformatorima s regulacijom kuta za poboljšanje pouzdanosti i

profitabilnosti mreže;

• Nadzor nad interkonekcijskim vodovima;

• Nadzor proizvodnih jedinica.

U smislu proširenja WAM sustava isto tako se podrazumijeva i prikupljanje podataka iz

PMU uređaja nekih od europskih operatera prijenosnog sustava (ELES, Swissgrid,

TERNA...). Uvidom u ta mjerenja mogu se dobiti vrlo korisne informacije o dinamičkom

ponašanju hrvatskog EES-a u odnosu na UCTE mrežu (ENTSO-E mrežu). Trenutačno je u

HEP-OPS WAM sustavu ostvarena veza sa švicarskim operaterom prijenosnog sustava, iz

čijeg se WAM sustava prikupljaju podaci o naponu i frekvenciji iz 400kV stanice

Bassecourt. PDC pohranjuje naponske fazore i mjerenja frekvencije iz postrojenja

Bassecourt u 28 dnevnu cirkularnu bazu podataka, ponašajući se kao virtualni PMU. To

omogućuje HEP – OPS-a praćenje sinkrofazorskih podataka iz dijela centralne Europe, te

izravnu dostupnost tih podataka operatorima sustava. Virtualna PMU mjerenja iz

Swissgrida pokazala su svoju vrijednost prilikom post-mortem analize poremećaja

elektroenergetskog sustava. Ukupna mrežna topologija prikazana je na sljedećoj slici:

Page 41: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

33

Slika 2.16: Komunikacijska mrežna topologija WAM sustava

Page 42: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

34

3. OPIS ELEKTROENERGETSKE MREŽE RITEH-a

U ovom poglavlju prikazana je shema elektroenergetske mreže na Tehničkom

fakultetu u Rijeci (RITEH), (prilog A), s ciljem prikaza mjesta ugradnje PMU uređaja na

Tehničkom fakultetu.

Tehnički fakultet se napaja podzemnim kabelima iz transformatorske stanice TS 10(20)/0,4

kV ''STROJARSKI FAKULTET.''

Rezervni izvor napajanja čini diesel elektroagregat koji omogućava ograničeni obim

nastavka rada objekta kod ispada napajanja iz mreže distribucije.

Sigurnosno napajanje čini aku baterija kapaciteta 3 sata koje osigurava sigurnosnu rasvjetu

u slučaju nestanka napajanja iz mreže i agregata.

Predviđena je mogućnost priključka fotonaponskih izvora napajanja, odnosno postavljanje

četiri baterije fotonaponskih izvora ukupne snage 53,02 kW.

Vršna snaga iznosi 270 kW, dok je godišnja potrošnja veća od 20 000 kWh. Potrošači su

jednofazni i trofazni, a neki od njih su: elektromotori, asinkroni trofazni napona 400 V i

jednofazni napona 230 V, rasvjeta sa svjetiljkama s FC cijevima i s visokotlačnim

metalhalogenim sijalicama, termički potrošači kuhinje, električni bojleri za pripremu tople

vode, priključci osobnih računala itd.

Predviđena je ugradnja jednog PMU uređaja na samom mjestu priključka fakulteta na

niskonaponsku mrežu, odnosno kod priključno-mjernog ormara (PMO), koji je postavljen

uz glavnu razvodnu ploču (GRP).

Drugi PMU uređaj planirao se instalirati u samom laboratoriju za elektroenergetiku L5 na

prvom katu zgrade, istočna strana (iznad knjižnice), no kako u laboratoriju nema osigurane

stalne potrošnje, isti će se postaviti negdje na tom istom katu gdje je ostvaren navedeni

uvjet.

PMU uređaji biti će povezani Ethernet kabelom na mrežne utičnice LAN mreže, te će time

biti osigurano prikupljanje podataka iz PMU uređaja putem postojeće LAN mreže na

Tehničkom fakultetu.

Nadzorni softveri, SynchroWave, nalaze se na PC u laboratoriju za elektroenergetiku L5.

Page 43: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

35

4. IDEJNI PROJEKT NADZORA ELEKTROENERGETSKOG

SUSTAVA RITEH-a

Cilj projekta je instaliranje uređaja za mjerenje fazora i odgovarajućih softvera na

Tehničkom fakultetu u Rijeci, za potrebe nadzora elektroenergetskog sustava RITEH-a u

realnom vremenu, te buduće edukacije i upoznavanja studenata s mogućnostima koje

navedeni uređaji pružaju.

Projekt je pokrenut nakon što je tvrtka SEL (Schweitzer Engineering Laboratories) ustupila

na korištenje Tehničkom fakultetu u Rijeci dva PMU uređaja, tipa SEL – 421, te softvere

za prikupljanje i obradu podataka u koji se prenose podaci o fazorima, SynchroWAVe

Server Software, SynchroWAVe Archiver Software, te SynchroWAVe Console Software.

Projekt nadzora elektroenergetskog sustava RITEH-a predviđa konfiguraciju veze između

PMU uređaja i računala preko postojeće LAN (eng. Local Area Network) mreže fakulteta,

odnosno putem Ethernet veze, što je shemom prikazano na sljedećoj slici:

Slika 4.1: Shema Ehernet veze između PMU uređaja i PC

Page 44: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

36

Za uspostavu veze između PC računala i PMU jedinica potrebno je koristiti sljedeću

konfiguraciju:

- PC računalo,

- 2 X SEL – 421,

- mrežne LAN kabele,

- mrežnu infrastrukturu Tehničkog Fakulteta u Rijeci (mrežni ormari, mrežni

switchevi kao i pripadajuće mrežne utičnice),

- SEL - 421 konfiguracijski PC softver u Microsoft Windows okruženju

(AcSELerator QuickSet).

4.1. SEL-421 uređaji SEL-421 uređaj objedinjuje funkcije zaštite, automatizacije i kontrole. Neke od

njegovih funkcija, značajki su:

- kompletna zaštita dalekovoda,

- sinkrofazorska mjerenja,

- potpuna zaštita i upravljanje s dva prekidača u polju,

- komunikacija – Ethernet port, podržava DNP3 LAN/WAN i IEC 61850

protokole,

- velika točnost pridjeljivanja vremena – točnost bolja od 10 µs,

- digitalno snimanje pogrešaka, ispada,

- mogućnost prilagođenja aplikacija koristeći matematičke i logičke kombinacije

analognih i digitalnih vrijednosti.

SEL-421 nudi velik izbor komunikacijskih sučelja od standardnog SEL ASCII, te

poboljšanog MIRRORED BITS® komunikacijskih protokola, do povezivosti putem

Etherneta s ugradnjom opcionalne mrežne Ethernet kartice. S Ethernet karticom moguće je

iskoristiti mogućnosti najnovijih komunikacijskih alata kao što su Telnet, FTP, IEC 61850,

kao i DNP (serijski i LAN/WAN) protokoli.

Dolazi sa ACSELERATOR QuickSet® SEL-5030 softverskom aplikacijom koja

omogućava podešavanje, kontroliranje kao i dohvat podataka sa releja kako lokalno, tako i

daljinski.

Page 45: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

37

Uređaj podržava i IEEE C37.118 standard za sinkrofazorska mjerenja u elektroenergetskim

sustavima. Sinkrofazorska mjerenja dostupna su onog trenutka kada je na uređaj spojen

izvor vremena vrlo visoke točnosti.

Slika 4.2: Prednji dio SEL-421 uređaja sa prikazom kontrolnih tipki i signalnih dioda

Slika 4.3: Stražnji dio SEL-421 uređaja sa prikazom konektora

Page 46: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

38

4.2. Konfiguracija Ethernet veze između SynchroWAVe softvera i PMU

uređaja Konfiguriranje uređaja SEL-421 provodi se konfiguracijskim PC softverom naziva

AcSELerator QuickSet, a veza između navedenog softvera (PC-a) i PMU uređaja može

biti serijska ili Ethernet veza.

Slika 4.4: Sučelje AcSELerator QuickSet softvera

Page 47: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

39

Za uspostavu Ethernet veze između PMU uređaja (SEL-421) i računala, potrebno je putem

AcSELerator QuickSet softvera konfigurirati sljedeće postavke unutar samog SEL-421

uređaja:

Tablica 4.1: Tipične postavke Ethernet veze PMU uređaja (SEL-421)

Grupa postavki Postavka Vrijednost

EMPU Y

MFRMT C37.118

MRATE 25

PMSTN SEL-421-2

PMID 1

PHVOLT Z

PHDATAV V1

PHCURR S

PHDATAI NA

NUMANA 0

Global Settings

NUMDSW 1

IPADDR 172.16.1.136

SUBNETM 255.255.255.0

DEFRTR 172.16.1.1

ETCPKA Y

EPMIP Y

PMOTS1 TCP

PMOIPA1 172.16.1.172

PMOTCP1 4767

Port 5 (Ethernet)

PMOUDP1 4714

Nakon toga, za uspostavu Ethernet veze između SynchroWAVe Archiver Software-a i

PMU uređaja, potrebno je podesiti sljedeće postavke komunikacije u SynchroWave

Archiver Software-u:

Page 48: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

40

Tablica 4.2: SynchroWAVe Archiver – postavke Ethernet veze s PMU uređajem

Grupa postavki Postavka Vrijednost

Communications Type Network (TCP) Communications Setup

Auto Reconnect Select

Protocol IEEE C37.118 D7.3 Communications Protocol

PMU ID 1

TCP Host 172.16.1.136 Communications Network

TCP Port 4767

Page 49: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

41

4.3. SynchroWAVe softveri

SynchroWAVe Archiver, Server i Console softveri su važan dio kompletnog

sinkrofazorskog sustava.

Programski paket za prikupljanje i obradu fazorskih podataka čine programi

SynchroWAVe Archiver Software, SynchroWAVe Server Software i SynchroWAVe

Console Software koji su uspješno instalirani i licencirani. Za prikupljanje i obradu

podataka o fazorima struje i napona, softveri koriste standard IEEE C37.118.

Komunikacijski protokol IEEE C37.118 definira prijenos podataka povezanih sa

sinkroniziranim mjerenjima, kao i nadopunu podataka bilo u analognoj ili digitalnoj formi.

Shema koja prikazuje princip djelovanja programskog paketa prikazana je na sljedećoj

slici:

Slika 4.5: Shema načina rada SynchroWAVe softvera

SynchroWAVe Server Software može prikupljati podatke od najviše 8 PMU uređaja, te

ima ulogu PDC-a.

Uređaji od kojih prikuplja podatke na sučelju softvera su prikazani pod naslovom Sources

(u prikazanom slučaju dva PMU uređaja).

Da bi se uspostavila komunikacija između PMU uređaja i SynchroWAVe Server Software-

a potrebno je konfigurirati komunikaciju (Communications), što znači odabrati tip

komunikacije (Network (TCP), Serial), zatim tip protokola (IEEE C37.118 D7.3, IEEE

C37.118 D6.0, SEL Fast Message Synchrophasor), upisati ID PMU uređaja (PMU ID), te

Page 50: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

42

ovisno radi li se o serijskoj (Port, Speed, Parity, Stop Bits, Flow Control, RTS, DTR) ili

Network (TCP) (Host, Port) vezi odabrati odgovarajuće postavke.

Da bi slanje podataka iz PMU uređaja započelo potrebno je aktivirati tu radnju tako da se

označi PMU ID uređaja na glavnom sučelju softvera, te desnim klikom miša odabere

Activate all. To se može vidjeti na sljedećoj slici:

Slika 4.6: Aktiviranje prikupljanja podataka iz PMU uređaja

SynchroWAVe Server Software dobivene podatke iz PMU uređaja šalje svojim klijentima

(softverima za prikupljanje i obradu podataka, SynchroWAVe Archiver Software-u i

SynchroWAVe Console Software-u), a komunikacija s njima se uspostavlja odabirom

oznake New Client gdje se upisuje ime klijenta (u ovom slučaju RITEH), te Host IP

adresa klijenta (adresa računala na kojem se nalaze softveri za obradu podataka) kojem

SynchroWAVe Server Software šalje podatke.

U slučaju da se sva tri SynchroWAVe softvera nalaze na istom računalu, treba se koristiti

interna loopback IP adresa 127.0.0.1. Opisano je prikazano sljedećom slikom:

Page 51: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

43

Slika 4.7: Postavke IP adrese kojoj Server šalje podatke

Također, može se odabrati i koji će se podaci slati klijentu tako da se selektira one (prijelaz

crvene u zelenu boju) koji se žele slati (na gornjoj slici zeleno selektirani su STATION A i

STATION B, a to su nazivi PMU uređaja, te se time svi podaci iz uređaja šalju u klijente

Servera).

Konačno, potrebno je aktivirati SynchroWAVe Server Software da ostvaruje svoju

funkciju PDC-a, tako da se u File koloni odabere Activate Server, nakon čega se na

sučelju SynchroWAVe Server Software-a, u dijelu Clients, pojavljuje klijent kojem se

šalju podaci:

Page 52: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

44

Slika 4.8: Podaci iz dva PMU uređaja se šalju jednom klijentu

Da bi SynchroWAVe Server Software slao podatke svojim klijentima, SynchroWAVe

Archiver Software-u i SynchroWAVe Console Software-u, potrebno je i njihovu

komunikaciju konfigurirati.

U izvedenom slučaju postavke komunikacija (Communications) u navedenim softverima

su iste, a prikazane su na slikama 4.9 i 4.10:

IZVORI PODATAKA (PMU UREĐAJI)

KLIJENTI

Page 53: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

45

Slika 4.9: Postavke komunikacija SynchroWAVe Archiver Software-a

Slika 4.10: Postavke komunikacija SynchroWAVe Console Software-a

Page 54: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

46

Nakon što se konfigurira komunikacija softvera, potrebno je aktivirati SynchroWAVe

Archiver Software, odnosno SynchroWAVe Console Software, kako bi se omogućilo

primanje podataka od strane PDC-a (SynchroWAVe Server Software-a). Radnja aktivacije

softvera prikazana je na primjeru SynchroWAVe Archiver Software-a:

Slika 4.11: Aktivacija SynchroWAVe Archiver Software-a

4.3.1. SEL – 5076 SynchroWAVe Archiver Software

Omogućuje kontinuiranu ili okidajuću pohranu podataka elektroenergetskog

sustava. Njime je lako usporediti podatke u širokom geografskom području koristeći točne

vremenske oznake podataka.

Može se odabrati broj kanala, frekvencija podataka i memorija pohranjivanja.

SEL-5076 SynchroWAVe Archiver Software omogućuje jednostavnu i konvencionalnu

metodu snimanja i arhiviranja sinkrofazorskih podataka u CSV (engl. Comma - Separated

Value) i COMTRADE formatima. Koristeći IEEE C37.118 protokol, softver prihvaća

podatke iz uređaja za mjerenje fazora (PMU). Prihvaća podatke od najviše četiri PMU-a ili

Page 55: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

47

prihvaća koncentrirane blokove podataka od PDC-a (SynchroWAVe Server Software).

Kao pomoć za upravljanje veličinom zapisa, korisnik može arhivirati cijeli set podataka

ulaznom brzinom podataka ili može izabrati djelomičnu količinu podataka i/ili manju

brzinu podataka.

Prikupljanje podataka iz PMU može biti putem serijske ili Ethernet veze.

Slika 4.12: Sučelje SynchroWAVe Archiver Software-a

4.3.2. SEL – 5077 SynchroWAVe Server Software Pruža prikupljanje fazorskih podataka od najviše osam PMU-a.

Radi kao alternativa hardverski baziranim koncentratorima podataka (PDC-ima). Softver

pruža komunikacijske usluge, uključujući dial–up ili iznajmljene linije, koje nisu uključene

u koncentratore fazorskih podataka (PDC) kao što je SEL-3306 Synchrophasor Processor.

SEL – 5077 SynchroWAVe Server Software omogućuje prikupljanje fazorskih podataka

od najviše osam uređaja za mjerenje fazora (PMU). Prihvaća ulaze u dva formata, IEEE

C37.118 i SEL Fast Message formatu. Izlazi su u IEEE C37.118 formatu. Softver radi na

standardnom PC-u koristeći Windows operacijski sustav.

Page 56: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

48

SEL – 5077 SynchroWAVe Server se koristi za prikupljanje sinkrofazorskih podataka, te

njihovo prenošenje na zaslon softvera u IEEE C37.118 formatu. Podaci se mogu izravno

slati na SCADA sustave u Modbus formatu ili se SynchroWAVe može koristiti u

kombinaciji sa SEL – 3332 Intelligent Server-om za integraciju u različite SCADA EMS

aplikacije koristeći druge protokole.

Slika 4.13: Sučelje SynchroWAVe Server Software-a

4.3.3. SEL – 5078 SynchroWAVe Console Software Prikazuje sinkrofazorske podatke za situacijsku analizu. Više ekrana i opcija

promatranja omogućuju jednostavno prilagođavanje za svakog korisnika.

Pruža svestrani alat za prikaz sinkrofazorskih podataka. Prilagodljivi prozori i višestrani

zasloni omogućuju operateru i inženjeru fleksibilnost za stvaranje prilagođenih

vizualizacija kako bi poboljšali sposobnost nadzora elektroenergetskog sustava.

SEL-5078 SynchroWAVe Console Software omogućuje grafičke prikaze bazirane na

sinkrofazorskim podacima u realnom vremenu. Koristi se za prikaz kuta prijenosnog voda

Page 57: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

49

ili prikaz frekvencije s brzinom uzrokovanja do 60 uzoraka u sekundi. To omogućuje

praćenje oscilacija frekvencije u energetskom sustavu. Standardne sinkrofazorske funkcije

obuhvaćaju mogućnost korištenja sinkrofazora za promatranje razlika u faznim kutovima.

SynchroWAVe Console Software omogućuje i prikaz faznih kutova u realnom vremenu.

SynchroWAVe Console Software prihvaća podatke putem komunikacijskog protokola

IEEE C37.118. Podaci uključuju fazore, digitalne signale i uzrokovane analogne signale.

Fazori su prezentirani ili kao veličina/kut par ili kao realni/imaginarni par. SEL-ovi releji,

kao što su serije releja SEL-400 ili SEL-300, omogućuju fazorska, digitalna i analogna

mjerenja, te mogu slati skoro sve podatke generirane u releju. Stoga, kao dodatak

vremenski sinkroniziranim fazorima, SynchroWAVe Console Software može primati i

prikazivati veličine kao što su uklopna stanja prekidača, tokovi snaga i mnoge druge.

SynchroWAVe Console Software omogućuje fleksibilnu metodu organiziranja prikaza

sinkrofazorskih podataka u realnom vremenu. U gornjem lijevom kutu ekrana su prikazane

selektirane digitalne informacije. Gornji desni kvadrant prikazuje fazni kut. Donji lijevi dio

ekrana prikazuje frekvenciju voda. Donji desni kut ekrana je sinkroekran (engl.

synchroscope) baziran na vremenski sinkroniziranim fazorima. Mogući su i mnogi drugi

prikazi, kao što su veličine (magnitude), uzrokovani analogni signali i statusi.

Slika 4.14: Sučelje SynchroWAVe Console Software-a

Page 58: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

50

4.4. Spajanje PMU uređaja na mrežu Za spajanje PMU uređaja na mrežu, odnosno na potrošače potrebna su nam tri

strujna (za svaku fazu jedan) i naponski mjerni transformator.

Mjerni transformatori mjerene napone i struje svode na veličine koje omogućuju upotrebu

instrumenata za nazivne napone do 100 V, te nazivne struje od 5 A i 1 A. Na taj se način i

instrumenti i releji mogu standardizirati što znatno pojednostavljuje njihovo projektiranje i

proizvodnju.

Strujni transformatori za priključak zaštitnih uređaja

Za razliku od strujnih transformatora koji služe za potrebe mjerenja, strujni

transformatori za potrebe zaštitnih uređaja trebaju vjerno prenositi na sekundarnu stranu

primarnu struju u području od nazivne do maksimalno moguće struje kratkog spoja. Isto

tako, sekundarna struja pri kratkom spoju treba ograničeno porasti kako bi se zaštitili

instrumenti.

Za spajanje PMU uređaja na mrežu, odnosno na potrošače odabrani su strujni mjerni

transformatori proizvođača Lovato, tipa DM1T 0100. Prijenosnog su omjera 100/5 A,

klase 1.

Karakteristike tog tipa strujnog transformatora prikazane su u sljedećoj tablici:

Tablica 4.3: Karakteristike strujnog mjernog transformatora Lovato DM1T 0100

Primarna struja IPOpterećenje

klasa 1 Qty per pkg Težina

Zadani kod

/5 [A] [VA] no [kg]

DM1T 0100 100 3 1 0.200

Oznaka no označava broj petlji primarnog kabela.

DM...T serija strujnih transformatora ugrađuje se u električne sustave za svođenje primarne

struje na sekundarnu vrijednost od 5 A, koja je kompatibilna za strujne ulaze digitalnih

višestrukih mjernih instrumenata i zaštitnih releja.

Bez primarnog namota su i koriste se za visoke primarne struje vrijednosti iznad 40 A.

Page 59: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

51

Slika 4.15: Lovato DM1T 0100

Spajanje strujnih mjernih transformatora prikazano je na sljedećoj slici:

Slika 4.16: Shema spajanja strujnih mjernih transformatora

Primarni se namot spaja u seriju s potrošačima pa je na taj način struja kroz taj namot

gotovo neovisna o teretu na sekundarnoj strani.

Page 60: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

52

Naponski transformatori za priključak zaštitnih uređaja

Izvedeni su kao i normalni transformatori snage.

Priključuju se paralelno potrošačima na gotovo konstantan napon koji je neovisan o

impedanciji priključenoj na sekundarni namot naponskog mjernog transformatora.

Osnovna razlika u odnosu na transformator snage je ta da je naponski mjerni transformator

relativno slabo opterećen kako bi pogreška mjerenja bila što manja.

Oba tipa naponskih mjernih transformatora (jednopolno izolirani i dvopolno izolirani

NMT-i) mogu se upotrijebiti za mjerenje u trofaznom sustavu i to spajanjem u slog. Da bi

se ostvario slog naponskih transformatora, potrebna su dva dvopolno izolirana NMT-a ili

tri jednopolno izolirana NMT-a. U prvom slučaju mogu se mjeriti samo linijski naponi,

dok se u drugom slučaju mogu mjeriti i linijski i fazni naponi.

Slika 4.17: Slog dvopolno izoliranih naponskih transformatora

Slika 4.18: Slog jednopolno izoliranih naponskih transformatora

Page 61: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

53

U radu su korišteni naponski mjerni transformatori prijenosnog omjera 250/63/6.3 V.

Sljedeća slika prikazuje jedan od korištenih naponskih mjernih transformatora:

Slika 4.19: Naponski mjerni transformator

Page 62: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

54

5. ZAKLJUČAK

Većina današnjih EES-ova, pa tako i EES Republike Hrvatske tehnički je izgrađen

s modernim sustavima relejne zaštite i SCADA sustavom za vođenje EES-a. Tradicionalni

SCADA sustavi daju ograničenu sliku dinamičkih uvjeta u mreži. SCADA sustav 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 obzirom na dinamiku predstavlja vrlo spor prikaz stanja u mreži i

onemogućuje pravovremeno djelovanje operatera.

Uvidom u postojeću telekomunikacijsku infrastrukturu zaključilo se da ne postoje prepreke

za implementaciju sistemskog nadzora baziranog na PMU tehnologiji u EES Republike

Hrvatske. Implementacijom sistemskog nadzora ostvarile su se mnogostruke koristi u

smislu sigurnijeg i pouzdanijeg vođenja EES-a, povećanja prijenosne moći postojećih

dalekovoda te analize i sprečavanja proširenja poremećaja u EES-u. Post mortem analize

dale su bolji uvid u dinamičko ponašanje hrvatskog EES-a, te omogućile bolje

razumijevanje mogućih specifičnih stanja EES-a.

Dosadašnja iskustva u radu sa sistemskim nadzorom hrvatskog EES-a pokazala su potpunu

opravdanost implementacije i proširenja sustava baziranog na PMU tehnologiji.

Razvoj WAM sustava ići će u dva pravca, koja nisu nužno zavisni. Jedan je pravac razvoj

programske podrške i aplikacija, a drugi pravac je proširenje tehničke infrastrukture WAM

sustava, ugradnjom dodatnih servera, PMU uređaja, IED (eng. Intelligent Electronic

Devices) uređaja i korištenjem dodatnih telekomunikacijskih resursa.

Isto tako, ići će se u smjeru daljnje implementacije novih tehnologija u svrhu nadogradnje

sistemskog nadzora, koji trenutno funkcionira kao jednosmjerna komunikacija, u sustav s

mogućnošću dvosmjerne komunikacije (povratna veza prema objektima EES-a). Dakle,

budućnost nosi implementaciju sve tri faze razvoja, funkcije sistemskog nadzora, sistemske

zaštite i sistemskog upravljanja u jedan cjeloviti sustav – WAMPAC (eng. Wide Area

Monitoring, Protection and Control).

Na Tehničkom fakultetu u Rijeci projekt nadzora elektroenergetske mreže u realnom

vremenu, ostvaren ugradnjom PMU uređaja i instaliranjem odgovarajućih softvera za

prikupljanje i obradu podataka, koristiti će daljnjim generacijama studenata kako bi se što

bolje upoznali s vodećom tehnologijom nadzora EES-a, koju u budućnosti očekuje daljnje

usavršavanje i ekspanzija.

Page 63: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

55

6. LITERATURA

1. S. Skok, I. Ivanković, et al: ''Izvješće o stanju nadzora, zaštite i vođenja

elektroenergetskog sustava Hrvatske elektroprivrede s naglaskom na mogućnost

primjene WAM sustava'', 2007.

2. I. Ivanković, K. Turk, Z. Čerina, S. Skok: ''Pogonska iskustva s prvim WAM

sustavom u Hrvatskoj'', Zbornik radova sedmog simpozija o sustavu vođenja EES-a

HK CIGRE, Cavtat 5.-8.11.2006.

3. I. Ivanković: ''Nadzor, upravljanje i zaštita od poremećaja na razini

elektroenergetskog sustava''

4. R. Matica: ''Sistemski nadzor, upravljanje i zaštita za unapređenje vođenja

elektroenergetskog sustava''

5. S. Nedić: ''Nadzor, zaštita i vođenje elektroenergetskog sustava zasnovano na

WAM platformi'', FER, diplomski rad broj 2119

6. Z. Čerina, I. Šturlić, R. Matica, V. Skendžić: ''Synchrophasor Applications in the

Croatian Power System'', HEP-TSO and Schweitzer Engineering Laboratories,

www.selinc.com, 2009.

7. http://www.selinc.com/SEL-421/

Page 64: SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET Sveučilišni diplomski

56

PRILOG A

U nastavku je prikazana shema elektroenergetskog priključka na Tehničkom

fakultetu u Rijeci s prikazom planiranih mjesta ugradnje PMU uređaja, SEL–421.