Realizované systémy WAMS

Transkript

1 Jiri Roubal ABB s.r.o., PS Division CIRED, PS03, Pavlov 2.a Realizované systémy WAMS ABB Group - 1 -

2 WAM Wide Area Monitoring Aplikace WAM systém je dsledkem požadavku na pokrytí provozovaných síti prostedky pro komplexní monitorování, ízení a chránní Rozvoj aplikací WAM systém je umožnna také díky existenci komern dostupnému principu synchronního mení fázor elektrických veliin Vývoj aplikací WAM je dsledkem evoluního vývoje techniky a technologií monitorování, ízení a chránní ABB Group - 2 -

3 WAM a ABB ešení PSGuard Systém pro monitorování, ízení a chránní rozsáhlých sítí, obsahující v souboru komerního ešení: Jednotky fázorového mení PMU (Phasor Measurement Unit) Komunikaní subsystém Monitorovací centrum SMC (Systém Monitoring Centre) ABB Group - 3 -

4 Struktura systému PSGuard ABB Group - 4 -

5 Systém PSGuard jako komerní produkt ABB Group - 5 -

6 Strktura systému PSGuard v komerní nabídce V rámci projektu implementace systému PSGuard je souástí nabídky ABB krom vlastního HW a SW jejich implementace i ada dalších služeb Výbr umístní jednotek mení fázor Dodávka vlastních, pípadné pipojení PMU jiných dodavatel Požadavky na vybudování, pípadn adaptace existujícího komunikaního subsystému Dodávka základního HW a SW monitorovacího centra ABB Group - 6 -

7 Výbr umístní jednotek mení fázor Výbr umístní jednotek mení fázor (PMU) podle: Urení kritických oblastí Umožnní požadované pozorovatelnosti vybraných oblasti Dostupné komunikaní infrastruktury Pístup k daným objektm a jejich technologická vybavenost Požadavk na spolehlivost a dostupnost všech funkcí ABB Group - 7 -

8 Funkce jednotek PMU Jednotky PMU jsou souástí nabídky celého konceptu ešení, v nutných pípadech mohou být do systému pipojeny i jednotky jiných dodavatel PMU by mly (PMU ABB mají ve standardu) Podporovat komunikaci prostedníctvím Ethernetu (TCP/IP) není to ale nezbytné Mit naptí a proud vývodu Mít absolutní hodnotu frekvence a její derivaci Podporovat IEEE synchrofázorový protokol Dosáhnout asové synchronizace s pesností min.1s ABB Group - 8 -

9 Komunikaní subsystém Pro komunikaci z rozvoden do Monitorovacího centra (SMC) mohou být použity rzné cesty, smrování a media Komunikaní subsytsém musí pokrýt minimální požadavky: Požadovaná minimálmí datová rychlost 19,2 kbps na jeden vývod Požadovaná maximální latence dat 0,2s z fyzického mení po data pijatá v SMC Požadovaní minimální spolehlivost (dostupnost funkce penosu) 99,8 % ABB Group - 9 -

10 Základního HW a SW monitorovacího centra ABB Group Souástí dodávky základního HW a SW jsou Jednoduchý nebo HSB PSGuard server PSGuard klientské stanice Základní dodávkou SW, krom vlastního jádra systému je uživatelské rozhraní (GUI) s funkcemi: Jednopólová schémata Monitorovacích funkce vedení Funkce pro ukládání a export dat Funkce trend Funkce Supervize

11 Jednopólová schémata ABB Group

12 Monitorování vedení ABB Group

13 Ukládání dat a export ABB Group

14 Trendy ABB Group

15 Supervize systému ABB Group

16 Funkce systému PSGuard ABB Group Dosud popsanéásti PSGuard tvoí nezbytný základ (infrastrukturu) pro ešení skuten komplexního systému WAM, který mže dále obsahovat jednotlivé funkce: Monitorování fázového úhlu (Phase Angle Monitoring - PAM) Monitorování teploty vedení (Line thermal monitoring application - LTM) Monitorování stability naptí pro koridory (Voltage Stability Monitoring - VSM) Monitorování oscilací výkonu (Power Oscillation Monitoring - POM) Monitorování stability frekvence (Frequency Stability Monitoring - FSM) Kalkulátor stavu (State Calculator - SC) srovnání pro estimator stavu Manažér rozhraní PSGuard Záznam událostí a automatický export

17 ABB Group PAM - Monitorování fázového úhlu Monitoruje zatížení sít zpsobené intenzivn zatíženými vedeními a poskytuje operátorm informace v reálném ase o odchylkách fázového úhlu naptí Vstupy Výstupy Fázor naptí v první lokalit (meno jednotkou PMU 1) Fázor proudu v první lokalit (meno jednotkou PMU 1) Fázor naptí v druhé lokalit (meno jednotkou PMU 2) Fázor proudu v druhé lokalit (meno jednotkou PMU 2) Fázor naptí v n-té lokalit (meno jednotkou PMU n) Fázor proudu v n-té lokalit (meno jednotkou PMU n) Mez pro vasné varování (volitelné) Mez pro nouzový alarm (volitelné) Fázový rozdíl mezi vybranými lokalitami Aktivní a jalový výkon ve vybraných lokalitách Zobrazení kivky fázového rozdílu mezi dvmi vybranými lokalitami Zobrazení maximálního akceptovatelného fázového rozdílu mezi dvmi vybranými lokalitami On-line varování a alarmy Konfigurace výše uvedené funkcionality Autokontrola

18 PAM - Monitorování fázového úhlu ABB Group Monitoring fázového úhlu naptí ped a po resynchronizaci UCTE-1 a UCTE-2

19 PAM - Monitorování fázového úhlu ABB Group Cíle a pínosy Poskytuje dispeerm on-line informace o odchylkách fázového úhlu naptí Zlepšuje ízení naptí Zlepšuje stabilitu, bezpenost a spolehlivost sít Umožuje bezpen provozovat sí blíže k jejím projektovaným limitm Poskytuje lepší pehled o síti Poskytuje rozhodující informace pro úspšné sepnutí penosového vedení

20 LTM - Monitorování teploty vedení Fázory naptí a proudu jsou meny na obou stranách vedení, vypote se skutená a paralelní impedance vedení a je extrahován odpor vedení. Pi znalosti vlastností materiálu vedení (referenní teplota a koeficient závislosti, obvykle udávaný výrobcem) lze urit prmrnou teplotu vedení. Obdržená teplota je teplota prmrná, ne bodová. Relace mezi nimi musí být ovena t.j. reprodukce dopadu rzných povtrnostních podmínek podél vedení v jednom ase. Vstupy Výstupy ABB Group Fázor naptí na jedné stran vedení (meno jednotkou PMU 1) Fázor proudu jedné stran vedení (meno jednotkou PMU 1) Fázor naptí na druhé stran vedení (meno jednotkou PMU 2) Fázor proudu na druhé stran vedení (meno jednotkou PMU 2) Parametry vedení Mez pro vasné varování (volitelné) Mez pro nouzový alarm (volitelné) Aktuální odpor vedení Aktuální prmrná teplota vedení Aktuální ztrátyvedení On-line varování a alarmy Autokontrola Schopnost predikovat prmrnou teplotu vedení z mení a jaký proud mže zatížit vedení v daném asovém období kolik asu zbývá pi daném proudu

21 LTM - Monitorování teploty vedení ABB Group Monitorování teploty vedení u ETRANS (Švýcarsko), tídenní zobrazení trendu prmrné teploty vedení a spoteného odporu vedení

22 LTM - Monitorování teploty vedení ABB Group Cíle a pínosy Poskytuje operátorm dobrý odhad prmrné teploty intenzivn zatížených vedení. To je rozhodná informace pro zamezení petížení a odpojení vedení. Podél koridoru není nutný žádný senzor; Mící sensory jsou na zaátku a na konci vedení, kde existuje komunikaní infrastruktura. Krátké mící intervaly pro rychlou indentifikaci kritické úrovn teploty (v rozsahu sekund) Pímá integrace s SCADA EMS Cenov efektivníešení pro investice a provoz použitím mícího zaízení v rozvodnách Snížení rizika mením mimo VVN potenciál (silné ovlivnní elektrickým polem). Možnost provozního personálu pijmout rychlé rozhodnutí pijetím jedné prmrné teploty místo mnoha mených hodnot -> možnost nastavit proveditelné úrovn varování a alarm.

23 ABB Group VSM Monitorování stability pro koridory Hlavní funkcí je poskytovat dispeerovi dostatek informací k vyhodnocení aktuální rezervy výkonu s ohledem na stabilitu naptí t.j. objem dodateného inného výkonu, který mže být penesen po penosovém vedení bez ohrožení stability naptí. Vstupy Fázor naptí na jedné stran vedení (meno jednotkou PMU 1) Fázor proudu jedné stran vedení (meno jednotkou PMU 1) Fázor naptí na druhé stran vedení (meno jednotkou PMU 2) Fázor proudu na druhé stran vedení (meno jednotkou PMU 2) Parametry vedení Mez pro vasné varování (volitelné) Mez pro nouzový alarm (volitelné) Výstupy Rezervy výkonu (maximální možný objem dodateného výkonu, který mže být penesen po monitorovaném penosovém koridoru bez ohrožení stability naptí). Theveninv ekvivalent impedance penosového koridoru + oblasti generátoru vidno z pohledu oblasti zátže Theveninv ekvivalent zdroje naptí oblasti generátoru Ekvivalent impedance oblasti zátže Zobrazení P/V kivky, která ilustruje závislost naptí v oblasti zátže na penášeném výkonu pes koridor Zobrazení maximálního možného výkonu, který mže být penesen po koridoru Zobrazení aktuálního pracovního bodu na P/V kivce On-line varování a alarmy Smr výkonu Konfigurace výše uvedené funkciality Autokontrola

24 VSM Monitorování stability pro koridory ABB Group Monitorování stability naptí P/V kivka

25 VSM Monitorování stability pro koridory Cíle a pínosy Zlepšuje ízení naptí Zlepšuje stabilitu, bezpenost a spolehlivost sít Redukuje náklady a pináší vtší funkcionalitu z ochran a ídicích systém Umožuje bezpené provozovat sí blíže k jejím projektovaným limitm Poskytuje lepší pehled o síti ABB Group

26 ABB Group POM Monitorování oscilací výkonu Monitorování oscilací výkonu je algoritmus používaný pro detekci kyvu výkonu v sítích VVN. Do algoritmu vstupují vybrané fázory naptí a proudu. Algoritmus zpracovává fázory a detekuje rzné módy kyvu (oscilací výkonu). Algoritmus rychle identifikuje frekcenci a útlum kyv. Algoritmus využívá techniku adaptivní Kalmanovy filtrace. Vstupy Mení: Naptí nebo proud (amplituda nebo úhel) vzorkován každých 100ms nebo rychleji Parametry nastavení algoritmu a aplikace software explicitn Úrovn varování a alarm pro útlum (upozornní a nouze) Parametry algoritmu detekce Výstupy Útlum dominantního oscilaního módu (asové okno t.j. trendový displej) Frekvence dominantního oscilaního módu (asové okno t.j. trendový displej) Amplituda oscilací (asové okno t.j. trendový displej) Útlum ostatních oscilaních mód (asové okno t.j. trendový displej) Frekvence ostatních oscilaních mód (asové okno t.j. trendový displej) Alarmy, když útlum jakéhokoli oscilaního módu klesne pod peddefinovanou hodnotu

27 POM Monitorování oscilací výkonu ABB Group Monitorování oscilací výkonu (útlum, frekvence a amplituda)

28 POM Monitorování oscilací výkonu ABB Group Oscilace výkonu (Chorvatsko)

29 POM Monitorování oscilací výkonu ABB Group Cíle a pínosy Krátkodobé pínosy: Okamžité uvdomní o stavu penosové sít ve smyslu oscilací dispeer vidí urgentnost situace Indikace oscilací frekvence, které mohou být spojeny se známým existujícím módem sít t.j. dispeer mže rozlišit zda je vzbuzen lokální nebo mezi-oblastní mód Dlouhodobé pínosy: S pomocí uložených dat a jejich analýzou mže být provedena dlouhodobá statistika. Mže být provedeno posílení sít pro utlumení frekvencí, které se zdají být nejnebezpenjší. Shrnutí cíl a pínos Zlepšuje ízení naptí Zlepšuje stabilitu, bezpenost a spolehlivost sít Redukuje náklady a pináší vtší funkcionalitu z ochran a ídicích systém Umožuje bezpené provozovat sí blíže k projektovaným limitm Poskytuje lepší pehled o síti

30 ABB Group FSM Monitorování stability frekvence Algoritmus monitorování stability frekvence odhaduje vlivy nerovnováhy výkonu na frekvenci modelováním odezvy zátže a setrvanosti generátor. Pokud není odhadovaná frekvence akceptovatelná, je spoítáno a navrženo opatení pro dosažení žádané frekvence. Vstupy Fázor naptí ve vybrané rozvodn/u generátoru (meno jednotkou PMU) Fázor proudu ve vybrané rozvodn/u generátoru (meno jednotkou PMU) Výstupy Predikce ustáleného stavu po události Trendový displej kolísání frekvence and píslušný útlum Detekce události Identifikace a velkost/kolísání nejdležitjší frekvence Amplituda nejdležitjšího druhu zmny frekvence Absorpce nejdležitjšího druhu zmny frekvence Gradient zmny frekvence Odhadovaná stední hodnota analyzovaného signálu Odhadovaná amplituda oscilací analyzovaného signálu Indikace trendu oscilací a píslušná absorpce On-line varování a nouzové alarmy, spouštcí a základní hodnota pro load shedding zamýšlené nápravné akce

31 FSM Monitorování stability frekvence Cíle a pínosy Zlepšuje ízení naptí a frekvence Zlepšuje stabilitu, bezpenost a spolehlivost sít Redukuje náklady a pináší vtší funkcionalitu z ochran a ídicích systém Umožuje bezpené provozovat sí blíže k jejím projektovaným limitm Poskytuje lepší pehled o síti ABB Group

32 SC Kalkulátor stavu Nejdíve je použita detekce topologie pímo pozorovatelných prvk (pokud tato informace není k dispozici z externího zdroje nap. SCADA). Potom jsou poítány stavy (amplitudy a fáze naptí a proudu) v dosahu pímé pozorovatelnosti. Následn jsou ureny zbývající stavy prvk (t.j. topologie) a ostatní stavy. Vstupy Fázory naptí a produ z vybraných lokalit sít Parametry sít Výstupy Všechny fázory naptí sledované oblasti Všechny fázory produ vtví (t.j. vedení a transformátory) sledované oblasti Stavy (ZAP nebo VYP) vtví sledované oblasti ABB Group

33 SC Kalkulátor stavu ABB Group Cíle a pínosy Snížuje trvání výpadk a odezvy Zlepšuje analýzu kvality Zlepšuje ízení naptí Zlepšuje stabilitu, bezpenost a spolehlivost sít Redukuje náklady a pináší vtší funkcionalitu z ochran a ídicích systém Umožuje bezpené provozovat sí blíže k jejím projektovaným limitm Poskytuje lepší pehled o síti Mén chyb ve stavové estimaci díky zvýšené redundanci z mení fázor Zvýšená pesnost modelu díky kalkulace parametr

34 Manažer rozhraní Manažer rozhraní poskytuje operátorm zpracovaná data a alarmy ze systému PSGuard. Rozhraní je nezávislé na platform a umožuje pístup k datm rzným operanímsystémm (Windows, Unix, Linux, VMS) SCADA/EMS. Penos dat mže být konfigurován až na 1s. ABB Group

35 Manažer rozhraní ABB Group Cíle a pínosy Manažer rozhraní poskytuje SCADA/EMS asové synchronizovaná data ze sít s pesností 1µs. Všechna penášená on-line data jsou z PMU a majíasovou znaku. Výsoce pesná mení fázor (s pesností amlitudy 0,1 % a fáze 0,1 %) jsou penášena spolen s informací o dostupnosti GPS synchronizace a komunikaního spoje. Komunikaní protokoly IEC IEC DNP 3.0 RP570 ADLP180 Teleconnect III T5000 OPC Server (OPC400) Siemens Sinaut ST1

36 Záznam událostí a automatický export Jde o balík pokroilého automatického exportu historických dat, který zvyšuje hodnotu funkcionality ukládání a exportu dat. Data budou archivovány automaticky v závislosti na hodnot s prehistorií a po události. Umožuje automaticky poslat data ve formátu Excel rzným píjemcm pomocí u. Jeden soubor jednoho vybraného signálu je možné konvertovat do Excel pímo (jako vstup adresáe historie). Vstupy Spouštcí podmínky pro automatický export dat (volitelné) Fázor naptí ve všech lokalitách (meno jednotkami PMU) Fázor proudu ve všech lokalitách (meno jednotkami PMU) Frekvence ve všech lokalitách (meno jednotkami PMU) Výstupy Samostatný exportní balík podle UCTE požadavk inný a jalový výkon Naptí a frekvence Autokontrola ABB Group

37 Manažer rozhraní ABB Group Cíle a pínosy Manažer rozhraní poskytuje SCADA/EMS asov synchronizovaná data ze sít s pesností 1µs. Všechna penášená on-line data jsou z PMU a majíasovou znaku. Výsoce pesná mení fázor (s pesností amlitudy 0,1 % a fáze 0,1 %) jsou penášena spolen s informací o dostupnosti GPS synchronizace a komunikaního spoje. Komunikaní protokoly IEC IEC DNP 3.0 RP570 ADLP180 Teleconnect III T5000 OPC Server (OPC400) Siemens Sinaut ST1

38 Realizované systémy PSGuard APG Rakousko ETRANS Švýcarsko HEP Chorvatsko UCTE resynchronizace 1 a 2 ABB Group

39 APG Rakousko Pokrytí slabého místa v penosu po dvojitém vedení 220kV Víde Jihovýchod - Ternitz ABB Group

40 APG Rakousko ešení Dodávka systému PSG 850 vetn PMU instalovaných na vedení 2x 220kV Víde Jihovýchod Ternitz Aplikace: Monitorování fázového úhlu (PAM) Monitorování teploty vedení (LTM) ABB Group

41 APG Rakousko ABB Group

42 Kontakty Jií Roubal ABB s.r.o., Divize Power System Mobile: ABB Group

43