Ostrovní provoz BlackOut

Ostrovní provoz BlackOut Ivan Petružela 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 1

Osnova Frekvenční plán Ostrovní provoz Frekvenční kolaps v rovině (f,p) Obnovení frekvence pomocí frekvenčního odlehčování PpS Ostrovní provoz 2003 BlackOut Itálie 2003 BlackOut USA 2006 Stav nouze ČR 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 2

Bilanční rovnice ES V každý časový okamžik musí být v ES udržována rovnováha mezi výrobou a spotřebou elektrické energie. Obecná pohybová rovnice rotující hmotnosti je dána vztahem S v (t) = S s (t) + S z (t) + S a (t) J dω + B. ω = dt M h M b kde je J moment setrvačnosti roztočených hmot, B součinitel tlumení, úhlová rychlost, Mh hnací moment, který je úměrný výkonu turbín, Mb brzdný moment, který je úměrný zatížení ostrovní soustavy (výkonu spotřebičů). 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 3

Ostrovní provoz Frekvenční kolaps Pokud se pracovní bod ES bude nacházet v blízkosti Pmax (tj. bude nedostatek točivé rezervy), výkonová rovnováha se s velkou pravděpodobností neobnoví a nastane frekvenční kolaps. K tomu může dojít, jestliže některé bloky nedokážou přejít do ostrovního provozu. Tuto situaci ukazuje následující graf. Při vzniku deficitní ostrovní soustavy se zátěž zvětšila o PS, tj. přechodová charakteristika přešla z PS na PS+). V prvním případě, při dostatečné točivé rezervě, je nový ustálený stav v bodě 1 (průsečíku charakteristik PS- a PV1). Frekvence ostrovní soustavy se ustálí. V případě výpadků bloků se statická charakteristika výroby změní z PV1 na PV2 a ustálený stav bude v bodě 2. Protože tento bod leží pod fminfp, nemůže být dosaženo ustáleného stavu. Při této hodnotě se elektrárny působením ochran odpojí od sítě a nastává tzv. blackout. 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 4

2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 5

Frekvenční plán Frekvenční plán je přílohou č.3 vyhlášky MPO č. 219/2001 Sb. Tento frekvenční plán je rozpracován dále do podrobnějších ustanovení v provozní instrukci ČEPS PI 620-6 Frekvenční plán Obsahem této PI jsou ruční a automatické činnosti, které při vybočení kmitočtu od normálních hodnot mají za cíl - zamezit pádu kmitočtu do hodnot kdy působí systémové automatické frekvenčního odlehčování (SAFO); - klesá.li dále kmitočet tak působením SAFO a lokálním automatickým odlehčováním (LAFO) zamezit poklesu kmitočtu do nebezpečných hodnot pro energetická zařízení a udržet části ES v ostrovním provozu; - nejsou-li předchozí opatření úspěšná, pak zajistit včasné odpojení elektráren do provozu na vlastní spotřebu a tím umožnit rychlou obnovu provozu ES. - zamezit vzrůstu kmitočtu do nebezpečných hodnot pro energetická zařízení a udržet části ES v ostrovním provozu - nejsou-li opatření úspěšná, pak zajistit včasné odpojení elektráren do provozu na vlastní spotřebu a tím umožnit rychlou obnovu provozu ES 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 6

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 7

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 8

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 9

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 10

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 11

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 12

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 13

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 14

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 15

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 16

Obsah Black out Italie 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 17

NERC Control Areas 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 18

East Lake 5 Trip: 1:31:34 PM ONTARIO 2 1 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 19

East Lake 5 Exciter Failure Causes Trip 13:30 Throughout the morning, the EMS operators were calling the FE plant operators to request an increase in reactive power. A significant conversation took place between the FE EMS (system control center) operator and the East Lake Unit 5 operator at approximately 1316 on August 14. EMS Operator: Hey, do you think you could help out the 345 voltage a little. East Lake 5 Operator: Buddy, I am -- yeah, I'll push it to my max max. You're only going to get a little bit. EMS Operator: That's okay, that's all I can ask. 3 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 20

Situation after Initial Trips 15:05 15:41 ONTARIO 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 21

Phone Calls FirstEnergy 15:42 FE s western transmission operator informed FE s computer support staff that the EMS system functionality was compromised. Nothing seems to be updating on the computers. We ve had people calling and reporting trips and nothing seems to be updating in the event summary I think we ve got something seriously sick. This is the first evidence that a member of FE s control room operating staff recognized that their EMS system was not functioning properly. There is no indication that this operator informed any of the other operators at this time. However, the FE computer support staff discussed the subsequent EMS alarm corrective action with some control room operators shortly thereafter. 15:42 The Perry plant operator called back with more evidence of problems. I m still getting a lot of voltage spikes and swings on the generator. I don t know how much longer we re going to survive. 15:45 A tree trimming crew reported that they had witnessed a tree-caused fault on the Eastlake-Juniper 345 kv line. However, the actual fault was on the Hanna- Juniper 345 kv line in the same vicinity. This information added to the confusion in the FE control room, because the operator had indication of flow on the Eastlake-Juniper line. AEP called after the Star-South Canton 345 kv line tripped a third time and locked out at 1542 to discuss and inform them that they had additional lines that were showing overloads. FE operators recognized then that the Star breakers had tripped and remained open. 15:46 The Perry plant operator called the FE control room a third time to say that the unit was close to tripping off: It s not looking good. We ain t going to be here much longer and you re going to have a bigger problem. 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 22

Northern Ohio and Eastern Michigan Served Only from Ontario after 16:10:37.5 16:10:38.6 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 23

Power Transfers Shift at 16:10:38.6 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 24

PJM NY Separating 16:10:44 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 25

Cleveland Toledo Island 16:10:39-16:10:46 Cleveland Blacks Out 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 26

End of the Cascade Some Local Load Interrupted Areas Affected by the Blackout Service maintained in some area 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 27

2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 28

Frequency in Ontario and New York during Breakup Niagara Generation Stays with Western NY 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 29

Nouzový stav přenosové soustavy 25.7.2006 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 30

Spolehlivost provozu - V Kodexu Přenosové soustavy je zakotveno základní pravidlo spolehlivého provozování, tak zvané kritérium N-1. - Znamená, že provoz i rozvoj soustavy je plánován a kontrolován na stav výpadku jednoho jejího prvku nesmí dojít k přetížení či výpadku prvku druhého. - Toto kritérium je závazným standardem v rámci propojené evropské sítě (UCTE). - Od tohoto principu jsou odvozeny i náklady na provozování PS. - Může dojít ke krátkodobému lokálnímu omezení výroby nebo spotřeby řešitelnému v rámci distribučních soustav. 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 31

Jak extrémní teploty ovlivňují provoz soustav. Nároky na klimatizaci zvyšují spotřebu. Provozní problémy výrobců el. energie. Zvýšené namáhání přenosových systémů. Minimální výroba ve větrných elektrárnách. 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 32

Situace v evropské síti Francie - nárůst spotřeby při vyšší průměrné teplotě - snížení exportů na minimum. Španělsko - spotřeba opakovaně dosahuje rekordní úrovně - častá přetížení přenosových linek Itálie - rezervy pro bezpečné provozování soustavy se zmenšují výpadky důležitých hraničních vedení. Švýcarsko - mimořádný export (až 4500 MW) do soustav UCTE - vysoká výroba ve vodních elektrárnách. Polsko Německo 2007 ZS - zvýšení zatížení a problémy parních elektráren. Nedostatek výkonu a rušení exportů až 1000MW. - nízká výroba ve větrných elektrárnách. Deficit až 4500 MW. X15PES - 10. Ostrovní provoz 33

Vliv poruchy ve Slovinsku Podle sdělení provozovatele PS Slovinska (ELES) z 27.7. bylo vzhledem k požáru v okolí rozvodny Divača dne 25.7. nutné postupně odpojit obě mezinárodní vedení do Itálie a to v: - 6:53 vedení 400 kv Divača - Redipuglia - 8:13 vedení 220 kv Divača Padriciano Souběžné vedení z Rakouska bylo vypnuto pro přetížení - 8:14 vedení 220 kv Lienz Soverzene Tato vypnutí způsobila neočekávané změny toků ve všech propojených soustavách. 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 34

Souvislost přeshraničních toků a zatížení V415 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0-100 -200-300 -400-500 -600 limit V415 Německo V415 25.7.2006 6:00 25.7.2006 6:15 25.7.2006 6:30 25.7.2006 6:45 25.7.2006 7:00 25.7.2006 7:15 25.7.2006 7:30 25.7.2006 7:45 25.7.2006 8:00 25.7.2006 8:15 25.7.2006 8:30 25.7.2006 8:45 25.7.2006 9:00 25.7.2006 9:15 25.7.2006 9:30 25.7.2006 9:45 25.7.2006 10:00 25.7.2006 10:15 25.7.2006 10:30 25.7.2006 10:45 25.7.2006 11:00 25.7.2006 11:15 25.7.2006 11:30 MW Slovensko vypínání vedení mezi Slovinskem, Rakouskem a Itálií Rakousko Polsko 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 35

Změna sald (modře) a odpovídající změny toků výkonů (červeně) v Evropě mezi 8. a 9.obchodní hodinou B &NL -134 F&E&P DE -684 PL -300 CZ +400 +400 SK UA CH +1896-300 HU APG +1215 +169-2679 IT -233 +421 ELES BALKAN 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 36

Výchozí stav 400 kv 220 kv -- vypnuto V209 V441 V404 V207 V244 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 37

Sled událostí 10:00 - přetěžování V415 11:12 - vypnutí V415 Neplatí N-1 11:49 EDA, EDU vypnuto PHA 12:00 - EDA přifázováno 12:01 - výpadek V420 12:07 - výpadek V203 12:07 - výpadek V402! V415 V420 V402! EDA EDU V203 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 38

OSTROV 12:07 12:13 V415 V420 V402 V203 PS zůstává propojena se všemi sousedy! 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 39

Kmitočet v 1.ostrově 51,5 51 50,5 50 49,5 49 12:06:30 12:06:57 12:07:24 12:07:51 12:08:18 12:08:45 12:09:12 12:09:39 12:10:06 12:10:33 12:11:00 12:11:27 12:11:54 12:12:21 12:12:48 12:13:15 12:13:42 12:14:09 12:14:36 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 40

Sled událostí 12:13 V415 zapnuta 12:26 V203 zapnuta 12:46 výpadek V410 V201 V410! 13:03 výpadek V201 13:03 výpadek KSP 13:03 přetok 800MW SLV-DASpůsobení PHA, vypnutí V481, V482, V485 V420 V415 13:08 V481 zapnuto 13:14 V482 zapnuto 14:00 EDU RB3 připojeno V402!800 MW EDU RB3 EDA V481 V482 V485 V203 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 41

OSTROV2 13:03 13:30 Rozhodnutí o vyhlášení STAVU NOUZE V201 V410 V415 V420 V402 V203 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 42

Kmitočet v 2.ostrově 51,5 51 50,5 50 49,5 49 13:03:00 13:04:40 13:06:20 13:08:00 13:09:40 13:11:20 13:13:00 13:14:40 13:16:20 13:18:00 13:19:40 13:21:20 13:23:00 13:24:40 13:26:20 13:28:00 13:29:40 13:31:20 13:33:00 13:34:40 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 43

Stav nouze Je stav, který vznikl v ES v důsledku: - Ohrožení celistvosti PS, její bezpečnosti a spolehlivosti provozu. - Havárie na zařízeních pro přenos elektřiny. - Při stavech nouze je provozovatel PS oprávněn využívat v nezbytném rozsahu výrobních a odběrných zařízení odběratelů bez ohledu na smlouvy uzavřené mezi účastníky trhu s elektřinou. - Při vyhlášení stavu nouze je náhrada škody a ušlého zisku vyloučena. (výňatek z 54 zákona č. 458/2000 sbírky) 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 44

Sled událostí 13:30->14:05 13:30 V201 zapnuta 14:05 výpadek V201 14:05 výpadek V216 V410 V201 V415 V420 V402 V216 V203 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 45

OSTROV3 14:05 14:47 Stejný jako ostrov č.2, s výjimkou části RZ MILíN 15:05 15:13 ostrov č. 4 - totožný s ostrovem č.2. V410 V201 V415 V420 V402 V216 V203 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 46

Kmitočet ve 3.ostrově 51,2 51 50,8 50,6 50,4 50,2 50 49,8 49,6 49,4 49,2 14:05:00 14:07:21 14:09:42 14:12:03 14:14:24 14:16:45 14:19:06 14:21:27 14:23:48 14:26:09 14:28:30 14:30:51 14:33:12 14:35:33 14:37:54 14:40:15 14:42:36 14:44:57 14:47:18 14:49:39 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 47

Odstraňování poruchy 14:47->22:05 Odvolán STAV NOUZE V410 V201 14:47 zapnutí V216 15:16 zapnutí V201 15:32 zapnutí V404 15:46 zapnutí V402 17:09 spojení KSP 19:20 zapnutí V410 21:54 zapnutí V441 22:05 zapnutí V420 V441 V415 V420 V402 V216 V203 V404 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 48

Regulační stupně č.1 striktní dodržování odběrových diagramů č.2 snížení 80 MW do 30minut č.3 snížení +480 MW do 30minut č.4 snížení +400 MW do 4 hodin po vyhlášení č.5 snížení +250 MW do 4 hodin po vyhlášení výpis z provozní instrukce č.820-2 Regulační plán ES ČR. (rovněž vliv HDO) 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 49

Časy vyhlášení stavu nouze a regulačních stupňů 13:00 - Schází se krizový štáb ČEPS a vyhlašuje STAV NOUZE. 14:00 - Stav nouze vyhlášen společně s regulačními stupni 2,3,4,5. 18:00 - Zrušen RS č. 4 a 5. 23:00 - Odvolán STAV NOUZE, zrušen RS č. 2 a 3, vyhlášen RS č. 1. 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 50

Rozbor - příčiny Extrémní klimatické podmínky v celé Evropě - atypické stavy a přetoky výkonů, zvýšené nároky na PS. Změna přeshraničních toků výkonu o 900 MW během dvou hodin způsobená mimo jiné výpadky vedení do Itálie. Výpadek vedení V420 Hradec-Mírovka rozpojení fázového lana. Destrukce vysokofrekvenční tlumivky v rozvodnách Čechy Střed a Krasíkov překročení jmenovité zatížitelnosti při vysoké teplotě okolí. 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 51

Dopady poruchy Nebyla přerušena dodávka elektřiny žádnému spotřebiteli v ČR Omezení velkých spotřebitelů dle platných regulačních stupňů 600 MW Omezení vyvedení výkonu v důsledku poruch : UE: Ledvice, Mělník 2 a 3, Opatovice, Počerady, Prunéřov 1, Tisová, Tušimice 2 PPC Trmice, PPC Vřesová JE Dukovany PVE Dalešice, PVE Dlouhé Stráně VE Orlík Maximální omezení výroby 3000 MW 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 52

Bilance elektrické energie dne 25.7. Snížení výroby 7 % Rovnováha!!! Snížení spotřeby 2 % Import elektřiny Elektrárny Přenosová soustava Velcí spotřebitelé 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 53

Co přispělo k úspěšnému vyřešení stavu nouze? Mezinárodní spolupráce provozovatelů PS účinná pomoc na základě předem připravených pravidel a využití výhod propojení přenosových soustav v rámci UCTE (havarijní výpomoci a nákup regulační energie soudobě až 1300MW). Činnost dispečinku ČEPS při řešení havarijní situace, podle předem připravených havarijních scénářů a v souladu s platnou legislativou. Výrobci elektrické energie úspěšný provoz bloků v netypických provozních podmínkách (např.ostrovní provozy) dle pravidel stanovených Kodexem PS. Vybraní spotřebitelé účinné omezení odběru elektrické energie dle vyhlášených regulačních stupňů. 2007 ZS X15PES - 10. Ostrovní provoz 54