ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI „ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Rozwiązania smart-grids dla wspomagania pracy układów

elektroenergetycznych

Grzegorz GrzegorzycaZPBE Energopomiar-Elektryka

Badania eksploatacyjne i diagnostykaw elektroenergetyce i przemyśle

Konferencja Naukowo-technicznaGliwice, 18-19 kwiecień 2013

Wprowadzenie

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie rozwiązań jest możliwe dzięki:

• gruntownej wiedzy specjalistów, • bardzo precyzyjnej analizie potrzeb, • przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli, • obserwacji tendencji światowych w zakresie

najnowszych technik pomiarowych i informatyki przemysłowej,

• dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań

• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych systemów pomiarowych opracowywanych w ZPBE Energopomiar-Elektryka ulegały ewolucji technicznej,

• aktualne możliwości techniczne pozwalają na budowanie aplikacji klasy smart grids posiadających nowe własności funkcjonalne niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych technologii.

System elektroenergetyczny

• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało wydajne,

• w przeszłości SEE był projektowany i budowany przy założeniu, że generacja energii elektrycznej będzie odbywała się w dużych elektrowniach systemowych, a sieć będzie pełniła rolę jednokierunkowej dostawy energii do jej użytkowników.

Smart grids

• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie optymalizacji pracy układów powodują konieczność przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci elektroenergetycznych,

• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający aspekty bezpieczeństwa działania model systemu elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla warunków normalnych i awaryjnych,

• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym również na zakłócenia związane z groźnymi awariami systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać

dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru wytworzonej energii,

• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w układzie pomiarów i automatyki scenariusze automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu elektroenergetycznego poddanego skutkom rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany

doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań technicznych konieczna jest gruntowna znajomość pracy systemu elektroenergetycznego i występujących w nim zjawisk fizykalnych,

• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj koegzystować z tradycyjnymi,

• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego określenia zarówno struktury jak i szczegółowych rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids• zagadnienia metrologiczne wymagają nowej

perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu, pewność wyników, determinizm działania, powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,

• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym elementem składowym smart grids powinny charakteryzować się podwyższonym w stosunku do tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa informacyjnego i niezawodności. Kluczowe znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu działania systemu łączności.

Automatyka EAZ w procesie regulacji

EAZ usprawnia proces regulacji:• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans

mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,

• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są łatwiejsze w regulacji,

• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe wspomagające automatykę łączeniową

• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają regulację i synchronizację SEE,

• dokładna analiza zjawisk występujących podczas procesu regulacji i synchronizacji wymaga wyrafinowanych technik pomiarowych oraz oprogramowania,

• Specjalizowany WAMS zapewnia ciągłe monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie on-line całego procesu regulacji poprzez realizację specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE 4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE 4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE 4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE

• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z

CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi charakterystycznych parametrów,

• wartości częstotliwości obydwu systemów były do siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał. Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość df i związane z tym zmiany kierunku wirowania wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids

• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi koncepcjami będą wymagały wykorzystania dodatkowych układów pomiarowych wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej EAZ,

• wymagany będzie równoczesny pomiar zarówno wolno jak i szybko zmiennych wielkości realizowany w sposób ciągły w długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids

• obecnie nowe rozwiązania zazwyczaj koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko pewne cechy i właściwości Smart Grids, które będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe elementy składowe i funkcjonalności.

• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś czas temu zauważyli i prognozowali, że układy WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą generacją elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids

• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w pewnym momencie osiągną dojrzałość tradycyjnej EAZ.

• deterministyczny układ zaprojektowany zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami, poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi realizację niezawodnych i wiarygodnych systemów klasy Smart Grids o poszerzonej funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna

• prace związane ze smart-grids są prowadzone w Polsce w ramach działalności KT 304 do spraw „Aspektów systemowych dostaw energii elektrycznej” Polskiego Komitetu Normalizacyjnego (PKN),

• obecnie opracowywane projekty norm lub normy, to w istocie początek prac normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca część prac komitetu jest jeszcze w bardzo wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie

• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę