A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása Az „együttműködő” villamos energia rendszer kialakulása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása Az „együttműködő” villamos energia rendszer kialakulása

Az 1890-es évek elején létesültek az első „erőtelepek”, eleinte csak egy-egy ipari fogyasztó ellátására.

Természetesen „szigetüzemben” működtek, gyakorlatilag tartalék nélkül...

Teljes káosz volt az alkalmazott feszültségekben: (120V=), (2kV~), (2*150V=), (3*120V 42Hz), (2*2kV~), (3*2kV), (3*330V~ 15Hz) Az 1900-as évek elején – a gyakori kiesések miatt – létrejöttek az első kooperációk, hogy meghibásodás esetén ki tudják segíteni egymást. Ennek feltétele – természetesen - az azonos frekvencia és azonos feszültség volt. No meg a vezetéket is kellett építeni...

Először városon belüli összekapcsolások történtek (pl. 3kV, 3f, 50Hz), majd városok közötti kooperációs vezetékek épültek az

1920-as években a 6, 10, 20, 31kV mellett 66kV-os feszültséggel...

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása A kooperáció előnyei:



A szükséges tartalék teljesítmény csökken.



Csúcsterhelés esetén kisegíthetik egymást → az időeltolódás is előny.



Gazdaságos terhelés elosztás (alaperőmű, csúcserőmű, üzemzavari tartalék gépegységek).



Nagy rendszerben nagyobb egységteljesítmények miatt jobb hatásfok.



Hurkoltabb hálózatban kevesebb a veszteség.

Magyarországot a környező országokkal összekapcsoló

távvezetékeket 1953-tól kezdték kiépíteni.

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Az együttműködő villamos energia rendszer jellemzői:

(Termelés – szállítás, elosztás - fogyasztás) - nagyon bonyolult fizikai rendszer

- nagy mennyiségű információ keletkezik

- egy berendezés állapotának változása kihat az egész rendszer működésére

- szigorú szabályok határozzák meg a működését

Mindezek miatt:

hierarchikus felépítésű az irányítási rendszere

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

ÉDÁSZ KDSZ

MAVIR (FRI)

DÉDÁSZ

KDSZ TITÁSZ

KDSZ ÉMÁSZ

KDSZ ELMŰ KDSZ

Gyöngyös

ÜIK Miskolc

ÜIK xxx

ÜIK

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Villamosenergia szolgáltatás alapkövetelményei:

- Rendelkezésre állás:

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

- Minőségi jellemzők

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

- Költség minimum

együttesen, rendszerszinten legyen optimális a termelés, szállítás, fogyasztás

A rendszerirányítás feladata: ezek kialakítása, fenntartása,

szabályok kidolgozása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Rendszerállapotok:

A hálózatok, berendezések állapotának, a villamos

jellemzőknek a változását sok körülmény okozhatja:

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

Ezeket összefoglalóan rendszerállapottal jellemzik.

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

határoznak meg.

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Rendszer állapotok Normál állapot:

- biztonság: n-1 elv teljesül

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

Veszélyeztetett állapot: berendezés kiesése okozza

- biztonság csökken

- minőség: megfelelő (nincs túllépés: f, U, I, P, … előírt értékű) - optimum: általában nem minimum költségű

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Veszélyes állapot: semmi sem teljesül

- biztonság: csökken - minőség: nem teljesül - optimum: nem teljesül

Súlyos üzemzavar:

- szinkron üzem megszűnése - szigetüzemek

- nagy fogyasztói terület ellátatlan - teljes üzemszünet

Rendszerirányítás folyamatának feladatai:

– üzemelőkészítés

– operatív üzemirányítás – üzemértékelés

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Üzemelőkészítési feladatok („megelőző”~):

Terhelés becslés, megbízhatósági számítások, karbantartás tervezése

- hosszú távú (több éves):

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

- középtávú (éves, havi):

karbantartás tervezése, üzemállapotok ellenőrzése (csökkent biztonságú állapotok kiszűrése)

- közel (rövid-) távú:

heti, napi, órás üzemállapotok tervezése

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Operatív üzemirányítási feladatok („aktuális”~):

(Szűkebb értelemben vett üzemirányítás)

Napi, valós idejű feladatok ellátása:

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

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

- Üzemzavaros állapot megszüntetése (visszatérés normál üzemállapotba)

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Üzem értékelési feladatok („utólagos”~):

Operatív üzemirányítás archivált adatainak feldolgozása.

- energia elszámolások

- üzemzavari jelentések készítése - statisztikák készítése

Célja: üzemelőkészítéshez információ biztosítása

(visszacsatolás)

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása 10.

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Telemechanikai rendszer

A magyar villamos energia rendszer irányítása 3 szintű:

- Független rendszerirányító, FRI (MAVIR)

- Körzeti diszpécser szolgálat, KDSZ (áramszolgáltatóknál) (~1954-) - Üzemirányító központ, ÜIK (áramszolgáltatóknál) (~1968-tól)

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

információkon alapult.

A beavatkozást az alállomás kezelőszemélyzete végezte.

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása Az üzemirányítás legfontosabb eszköze:

telemechanika rendszer

Több, korábbi kísérleti megoldás után, kb. 1981-től indult a

centralizált telemechanika, azaz a számítógépes üzemirányítási rendszer kiépítése.

A telemechanika elnevezés a távolról történő beavatkozásra utal.

A számítógépes rendszer igazodott a hierarchikus felépítésű üzemirányítói rendszerhez:

- KDSZ: telemechanika főközpont - ÜIK: telemechanika középközpont

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A telemechanika rendszer feladata:

- Mérési adatok gyűjtése - Jelzések fogadása

- Parancsok továbbítása, végrehajtása

A feladatokat valós időben (real time) kell ellátnia.

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

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

Jelzés: 100 db Mérés: 70 db

Parancs (távműködtetés): 130 db

A jelzéseket, parancsokat 40ms felbontással eseménysorrendbe rendezve tárolja.

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

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

Az egyes áramszolgáltatók (illetve az OVIT az alaphálózaton)

különböző gyártmányú, de hasonló tudású eszközöket alkalmaztak.

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

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

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

Az egyes szintek között a kommunikáció modemekkel,

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Az alállomási TM jellemzői:

Technológiai kapcsolat:

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

– Távadók: analóg mennyiségek átalakítása (4-20mA) mérőváltókról U, I, P, egyéb: Cfok, ...

– Optocsatolók: 220V= szintű hibajelzések (1bites), állásjelzések (2 bites) fogadása, esetenként logikai összevonás

– Relés vezérlés elosztók: 220V= parancsok kiadása

kétlépcsős működés: primer készülék kiválasztása, parancs végrehajtása

Ezek külön helyiséget foglaltak el...

Távoli kommunikáció:

Az alközpont 200 bit/s sebességgel, a 4kHz-es telefonvonal megosztott

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

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

szükségességét.

– Mindhárom területen elektronikus készülékeket használnak – Ezek az eszközök az erősáramú technológiához kapcsolódnak

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

– A védelem és automatika funkciók egyes készülékekben már integrálódtak

Cél:

– Kevesebb csatlakozás a technológia felé

– A készülékek közötti erősáramos csatlakozások megszünnek – Egységes hardver

– A párhuzamos feldolgozások száma csökken

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

ÜRIK program (1991-2001):

Az Országos Villamos Teherelosztó (OVT) és az

áramszolgáltatók irányítástechnikai rendszerének korszerűsítését tűzte ki célul.

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

Ennek keretében optikai, mikrohullámú összeköttetések létesültek

Megvalósult az ÉMÁSZ és az OVT közötti számítógépes kapcsolat

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A centralizált telemechanika alközpont helyét fokozatosan átvették a

„mezőorientált” telemechanika készülékek.

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

– A védelem-automatika készülékektől függetlenek.

– A mezőgépek optikai gyűrűn keresztül kommunikálnak a fejgéppel.

– A fejgép a kommunikál a felsőbb irányítási szinttel és a

mezőgépekkel, feladata az alállomási adatok kezelése, a helyi megjelenítés, kezelés biztosítása

Az alállomási telemechanika korszerűsítése során magyar, Prolan fejlesztésű és gyártású PROFIELD mezőorientált eszközök

váltották fel a SAM és SINAUT eszközöket. Az ELMŰ

alállomásaiba INFOWARE, szintén magyar készülékek kerültek,

amelyek már bizonyos védelem-automatika funkciót is elláttak.

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Távműködtethető oszlopkapcsolók (TMOK)

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

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

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

– Motoros működtetésű oszlopkapcsolót kell beépíteni

– Akkumulátor biztosítja a működését a váltakozó feszültség kimaradásakor – A tápellátást, akkumulátor töltését feszültségváltó végzi.

– Áramváltó biztosítja a zárlati áram érzékelését a védelemhez

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

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

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

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

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

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

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

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Alállomási

telemechanika rendszere

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

ÜIK feladata:

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

ÜIK telemechanika középközpont feladata:

– Kapcsolattartás az alállomások TM fejgépekkel – Kapcsolattartás a KDSZ TM főközponttal

– Diszpécseri munkahelyek kiszolgálása – Sématábla meghajtása

ÜIK

KDSZ feladata:

Egy áramszolgáltató főelosztó hálózatának (120kV) üzemirányítása

ÜIK telemechanika főközpont feladata:

– Kapcsolattartás az alállomási TM középközponttal – Kapcsolattartás az OVT telemechanikával

– Kapcsolattartás alaphálózati alállomásokkal – Diszpécseri munkahelyek kiszolgálása

– Sématábla meghajtása

– Adatkapcsolatok biztosítása a vállalati ügyviteli

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Integrált üzemirányítói rendszer (2010-)

(IDCS: Integrated Dispatcher Center System, PROLAN) A KDSZ és ÜIK telemechanikai rendszer újabb

korszerűsítése strukturális változást hozott a számítógépes rendszerben

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

Az új, IDCS rendszerben minden számítógép, RTU, munkaállomás, szerver egy adatátviteli „felhőre”

csatlakozik. Ezt mutatja a következő egyszerűsített rajz.

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

Miskolc Gyöngyös

Szerverközpont

Szerverközpont Munkahely

Munkahely RTU

RTU

RTU RTU

Külső rendszerek

SCADA VLAN

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A korszerű védelmek, a mezőorientált alállomási telemechanikai eszközök változatlan formában,

szabványos protokollt használva teljesítik az IDCS rendszer követelményeit.

Az így létrehozott SCADA rendszer már valós időben

elérhetővé tesz olyan szolgáltatásokat, amikre korábban a szakértői-, döntéselőkészítő rendszerek csak hosszú

feldolgozási idővel, off-line üzemmódban voltak képesek.

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

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

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

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

A szervereken minden információ megtalálható, amik a

hálózat állapotát jellemzik. (Mérések, jelzések, adatbázisok

az alállomási berendezésekről, GIS, fényképek, GPS

koordináták, stb.)

MAVIRjjj

Miskolc-i szerver központ Miskolc-i szerver

központ

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

Gyöngyös-i szerver központ Gyöngyös-i szerver

központ

üzemirányítási VPN hálózat

vállalati intranet adatcsere, FKA

Miskolc régió Sárospatak régió

Salgótarján régió

Korlátozott funkciójú munkaállomások üzemelőkészítés, KFMU,

munkairányítás Térkép alapú

rendszer (GIS) Archívum és

jelentés kezelés

Archívum és jelentés kezelés

HKV + RKV

ÉMÁSz irányítóközpont

Miskolc

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

Régió irányítóközpont Gyöngyös

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

ELCOM

IEC60870/5-104

Régió irányítóközpont Eger

Eger régió

Gyöngyös régió Korlátozott funkciójú

munkaállomások üzemelőkészítés, KFMU,

munkairányítás

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

SCADA rendszer főbb funkciói:

– Adatgyűjtés

– Távműködtetés

– FKA korlátozás (csoportos kikapcsolások)

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

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

– Eseménynaplózás – Jelentések

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása Magasabb szintű management- és szakértői funkciók

EMS (Energy Management System) funkciók

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

Terhelés becslés (Load Forecast)

Terhelés óránkénti előrejelzése

Hálózatszámítás (valós idejű)

– Topológia feldolgozása – Állapotbecslés

– Fogyasztói adatbázis

– Kontingencia analízis (ellátás folytonosság) – Zárlatszámítás (3F/3FN, 1FN, 2F, 2FN)

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása DMS (Distribution Management System), Elosztóhálózati

irányítási funkciók Hálózat színezés

– Feszültség alatt álló hálózat színezése – Táppontonkénti színezés

– Kikapcsolt állapot színezése – Földelt állapot színezése

Egyvonalas ábra (sémakép) generálás térképi (GIS) ábrázolásból Automatikus rendszer helyreállítás

– Automatikus rendszermentés

– Kapcsolási sorrend generálása diszpécseri baavatkozáshoz

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

A magyar villamosenergia rendszer üzemirányítása

SPM (Switching Procedure Management), kapcsolási sorrend funkciók

Kapcsolási sorrendek automaikus és kézi létrehozása

– Feszültségmentesítés – Gyűjtsín átrendezés

– Kiserőművek viselkedése, stb

DTS (Dispatcher Training Simulator)

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