Nova IT arhitektura i aplikacije EMS sistema za potrebe centara upravljanja prenosnom mrežom

G. Jakupović, M. Stojić, N. Čukalevski

Institut "Mihajlo Pupin", Beograd

Srbija

II Savjetovanje Crnogorskog komiteta CIGREHotel Maestral, Pržno, 16. - 19.05.2011.

Mrežne funkcije starog sistema

• Aplikativna baza podataka (ABP)

• Procesor mrežne topologije (NT)

• Estimator stanja EES (SE)

• Bus load forecast (BLF)

Novi Sistem

Dodaje se ili se značajnije menja:• Dispečerski proračun tokova snaga DLF

(Dispatcher Load Flow) • Analiza ispada CA (Contigency Analiza)• Izvoz/uvoz podataka u nekoj standardnoj formi

(UCTE.DEF ili CIM/XML)• Procesor topologije (problemi u održavanju i

implementaciji izvoza/uvoza)• Aplikativna baza podataka• Korisnički interfejsi • Vezne aplikacije i drugo

Osnovna organizacija SCADA/EMS sistema

Programske celine 1

• Sistem za akviziciju podataka i nadzorno upravljanje (SCADA)• Aplikacioni programski interfejs SCADA sistema (SCADA API) • Aplikacija za preuzimanje merenja i vraćanje estimiranih

vrednosti na SCADA sistem (abp2scada). Neophodna merenja prosleđuje u „real-time“ instancu ABP-a. Iz ABP-a preuzima estimirane vrednosti radi prikaza na jednopolnim šemama

• Aplikacija za konverziju formata baze (abp_import)• Aplikacija koja priprema ulazne podatke za procesor topologije

(abp2nt). (u studijskom režimu)• Aplikacija za uvoz podataka iz UCTE.DEF i CIM/XML formata

(ucte_import) • Aplikacija koja ciklično izvršava „real-time“ ciklus estimacije

(abp2nt_rt)• Editor aplikativne baze se koristi za modelovanje topologije i unos

parametara EE opreme. Podaci se unose u tzv. „master“ instancu ABP

Programske celine 2

• Korisnički interfejs mrežnih aplikacija. Osnovni interfejs omogućava prikaz „real-time“ estimiranih vrednosti na jednopolnim šemama i ručno pokretanje analize sigurnosti. Poseban deo interfejsa je namenjen studijskim analizama.

• AGC - Održava frekvenciju sistema i snagu razmene.• Sekundarni regulator SMM UCTE bloka. Koordiniše rad sekundarne

regulacije članica bloka. • Programski paket za određivanje mrežne topologije (MT) Generiše

topologiju i vrši alokaciju merenja, generiše parametre ekvivalentnog modela mreže u obliku čvorovi-grane i druge ulazne podatke neophodne za rad estimatora.

• Programski paket za estimaciju stanja (SE) • Programski paket za procenu opterećenja čvorova (BLF) vrši

kontinualno ažuriranje istorijskih podataka o opterećenjima potrošačkih čvorova

• Programski paket za analizu sigurnosti. Dispečerski proračun tokova snaga DLF (Dispatcher Load Flow) i analiza ispada CA (Contigency Analysis).

NOVI PROGRAMSKI MODULI 1

Aplikacija za preuzimanje merenja i vraćanje estimiranih vrednosti na SCADA sistem (abp2scada)

Aplikacija ciklično iz „real-time“ instance aplikativne baze učitava rezultate poslednje uspešne estimacije i upisuje ih, posredstvom SCADA C++ API-ja, u VIEW2 segemente deljene memorije. Zatim iz SCADA segmenata deljene memorije učitava potrebna merenja i statuse rasklopnih aparata i upisuje u tabele „real-time“ ABP sa odgovarajućim vremenskim tagom. Izvršava se na SCADA serverima.

NOVI PROGRAMSKI MODULI 2

• Aplikacija za uvoz podataka iz UCTE.DEF ili eventualno CIM/XML formata (ucte_import)

• Podaci se upisuju u UCTE instancu ABP čiji se kompletan sadržaj automatski kreira na bazi sadržaja ulaznih fajlova. Kada se uvozi iz UCTE.DEF formata, a da bi se omogućile modifikacije radi studijskih analiza sigurnosti, dodaju se virtuelni prekidači koji omogućavaju ručno isključivanje opreme i delova mreže. Ovo je neophodno usled nepostojanja potrebnih rasklopnih aparata u modelu.

NOVI PROGRAMSKI MODULI 3

• Aplikacija za konverziju formata baze (abp_import)

• Aplikacija obezbeđuje konverziju aplikativne baze prethodne verzije sistema u novi format. Najvažnije razlika između starog i novog formata je u tome što u ranijem modelu topologije nije postojao entitet „toploškog čvora“ već je povezanost opreme i elemenata modelovana preko liste međusobnih veza polova elemenata.

NOVI PROGRAMSKI MODULI 4

Editor aplikativne baze

NOVI PROGRAMSKI MODULI 5

Korisnički interfejs EMS aplikacija

Novi procesor mrežne topologije (MT) 1

• U starom procesoru nije postojao entitet „toploškog čvora“. Novi MT u potpunosti orijentisan na čvorove i grane, a ne više na višepolne elemente mreže i njihovu povezanost.

• U prvoj fazi se "topološki" čvorovi, tj svi mogući krajevi rasklopnih aparata, spajaju u odgovarajuće "električne" ili agregirane čvorove kroz procesiranje povezanosti uključenih rasklopnih aparata.

• U drugoj fazi procesiranja topologije grane predstavljaju dalekovode i transformatore, a čvorovi su električni čvorovi. Procesiranjem povezanosti grana se formiraju električna ostrva.

Novi procesor mrežne topologije (MT) 2

• Elementi mreže se modeluju preko Y četvoropola kao generalnijeg modela od Pi ekvivalenente sheme. Ovim je omogućeno i modelovanje transformatora sa pomerajem faze.

• Dodeljivanje agregiranih merenja po završetku procesiranja. Ukoliko neko od merenja napona previše odstupa od ostalih merenja napona u istom električnom čvoru, takvo merenje se opciono odbacuje.

• Odredjivanje energizovanosti

Analiza Sigurnosti: Dispečerski proračun tokova snaga (1)

• Primenjuje se standardni puni Newton-Raphson algoritam.

• Na osnovu zadatog baznog slučaja (Base Case) dobijenog od estimatora stanja iz realnog vremena ili istorijskih arhiva.

• Operator ima mogućnost da vrši editovanje baznog slučaja u smislu uključivanja ili isključivanja opreme kako bi proverio da li dolazi do narušavanja nekog od strujnih ili naponskih ograničenja pre nego što se izvrši neka stvarna upravljačka akcija.

Analiza Sigurnosti: Dispečerski proračun tokova snaga (2)

• Uslov za sprovođenje funkcija analize sigurnosti (DLF i CA) je opservabilnost celog sistema. Dozvoljeno je više električnih ostrva.

• Upravljačke akcije se definišu preko grafičkog korisničkog interfejsa povezanog sa ABP-om. Podatke o baznom slučaju koje je estimator proračunao neophodno je vratiti u ABP da bi posle izvršenih upravljačkih akcija bili ponovo servirani procesoru topologije pre poziva neke od funkcija analize sigurnosti.

• Procesor topologije u režimu analize sigurnosti određuje tipove električnih čvorova u smislu Load Flow proračuna (balansni, PV, PQ, Q-teta).

Analiza Sigurnosti: Analiza ispada

(Contigency Analysis) • Pruža mogućnost analize tokova snaga za unapred

definisanu listu ispada elemenata prenosne mreže primenjenih nad baznim stanjem mreže preuzetog ili iz realnog vremena ili iz istorijskih arhiva.

• Za svaku kombinaciju liste ispada se vrši proračun tokova snaga i proverava da li dolazi do narušavanja ograničenja koji mogu uticati na sigurnost sistema.

• Liste ispada se definišu kroz grafički korisnički interfejs pri čemu svaki ispad može predstavljati bilo koju kombinaciju elemenata prenosnog sistema.

• Prilikom ispada neke grane može doći do cepanja mreže tako da je nophodno pre proračuna tokova snaga izvršiti i topološke provere na pojavu novih ostrva.

Generisanje izveštaja korišćenjem XML Style

Sheet-ova

Zaključak

Sistem je unapređen iz dva osnovna razloga: • Prvi, da bi se omogućila nova funkcionalnost

kroz nove aplikacije za potrebe analize sigurnosti (u real-time-u i studijskom modu) i mogućnost izvoza i uvoza podataka u zahtevanoj standardnoj formi (kakve su UCTE.DEF i CIM/XML) koja se zahteva u zajedničkom radu EES na Evropskom prostoru.

• Drugi razlog za unapređenje je ležao u potrebi da se pojednostavi i unapredi proces održavanja softvera i podataka sistema, u kom smislu su realizovane u radu opisane tehnološke izmene.

HVALA NA PAŽNJI!