sufinanciranog od strane Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH

1. Prezentacija dosadašnjih rezultata istraživanja u sklopu znanstvenog projekta Nadzor, zaštita i vođenje širokog područja elektroenergetskog sustava u okruženju dereguliranog i liberaliziranog tržišta električne energije sufinanciranog od strane Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH i Hrvatske elektroprivrede – Operator prijenosnog sustava d.o.o. Voditelj projekta: Dr.sc. Srđan Skok srdjan.skok@fer.hr

2. Sadržaj • Uvod – WAM – PMU tehnologija • Opis znanstvenog projekta • Dosadašnji rezultati • Europski trendovi – pogonska iskustva • Buduće smjernice istraživanja i izazovi

3. Popis oznaka i kratica • WAM Wide Area Monitoring • WAP Wide Area Protection • WAC Wide Area Control • WAMPC Wide Area Monitoring, Protection and Control • PMU Phasor Measurement Unit • PST Phase Shifting Transformer • PDC Phasor Data Concentrator • EMS Energy Management System • SCADA Supervisory Control And Data Acquisition • UCTE Union for Coordination of Transmmision of Electricity

4. Uvod • Izgradnja TS Žerjavinec – pripreme za proces rekonekcije • 2003. započet pilot projekt WAM sustava (2 PMU-a u TS Žerjavinec i TS Tumbri) – stručnjaci HEP-a • Krajem 2005. – prijava na natječaj Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH za znanstveni projekt “Nadzor, zaštita i vođenje ees-a zasnovano na WAM platformi”. • Boravak dr.sc. Srđana Skoka u SAD-u tijekom 2006., tvrtka KEMA Corporate, rad na implementaciji WAM sustava u Kaliforniji • 01.07.2006. odobreno trogodišnje financiranje projekta i imenovanje Dr.sc. Srđana Skoka voditeljem projekta • Istraživanje na projektu je započelo 01.09.2006. • Projekt je sufinanciran od strane HEP-a

5. Uvod Project Team Roster: • Damir Novosel – leader • Khoi Vu – co-leader • Arun Phadke • Jim Thorp • Miroslav Begovic • Siri Varadan • Bill Snyder • Yi Hu • David Korinek • Virgilio Centeno • Faramarz Maghsoodlou • Yuri Makarov • Ralph Masiello • Srdjan Skok Naručitelj: CIEE – California Institute of Energy Efficiency Cilj:Cost-benefit analiza ugradnje WAM-a u Kaliforniji

6. WAM • Tehnologija mjerenja fazora poznata s kraja 1980-tih – prvi komercijalni uređaji razvijeni početkom 1990-tih • Raspadi ees-a i congestion management – akceleriraju razvoj WAM sustava i pripadnih aplikacija (ili wide-area monitoring protection and control –WAMPAC)

7. WAM – Primjer raspada RASPAD U ITALIJI 28.09.2003 • U 03:01 ispad voda 380 kV Mettlen-Lavorgo – pad grane. • Pokušaj ponovnog uklapanja (dispečer) neuspješan zbog prevelike razlike kuteva. • Drugi vod 380 kV line Sils-Soazza propterećen – ispad voda – veliki provjes - grana – nakon 15 minutes – raspad u Italiji.

8. WAM – Zašto?

9. PMU Measurements SCADA Measurements U1 I1 Im I3 Re U3 U2 I2 U(t), I(t) WAM – SCADA • Funkcija “Nadzor EES-a u relanom vremenu” • Detekcija • naponske / frekvencijske • nestabilnosti • Detekcija oscilacija • iporemećaja u frekvenciji • Detekcija dinamičkog • preopterećenja • Prijedlog • preventivnih akcija • Estimator stanja • Benchmarking • Vektori ! • (vremenska oznaka) • Uzorkovanje: • 20…60 Hz • Manji broj signala • e.g. 20…100 • Pregled EES-a • Dinamičke i stacionarne pojave • RMS vrijednosti • Uzorkovanje: npr. 0.5 Hz • Veliki broj signala: npr. 10 000 • Pregled EES-a • Stacionarna stanja WAMS SCADA / EMS Podaci Vektori A/D A/D Mjerni pretvornici GPS URMS, IRMS ~ ~ PMU RTU

10. WAM - PMU • Osnova WAM sustava: • Mjerenje fazora napona i struje u određenim točkama ees-a • Phasor Measurement Unit (PMU) uređaji – Global Positioning System GPS – sinkronizacija mjerenja – dostupni na tržištu • Cijena 10.000 € • ABB RES 521 Arbiter 1133 • WAM platforma omogućava realnu dinamičku sliku ees-a,

11. U1 I1 Im I3 Re U3 U2 I2 U(t), I(t) WAM – PMU GPS – američki monopol ! • PMU – uređaj unutar postrojenja – mjerenje fazora napona i struje • Red veličine vremenske točnosti mjerenja = mikrosekunda • Proračunsnage (MW/MVAR)i frekvencije (f) • Osvježavanje mjerenja 20-60 puta u sekundi • Put prema stvaranju dinamičke slike ees-a (SCADA/EMS osvježavanje mjerenja - deseci sekunda, pa i minute) Galileo ? PMU GPS prijemnik Analogni Pridjeljivanje vremena ulazi Komunikacija 16-bit Filter CPU A/D pretv.

12. Fazori napona i struje rekvencija WAM – Konfuguracija sustava Vodno polje VT, CT Alarmi Podaci SCADA Točnost 0.1 stupanj 1 mHz Rezolucija 20 msec PMU uređaj u stanici Komunikacija Data Concentrator Filter Data Export Na različitim nivoima nadzora i vođenja - Phasor Data Concentrator (PDC) – prikuplja i pohranjuje mjerenja više PMU-ova u istom trenutku

13. WAM – Područje primjene • On-line nadzor ees-a (kut, naponska stabilnost, frekvencija) – arhiviranje podataka • Unaprijeđeni sustav alarmiranja • Postmortem analiza • Doprinos poboljšanju točnosti estimacije stanja • Congestion management • Planiranje odvajanja sustava • Naponska i kutna stabilnost – automatsko upozoravanja i nadzor • Nadzor i prigušenje međupodručnih oscilacija

14. WAM – Područje primjene • Nadzor opterećenja prijenosnih vodova – povećanje granice prijenosne moći voda • Verifikacija i poboljšanje dinamičkog matematičkog modela ees-a • Adaptivna zaštita i podešenje releja • Adaptivno rasterećenje • Restauracija sustava nakon raspada • Primjena u određivanju zaštite i nadzora distribuirane proizvodnje

15. WAM – Zašto Hrvatska • Procesom deregulacije i liberalizacije tržišta električne energije uvelike je apostrofiran ekonomski aspekt, a zanemaren tehnički dio nadzora, zaštite i vođenja elektroenergetskog sustava: • Vođenje sustava na granici stabilnosti • Mogući raspadi • Uvođenjem WAM-a ostvaruje se pouzadnije vođenje ees-a, povećanja prijenosne moći postojećih vodova – potencijalno povećanje dobit od tranzita energije smjerom NE - SW • Sve zemlje regije paralelno s procesom deregulacije i liberalizacije ees-a, provode i implementaciju WAM sustava. • Zaključci UCTE-a nakon analize poremećaja od studenog 2006. – primarni cilj je uvođenje WAM-a i interkonekcijska razmjena podataka

16. Znanstveni projekt Nacionalna zaklada za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH Program “Partnerstvo u temeljnim istraživanjima”

17. Znanstveni projekt • Prvi odobren projekt Nacionalne zaklade za znanost, visoko školstvo i tehnologijski razvoj RH unutar programa “Partnerstvo u temeljnim istraživanjima” • Domaća i inozemna recenzija

18. Znanstveni projekt - ciljevi

19. Znanstveni projekt – ostvareni rezultati period (0-6) mjeseci • Izrađena je web stranica projekta, te se redovito osvježava (www.fer.hr/zvne/nzz). • Prikupljeni su podaci o specifičnostima elektroenergetskog sustava Hrvatske elektroprivrede, obzirom na primjenu sustava za nadzor, zaštitu i vođenje (WAM). • Stvoren je pregledan uvid u stanje telekomunikacijske infrastrukture Hrvatske elektroprivrede obzirom na mogućnost uvođenja WAM sustava. • Izrađeno je izvješće o stanju nadzora, zaštite i vođenja elektroenergetskog sustava Hrvatske elektroprivrede s naglaskom na specifičnosti i mogućnost primjene WAM sustava. • Na osnovu izvješća partnerska organizacija – Hrvatska elektroprivreda pristupila je nabavci Phasor Measurement Unit (PMU) uređaja, u sklopu vlastitog projekta „Nadzor EES-a u realnom vremenu“. • Nabavljeno je 5 novih PMU uređaja RES 521 i programski paket ABB PSGuard 850

20. Znanstveni projekt – implementacija rezultata • Kupljeno 5 novih PMU uređaja – ABB RES 521 • Kupljen programski paket PSGuard 850 • Končar – KET – implementacija PMU-ova

21. Znanstveni projekt – ostvareni rezultati period (0-6) mjeseci • započeta izrada 1 doktorske disertacija, • izrađen je 1 diplomski rad, • objavljen 1 znanstveni rad na međunarodnom znanstvenom skupu, • objavljen 1 stručni rad na domaćem stručnom skupu, • prihvaćena su 2 znanstvena rada za objavljivanje i oralnu prezentaciju na međunarodnim skupovima (1 rad je dobio nagradu kao veoma uspješan rad – PowerTech2007), • izrađen 1 znanstveni članak koji je prijavljen za objavljivanje u međunarodnom znanstvenom časopisu iz kategorije CC publikacija (u procesu evaluacije), • organizirana 3 pozivna predavanja na domaćem stručnom skupu.

22. Znanstveni projekt – ostvareni rezultati period (0-6) mjeseci • Stručni posjet ABB Switzerland Ltd, Baden Švicarska, s ciljem upoznavanja sa aktualnom svjetskom WAM tehnologijom. – mogućnost potencijalne suradnje • Sudjelovanje suradnika na projektu mr.sc. Igora Ivankovića u radu Istražnog povjerenstva IC-a (Investigation committee) UCTE-a (Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity), nakon elektroenergetskog poremećaja u Europi 4.11.2006. godine, • Ostvareno je sudjelovanje suradnika mr.sc. Igora Ivankovića i Zdeslava Čerine, dipl.ing. na projektu u radu Expert group Power System Stability UCTE-a. • Provodi se priprema i organizacija Osmog savjetovanja o velikim sustavima HRO CIGRE, 2007. godine. • Organizirano pozivno predavanje na skupu MIPRO 2007.

23. Znanstveni projekt – ostvareni rezultati period (0-6) mjeseci • Započete su aktivnosti, na opremanju i rekonstrukciji laboratorija za potrebe implementacije laboratorijskog modela WAM sustava u svrhu provedbe istraživanja tijekom III faze – period (12-18) mjeseci. • Pristupilo se infrastrukturalnim preinakama koje su preduvjet za implementaciju laboratorijskog modela WAM sustava. • SVI REZULTATI DOSTUPNI NA www.fer.hr/zvne/nzz

24. Znanstveni projekt –opravdanost nastavka projekta • Period (0-6) mjeseci - izrada pripremnih podloga • Partnerska institucije aktivno prati projekt – osim financijski partner djeluje sukladno rezultatima projekta • Stvarni – “živi” projekt, • Više nego opravdan nastavak rada na projektu.

25. Znanstveni projekt –ciljevi u slijedećem periodu istraživanja • II faza projekta - Idejno rješenje nadzora, zaštite i vođenja ees-a RH zasnovanog na principu Wide Area Monitoring (WAM) sustava. • Izrada miljokaza i određivanje primarnih aplikacija važnih za Hrvatsku elektroprivredu uzimajući u obzir cijenu i mogućnosti njihove primjene u sklopu TSO strukture. • Projektiranje WAM sustava zasnovanog na prioritetnim aplikacijama i zahtjevima ees-a Hrvatske elektroprivrede. • Arhitektura sustava treba uzeti u obzir da se sinkronizirana mjerenja razmjenjuju na većim udaljenostima, uključujući i susjedne ees-e. • Optimalni dizajn sustava ovisi o postojećoj komunikacijskoj infrastrukturi i ponudi uređaja za sinkronizirano mjerenje na tržištu, te se treba postepeno primijeniti. • Priprema podloga za razmjenu sinkroniziranih mjerenja sa susjednim zemljama i koordinacija sa UCTE-om. • Plan edukacije i uvježbavanja stručnjaka Hrvatske elektroprivrede.

26. Znanstveni projekt – slabosti projekta • Nisu uočeni negativni znanstveni i stručni rezultati dosadašnjeg istraživanja • Preporuka za uključivanjem domaćeg proizvođača elektroenergetske opreme • Vrijeme potrebno za izradu programskih aplikacija • Nedostatak podrške matičnog Zavoda za visoki napon i energetiku

27. Europski trendovi – pogonska iskustva • Zamah razvoja WAM sustava u Europi nakon velikog raspada u Italiji 28.09.2003. • ETRANS - Švicarska • Uspostava koordinacijskog WAM centra u Švicarskoj (ETRANS – nezavisni koordinator sustava) • Hrvatska nije unutar koordinacijskog WAM centra

28. Pogonska iskustva Rekonekcija – Razlika kuteva između Mettelen – Ag. Stefanos

29. Pogonska iskustva Rekonekcija – Nadzor frekvencije; Mettelen i Ag. Stefanos

30. Pogonska iskustva Međupodručne oscilacije napona nakon rekonekcije

31. Pogonska iskustva • 21:38:52 Isklop 380 kV dvostrukog voda Diele – Conneforde u Njemačkoj rezultiralo je razlikom kuta napona između te dvije stanice u iznosu 5 - 34 stupnja. • 22:10:14-22:10:28kaskadni ispad vodova - propterećenje (distantna zaštita – nadstrujna funkcija)od sjeverne do središnje Njemačke. • 22:10:28gubitak sinkronizma • 22:10:28-22:10:30odvajanje UCTE sustava na tri dijela – djelovanje distantne zaštite uslijed pada napona na obje strane štićenih vodova. Poremećaj u Europi 4.11.2006. godine

32. Pogonska iskustva ~49,00 Hz~50,50 Hz~49,70 Hz

33. Pogonska iskustva Poremećaj u Europi 4.11.2006. godine– Frekvencije pri odvajanju sustava na tri dijela (stanice u Njemačkoj)

34. Pogonska iskustva Poremećaj u Europi 4.11.2006. godine– Frekvencije pri odvajanju sustava na tri dijela (Austrija, Grčka, Švicarska) Ag. Stefanos (Greece) Ternitz (Austria) Bassecourt (Switzerland)

35. Pogonska iskustva Poremećaj u Europi 4.11.2006. godine– Kutevi napona tri izolirana sustava tijekom i nakon odvajanja Switzerland-Italy (northen) Switzerland-Italy (midd) Switzerland-Slovenia Switzerland-Greece Switzerland-Croatia Switzerland-Austria

36. Buduće smjernice istraživanja i izazovi

37. Buduće smjernice istraživanja i izazovi

38. Buduće smjernice istraživanja i izazovi • Razvoj i poboljšanja PMU uređaja • Ispitivanje paralelnog rada PMU uređaja različitih proizvođača i njihov utjecaj na pojedine aplikacije, • Korištenje PMU uređaja za nadzor i automatsko upravljanje više PST-ova (PhaseShifting Transformers) • Razvoj programskih aplikacija primjerenih korisniku • Integracija sa SCADA sustavom • Razvoj virtualnih PMU uređaja – klijenata za razmjenu podataka • Povratna veza prema sustavu – adaptivno vođenje ees-a • Razvoj programskih aplikacija za razmjenu podataka između interkonekcijskih područja • Razvoj modela za proračun vremena kašnjenja podataka od PMU uređaja do PDC-a • Poboljšanje estimacije stanja

39. Razvoj i poboljšanja PMU uređaja

40. Razvoj i poboljšanja PMU uređaja Ne postoji nezavisni laboratorij za ispitivanje PMU uređaja

41. Korištenje PMU uređaja za automatsko upravljanje više PST-ova • Mogućnost automatske regulacije PST • Mogućnost upravljanja sa svim PST u regiji • Upravljanje tokovima snaga • Poboljšanje rada estimatora • Nadzor na radom PST u realnom vremenu kod ručne regulacije • Ne postoji komercijalna aplikacija • Veliki zamah ugradnje PST-ova

42. Razvoj programskih aplikacija primjerenih korisniku • Postojeće programske aplikacije ne odražavaju potrebe korisnika – dispečera (ABB PSGuard, SEL,…); • Razvoj programskih modula za integraciju sa SCADA sustavom; • U budućnosti razvoj adaptivnog vođenja ees-a – povratna veza prema sustavu • Razvoj programskih aplikacija za razmjenu podataka između interkonekcijskih područja • Razvoj modela za proračun vremena kašnjenja podataka od PMU uređaja do PDC-a

43. Razvoj programskih aplikacija primjerenih korisniku

44. Razvoj programskih aplikacija primjerenih korisniku

45. Poboljšanje estimacije stanja • Poboljšanje točnosti – detekcija i eliminacija pogreški u mjerenju • Direktni podaci vanjske mreže –bolja aproksimacija vanjskog sustava • Bolja informiranost o stanju ees-a • Redudancija u mjerenju - bolja točnost estimacije • Točniji ulazni parametri za proračun – otpor i reaktancija prijenosnih vodova ? • Potrebno daljnje istraživanje • Neuspješan pokušaj estimacije stanja samo na osnovu PMU mjerenja

46. Buduće smjernice – Pozicija Hrvatske obzirom na implementaciju WAM sustava još uvijek dobra – Potrebno pratiti svjetske trendove – Moguće promjene strategije – razvoj aplikacija Hvala na pažnji!