ROZPROSZONE SYSTEMY MONITOROWANIA JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Transkrypt

1 ROZPROSZONE SYSTEMY MONITOROWANIA JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ POWER QUALITY SMART METERING dr inż. Andrzej Firlit LABORATORIUM JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

2 CEER - RADA EUROPEJSKICH REGULATORÓW ENERGII jest niezależnym, dobrowolnym stowarzyszeniem zrzeszającym regulatorów energetyki z krajów UE (Reports: 2001, 2 nd 2003, 3 rd 2005, 4 th 2008) 2

3 1 szy KRAJOWY RAPORT BENCHMARKINGOWY nt. jakości dostaw energii elektrycznej do odbiorców przyłączonych do sieci przesyłowych i dystrybucyjnych Bogdan Czarnecki Franciszek Głowacki Zbigniew Hanzelka Henryk Koseda Mieczysław Wrocławski Instytut Energetyki Oddział Gdańsk Instytut Energetyki Oddział Gdańsk Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Instytut Energetyki Oddział Gdańsk Energa-Operator S.A Instalacja rozproszonych systemów monitorowania wskaźników jakości napięcia to proces nieunikniony, który już obecnie jest, a będzie w coraz większym stopniu w przyszłości, wymuszany różnymi czynnikami, w tym przede wszystkim potrzebami technicznymi trendy zmian wartości parametrów jakości napięcia to jedne z najlepszych wskaźników stanu technicznego urządzeń sieciowych. Prace wstępne przygotowujące do instalacji takiego systemu należy podjąć jak najwcześniej, w pierwszej kolejności od opracowania koncepcji i bilansu potrzeb sprzętowych. 3

4 Czas trwania projektu: od 4 luty 2010 do 18 grudnia Przygotowania trwały ponad 2 lata. PSE Operator S.A. System Monitoringu Jakości Energii Elektrycznej 4

5 PSE Operator S.A. System Monitoringu Jakości Energii Elektrycznej 21 stacjach pomiarowych 70 urządzeń 5 centrami centralną bazą danych Centrum Monitoringu Jakości Energii Elektrycznej PSE Operator 5

6 6

7 Grant: Rozproszony system monitoringu i oceny jakości dostawy energii elektrycznej Narodowe Centrum Nauki Umowa nr 3143/B/T02/2011/40. Kierownik: dr inż. Bogusław Świątek prof. Zbigniew Hanzelka dr inż. Krzysztof Piątek dr inż. Ryszard Klempka Jerzy Sikora dr inż. Andrzej Firlit mgr inż. Władysław Łoziak mgr inż. Krzysztof Chmielowiec smart grids inteligentne oraz konsumpcji energii elektrycznej nowe sposoby produkcji rozproszone, inteligentne systemy pomiarowe smart metering 7

8 Źródło: Amerykańska Agencja Energii 6. WYSOKIEJ JAKOŚCI PROJEKT 8

9 stan z dn

10 William Thomson Lord Kelvin Wiarygodna informacja o rzeczywistej sytuacji w systemie elektroenergetycznym 10

11 SYSTEMY POMIAROWE TYPU SMART METERING ANALIZATOR JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ monitorowanie jakości energii elektrycznej Power Quality Smart Metering LICZNIK ENERGII ELEKTRYCZNEJ monitorowanie parametrów energetycznych Energy Consumption Smart Metering www. esma -h o me.eu Według dokumentu Definition of Smart Metering and Aplications, wydanego przez ESMA, urządzenie typu SMART METER powinno posiadać następujące możliwości: monitoring jakości energii elektrycznej, 11

12 www. www. esma esma -h o me.eu -h o me.eu Nie istnieje jedna, uniwersalna definicja inteligentnego systemu pomiarowego. W związku z tym dla potrzeb organizacji ESMA opracowano następującą definicję. Z powyższej definicji wynika, że inteligentny system pomiaorowy może mieć bardzo szerokie zastosowanie, m.in. do monitorowania i poprawy jakości energii elektrycznej. KOMENTARZ DO SMART METERING / SMART METER 12

13 Systemy monitorowania (EE, JEE) Energetyka zawodowa Przemysł cele, skala, system globalny, odległości, pomiar parametrów sieci, stosowane do celów rozliczeniowych, rozszerzenie oferty, analiza jakości energii elektrycznej, system lokalny, pomiar parametrów sieci, analiza jakości energii elektrycznej, kontrola stanu technicznego sieci, diagnostyka, prewencja, gromadzenia proces przesłania pomiaru użytecznej informacji automatycznością odpowiedniej analizy i interpretacji 13

14 Cel pomiarów? harmoniczne i interharmoniczne prądu asymetria prądów moc bierna Gwarancje odbiorcy energii w zakresie ograniczenia emisji zaburzeń elektromagnetycznych? Granica własności stron ZNACZENIE SYSTEMU CIĄGŁEGO MONITOROWANIA JEE Gwarancje dostawcy w zakresie jakości dostawy energii wartość napięcia wahania napięcia odkształcenie napięcia symetria napięcia zapady/wzrosty napięcia ciągłość zasilania (przerwy w zasilaniu) Cel pomiarów? harmoniczne i interharmoniczne prądu asymetria prądów moc bierna emisja zaburzeń elektromagnetycznych ZASILANIE PWP? ODBIORNIK(-KI) źródło energii elektrycznej wartość napięcia wahania napięcia odkształcenie napięcia symetria napięcia zapady/wzrosty napięcia ciągłość zasilania (przerwy w zasilaniu) 14

15 MEDIUM TRANSMISJI MEDIUM TRANSMISJI Analizator A1 Analizator A2. Analizator AN MEDIUM TRANSMISJI Serwer S1 Baza danych S1 Środowisko softwareowe S1 TRANSLATOR CENTRALNE ŚRODOWISKO SOFTWAREOWE Użytkownik 1 Analizator B1 Analizator B2. MEDIUM TRANSMISJI Serwer SX Baza danych SX Środowisko softwareowe SX CENTRALNA BAZA DANYCH SERWER CENTRALNY Użytkownik 2. Użytkownik N Analizator BM. POMIAR I AKWIZYCJA DANYCH BAZY DANYCH NIŻSZEGO POZIOMU TRANSMISJA DANYCH POMIAROWYCH CENTRUM GROMADZENIA DANYCH POMIAROWYCH ANALIZA, INTERPRETACJA I OCENA DANYCH POMIAROWYCH Część 1 Część 2 Część 3 Część 4 comiesięczne rachunki zdalne programowanie liczników wykrywanie kradzieży energii AMI AMR zdalny odczyt liczników dopasowywanie taryf wykrywanie wyłączeń/awarii zdalny odczyt liczników przesuwanie obciążeń AMR Automated Meter Reading (komunikacja jednostronna odbiorca dostawca) AMI Advanced Metering Infrastucture (komunikacja dwustronna dostawca odbiorca) 15

16 16

17 1. Podejście skupione na parametrach mierników 2. Przechowywanie i zarządzanie danymi, protokoły komunikacyjne 3. Narzędzia do analiza i prezentacji danych, mechanizmy raportowania i alarmowania, dostęp do danych, uniwersalność i otwartość środowiska, poziom automatyzacji itp. 17

18 1. Narzędzia do analiza i prezentacji danych, mechanizmy raportowania i alarmowania, dostęp do danych, uniwersalność i otwartość środowiska, poziom automatyzacji itp. 2. Przechowywanie i zarządzanie danymi, protokoły komunikacyjne 3. Parametry mierników Analizator A1 Analizator A2. Analizator AN Analizator B1 Analizator B2. Analizator BM. POMIAR I AKWIZYCJA DANYCH Część 1 Pomiary parametrów jakości energii elektrycznej powinny być wykonywane przez specjalizowane, zaawansowane technologicznie urządzenia pomiarowe (analizatory JEE), które poza samym pomiarem napięć i prądów mają zdolność obliczania odpowiedniego zbioru parametrów i wskaźników, mogą przechowywać pewną ilość danych oraz wyposażone są w moduły komunikacyjne do ich przesyłania. Zastosowane analizatory powinny być opracowane i wykonane zgodnie ze sztuką metrologiczną oraz realizować metody pomiaru (algorytmy) zgodnie z wytycznymi zawartymi w normach: PN-EN (klasa A, S, B), -4-15, Analizatory wykorzystywane do budowy RSM-JEE najprawdopodobniej będą różnych typów oraz pochodzić będą od różnych producentów. 18

19 Klasa A Klasa S Klasa B Customer Service & Billing COM 3 Modem Ethernet Port 100BaseT/100BaseFX EtherGate / Modbus Master / Modbus Ethernet Gateway COM 2 RS-485 Multiple concurrent connections PLC / External Modem / GPS COM 1 RS-232 or RS-485 Wbudowany WEB Server Obwody wej./wyj. (analogowe, cyfrowe, przekaźnikowe) Funkcja bramy sieciowej COM 4 Optical Port Optical Coupler Field Connection Direct Web Access Direct Alerts 19

20 MEDIUM TRANSMISJI MEDIUM TRANSMISJI EtherGate / Modbus Master / Modbus Ethernet Gateway PLC / External Modem / GPS COM 2 RS-485 COM 1 RS-232 or RS-485 Wbudowany WEB Server Obwody wej./wyj. (analogowe, cyfrowe, przekaźnikowe) Funkcja bramy sieciowej Customer Service & Billing Zgodność z normami: COM 3 Modem PN-EN klasa 0.2s Zastosowanie: COM 4 Optical Port Optical Coupler Field Connection Ethernet Port 100BaseT/100BaseFX Multiple concurrent connections Direct Web Access Direct Alerts MEDIUM TRANSMISJI MEDIUM TRANSMISJI Serwer S1 Baza danych S1 Środowisko softwareowe S1. Serwer S1 Baza danych S1 Środowisko softwareowe S1 BAZY DANYCH NIŻSZEGO POZIOMU TRANSMISJA DANYCH POMIAROWYCH Część 2 sieć internetowa sieć WAN/LAN transmisja pakietowa GPRS (EGPRS, EDGE, UMTS, LTE) usługa transmisji danych w trybie z komutacją pakietów w sieciach telefonii komórkowej GSM transmisja PLC linie zasilające sieci telefonii komórkowej GSM usługa transmisji danych w trybie z komutacją kanałów, SMS transmisja drogą radiową telefoniczne linie przewodowe bazy danych niższego poziomu (pośrednie) różne systemy pomiarowe 20

21 TRANSLATOR CENTRALNA BAZA DANYCH SERWER CENTRALNY CENTRUM GROMADZENIA DANYCH POMIAROWYCH Część 3 docelowe miejsce gromadzenia danych pomiarowych na serwerze zainstalowane są niezbędne aplikacje do obsługi RSM-JEE oraz centralne środowisko bazodanowe integracja danych pomiarowych z różnych rejestratorów i/lub systemów pomiarowych TRANSLATOR ujednolicenie formatu danych pomiarowych współpracuje z aplikacjami centralnego środowiska softwareowego, świadczy usługi dla użytkowników (zgodnie z uprawnieniami) pracuje 24h/dobę 21

22 TRANSLATOR CENTRALNE ŚRODOWISKO SOFTWAREOWE organizuje pracę, serwera centralnego w zakresie obsługi systemu monitorowania JEE oraz współpracy z aplikacją bazodanową CENTRALNA BAZA DANYCH SERWER CENTRALNY Użytkownik 1 Użytkownik 2. Użytkownik N współpracuje z aplikacjami systemu operacyjnego, świadczy usługi dla aplikacji oraz użytkowników (zgodnie z uprawnieniami) pozwala na wizualizację graficzną danych oraz analizę i ocenę jakości energii elektrycznej CENTRUM GROMADZENIA DANYCH POMIAROWYCH Część 3 ANALIZA, INTERPRETACJA I OCENA DANYCH POMIAROWYCH Część 4 pozwala na różnego rodzaju działania na zgromadzonych danych na serwerze, np. agregacja danych, korelacja danych, tworzenie raportów itp. pracuje 24h/dobę TRANSLATOR CENTRALNA BAZA DANYCH SERWER CENTRALNY CENTRUM GROMADZENIA DANYCH POMIAROWYCH Część 3 CENTRALNE ŚRODOWISKO SOFTWAREOWE Użytkownik 1 Użytkownik 2. Użytkownik N ANALIZA, INTERPRETACJA I OCENA DANYCH POMIAROWYCH Część 4 W przeciwieństwie do pomiarów doraźnych lub incydentalnych dane gromadzone są w sposób ciągły przez okres wielu lat. Otrzymuje się wówczas ogromną liczbę danych. Możliwości oprogramowania odgrywają bardzo istotną rolę. Oprogramowanie powinno umożliwiać ich analizę i ocenę zgodnie z zasadą od ogółu do szczegółu. Powinno umożliwiać wyznaczanie wskaźników/indeksów dla poszczególnych punktów odbioru energii oraz wskaźników/ indeksów będących zagregowanymi liczbowymi miarami dla całego systemu lub wyróżnionych jego fragmentów. 22

23 Otwartość budowanego RSM-JEE powinna być jego istotną właściwością. O otwartości systemu obok aspektów technicznych decyduje również środowisko software owe, które zostanie wybrane do budowy RSM-JEE. Pociąga to za sobą konieczność kompatybilności w zakresie formatu w jakim zapisywane i obsługiwane będą dane pomiarowe. Format COMTRADE (Common format for Transient Data Exchange for power systems) został wprowadzony przez IEEE w 1991 roku (IEEE Std C ) a następnie zmodyfikowany w roku 1999 (IEEE Std C , *.CFG, *.DAT, *.INF, *.HDR ). Standardy określają wspólny format dla plików zawierających dane zarejestrowane przez różne urządzenia monitorujące m.in. jakość energii elektrycznej. 23

24 Format PQDIF (Power Quality Data Interchange Format) został opracowany przez Electric Power Research Institute (EPRI) wraz z firmą Electrotec Concepts. Jest używany od 1995 roku. Standard tego formatu opisano w zakresie normy IEEE Głównym celem tego formatu jest możliwość prostej komparacji oraz obróbki danych otrzymanych z analizatorów jakości energii, liczników i rejestratorów zakłóceń pochodzących od różnych producentów (*.PQD). 24

25 Nr Analizator JEE Nr Analizator JEE 1 ION7650 Schneider Electric 6 Certan PQ-100 Procom PQ Dranetz 7 SO-52v11/MPA-351 Mironika 3 PQI-DA/D A-Eberle 8 Simeas Q80 Siemens 4 QWave Power Qualitrol 9 BlackBox G4420 Elspec 5 PQube Power Standards Lab Nr Analizator JEE Nr Analizator JEE 1 Topas 1000/Fluke 1760 LEM/FLUKE 5 Fluke 435 Fluke 2 BlackBox G3500 Elspec 6 Unilyzer 902 Unipower AB 3 PQ Box 200 AEberle 7 Analyst 3QC LEM 4 PQM-701 Sonel 8 KEW 6310 Kyoritsu 25

26 26

27 Nr punktu pomiarowego Lokalizacja Analizator 27

28 Nr punktu pomiarowego Lokalizacja 11 Analizator

29 RS AGH 1 2 Sekcja 1 Sekcja 2 RSB2 3 RSA3 RSA1 6 4 Lab. JEE w pawilonie B1 7 5 Lab. EEiAB w pawilonie C1 Współpraca ze służbami technicznymi AGH Głównego Energetyka. Nr System pomiarowy Analizator JEE Producent 1 ION Enterprise ION ENCORE Series System PQ 3 WinPQ PQI-DA Schneider Electric (Power Logic) Gossen Metrawatt (Dranetz BMI) A-Eberle GmbH & Co. KG 4 5 Quality Information System QIS producent nie oferuje centralnego środowiska softwarowego QWave Power PQube Qualitrol Company LLC Power Standards Lab 6 PQSCADA BlackBox G4420 Elspec Ltd. 29

30 Baza danych MS SQL Server własna baza danych środowiska ENCORE MySQL (MS SQL Server) MS SQL Server brak (dane zapisywane są w standardowych plikach: csv, txt, xml, htm, pqd, gif) MS SQL Server SIEĆ INTERNETOWA WAN/LAN. 30

31 Nr System pomiarowy Sposób dostępu do systemu Analizator Sposób dostępu do analizatora 1 ION Enterprise przeglądarka internetowa (tylko IE) aplikacja Vista ION7650 wbudowany WEB serwer aplikacja ION Setup 2 ENCORE Series System przeglądarka internetowa (wymagana Java) aplikacja PQ wbudowany WEB serwer 3 WinPQ aplikacje środowiska WinPQ, np. PQVisu PQI-DA/D aplikacja WinPQ opcja on-line 4 Quality Information System QIS aplikacje środowiska QIS, np. QBrowser QWave Power aplikacje: QConfig, QDashboard producent nie oferuje centralnego środowiska softwarowego 6 PQSCADA wbudowany WEB SERWER użytkownik łączy się bezpośrednio z analizatorem za pomocą przeglądarki internetowej przeglądarka internetowa (wskazany IE) aplikacja PQSCADA Management Studio PQube G4420 wbudowany WEB server wbudowany WEB serwer ION Enterprise przykładowy system ciągłego monitorowania ION Setup 31

32 IIS (ang. Internet Information Services) jest zbiorem usług internetowych dla systemów rodziny Microsoft Windows.NET Framework platforma programistyczna ASP.NET jest to zbiór technologii opartych na frameworku technologia ActiveX 32

33 ION Enterprise Topologia systemu 33

34 34

35 35

36 36

37 37

38 Numeric Object Arc Meter Vertical Bars Default LED s Custom images Alphanumeric status 38

39 39

40 A B A B 40

41 Rozdzielnia sieciowa RS-B2 A RS-B3 41

42 B Rozdzielnia sieciowa RS-A1 42

43 43

44 IP1 Nazwa połączenia sieciowego musi zaczynać się od IP, a następnie przez liczbę, nazwa połączenie przez port COM zaczyna się od PQI Adres IP analizatora PQI-D, z którym się łączymy 8000 Numer portu do komunikacji pomiędzy PQRS232Server i urządzeniem 1710 Numer portu do komunikacji między klientem a PQRS232Server 600 Przedział czasu w sekundach do synchronizacji urządzenia z czasem komputera. 44

45 45

46 46

47 47

48 48

49 49

50 50

51 51

52 52

53 Moduł telemetryczny InVentia MT-101: - połączenie urządzeń z modułami portem RS232 - bezprzewodowe połączenie modułów z wykorzystaniem technologii GSM/GPRS w trybie transparentnym Analizator GSM / GPRS Komputer Krzysztof Woźny

54 Moduły telemetryczne INSYS: small (GSM), serial (GSM/GPRS), Ethernet (GSM/GPRS) Analizator Komputer Analizator Komputer Analizator Komputer Krzysztof Woźny 112 Router 3G Conel UR5 v2: komunikacja portemi: Ethernet/RS232/USB bezprzewodowa transmisja z wykorzystaniem UMTS/HSDPA pozwala na dostęp do sieci jednocześnie 255 urządzeń posiada protokół NAT / PAT Analizator HSDPA / UMTS Komputer Krzysztof Woźny

55 55

56 56

57 dr inż. Andrzej Firlit Akademia Górniczo-Hutnicza Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przetwarzania Energii Kraków, Al. Mickiewicza 30 tel.: , , firlit@kaniup.agh.edu.pl 57