ROZPROSZONY SYSTEM MONITOROWANIA JAKOŚCI DOSTAWY ENERGII ELEKTRYCZNEJ W SIECI ZASILAJĄCEJ AGH (RSM-JDEE) POWER QUALITY SMART METERING

Transkrypt

1 ROZPROSZONY SYSTEM MONITOROWANIA JAKOŚCI DOSTAWY ENERGII ELEKTRYCZNEJ W SIECI ZASILAJĄCEJ AGH (RSM-JDEE) POWER QUALITY SMART METERING dr inż. Andrzej Firlit mgr inż. Władysław Łoziak mgr inż. Jarosław Bielewicz firlit@kaniup.agh.edu.pl loziak@agh.edu.pl bielew@agh.edu.pl Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych Kraków, 03 listopada 2011

2

3 Power Quality Smart Metering Energy Smart Metering

4 Według dokumentu Definition of Smart Metering and Aplications, wydanego przez ESMA, urządzenie typu SMART METER powinno posiadać następujące możliwości: monitoring jakości energii elektrycznej,

5 Nie istnieje jedna, uniwersalna definicja inteligentnego opomiarowania. W związku z tym dla potrzeb organizacji ESMA opracowano następującą definicję. Z powyższej definicji wynika, że inteligentne opomiarowanie może mieć bardzo szerokie zastosowanie, m.in. do monitorowania i poprawy jakości energii elektrycznej.

6 I 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. 2009

7 PN-EN 50160:2010/AC:2011 w języku angielskim Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych (poprzednia wersja 2008 r. w języku angielskim poprzednia wersja 2005 r. w języku polskim) Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego z dnia 04 maja 2007 r. (+późniejsze zmiany) Dz. Ust. z 2007 Nr 93, poz. 623 (poprzednia wersja 2004 r.)

8 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)

9 gromadzenia proces przesłania pomiaru użytecznej informacji automatycznością odpowiedniej analizy i interpretacji

10 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

11 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 , PN-EN , PN-EN Analizatory wykorzystywane do budowy RSM-JDEE najprawdopodobniej będą różnych typów oraz pochodzić będą od różnych producentów.

12 PN EN :2011 Metody pomiaru wskaźników jakości energii PN EN :2011 Miernik migotania światła Specyfikacja funkcjonalna i projektowa PN EN :2007/A1:2011 Ogólny przewodnik dotyczący pomiarów harmonicznych i interharmonicznych oraz przyrządów pomiarowych, dla sieci zasilających i przyłączonych do nich urządzeń

13 Klasa A Ta klasa pomiarowa jest stosowana w przypadku konieczności przeprowadzenia dokładnych pomiarów np. dla celów kontraktowych, gdy może być wymagane rozstrzygnięcia sporów, weryfikacji zgodności z postanowieniami norm, itp. Dowolne pomiary parametru przeprowadzone za pomocą dwóch różnych przyrządów spełniających wymagania klasy A i mierzących te same sygnały powinny dać zbieżne wyniki mieszczące się w określonym przedziale niepewności. Klasa S Ta klasa pomiarowa jest stosowana do zastosowań statystycznych tj. pomiary lub ocena jakości energii z ograniczoną liczbą parametrów. Mimo, że stosowane są takie same czasy pomiarów jak w przypadku klasy A, wymagania dotyczące przetwarzania danych są w klasie S mniejsze. Klasa B Ta klasa została stworzona, aby nie traktować jako rozwiązania przestarzałe wielu istniejących jeszcze przyrządów.

14 MEDIUM TRANSMISJI MEDIUM TRANSMISJI sieć internetowa sieć WAN/LAN MEDIUM TRANSMISJI Serwer S1 Baza danych S1 Środowisko softwareowe S1. transmisja pakietowa GPRS (EGPRS, EDGE, UMTS) usługa transmisji danych w trybie z komutacją pakietów w sieciach telefonii komórkowej GSM Serwer S1 telefoniczne linie przewodowe MEDIUM TRANSMISJI Baza danych S1 Środowisko softwareowe S1 sieci telefonii komórkowej GSM usługa transmisji danych w trybie z komutacją kanałów BAZY DANYCH NIŻSZEGO POZIOMU transmisja drogą radiową transmisja PLC linie zasilające nn TRANSMISJA DANYCH POMIAROWYCH Część 2 bazy danych niższego poziomu (pośrednie) różne systemy pomiarowe

15 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-JDEE 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

16 TRANSLATOR CENTRALNE ŚRODOWISKO SOFTWAREOWE organizuje pracę, serwera centralnego w zakresie obsługi systemu monitorowania JDEE 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

17 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.

18 Otwartość budowanego SCM-JEE powinna być jego istotną właściwością. O otwartości systemu obok aspektów technicznych decyduje również środowisko software owe, które zostanie wybrane do budowy SCM-JEE. Pociąga to za sobą konieczność kompatybilności w zakresie formatu w jakim zapisywane i obsługiwane będą dane pomiarowe.

19 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 Quality Information System QIS QWave Power Qualitrol Company LLC producent nie oferuje centralnego środowiska softwarowego PQube Power Standards Lab

20

21 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 Quality Information System QIS QWave Power Qualitrol Company LLC producent nie oferuje centralnego środowiska softwarowego PQube Power Standards Lab

22 RS AGH 1 2 Sekcja 1 Sekcja 2 RSB2 3 RSA1 5 4 Lab. JEE w pawilonieb1 6 Lab. EEiAB w pawiloniec1

23

24 Nr punktu pomiarowego Lokalizacja Analizator

25

26 Nr punktu pomiarowego Lokalizacja 10 Analizator 7 9 8

27

28

29 Medium transmisji

30 SIEĆ INTERNETOWA WAN/LAN.

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 server aplikacja ION Setup 2 ENCORE Series System przeglądarka internetowa (wymagana Java) aplikacja PQ wbudowany WEB server 3 WinPQ aplikacje środowiska WinPQ, np. PQVisu PQI-DA 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 wbudowany WEB SERVER użytkownik łączy się bezpośrednio z analizatorem za pomocą przeglądarki internetowej PQube wbudowany WEB server

32 Zgodność z normami: ION 7650 Zastosowanie: ION 8800

33 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 Wbudowany WEB Server Obwody wej./wyj. (analogowe, cyfrowe, przekaźnikowe) RS-232 or RS-485 Funkcja bramy sieciowej COM 4 Optical Port Optical Coupler Field Connection Direct Web Access Direct Alerts

34 ION Enterprise Aplikacje: Management Console Vista WebReach WebReporter Designer ION Setup

35 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

36

37

38 Obiekt numeryczny Numeric Object Obiekt stanu (statusu) Arc Meter Vertical Bars Default LED s Custom images Alphanumeric status

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51 Miejsce pomiarów: Data początkowa okresu poddanego analizie: Data końcowa okresu poddanego analizie: Główna Rozdzielnia Sieciowa AGH, Sekcja 1, Sekcja 2 01 czerwca 2010 godz. 00:00:00 13 lipca 2010 godz Długość okresu poddanego analizie: 6 tygodni, 1 dzień Uwagi do długości okresu poddanego analizie: Nazwa rejestratora: Klasa rejestratora wg PN-EN W analizie dotyczącej Sekcji 2 pominięto okres od 20:10 dnia 28 czerwca 2010 do 23:30 30 czerwca 2010, gdyż w tym czasie dokonano jej wyłączenia i energia elektryczna była dostarczana tylko przez Sekcję 1. Power Logic ION sztuki Klasa A

52

53 Parametr Dopuszczalna wartość Percentyl zmierzony Sekcja 1 Percentyl zmierzony Sekcja 2 Częstotliwość 50 Hz ±1% przez 99,5% czasu 50,06 Hz 50,06 Hz Wartość skuteczna napięcia zasilającego 15 kv ±10% przez 95% czasu UAB 16,35 kv UBC 16,29 kv UCA 16,32 kv UAB 15,79 kv UBC 15,66 kv UCA 15,71 kv Asymetria napięcia Współczynnik migotania światła Do 2% przez 95% czasu PLT <1 przez 95% czasu 0,31 % 0,45 % UA 0,36 UB 0,35 UC 0,36 UA 0,36 UB 0,34 UC 0,35 Odkształcenie napięcia THD<8% przez 95% czasu UA 2,6 % UB 2,56 % UC 2,53 % UA 2,93 % UB 2,86 % UC 2,87 % Współczynnik mocy tg φ < 0,4 Mniejszy przez 99% czasu Mniejszy przez 99,9% czasu

54

55 RS 15 kv AGH - MOCE Sekcja 1 Sekcja 2 S [kva] Q [kvar] P [kw] S [kva] Q [kvar] P [kw] min 166,26 0,00 166,01 240,34 0,00 246,2 CP05 213,67 21,24 211,85 446,40 16,97 445,81 średnia 486,33 123,00 469,33 774,13 154,75 755,61 CP ,54 291,45 998, ,61 387, ,08 max 2 156,32 655, , ,82 525, ,88

56

57

58 , 9:11: , 09:11:19.172

59

60 , 15:46: , 15:46:59.843

61

62 , 15:46: , 15:46:59.843

63

64

65

66 dr inż. Andrzej Firlit Akademia Górniczo-Hutnicza Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych Kraków, Al. Mickiewicza 30 tel.: , , firlit@kaniup.agh.edu.pl