ROZPROSZONE SYSTEMY MONITOROWANIA SMART METERING (4,5) dr inż. Andrzej Firlit AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA W KRAKOWIE KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I AUTOMATYKI SYSTEMÓW PRZETWARZANIA ENERGII 24.11.2015 1
2
3
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 4
charakter doraźny (incydentalny) charakter ciągły (permanentny) charakter ciągły-okresowy 5
trendy zmian wartości parametrów jakości napięcia to jedne z najlepszych wskaźników stanu technicznego sieci elektroenergetycznych, urządzeń sieciowych, a także odbiorników końcowych., bieżąca informacja nt. jakości dostawy energii elektrycznej i informacji nt. stanu systemu elektroenergetycznego jest niezbędna dla efektywnego wytwarzania, przesyłu, rozdziału i użytkowania energii elektrycznej. Brak tego typu danych nierzadko jest powodem ogromnych kosztów na poziomie finansów firm, dystrybutorów energii elektrycznej i gospodarek krajowych., możliwość rozróżnienia rodzajów zaburzeń w odniesieniu do poziomów napięć i sektorów działalności odbiorców stanowi bardzo ważną wiedzę, o zasadniczym znaczeniu przy planowaniu prac modernizacyjnych w sieci oraz przy wyborze środków technicznych do poprawy warunków zasilania., możliwość analizy kosztów wynikających ze złej jakości napięcia nie tylko po stronie dostawcy, lecz także odbiorcy energii. Analizy takie powinny być prowadzone z uwzględnieniem rodzajów zaburzeń oraz poziomów napięć. Wiedza taka ma zasadnicze znaczenie dla efektywnego tworzenia planów rozwojowych sieci., instalacja systemu monitorującego przez odbiorcę w punkcie rozliczeniowym daje mu narzędzie do weryfikacji jakości napięcia zasilającego oraz wyposaża go w wiedzę, co do sposobu jego oddziaływania na sieć zasilającą. Uzyskiwane w ten sposób informacje mogą być bardzo użyteczne na etapie ustalania warunków umowy na dostawę energii elektrycznej. Wprowadzenie zindywidualizowanych umów na dostawę energii elektrycznej nie jest możliwe bez posiadania stosownej i wiarygodnej (a więc uzyskanej na drodze pomiaru) informacji technicznej., monitorowanie parametrów jakościowych wybranych urządzeń, procesów technologicznych pozwala na diagnostykę sposobu ich pracy oraz działania profilaktyczne, mające na celu uniknięcie ewentualnych problemów technicznych oraz awarii., regulacje europejskie wymuszają instalację systemów monitorowania jakości energii elektrycznej (2nd (2001), 3rd (2003), 4th (2008) and 5th (2012) Benchmarking reports on quality of electriwcity supply, (CEER)). Poszczególne kraje Unii Europejskiej są zobowiązane dostarczać co pewien okres czasu informacje nt. jakości zasilania dla potrzeb sporządzania statystyk na szczeblu europejskim. Przygotowanie takich raportów nie jest możliwe bez prowadzenia systematycznych pomiarów w wielu punktach sieci. 6
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) 7
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) 8
CIGRE i CIRED powołały pod koniec 2010 roku grupę roboczej WG (JWG) C4.112: Guidelines for Power quality monitoring measurement locations, processing and presentation of data 9
MEDIUM TRANSMISJI MEDIUM TRANSMISJI 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. 2009 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. Licznik L1 Licznik L2. Licznik LN MEDIUM TRANSMISJI Serwer S1 Baza danych S1 Środowisko softwareowe S1 TRANSLATOR CENTRALNE ŚRODOWISKO SOFTWAREOWE Użytkownik 1 Analizator A1 Analizator A2. MEDIUM TRANSMISJI Serwer SX Baza danych SX Środowisko softwareowe SX CENTRALNA BAZA DANYCH SERWER CENTRALNY Użytkownik 2. Użytkownik N Analizator AM. POMIAR I AKWIZYCJA DANYCH Warstwa 1 BAZY DANYCH NIŻSZEGO POZIOMU TRANSMISJA DANYCH POMIAROWYCH Warstwa 2 CENTRUM GROMADZENIA DANYCH POMIAROWYCH Warstwa 3 ANALIZA, INTERPRETACJA I OCENA DANYCH POMIAROWYCH Warstwa 4 10
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 61000-4-30 (klasa A, S, B), -4-15, -4-7. Analizatory wykorzystywane do budowy RSM-JEE najprawdopodobniej będą różnych typów oraz pochodzić będą od różnych producentów. 12
PN-EN 61000-4-30:2015.05 Ed.3 j.ang. PN EN 61000-4-30:2011 Ed. 2 w j. pol. Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) Część 4-30: Metody badań i pomiarów -- Metody pomiaru jakości energii (poprzednie wersje: 2005 r. j.pol., 2009 j.ang. Edycja 2) PN-EN 61000-4-15:2011 j. ang. Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) Metody badań i pomiarów Miernik migotania światła Specyfikacja funkcjonalna i projektowa (poprz. wer. 1999/A1:2003, 1999/A1:2005 j. pol.) PN-EN 61000-4-7:2007/A1:2011 j.pol. Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) Część 4-7: Metody badań i pomiarów Ogólny przewodnik dotyczący pomiarów harmonicznych i interharmonicznych oraz przyrządów pomiarowych, dla sieci zasilających i przyłączonych do nich urządzeń (poprzednia wersja 2004 r., 2007 r.) 30 Klasa A Klasa S Klasa B Metody Klasy B nie są rekomendowane dla nowych projektów. Informuje się czytelników niniejszej normy, że Klasa B może być usunięta z przyszłej edycji niniejszej normy. 13
14
Baza danych S1 Środowisko softwareowe S1... Serwer S1 MEDIUM TRANSMISJI Baza danych S1 Środowisko softwareowe S1 BAZY DANYCH NIŻSZEGO POZIOMU MEDIUM TRANSMISJI MEDIUM TRANSMISJI MEDIUM TRANSMISJI sieć internetowa sieć WAN/LAN Serwer S1 transmisja pakietowa GPRS (sieci GSM/UMTS/LTE, technologia PLC) usługa transmisji danych w trybie z komutacją pakietów w sieciach telefonii komórkowej GSM transmisja PLC, BPL linie zasilające sieci telefonii komórkowej GSM usługa transmisji danych w trybie z komutacją kanałów, SMS transmisja drogą radiową telefoniczne linie przewodowe TRANSMISJA DANYCH POMIAROWYCH Część 2 bazy danych niższego poziomu (pośrednie) różne systemy pomiarowe 15
16
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 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 organizuje pracę, serwera centralnego w zakresie obsługi systemu monitorowania JEE oraz współpracy z aplikacją bazodanową 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 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
Pożądane kompetencje: elektryk specjalista w obszarze jakości energii elektrycznej świadoma analiza danych, teleinformatyk bazy danych, transmisja, integracja systemów oraz danych. System szkolenia studentów i pracowników specjalistów. Powołanie odpowiednich komórek w strukturze Operatorów. To nie może być dodatkowe zajęcie pośród wielu innych. 19
20
Ustawa z dnia 15 kwietnia 2011 o efektywności energetycznej Dz.U z dnia 10 maja 2011 r. Nr 94, poz. 551. 21
J. Popczyk: Główne problemy i kierunki rozwoju energetyki w Polsce, Biogazownie rolnicze mity i fakty, Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa, Warszawa 2011 Mianowicie, krajowe koncepcje (te, w które bardzo mocno angażuje się Urząd Regulacji Energetyki oraz PSE-Operator) polegają na budowie totalnego (odgórnego) systemu pomiarowego energii elektrycznej, obejmującego wszystkich odbiorców końcowych w Polsce ponad 16 mln odbiorców. system, bardzo kosztowny, ale bez precyzyjnie określonej funkcjonalności, nie tylko nie daje korzyści odbiorcom ale ma duży potencjał przekształcenia się w system ucisku odbiorców przez operatorów (w system o charakterze dyrektywnym syndrom Wielkiego Brata) J. Popczyk: Główne problemy i kierunki rozwoju energetyki w Polsce, Biogazownie rolnicze mity i fakty, Fundacja na rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa, Warszawa 2011 Badania, które zostały przeprowadzone w celu określenia korzyści z budowy systemu wykazały, że nie więcej niż 4% odbiorców ma świadomość potencjału możliwości systemu (nie oznacza to, że mają z tego jakiekolwiek korzyści). Dlatego, polska strategia powinna polegać na budowie infrastruktury Smart Grid dla potrzeb prosumentów, czyli dla potrzeb zarządzania rozproszonymi źródłami wytwórczymi (w dodatku poligeneracyjnymi), w mniejszym stopniu dla potrzeb tradycyjnych odbiorców. 22
PROJEKT 23
PROJEKT stan z dn. 22.07.2013 24
25
dr inż. Andrzej Firlit Akademia Górniczo-Hutnicza Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przetwarzania Energii 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30 12 617 35 93, 12 633 22 84, 603 877 809 andrzej.firlit@kaniup.agh.edu.pl 26