Internetowe bazy danych perspektywa zastosowania w EAZ Dr inż. Marek Wancerz Politechnika Lubelska Prawidłowa eksploatacja systemu elektroenergetycznego wymaga posiadania wiarygodnych informacji dotyczących sieci przesyłowej i sieci 110 kv. Te informacje są dostępne z poziomu oprogramowania SCADA i EMS, choć najczęściej ma ją ograniczony zakres, zdeterminowany obszarem działania danego operatora sieci. Dzięki zastosowaniu technologii internetowej rozproszone dane pochodzące z kilku źródeł mogą zostać sklejone i mogą utworzyć spójną bazę opisującą parametry całego systemu. Jako przykład takiego rozwiązania zaprezentowano internetową bazę danych zawierającą parametry zwarciowe KSE oraz podstawowe parametry układów zabezpieczeniowych jego poszczególnych linii. Wstęp Większość zasobów danych wykorzystywanych przez operatorów sieci elektroenergetycznych to zasoby rozproszone. Rozproszenie dotyczy zarówno fizycznej lokalizacji obiektów jak też miejsca, w którym informacja o nich jest potrzebna i w którym jej wykorzystanie byłoby najefektywniejsze. Te ogólne stwierdzenia są jednym z wniosków, jakie autorzy niniejszego artykułu wysunęli zmagając się po raz kolejny z problematyką tworzenia bazy danych do obliczeń zwarciowych prowadzonych dla sieci krajowej 400, 220 i 110 kv przez firmę PSE-Operator SA, spółki terenowe PSE SA i inne jednostki z nimi współpracujące. Wychodząc Internet Database Propspective Application in Power Protection Systems Proper management of power system needs information of transmission network topology and parameters. This information is available from the level of SCADA and EMS software, but it is limited because of territorial competencies of network operators. Due to application of internet technology dispersed data can be linked and create coherent file describing the whole network model. In the paper, the authors present internet data base of short circuit network parameters and settings of transmission line protections. z założenia, że warunkiem koniecznym do uzyskania wiarygodnych i powtarzalnych wyników obliczeń są autentyczne dane wejściowe, stworzono bazę danych dostępną w sieci komputerowej za pomocą mechanizmów internetowych i także za pomocą tych mechanizmów administrowaną. Wprowadzając odpowiednią hierarchizację dostępu do bazy osiągnięto kompromis pomiędzy odpowiednim poziomem jej poufności a funkcjonalnością. Uznając eksperyment z danymi zwarciowymi za udany podjęto próbę zastosowania technologii internetowej do stworzenia bazy nastawień zabezpieczeń elementów sieci przesyłowej, wprowadzając połączenie i integrację z danymi opisującymi topologię tej sieci. W rezultacie osiągnięto stan, w którym każdy Dr hab. inż. Piotr Kacejko prof. PL Politechnika Lubelska Dr inż. Piotr Miller Politechnika Lubelska uprawniony użytkownik może w każdym miejscu wyposażonym w dostęp do sieci komputerowej określić jednoznacznie zarówno podstawowe parametry zabezpieczanego obiektu (linii przesyłowej), jak i parametry urządzenia zabezpieczającego (rodzaj, typ, zasięgi stref i czasy działania). Aplikacje internetowe Aplikacje internetowe to kolejny, z punktu widzenia użytkownika, etap w rozwoju oprogramowania. Pojawienie się przeglądarek internetowych i graficznego Internetu (serwisów WWW) otworzyło nowe możliwości. Większość użytkowników potrafi obsługiwać przeglądarkę obsługa klasycznych aplikacji jest zazwyczaj dużo trudniejsza. Już na etapie instalacji oprogramowania można napotkać wiele problemów, np. niewłaściwy system operacyjny czy zbyt wysokie wymagania sprzętowe. Również w przypadku dodania nowej funkcji lub aktualizacji oprogramowania ze względu na wykryte błędy, tradycyjne aplika- Automatyka Elektroenergetyczna Nr 4/2005 5
cje wymagają ponownej instalacji lub uruchomienia programu aktualizacyjnego przez użytkownika. Najprostszym rozwiązaniem wszystkich wspomnianych problemów są właśnie aplikacje internetowe. Aplikację internetową można postrzegać jako zaawansowaną aplikację, która działa wyłącznie w przeglądarce internetowej. Programy te napisane są najczęściej przy użyciu tych samych technologii, które zostały wypróbowane przy projektowaniu serwisów WWW. Do zalet tych aplikacji należą: niezależność od systemu operacyjnego Windows, Linux, Unix czy MacOS; prosta obsługa jeśli użytkownik potrafi posługiwać się przeglądarką, będzie w stanie pracować z większością aplikacji internetowych; raz zainstalowana aplikacja internetowa będzie dostępna dla wszystkich pracowników; bezproblemowa instalacja i aktualizacja zmiana wersji aplikacji na serwerze to jednocześnie zmiana programu, dla wszystkich użytkowników; spójność danych zmiana danych wprowadzona przez dowolnego użytkownika jest widoczna dla wszystkich korzystających z aplikacji, nie ma konieczności synchronizacji baz danych; Baza danych wraz z systemem zarządzania stanowi zbiór, pozwalający na utrzymywanie, przetwarzanie i udostępnianie informacji użytkownikom. Rys. 1. Ekran startowy bazy danych po podaniu poprawnego adresu internetowego dostępność biuro, dom, delegacja przez 24 godziny na dobę; niezależność od sprzętu za wydajność aplikacji odpowiada wydajność serwera, a nie terminali; szybkie i stosunkowo tanie wdrożenie; brak konieczności zmian w infrastrukturze sieciowej; można precyzyjnie określić, który z użytkowników będzie miał dostęp do konkretnych informacji w systemie; dla zapewnienia większego poziomu bezpieczeństwa połączenie może być kierowane przez inne serwery. Obecnie można zauważyć bardzo dynamiczny rozwój aplikacji internetowych, znajdują one zastosowanie praktycznie w każdej dziedzinie. Charakterystyka bazy internetowej Baza danych do obliczeń zwarciowych i ewidencji urządzeń EAZ to aplikacja internetowa do zarządzania danymi niezbędnymi do prowadzenia obliczeń zwarciowych oraz zarządzania parametrami nastawieniowymi zabezpieczeń linii 110, 220 i 400 kv. Została przygotowania przy użyciu najpopularniejszego obecnie serwera bazodanowego jakim jest mysql. Baza danych wraz z systemem zarządzania stanowi zbiór, pozwalający na utrzymywanie, przetwarzanie i udostępnianie informacji użytkownikom. Pozwalają one na wykonywanie szeregu operacji na przechowywanych polach i rekordach, w szczególności na sortowanie według dowolnie zdefiniowanych kryteriów, dodawanie, usuwanie i modyfikację elementów bazy. Operacje te mogą być dowolnie łączone i rozbudowywane. Służy do tego język zapytań SQL. Do budowy internetowej bazy danych wykorzystano następujące języki programowania: HTML, PHP, SQL, JavaScript. Omawiana aplikacja internetowa jest dostępna (dla uprawnionego użytkownika) poprzez przeglądarkę internetową z dowolnego miejsca (rys. 1.), musi współpracować z serwerem WWW. Aby przeglądać zasoby bazy użytkownik powinien zostać poprawnie rozpoznany. Po kliknięciu linku Autoryzacja pojawia się okienko, w którym należy podać poprawną nazwę użytkownika i hasło (rys. 2.). Rys. 2. Ekran logowania do systemu Logowanie Użytkownicy bazy danych zostali podzieleni na dwie grupy: administratorzy oraz zwykli użytkownicy. Poprawną nazwę można wybrać z listy rozwijanej Login. Na liście znajduje się jeden użytkownik o pełnych uprawnieniach do zarządzania bazą danych oraz pięciu użytkowników z ograniczonym prawami. Użytkownicy zwykli zostali podzieleni na pięć grup, podział odpowiada spółkom terenowym PSE SA: Centrum, Wschód, Południe, Zachód i Północ. 6 Nr 4/2005 Automatyka Elektroenergetyczna
Rys. 3. Strona główna bazy danych do obliczeń zwarciowych Rys. 4. Strona główna bazy danych do analizy zabezpieczeń Wybór konkretnego użytkownika i hasła ma istotne znaczenie dla dalszego posługiwania się systemem. Nie istnieje możliwość skorzystania z bazy danych bez posiadania odpowiednich uprawnień. Różnice w eksploatacji bazy danych po zalogowaniu się na konkretnego użytkownika opisano w dalszej części artykułu. Na ekranie logowania znajduje się również informacja o dostępnej wersji programu zwarciowego, który można pobrać z sieci. Przed autoryzacją, użytkownik z rozwijanej listy wybiera także typ bazy danych, z którą chce pracować. Do wyboru jest w tym przypadku baza danych do obliczeń zwarciowych oraz baza zabezpieczeniowa. Po poprawnej autoryzacji użytkownik zostanie przeniesiony na stronę główną bazy (do obliczeń zwarciowych rys. 3.) lub (zabezpieczeniowej rys. 4.). Po lewej części ekranu znajdują się klawisze dostępu do wybranych elementów aplikacji ta część widoczna jest przez cały czas pracy z bazą. Obsługa bazy danych jest podzielona na dwie części: przeglądanie i modyfikację (zakres modyfikacji jest uzależniony od uprawnień użytkownika). Informacje o elementach systemu elektroenergetycznego Rys. 5. Okno do wprowadzania kryterium wyszukiwania rozdzielni Informacje o rozdzielniach Po wybraniu klawisza ROZDZIELNIE pojawia się ekran pomocniczy widoczny na rys. 5. Użytkownik ma możliwość przeglądania wszystkich dostępnych w bazie rozdzielni (opcja Lista wszystkich rozdzielni) lub wyszukać tylko te, które go interesują (klawisz szukaj). Po wyborze opcji Lista wszystkich rozdzielni pojawia się ekran przedstawiony na rys. 6. W prezentowanej tablicy znajdują się podstawowe dane związane z rozdzielnią: kod rozdzielni, nazwa rozdzielni, napięcie znamionowe oraz lokalizacja (nazwa i kod obszaru i podobszaru). Jeżeli lista rozdzielni zawiera więcej niż 20 pozycji, wyniki są grupowane, a użytkownik może dokonywać wyboru grupy przy użyciu opcji Następna/Ostatnia, gdy znajdujemy się na stronie pierwszej, Pierwsza/ Poprzednia/Następna/Ostatnia gdy znajdujemy się na stronach od drugiej do przedostatniej lub Pierwsza/ Poprzednia gdy jesteśmy na ostatniej stronie. Użytkownik ma także do dyspozycji dwa kryteria wyszukiwania. Z listy rozwijanej Wybierz metodę wyszukiwania należy wskazać kryterium, według którego ma zostać wyszukana rozdzielnia. Można wskazać dwa niezależne kryteria (z dwóch list rozwijanych) oraz wprowadzić warunki wyszukiwania w pola tekstowe Wprowadź warunek. Ponadto z wprowadzonych warunków kryterialnych można zrealizować iloczyn bądź sumę logiczną. Gdy chcemy wyszukać rozdzielnie o napięciu 400 kv z podobszaru 1 (Centrum), należy z listy rozwijanej 1 wybrać napięcie znamionowe i wprowadzić wartość 400. Na liście rozwijanej 2 wybieramy kod podobszaru i jako warunek wprowadzamy 1. Przełącznik lub/oraz powinien zostać ustawiony na oraz (równocześnie mają być spełnione oba warunki iloczyn logiczny). Wynik przeszukiwania bazy został przedstawiony na rys. 7. Ponadto dla każdego kryterium można zaznaczyć opcję Wyszukaj dokładnie z wprowadzonym wzorcem baza danych Automatyka Elektroenergetyczna Nr 4/2005 7
Rys. 6. Lista wszystkich rozdzielni Rys. 7. Odfiltrowana lista rozdzielni (napięcie znamionowe 400 kv z PSE Centrum) Rys. 8. Lista linii o napięciu 220 kv zostanie wówczas przeszukana dokładnie z zaleceniami użytkownika. Przy wyłączonej opcji wyszukiwanie odbywać się będzie na podstawie wprowadzonego wzorca. Gdy przy wybranej z listy pozycji Kod rozdzielni, w pole warunek wpiszemy literę K zostaną znalezione wszystkie rozdzielnie, których nazwa kodowa rozpoczyna się na literę K. Klucz zagranica pozwala na odfiltrowanie rozdzielni zagranicznych. W przypadku gdy w wyniku zapytania otrzymamy dużą liczbę rozdzielni można je sortować według dowolnego kryterium wskazując na nagłówek kolumny oznaczony kolorem zielonym. Informacje o liniach Informacja o liniach została podzielona na dwie kategorie Linia jako obiekt oraz lokalizacja linii w systemie elektroenergetycznym. Po wybraniu interesujących nas warunków wyszukiwania (np. tylko linie o napięciu znamionowym 220 kv) pojawia się ekran widoczny na rys. 8. Oprócz oznaczenia kodowego linii i napięcia znamionowego, widoczne są podstawowe parametry linii: rezystancja i reaktancja zgodna, rezystancja i reaktancja zerowa, długość linii, a także jej status. Przy kryteriach numerycznych np. reaktancja linii, wyszukane zostaną obiekty, które zawierają się w granicach +/ 20% wprowadzonej wartości. W przypadku, gdy interesuje nas lokalizacja linii w systemie (topologia) należy wybrać klawisz LINIE topologia. Na rys. 9 prezentowane są linie wraz z podstawowymi parametrami, pozwalającymi ustalić położenie linii w systemie. W prezentowanej tabeli dostępny jest kod linii i jej rozdzielnie: początkowa oraz końcowa. Rozdzielnie te zostały opisane przy użyciu kodu np. MOR211 oraz nazwy długiej Mory. W analogiczny sposób można uzyskać informacje o pozostałych elementach systemu elektroenergetycznego, tj. transformatorach, źródłach, sprzęgłach i odcinkach sprzężonych. Funkcja administratora bazy Innym sposobem pracy z bazą danych jest funkcja administracyjna. Każdy użytkownik po poprawnej autoryzacji ma prawo przeglądać bazę danych 8 Nr 4/2005 Automatyka Elektroenergetyczna
Rys. 9. Lista linii powiązania topologiczne oraz dokonywać pewnych czynności administracyjnych, takich jak dodawanie elementów bazy, ich modyfikację oraz usuwanie. Te czynności są jednak ograniczone do podobszaru, do którego należy użytkownik. Po zalogowaniu jako użytkownik np. z podobszaru 1. (Centrum), nie można modyfikować, usuwać ani dodawać żadnego elementu systemu spoza podobszaru użytkownika. Zwykły użytkownik nie ma również prawa do budowy i modyfikacji tabel bazy oraz budowy nowego modelu zwarciowego, nie może także dodawać ani modyfikować istniejących użytkowników. Te działania przewidziane są jedynie dla administratora systemowego bazy danych. Zmiany w bazie danych Oprócz przeglądania zasobów bazy, dostępne są również opcje związane z dodawaniem bądź usuwaniem jej elementów, jak również modyfikacją zawartości. Na rysunku 10 przedstawiony jest przykładowy ekran, na którym użytkownik może wprowadzić podstawowe informacje dla nowotworzonej rozdzielni. Należy podać: nazwę kodową nowej rozdzielni, napięcie znamionowe w kv, nazwę długą (zwyczajową), nazwę obszaru, kod obszaru, nazwę podobszaru, kod podobszaru, układ. Niezbędna jest również informacja o liczbie modelowanych systemów szyn. W analogiczny sposób dodaje się inne elementy systemu. Różnić się będzie jedynie liczba i rodzaj wprowadzanych danych. Na rys. 11. zaprezentowano przykład dodawania do bazy nowej linii. Rys. 10. Ekran umożliwiający dodanie nowej rozdzielni do bazy danych Rys. 11. Ekran do wprowadzania danych nowej linii Generowanie modelu sieci do obliczeń zwarciowych Prezentowana baza danych jest tylko narzędziem do przygotowania parametrów niezbędnych do prowadzenia obliczeń zwarciowych. Po zbudowaniu modelu i wprowadzeniu koniecznych modyfikacji, użytkownik może dokonać eksportu danych do odpowiedniego formatu, wymaganego przez program zwarciowy, rys.12. W tym celu należy wybrać klawisz Eksport (rys. 3.) i po chwili pojawi się ekran, na którym można pobrać niezbędne pliki. Procedura kopiowania jest dokładnie taka sama jak kopiowanie dowolnych plików ze strony WWW. Informacje o zabezpieczeniach Zasada wyszukiwania i prezentacji danych w zabezpieczeniowej bazie danych jest analogiczna z bazą do obliczeń zwarciowych. Po wyborze klawisza Linie, pojawia się ekran, który pozwala na wprowadzenie kryteriów wyszukiwania. Po wybraniu interesujących nas warunków wyszukiwania (np. tylko linie o napięciu znamionowym 220 kv) pojawia się ekran widoczny na rys. 13. Prezentowana na tym rysunku tabela oprócz podstawowych danych o linii zawiera także informacje o zainstalowanej aparaturze zabezpieczeniowej. Są to zabezpieczenia odległościowe, ziemnozwarciowe i odcinkowe. Po wybraniu właściwej linii oraz zabezpieczenia, możemy zawęzić obszar zainteresowań. Na rys. 14. prezentowany jest ekran dla przekaźnika LZ32 oraz zestaw przykładowych parametrów. Deklaracja zabezpieczeń dla wybranej linii oraz zmiana wybranych parametrów nastawieniowych odbywa się z poziomu opcji administratora. Podsumowanie Jak widać z powyższych rozważań opanowanie technologii tworze- Automatyka Elektroenergetyczna Nr 4/2005 9
Rys. 12. Dostęp do plików niezbędnych do prowadzenia obliczeń zwarciowych opis poszczególnych jej elementów w rozpatrywanym przypadku zabezpieczeń linii. Typowa dla technologii internetowych otwartość rozwiązania i łatwość dostępu nie oznacza braku możliwości zachowania poufności danych. Oprócz zabezpieczenia przed dostępem dla osób niepowołanych i zarezerwowania możliwości wprowadzania zmian dla uprawnionych administratorów baza ma również możliwości ograniczonego prezentowania swoich zasobów także w zależności od rangi użytkownika rozpoznanej na podstawie hasła (każdy widzi tyle ile powinien). Na podstawie doświadczeń eksploatacyjnych można stwierdzić, że baza stanowi przykład perspektywicznego i efektywnego zarządzania zasobami rozproszonymi jako system zaliczany do kategorii Asset Management. Rys. 13. Lista linii o napięciu 220 kv wraz z ich układami zabezpieczeniowymi nia baz danych dostępnych w pełnym lub ograniczonym zakresie w Internecie rysuje możliwości rozwiązania szeregu problemów uznawanych dotychczas, także w procesie eksploatacji układów EAZ za trudne lub uciążliwe. Na szkielecie, który tworzy topologiczny model sieci można budować Autorzy dziękują spółce PSE- Operator SA (Departament Infrastruktury Sieciowej) za zainteresowanie ideą wykorzystania technologii internetowej i za finansowanie prac związanych z projektem i wdrożeniem bazy. Dr inż. Marek Wancerz ukończył studia na Wydziale Elektrycznym Politechniki Lubelskiej o specjalności systemy elektroenergetyczne. Od 1990 roku pracuje w Katedrze Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń na stanowisku naukowo-dydaktycznym. Jego zainteresowania naukowe koncentrują się wokół zagadnień automatyki zabezpieczeniowej oraz bezpieczeństwa pracy systemu elektroenergetycznego. Jest autorem ponad 30 publikacji o tej tematyce, a także wielu prac naukowo-badawczych dla przemysłu oraz instytucji związanych z energetyką. Dr hab. inż. Piotr Kacejko jest absolwentem Wydziału Elektrycznego Politechniki Lubelskiej i jej pracownikiem od 1979 r (aktualnie na stanowisku profesora nadzwyczajnego). Prowadzi badania z zakresu analiz systemu elektroenergetycznego, w szczególności w stanach zakłóceniowych. Jest autorem kilkudziesięciu prac naukowo-badawczych oraz publikacji z tej dziedziny. Aktualnie zajmuje się problematyką oddziaływania małych źródeł wytwórczych energii elektrycznej na sieć elektroenergetyczną. Rys. 14. Przykładowe parametry przekaźnika LZ32 Dr inż.piotr Miller (39). W roku 1991 ukończył studia o specjalności elektrotechnika na Wydziale Elektrycznym Politechniki Lubelskiej. W 2000 roku obronił pracę doktorską na tej samej uczelni. Jego zainteresowania skupiają się wokół modelowania systemów elektroenergetycznych i programów komputerowych wspomagających analizę pracy tych systemów. 10 Nr 4/2005 Automatyka Elektroenergetyczna