Společnost ČEPS

Společnost ČEPS – provozovatel přenosové soustavy v České republice – provedla upgrade dosavadních dispečerských řídicích systémů v části SCADA/EMS. ¹⁾ Specificky pro potřeby ČEPS byl navržen geograficky distribuovaný systém, který pro dispečinky ČEPS zajišťuje podporu dispečerského řízení v reálném čase. Požadavky vysoké dostupnosti a bezpečnostní odolnosti systém splňuje v souladu s mezinárodními standardy. V plném rozsahu zajišťuje automatické řízení a podporu rozhodování dispečera.

Úspěšná týmová spolupráce dodavatele systému firmy ELEKTROSYSTEM, a. s., a objednatele – firmy ČEPS, a. s. – byla završena, v září 2007 byl spuštěn ověřovací provoz a počátkem roku 2008 trvalý provoz.

Dispečerské řízení čepS

ČEPS je vlastníkem a provozovatelem přenosové soustavy (PS) České republiky tvořené vedeními velmi vysokého a zvláště vysokého napětí 220 a 400 kV. Důležitou funkcí ČEPS je zajistit přenosové a systémové služby. Z časového pohledu jde o přípravu provozu (budoucnost), operativní řízení (současnost – tzv. reálný čas) a vyhodnocení (minulost). Operativní řízení ČEPS zajišťuje rovnováhu mezi výrobou a spotřebou České republiky při dodržení smluvených množství dovážené či vyvážené elektrické energie a zajištění spolehlivého přenosu elektřiny v rámci synchronně propojeného systému UCTE.

Realizaci služeb koordinuje a řídí nepřetržitá dispečerská služba z hlavního či záložního dispečerského pracoviště (HDP, ZDP).

Dispečerská služba ČEPS je odpovědná zejména za:

• zajištění okamžité rovnováhy mezi výrobou a spotřebou elektřiny v elektrizační soustavě (ES) České republiky při respektování sjednaných plánů výměn elektřiny s provozovateli sousedních PS,
• řízení toků v ES ve spolupráci s provozovateli distribučních soustav České republiky, s výrobci a zahraničními provozovateli přenosových soustav,
• realizaci plánovaných vypínání prvků PS,
• dálkové ovládání ve stanicích PS,
• optimalizaci napěťových poměrů v PS,
• řešení havarijních stavů v PS.

Dispečerský řídicí systém

Neodmyslitelnou podporou dispečerského řízení je dispečerský řídicí systém (DŘS). Ten tvoří následující části:

• systém přípravy provozu,
• systém pro operativní řízení – SCADA/EMS, tzv. systém reálného času,
• systém hodnocení provozu.

Jak napovídá jejich název, zajišťují jednotlivé části dispečerského řídicího systému podporu dispečerského řízení v jeho časových etapách. V tomto článku se budeme věnovat systému reálného času SCADA/EMS.

Charakteristika SCADA/EMS

SCADA Tato část systému zajišťuje sběr dat z objektů ES. Jde o hodnoty dálkového měření (velikost napětí, proudu, výkonu, elektrickou práci, …) či signalizace (vypínač zapnut/vypnut) s příznakem kvality (aktuální/neaktuální, ručně zadáno, …). Komunikace se uskutečňuje pomocí definovaného protokolu (IEC 870-5-101, TG800, TASE.2). Systém varuje uživatele při překročení určitých předem definovaných limitů. ²⁾ Přijatá data jsou ukládána do databáze reálného času, archivována či dále počítačově zpracovávána (výpočetní a logické operace).

SCADA rovněž zajišťuje vysílání žádaných hodnot (napětí, činného výkonu) a povelů (sepni spínač přípojnic) na objekty. Patří sem i sekvenční ovládání, kdy jsou na objekty vysílány sekvence povelů k provedení složitějších operací – např. vypnutí vedení, převedení vedení na jinou přípojnici – v každém kroku sekvence se provádí kontrola, zda jsou splněny definované podmínky (velikost spínacího úhlu, velikost toku po vedení, …).

Další oblastí SCADA je prezentace výsledků ze systému ve formě znaků, textů, grafů a barev. Patří sem též probarvování přenosové sítě dle různých kritérií:

• podle topologie, kdy jsou elektricky propojené části označeny shodnou barvou – dispečer může v síti rozlišit její izolovanou část, ostrov,
• dle napěťové úrovně,
• podle zatížení vedení v MW, A a v %.

Modul AGC ³⁾ pro automatické řízení činného výkonu zdrojů svým charakterem spadá do EMS, z historických důvodů se však řadí do části SCADA. Na základě regulační odchylky, tj. rozdílu mezi plánovaným a skutečným zahraničním saldem ⁴⁾ České republiky s uvažováním korekce na frekvenci, jsou řízeny výkony generátorů. Jde o řízení v uzavřené regulační smyčce, bez přímého zásahu dispečera. Regulátor je proporcionálně integračního charakteru. Na vyrovnání regulační odchylky se podílejí jednotlivé zdroje na základě dílčích faktorů, které berou ohledy na technické vlastnosti a omezení těchto zdrojů (umožňují rychlou změnu výkonu zdroje, regulačního rozsahu aj.).

EMS

Tato část poskytuje výpočetní nadstavbu nad systémem SCADA.

EMS zahrnuje programy pro síťové analýzy, jsou to například:

• Stavová estimace čili odhad stavu soustavy. Na základě redundance vstupních údajů (tok na jedné i druhé straně vedení, parametry vedení, napětí) určí nejpravděpodobnější hodnotu stavu sítě. Výsledky estimace jsou zároveň vstupními údaji pro simulační výpočty.
• Simulační výpočty umožňují spočítat výkony, proudy a napětí v síti po zásazích, kdy je vypnuto vedení, rozdělen provoz v uzlech soustavy apod.
• Kontingenční analýza (KAN). Bezpečnost provozu se řídí kritériem N-1. To znamená, že systém je automaticky nastaven s určitými rezervami tak, aby při výpadku jednoho prvku soustavy nebyly přetíženy ostatní prvky. Tento program zhodnotí na základě opakovaného výpočtu stavu soustavy, s jakou bezpečností je přenosová soustava provozována, tj. jaké následky nastanou při ztrátě některého z prvků (např. vedení nebo transformátoru).
• Regulace napětí a jalového výkonu. Jde o program, který analyzuje kritéria minimálních činných ztrát a plnění řady okrajových podmínek (jako jsou meze napětí, maximální krok změny napětí v uzlu, …) a na základě těchto dat stanoví optimální napětí pro pilotní uzly soustavy. Optimální hodnota je po odsouhlasení dispečerem vyslána jako žádaná hodnota do pilotního uzlu, kde lokální automatika nastaví na tuto hodnotu napětí v uzlu.
• Rekonfigurace. Program navrhne dispečerovi kroky zlepšující nepříznivý stav soustavy, například přetížené vedení.
• Další možnost jak přetěžované vedení odlehčit poskytuje program Redispatch, který požadovaného výsledku dosahuje změnou dodávek od jednotlivých zdrojů; použity jsou jiné, např. bližší cesty k místu velkého odběru.

Existují i další programy, např. tvorba předpovědních modelů na následující den, on-line výměna informací se zahraničními provozovateli přenosových soustav apod.

Architektura a systémové vlastnosti SCADA/EMS

Systém SCADA/EMS je navržen pro nepřetržitý provoz s vysokou dostupností a plnou funkcionalitou i při ztrátě jednoho z dispečerských pracovišť. Jde o systém geograficky distribuovaný, s redundancí všech částí. Sběr dat z objektů ES probíhá po nezávislých cestách na HDP i ZDP. Výměna dat se systémy okolních provozovatelů přenosových soustav (TSO) funguje na bázi protokolu ICCP pro komunikaci mezi počítači s využitím privátní sítě evropských TSO.

Vyrovnání dat mezi subsystémy HDP a ZDP (další zdroj redundance dat) běží po vysokorychlostních kanálech. Systém využívá jak proprietární databáze v oblasti SCADA, tak i standardní databáze SQL, a to zejména pro integraci se systémy v rámci DŘS i s dalšími systémy ČEPS. Operační systém je jeden z klonů UNIX.

Přístup do systému je uživateli umožněn po úspěšné autentizaci, práce s ním pak v rozsahu přidělených oprávnění.

Dispečerská služba přistupuje do systému pomocí nativních vícemonitorových stanic, ostatní uživatelé pak prostřednictvím terminálových serverů z jedno- až dvoumonitorových terminálů.

Součástí systému je i širokoplošná zobrazovací stěna a digitronové zobrazovače.

Nový dispečerský řídicí systém společnosti ČEPS představuje světovou špičku, přestože byl vyvinut poměrně malou česko-slovenskou firmou. Určitě k tomu přispěla tvůrčí spolupráce společného realizačního týmu ČEPS a ELEKTROSYSTEM i dokonalé využití zkušeností, znalostí a nápadů na obou stranách. Během vývoje byly zahrnuty další funkcionality, jejichž potřeba vyplynula zejména z nových zkušeností s řešením mimořádných provozních stavů během roku 2006. Vývoj dispečerského řídicího systému vlastně není nikdy ukončen. Musí vždy reagovat na požadavky měnícího se okolí. Dokonalá souhra a porozumění dodavatele potřebám uživatele systému je klíčovým faktorem úspěšné realizace.