Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Bezpečnost přenosové soustavy

Společná platforma pro výměnu dat a bezpečnostní analýzy (CTDS) a videokonferenční systém v projektu TSC
8. 12. 2011
 |  Vesmír 90, 714, 2011/12
komerční prezentace

V posledních letech se ve středoevropských sítích stále častěji vyskytují provozně nepříznivé stavy, které jsou způsobovány vysokými tranzitními toky výkonů.

Příčinami těchto převážně neplánovaných tranzitních toků jsou jednak stále se zvyšující instalované výkony elektráren využívajících obnovitelných zdrojů energie (větrné farmy, fotovoltaické zdroje), ale také narůstající mezistátní obchodní výměny elektrické energie.

Pro většinu provozovatelů přenosových soustav (Transmission System Operators – TSO) je velmi obtížné tyto provozně nebezpečné stavy přímo řešit, protože příčiny mnohdy leží za hranicemi jimi řízených soustav. Aby tyto stavy bylo možné koordinovaně řešit bez ohrožení bezpečnosti provozu sousedních soustav, založilo 11 středoevropských provozovatelů přenosových soustav v prosinci 2008 iniciativu „TSO Security Cooperation“ (TSC). Jedním ze zakládajících členů byl také český provozovatel přenosové soustavy, ČEPS, a. s. V současnosti je plnými členy uskupení 11 provozovatelů (TSO) ze sedmi zemí (viz obr. 1). Na projektu se podílí i maďarský a chorvatský provozovatel přenosové soustavy, oba mají ovšem zatím status pozorovatele.

V projektu byl sestaven stálý tým expertů, kteří sdílejí zkušenosti s provozem soustav, byl vyvinut informační systém RAAS a softwarová platforma (CTDS). Za účelem koordinace provozu jsou pomocí zařízení Telepresence denně pořádány videokonference uživatelů CTDS. Dále se připravují společné tréninky dispečerů a provozního personálu dispečinků a výhledově i systém dalšího vzdělávání (Centre of Excellence). V úzké spolupráci s národními regulačními úřady jsou vyvíjena ekonomická pravidla pro spravedlivou kompenzaci nákladů přeshraničního redispečinku1) zdrojů použitelná pro odstranění provozně nebezpečných stavů.

Systém RAAS

Pro rychlou výměnu informací v reálném čase byl vyvinut a zprovozněn systém RAAS (Real Time Awareness & Alarming System). Dispečerům přenosových soustav poskytuje on-line informace o stavu soustav všech partnerů ve formě plánovaných a skutečných přeshraničních toků, celkovém saldu, exportu a importu a také další důležitá data (viz obr. 2). Mimořádné stavy v jednotlivých soustavách signalizuje dispečinkům výstražný semafor (systémový monitoring). Vedle systému RAAS začali němečtí provozovatelé poskytovat ostatním členům TSC predikce své výroby větrných elektráren lokalizovaných na jejich území, což umožňuje přesnější předpověď provozních situací ve všech propojených soustavách.

Proces DACF

V regionu označovaném jako Kontinentální Evropa jsou přenosové sítě propojeny v jednu synchronní síť, od Portugalska na straně jedné až po Turecko a Polsko na straně druhé. Pro každou z propojených soustav to znamená především shodný kmitočet, větší sdílenou výkonovou rezervu, větší stabilitu provozu, ale také možnost obchodu s elektrickou energií v rozsahu celé propojené soustavy. Díky těmto faktorům jsou ale toky výkonů v každé z propojených soustav značně ovlivňovány děním v soustavách okolních.

Proces DACF se zabývá plánovanou výměnou informací každého provozovatele na následující den ve formě předpovědních modelů sítě. Konkrétně tyto modely obsahují informace o zapojení sítě, nasazení výroby elektrárenských bloků, velikosti spotřeby, napětí v uzlech sítě, saldu předávaných výkonů mezi soustavami a parametrech jednotlivých prvků sítě pro jednotlivé časové řezy následujícího dne. Po získání a spojení těchto modelů může každý člen již den dopředu zjistit výpočtem předpokládané fyzikální toky elektřiny˝, a analyzovat tak chování své sítě. Na základě výsledků pak může včas připravit účinná opatření pro řešení případných úzkých míst2).

Proces spočívá v tom, že každý provozovatel přenosové soustavy vytvoří na základě plánovaných hodnot model provozu své sítě na několik hodinových řezů následujícího dne. V současnosti je povinnost poskytovat modely pro časové řezy 3.30, 7.30, 10.30, 12.30, 17.30 a 19.30 hodin. Někteří provozovatelé (TSO) poskytují modely pro všech 24 hodinových řezů následujícího dne. V rámci projektu TSC je poskytování 24 hodinových řezů povinností.

Po vytvoření jsou tyto modely převedeny do společného neutrálního formátu speciálně vyvinutého pro tento účel a nakopírovány na FTP server společnosti Swissgrid. Každý provozovatel pak nakopíruje své předpovědní modely na FTP server Swissgrid do 18 hodin; po této hodině má pak možnost stáhnout si modely ostatních zemí. Ty následně převede do vlastního formátu a spojí v modely sítě Kontinentální Evropy pro jednotlivé časové řezy. Na těchto modelech provádí každý provozovatel výpočet chodu sítě a kontrolu bezpečnostního kritéria N-1. V případě identifikace nepříznivých výsledků tak existuje možnost připravit včas opatření, zajišťující bezpečný provoz soustavy na druhý den.

Proces IDCF

Z důvodu rostoucího vlivu vnitrodenních obchodů na plány mezistátních výměn elektrické energie byl vyvinut proces IDCF (intraday congestion forecast). Vychází z procesu DACF a umožňuje upřesnit předpověď provozní situace na několik hodin dopředu v daném dnu. IDCF proces byl spuštěn v půli roku 2011 a je implementován rovněž v systému CTDS projektu TSC. Cílem je provádět bezpečnostní výpočty co nejblíže reálnému času. V současnosti se provádí IDCF předpověď pouze pro řez 17.30 každého dne.

Zařízení CTDS

Společná IT platforma umožňuje provádění provozních výpočtů chodu sítě a také předpovídání provozních stavů na základě plánů příprav provozu. Toto IT zařízení, označované jako CTDS (Common Tool for Data Exchange and Security Assessment System), využívá stávající datové modely DACF (Day Ahead Congestion Forecast), jejichž výměna probíhá mezi provozovateli přenosových soustav v regionu Kontinentální Evropa.

Z technického hlediska je CTDS decentralizovaný systém, který je tvořen dvěma administrátorskými stanicemi a cca 20 uživatelskými stanicemi (u jednotlivých TSO). Obě administrátorské stanice jsou identické, jedna je vždy v provozu jako hlavní a druhá záložní. Administrátorské stanice slouží jako centrální úložiště dat, zajišťují komunikaci mezi uživatelskými stanicemi a umožňují správu uživatelských účtů CTDS. Jednotlivé části systému jsou propojeny přes evropskou datovou energetickou síť ENTSO-E Electronic Highway. Administrátorské stanice jsou umístěny u provozovatelů Amprion a Swissgrid, uživatelské stanice jsou na pracovištích/dispečincích všech TSO včetně Amprionu a Swissgridu. Jedna z uživatelských stanic je vždy v režimu operátora a druhá v režimu stand-by operátora. Role operátora a stand-by operátora rotuje po všech zúčastněných TSO v týdenních cyklech.

V rámci večerního výpočtu DACF je spočten chod sítě a provedena kontingenční analýza (kontrola kritéria N-1) na 24 hodinových řezech následujícího dne. Kontingenční analýza obsahuje cca 5000 kontingencí pro každý řez (jde o seznam prověřovaných prvků kontingenční analýzou). Výpočet chodu sítě s kontingenční analýzou pro všechny řezy trvá zhruba 12 minut na nejvýkonnějších stanicích s 24 procesorovými jádry. Nutno podotknout, že model přenosové sítě kontinentální Evropy je v každém řezu tvořen více než 8500 uzly a přibližně 12 500 větvemi, z nichž přibližně 1500 tvoří transformátory a zbylé větve představují přenosová vedení.

Společné zajištění večerní části procesu DACF představuje pro zúčastněné TSO tyto výhody:

  • shodné modely evropské sítě – před uvedením CTDS do provozu používal každý provozovatel svůj vlastní algoritmus nahrazování nedodaných či chybných modelů jednotlivých zemí;
  • shodné výsledky výpočtu chodu sítě pro zúčastněné TSO, což je velice důležité pro analýzu chování sítě a následné jednání o případném přijetí nápravných opatření;
  • koordinovaná příprava nápravných opatření – vliv nápravných opatření na řešení provozně nepříznivých stavů je sledován ve všech sítích zúčastněných TSO;
  • přesnější výsledky a zvýšení kvality vstupních dat;
  • prostor pro řešení problémů a lepší informovanost dispečerů jednotlivých provozovatelů přenosových soustav díky společné videokonferenci.

Telepresence system

Telepresence system od firmy Cisco umožňuje videokonferenční spojení mezi dispečinky jednotlivých provozovatelů (TSO) sdružených v projektu TSC. Každý večer probíhá mezi všemi dispečinky společná videokonference, kterou moderuje CTDS operátor. Díky ní mají dispečeři aktuální informace o předpovídané provozní situaci v síti každého provozovatele a v případě potřeby mohou lépe a včas připravit koordinovaná nápravná opatření. Kromě přenosu obrázků jednotlivých účastníků umožňuje zařízení Telepresence také přenos zobrazení z jiných zařízení, např. SCADA systém, osobní počítač, skener, tablet atd. Do videokonferenčního hovoru Telepresence je možné se připojit i běžným telefonem, avšak zatím bez možnosti výměny obrazových informací.

Závěr

V současnosti čelí přenosové sítě nárůstu instalovaného výkonu obnovitelných zdrojů, nepredikovatelné a neřiditelné výrobě z těchto zdrojů, a tím i vzrůstajícím obchodům s elektřinou napříč Evropou. Tyto skutečnosti mají za následek zvýšený výskyt provozně nebezpečných stavů ohrožujících stabilitu dodávek elektrické energie. Zařízení CTDS a Telepresence umožňují provozovatelům přenosových sítí lépe předvídat chování sítí, a tím i lépe čelit hrozbám přetěžování vedení, výpadkům nejnamáhanějších prvků sítě a z toho vyplývajícího nebezpečí kaskádového dělení propojených soustav či blackoutů, a výrazně tak napomáhají zvýšení bezpečnosti provozu přenosové soustavy.

Poznámky

1) Přeshraniční redispečink znamená změnu výroby v jedné soustavě na žádost provozovatele jiné soustavy s cílem eliminovat riziko přetížení přeshraničních linek, které by jinak musely být vypnuty, a tím by byla ohrožena bezpečnost provozu v celé Evropě (viz blackout v Itálii v roce 2002).

2) Pod pojmem úzké místo v přenosové soustavě se rozumí situace, kdy se libovolný prvek v soustavě přetěžuje již v základním provozním stavu nebo při výpadku jiného prvku. V takovém případě hovoříme o tzv. kritériu N-1, které říká, že při jednoduchém výpadku v přenosové soustavě nesmí dojít k přetížení jiného přenosového prvku, narušení stability soustavy či ke kolapsu napětí.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Energetika

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné