Slide 1

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 2

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 3

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 4

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 5

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 6

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 7

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 8

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 9

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 10

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 11

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 12

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 13

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 14

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 15

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 16

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 17

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 18

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 19

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 20

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 21

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 22

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 23

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 24

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 25

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 26

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 27

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 28

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 29

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 30

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę


Slide 31

ZAKŁAD POMIAROWO - BADAWCZY ENERGETYKI
„ENERGOPOMIAR-ELEKTRYKA” Sp. z o.o

Badania eksploatacyjne i diagnostyka
w elektroenergetyce i przemyśle
Konferencja Naukowo-techniczna
Gliwice, 18-19 kwiecień 2013

Rozwiązania smart-grids dla
wspomagania pracy układów
elektroenergetycznych
Grzegorz Grzegorzyca

ZPBE Energopomiar-Elektryka

Wprowadzenie

•
•
•
•

•

Wprowadzanie zaawansowanych technicznie
rozwiązań jest możliwe dzięki:
gruntownej wiedzy specjalistów,
bardzo precyzyjnej analizie potrzeb,
przedstawieniu dobrych koncepcji i modeli,
obserwacji tendencji światowych w zakresie
najnowszych
technik
pomiarowych
i
informatyki przemysłowej,
dużej konsekwencji działania.

Ewolucja rozwiązań
• na przestrzeni lat rozwiązania komputerowych
systemów pomiarowych opracowywanych w
ZPBE
Energopomiar-Elektryka
ulegały
ewolucji technicznej,
• aktualne możliwości techniczne pozwalają na
budowanie aplikacji klasy smart grids
posiadających nowe własności funkcjonalne
niemożliwe do osiągnięcia za pomocą starszych
technologii.

System elektroenergetyczny
• aktualnie sieci elektroenergetyczne eksploatowane w
Polsce jak i w innych krajach są przestarzałe i mało
wydajne,
• w przeszłości SEE był projektowany i budowany
przy założeniu, że generacja energii elektrycznej
będzie odbywała się w dużych elektrowniach
systemowych, a sieć będzie pełniła rolę
jednokierunkowej
dostawy
energii
do
jej
użytkowników.

Smart grids
• istniejące ograniczenia, powstające nowe wymagania
funkcjonalne oraz rosnące oczekiwania w zakresie
optymalizacji pracy układów powodują konieczność
przeprojektowania obecnych rozwiązań sieci
elektroenergetycznych,
• rozwiązania w zakresie sieci inteligentnych mogą
wspierać optymalny kosztowo oraz uwzględniający
aspekty bezpieczeństwa działania model systemu
elektroenergetycznego przeznaczonego do pracy dla
warunków normalnych i awaryjnych,
• bez wykorzystania rozwiązań sieci inteligentnych
system jest mniej elastyczny, mało stabilny i zbyt
podatny na zakłócenia w funkcjonowaniu w tym
również na zakłócenia związane z groźnymi awariami
systemowymi np. typu BlackOut.

Nowe oczekiwania
• elementy sieci inteligentnej pozwolą uwzględniać
dynamiczną zmienność zapotrzebowania na energię
elektryczną, umożliwiając między innymi właściwe
wykorzystanie możliwości magazynowania nadmiaru
wytworzonej energii,
• automatyczna detekcja stanów zakłóceniowych w
SEE, przewidywanie możliwości wystąpienia
perturbacji systemowych oraz zaimplementowane w
układzie pomiarów i automatyki scenariusze
automatycznej odbudowy i rekonfiguracji systemu
elektroenergetycznego
poddanego
skutkom
rozległych awarii stanowiąc ważną i pożądaną
funkcjonalność możliwą do osiągnięcia w ramach
rozwiązań smart grids.

Aspekty wprowadzania smart-grids
• prezentowane na wielu płaszczyznach wymiany
doświadczeń tzw. „przypadki użycia” smart grids
jednoznacznie wskazują, że podczas opracowywania
koncepcji oraz wdrażania nowych rozwiązań
technicznych konieczna jest gruntowna znajomość
pracy
systemu
elektroenergetycznego
i
występujących w nim zjawisk fizykalnych,
• proces wprowadzania zmian technicznych jest zawsze
ewolucyjny i nowe rozwiązania muszą zazwyczaj
koegzystować z tradycyjnymi,
• nowe rozwiązania wymagają bardzo precyzyjnego
określenia zarówno struktury jak i szczegółowych
rozwiązań technicznych warstw aplikacyjnych
projektów, które będzie uwzględniało i przewidywało
wszelkie niuanse oraz możliwe scenariusze pracy
nadzorowanego systemu elektroenergetycznego,

Aspekty wprowadzania smart-grids
• zagadnienia
metrologiczne
wymagają
nowej
perspektywy. Przykładowo dla rozwiązań klasy
WAMS, priorytetami są bardzo precyzyjna
synchronizacja pomiarów w dziedzinie czasu,
pewność
wyników,
determinizm
działania,
powiązanie zróżnicowanych dynamicznie oraz
czasowo sygnałów pomiarowych oraz wystarczająca
dla poprawności funkcjonowania nadzorowanego
procesu dokładność i wiarygodność wyznaczania
podstawowych i pochodnych wielkości fizycznych,
• rozwiązania teleinformatyczne będące ważnym
elementem składowym smart grids powinny
charakteryzować się podwyższonym w stosunku do
tradycyjnych rozwiązań poziomem bezpieczeństwa
informacyjnego
i
niezawodności.
Kluczowe
znaczenie ma zapewnienie pełnego determinizmu
działania systemu łączności.

Automatyka EAZ
w procesie regulacji
EAZ usprawnia proces regulacji:
• SCO wyłączając wybrane odbiory wyrównuje bilans
mocy w układzie i przyczynia się do stabilizacji
częstotliwości w warunkach deficytu wytwarzania,
• Automatyka łączeniowa pozwala powiększać
asynchronicznie pracujące obszary wyspowe, które są
łatwiejsze w regulacji,
• Dobrze skoordynowana EAZ chroni układ przed
dalszym niekontrolowanym rozpadem.

Urządzenia pomiarowe
wspomagające automatykę łączeniową
• układy pomiarowe P i f, oraz parametrów
kryterialnych procesów łączeniowych, wspomagają
regulację i synchronizację SEE,
• dokładna analiza zjawisk występujących podczas
procesu regulacji i synchronizacji wymaga
wyrafinowanych
technik
pomiarowych
oraz
oprogramowania,
• Specjalizowany
WAMS
zapewnia
ciągłe
monitorowanie, rejestrowania oraz wspomaganie online całego procesu regulacji poprzez realizację
specjalizowanych deterministycznych w dziedzinie
czasu funkcji pomiarowych, doradczych lub
decyzyjnych.

Układy wyspowe po zakłóceniu systemowym
4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości po momencie wydzielenia
układów wyspowych 4 listopada 2006

Rejestracje częstotliwości w wydzielonych układach
w obrębie momentów synchronizacji

Nieudane synchronizacje obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Udana resynchronizacja obszarów 1-2 UCTE
4 listopada 2006

Synchronizacja obszarów 1-2 i 3 UCTE
4 listopada 2006

Łączenia wielkich SEE
• łączenia wielkich SEE posiada swoją specyfikę,
• bezpośrednio przed połączeniem UCPTE z
CENTREL w październiku 1995 roku, ZPBE
Energopomiar-Elektryka zarejestrował przebiegi
charakterystycznych parametrów,
• wartości częstotliwości obydwu systemów były do
siebie bardzo zbliżone. Wartość df zawierała się w
granicach ±35mHz, a jej znak ciągle się zmieniał.
Osiągnięcie zgodności kątowej napięć może zatem
trwać bardzo długo (bardzo mała bliska zera wartość
df i związane z tym zmiany kierunku wirowania
wektora przesunięcia fazowego).

Synchronizacja wielkich SEE

Przykład przypadków użycia smart-grids
• układy EAZ realizowane zgodnie z nowymi
koncepcjami będą wymagały wykorzystania
dodatkowych
układów
pomiarowych
wyznaczających wielkości dla adaptacyjnej
EAZ,
• wymagany będzie równoczesny pomiar
zarówno wolno jak i szybko zmiennych
wielkości realizowany w sposób ciągły w
długim oknie czasowym,

Przykład przypadków użycia smart-grids
• obecnie
nowe
rozwiązania
zazwyczaj
koegzystują z tradycyjnymi co oznacza, że
aktualnie wprowadzane układy posiadają tylko
pewne cechy i właściwości Smart Grids, które
będą stopniowo rozszerzane o dodatkowe
elementy składowe i funkcjonalności.
• warto zaznaczyć, że niektórzy autorzy już jakiś
czas temu zauważyli i prognozowali, że układy
WAMS będą w niedalekiej przyszłości V-tą
generacją elektroenergetycznej automatyki
zabezpieczeniowej EAZ.

Przykład przypadków użycia smart-grids
• rozwiązania smart grids w elektroenergetyce w
pewnym momencie osiągną dojrzałość
tradycyjnej EAZ.
• deterministyczny
układ
zaprojektowany
zgodnie z nowymi koncepcjami i zasadami,
poprawny metrologicznie oraz wykorzystujący
przemysłowe sieci komunikacyjne umożliwi
realizację niezawodnych i wiarygodnych
systemów klasy Smart Grids o poszerzonej
funkcjonalności w zakresie EAZ oraz układów
automatyki regulacyjnej.

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka pracy wyspowej i synchronizacji

Automatyka wydzielania wyspy

Synchronizacja układu wyspowego

Synchronizacja układu wyspowego

Działalność normalizacyjna
• prace związane ze smart-grids są prowadzone
w Polsce w ramach działalności KT 304 do
spraw „Aspektów systemowych dostaw
energii elektrycznej” Polskiego Komitetu
Normalizacyjnego (PKN),
• obecnie opracowywane projekty norm lub
normy, to w istocie początek prac
normalizacyjnych w tej dziedzinie. Znacząca
część prac komitetu jest jeszcze w bardzo
wczesnej fazie realizacji.

Podsumowanie
• działania oparte o solidne naukowe podstawy, kulturę
techniczną, właściwy dobór dedykowanych i dostępnych
technologii, standaryzację międzynarodową, unormowania
prawno-organizacyjne zapewniające weryfikację i okresowe
wzorcowanie całości pozwalają już dzisiaj tworzyć bardzo
rozbudowane rozwiązania Smart Grids. Podczas tworzenia
nowych systemów kluczowe znaczenie mają zdobyte
wieloletnie doświadczenia.

Dziękuję za uwagę