Az áramszolgáltatói telemechanika rendszer kialakulása és fejlődése

Átírás

1 Tisztelt olvasó! Ez munkaközi anyag, nem lektorált. Amennyiben hibát, elírást talál benne, vagy szerkesztési javaslata van, akkor kérem jelezze a részemre! (elkborzo@uni-miskolc.hu) Egyenlőre minimális magyarázattal, vázlatos formában adom közre, segítségként a felkészüléshez. A további részek folyamatosan készülnek, a meglévők módosulnak... Borsody Zoltán adjunktus Miskolci Egyetem Az áramszolgáltatói telemechanika rendszer kialakulása és fejlődése Tartalomjegyzék 1. A hálózatirányítás (üzemirányítás) szervezeti felépítése Az ÉMÁSZ üzemirányító rendszer megalakulása Az alállomások automatizálása A telemechanika rendszer kialakulása (~1981) A centralizált alállomási telemechanika időszaka (~1981) AKIR koncepció ÜRIK program (~1991) Mezőorientált alállomási telemechanikai rendszer (~1993) A telemechanika rendszer hierarchikus felépítése A jelenlegi SCADA rendszer feladatai Az üzemirányítási rendszer fejlesztése (~2008) Az új SCADA rendszerrel szemben támasztott általános követelmények Hardware követelmények SCADA funkciók Magasabb szintű management- és szakértői funkciók DMS (Distribution Management System) elosztóhálózati irányítási funkciók SPM (Switching Procedure Management) kapcsolási sorrend funkciók DTS (Dispacher Training Simulator) üzemirányítói oktató szimulátor...7 1

2 1. A hálózatirányítás (üzemirányítás) szervezeti felépítése A villamos energiarendszer erőműveinek és hálózatának felügyeletét, szabályozását, üzemirányítását és ellenőrzését a hierarchikusan felépített üzemirányítási rendszer végzi. Az üzemirányítóknak mindenkor kellő áttekintése kell, hogy legyen az energiarendszer egészéről. Az üzemirányítók munkájához elengedhetetlen a villamos energiarendszer információjának aktualitása és folyamatossága. Az információt az üzemirányító központok különféle távbeszélő, távmérő és távjelző összeköttetéseken keresztül kapják. A kapott adatok információt adnak az erőművek és a fontosabb csomópont jellegű állomások pillanatnyi termelési, terhelési helyzetéről, a csomópontok feszültségéről, a rendszer frekvenciájáról, az erőművek és alállomások villamos kapcsolásairól. Nagy kiterjedésű energiarendszerben egyetlen teherelosztó nem képes az energiarendszer egészét felügyelni és összefogni. Ezért többszintes teherelosztó, illetve üzemirányító rendszer alakult ki. A magyar villamosenergia rendszerben a hálózatirányítás három szinten működik. A Magyar Villamosenergiaipari Rendszerirányító Rt. (MAVIR RT.) korábban Országos Villamos Teherelosztó (OVT) hatásköre a nemzetközi kooperáció, a nagy erőművek és az alaphálózat irányítása és a körzeti teherelosztók szakmai felügyelete. A körzeti teherelosztók (KDSZ Körzeti Diszpécser Szolgálat) a főelosztó hálózat és az elosztóhálózat valamely elhatárolt körzetének, és az erre a hálózatra dolgozó kisebb erőművek üzemirányítását végzik. A középfeszültségű elosztóhálózatokat üzemirányító központokból (ÜIK) irányítják. A magyar villamosenergia-rendszer operatív üzemirányításának kapcsolati rendszerét a következő ábra mutatja be. A magyar villamosenergia-rendszer operatív üzemirányításának kapcsolati rendszere: 2

3 Az üzemirányítók feladatai három fő területre oszthatók: üzem-előkészítés, közvetlen operatív üzemirányítás és üzemellenőrzés. 2. Az ÉMÁSZ üzemirányító rendszer megalakulása Az ÉMÁSZ területén kezdetben a diósgyőri alállomás személyzete látta el az adatgyűjtéssel kapcsolatos feladatokat, a helyi erőművek menetrendjének megtervezését és a regionális üzemzavar elhárítás vezénylését. Az észak-magyarországi KDSZ hivatalosan április 1.én alakult meg az alállomás épületében. Ennek az irányítása alá rendelték a kazincbarcikai, kesznyéteni, felsődobszai és gibárti kiserőműveket től a terület 120 kv-os fogyasztói alállomásai és sugaras vezetékei is a KDSZ hatáskörébe kerültek. Kezdetben a Postától bérelt telefonvonalon, később iparági telefonközponton keresztül történt a vezénylés. A középfeszültségű hálózatok bővülésével szükségszerűvé vált az üzemirányítási szervezet további bővítése, az üzemirányító központok kialakítása. Az üzemirányító központok megalakulása 1968-ban kezdődött. 3. Az alállomások automatizálása Az üzemirányítás kezdeti szakaszában indult el az alállomások automatizálása. Az üzemiviteli és üzemzavari automatizálással bizonyos kezelői funkciókat váltottak ki. Korábban minden alállomáson kezelőszemélyzet dolgozott. Egy esetlegesen előforduló üzemzavar esetén, 3

4 telefonon érték el a körzeti diszpécsert, a diszpécser meghozta a szükséges döntést, és az ő utasítására történt meg a beavatkozás. Ez a folyamat ment végbe visszakapcsolás esetén is. A hibák jelentős része múló jellegű (pl. faág ért a vezetékhez), amit egy próba kapcsolással lehetett kiszűrni. Ez a folyamat a modern korhoz lassúnak bizonyult. A visszakapcsolást ezért automatizálták, és kialakították a kétlépcsős visszakapcsolási modellt. Zárlat esetén a védelem működésbe lép és lekapcsol, ezután a visszakapcsoló automatika lép működésbe. Először egy GVA műveletet végez, ami gyors visszakapcsolást jelent, ennek ideje 0,4-0,6. Amennyiben a gyors visszakapcsolás nem vezet eredményre az LVA lép életbe, ami lassú visszakapcsolást jelent, ennek ideje 60. A hibák 40%-a GVA, 70%-a LVA működés után megszűnik. Az automatikák kiépítése és üzembe helyezése után létszámleépítésre volt lehetőség. Ebben az időben alállomásonként 12 fős kapcsoló személyzet dolgozott folyamatos váltó műszakban, ez az ÉMÁSZ esetében embert jelentett összesen. Ennek a létszámnak a leépítésével jelentősen gazdaságosabbá és hatékonyabbá lehetett tenni az üzemirányítást. 4. A telemechanika rendszer kialakulása (~1981) 1981-ben megkezdődött az üzemirányítási rendszer korszerűsítésének tervezése. Akárcsak az országos hálózatban, az üzemirányító rendszer adatgyűjtésében is háromszintű hierarchikus rendszer alakult ki: alközpont (alállomás), középközpont (ÜIK), és főközpont (KDSZ). Az 1982-es évet tekintjük a telemechanika indulási évének. A telemechanika elnevezés a távolról történő beavatkozásra utal. SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition System): hálózat-felügyeleti és adatgyűjtő rendszer. Az alállomásokban egy számítógép (az alközpont) végzett minden információ gyűjtési, és parancs végrehajtási feladatot. Ez a rendszer nagyjából 10 évig szolgálta megbízhatóan az üzemirányítást. Az ÜIK középközpont összegyűjti a hatáskörébe tartozó alállomások adatait, és távműködtetést végez. Az üzemirányítók munkáját mechanikusan változtatható vakséma és képernyős megjelenítő felület segíti. A rendszerszintű feladatok végrehajtása a KDSZ-ben történik, ahol ezt világító aktív mozaik séma és képernyős megjelenítő segíti. Az ÜIK-k telemechanikájának indulása 1984-ben történt meg. Az ÉMÁSZ számítógépes üzemirányítási rendszerének megvalósítása során helyezték üzembe 1986-ban az első magyarországi diszpécser tréningszimulátort. Ez nagyban hozzájárult a KDSZ személyzetének szakmai ismeretfejlesztéséhez, helyismeretéhez és a váratlan helyzetekre való felkészüléséhez. 5. A centralizált alállomási telemechanika időszaka (~1981) Az áramszolgáltatók telemechanikája megegyezően - három szintű: KDSZ : telemechanika főközpont az üzemirányítási rendszer struktúrájával 4

5 ÜIK : telemechanika középközpont Alállomás : telemechanika alközpont Az ÉMÁSZ-nál első ütemben 22 alközpont, 4 üzemirányító középközpont és a KDSZ főközpont épült ki. Ezzel egyidőben 5 OVT irányú alaphálózati telemechanikai alközpontot kapcsoltak be a KDSZ-be. Az alállomásokban egy(!) központi számítógép, a telemechanika alközpont (RTU: Remote Terminal Unit) látta el az összes távfelügyeleti faladatot. x.ábra üzemirányítási hierarchia A fejlesztés e szakaszában csak hazai fejlesztésű eszközökkel lehetett dolgozni, így az MMG, a KFKI és a VEIKI vállalatok berendezései, számítógépei kerültek betervezésre. A mérnököknek a lehető legolcsóbb megoldásokat kellett alkalmazniuk, bizonyítva az új rendszer gazdaságosságát. Ennek megfelelően kétféle típusú alközpont létezett ebben az időben az MMG és a VEIKI fejlesztésében. Az ÉMÁSZ vállalatnál az MMG által gyártott SAM 85-ös berendezések lettek beépítve. Ennek az alközpontnak fizikai korlátai voltak, 8 bites processzor működött benne, a szoftver 4 kbyte-os volt. A viszonylag szerény hardver elemek ellenére a rendszer jól kiépített volt, funkcionalitásában, pedig a kor követelményeinek (~2008) is megfelel! A centralizált alállomási telemechanika időszakában SAM 85 típusú alközpont látta el az alállomás teljes felügyeletét, mint központi számítógép(!). Az erősáramú technológiától 5

6 érkező összes bemenőjelet fogadta, és technológia felé az összes kimenő jelet kezelte. Az interfész felülete csak az elektronika által feldolgozható jelszinteket tudta fogadni. Emiatt sokszor külön helyiséget megtöltő, - illesztő készülékeket kellett alkalmazni. Külső távadóktól fogadta a méréseket, a kétállapotú jeleket optikai leválasztóktól kapta, a működtető parancsokat relék továbbították a kapcsolóberendezésekhez. A SAM 85 típusú alközpontnál a mérés- és jelzéskártyák száma is kötött (és korlátozott-) volt. A szoftvere és az összes paramétere EPROM-ban volt tárolva, így bármilyen változtatás csak az EPROM cseréjével volt megvalósítható. Az eltárolt események időbeli felbontása 40ms volt. Távadó: a mérőváltóktól kapott áramot, feszültséget alakította át (pl: hatásos teljesítménnyé), és az általa kiadott analóg áramjel arányos a mért mennyiséggel.(hasonlóképpen a hőmérésékletet, feszültséget, stb.) Optocsatoló: a kontaktusokról (220Vdc) kapott hibajelzések, kapcsolókészülék állásjelzések galvanikus leválasztását biztosította, és jelszint átalakítást végzett. Esetenként több kontaktus közötti logikai összevonást is végzett, hogy a SAM 85-be kevesebb jelet kelljen bevinni. Relés vezérlés elosztó: a SAM 85 által kiadott logikai jelek (működtető parancsok) galvanikus leválasztását a 220Vdc szinttől relék végezték. A biztonságos működtetés érdekében első lépcsőben a primer készülék kiválasztása történt, a második lépcsőben (visszaellenőrzés után) a parancs tényleges kiadása valósult meg. A folyamatos fejlesztés következtében újabb alközpontok és két újabb üzemirányító központ létesítése történt meg. Ezekkel együtt a rendszerben már 44db SAM típusú, 5 alaphálózati Siemens SAS típusú és 5 Siemens SINAUT típusú alközpont üzemelt. Kommunikáció az egyes szintek között Az ÜIK és az alállomás között a kommunikáció egy sajátos, SAM protokol -lal történt, 200 Baud sebességgel. Ebben a fontosságuk szerinti sorrendben, és gyakorisággal mozogtak az adatok. Emiatt rugalmatlan, de nagyon hatékony protokoll, így a nagyon alacsony sebesség ellenére hosszú időn keresztül megfelelt. Ez azt is lehetővé tette, hogy a 4kHz sávszélességű telefon vonalon, a 3kHz-re szűkített beszédsáv felett történjen a jelátvitel. A KDSZ és az ÜIK-k között Baud sebességű az átvitel. Ezt telefonvonalakon üzemelő modemek biztosították Az eltelt 8-10 év üzemidő után megfogalmazódott a SAM 85 -ök korszerűsítésének igénye. A rugalmasabb programozhatóság miatt Siemens SINAUT PLC-k is üzembe kerültek. Ezt indokolta az is, hogy a nagyobb alállomásokban nehézséget okozott a nagyszámú kapcsolat a technológia felé. A fejlődés következő lépcsője (~1993) az alállomási mezőorientált rendszer megvalósítása volt. Ennek során az alközpontok PROLAN mezőgépekre lettek lecserélve. Ez teljesen új alállomási struktúrát eredményezett. 6. AKIR koncepció 1989-ben született meg az Alállomási Komplex Irányítási rendszer koncepciója. 6

7 A védelem-automatika készülékek eddig is egy-egy leágazáshoz kapcsolódtak, ott voltak elhelyezve a technológia közelében. Emberi beavatkozás nélkül, autonom módon látták el a feladatukat. Az AKIR koncepció, érzékelve a technikai fejlődést a védelem, az automatika, és a telemechanika területeken, megfogalmazta a célt: integrálni kell (egy-egy mező szintjén) az előbbi három funkciót. Ennek nyilvánvaló előnye, hogy technológia felé kevesebb csatlakozás és jelszint illesztés szükséges, az egyes készülékek között eddig alkalmazott erősáramú csatlakozások megszűnnek. Csökken a felesleges párhuzamos feldolgozások mennyisége, ugyanazon a belső (optikai-) hálózaton keresztül valósulhat meg a kommunikáció bármelyik funkciót illetően. Az egységes hardver alacsonyabb költséget jelent, nagyobb üzembiztonságot, egyszerűbb üzemeltetést eredményezhet. 7. ÜRIK program (~1991) A magyar villamos energia üzemirányításának irányítástechnikai korszerűsítése az évi döntés után következett be, amikor is kimondták, hogy az OVT rendszerét, valamint az áramszolgáltató vállalatok szervezetében működő, de a kisebb feladatkör mellett is hasonló tevékenységet ellátó KDSZ-ek rendszerét meg kell újítani. Ennek a programnak a neve az ÜRIK. Az ÉMÁSZ-nál ekkor már működött az akkori színvonalnak megfelelő korszerű üzemirányítási rendszer, így az ÉMÁSZ a projekt keretén belül korszerű fénykábeles és digitális mikrohullámú összeköttetéseket létesített (főként nagyfeszültségű távvezetékeken elhelyezett optikai kábelekkel) az alállomásai és üzemirányító központjai között. E projekt keretein belül épült ki az ÉMÁSZ Rt. -nél az OVT számítógépével a kapcsolat. Az ÜRIK projekt 2001-ben fejeződött be. 7

8 8.Mezőorientált alállomási telemechanikai rendszer (~1993) 1993-tól az alállomási (centralizált-) alközpont szerepét folyamatosan átvette az AKIR koncepcióba illeszkedő mezőorientált számítógépes rendszer. Ennek megfelelően a leágazásokba lettek elhelyezve a mezőgép -ek. Ennek előnye, hogy egy ilyen mezőgépnek kevesebb a ki- és bemenete, így egyszerűbb a huzalozása, meghibásodás esetén csak az adott leágazást nem látja az üzemirányító. A mezőgépek kettős optikai gyűrűn keresztül kommunikálnak. Látható, hogy ekkor még nem valósult meg az integráció a védelem-automatika készülékekkel, de a mezőgépek a védelem-automatika készülékek mellé kerültek. Mezőgép: Az alállomásokban minden leágazásba ( mezőbe ) intelligens eszköz került, ami a technológiához közvetlenül csatlakozik. Így az adott leágazás primer készülékeihez, a védelem-automatika készülékeihez és a vezénylő készülékeihez. A mezőgépek a környezetük, a technológia felé 5A~, 100V~, 220V= jelszinten csatlakoznak. A galvanikus leválasztást, és a jelszint illesztést a mezőgépben található IO kártyák végzik. Ezek a mezőgépek az alállomáson belüli, optikai kábellel kialakított gyűrűn keresztül kommunikálnak a fejgéppel. 8

9 Fejgép: Az irányítás magasabb szintje felé (ÜIK, helyi megjelenítő, védelmes felügyeleti munkahely,...) biztosítja a kapcsolatot, és rajta keresztül érhető el az alállomás egésze. Az általa kezelt optikai gyűrűkön keresztül kommunikál az összes mezőgéppel. A mezőgépek csatlakoznak (egy-egy mezőben) az erősáramú berendezésekhez. Az alállomási telemechanika korszerűsítése során magyar, PROLAN fejlesztésű és gyártású, PROFIELD mezőorientált eszközök váltották fel a SAM 85 és SINAUT eszközöket az ÉMÁSZ-nál. A többi áramszolgáltatónál is voltak kezdeményei a telemechanikának, de a teljes körű kiépítésük immár mezőorientált eszközökkel az ÜRIK program keretében indult el. Meg kell említeni, hogy az ELMŰ alállomásaiba hasonlóképpen magyar INFOWARE mezőorientált eszközök kerültek üzembe. Ugyanekkor elindult a távműködtethető oszlopkapcsolók (TMOK) létesítése a 20kV-os hálózaton. Ezzel az alállomási fejgépen keresztül, rádiós modemek felhasználásával lehetővé vált az oszlopkapcsolók működtetése az ÜIK-ból. Ennek legfontosabb eredménye az üzemzavar elhárítási idők jelentős csökkenése. A távműködtetésen túl az intelligenciával felruházott TMOK információt szolgáltat a rajta átfolyó zárlati áramokról, a feszültségről, holtidő alatt automatikusan le tudja választani a zárlatos vezetéket az oszlopkapcsoló kikapcsolásával, valamint fogyasztásmérési adatokat is szolgáltathat. A TMOK-k alkalmazása beleillik a később meghirdetett Smart Grid (intelligens hálózat) rendszerbe. x.ábra TMOK 9. A telemechanika rendszer hierarchikus felépítése A magyar villamosenergia rendszer adatgyűjtési, üzemirányítási rendszere többszintű. Az alállomási szint felett üzemirányító központok (ÜIK) találhatók, melynek feladata a középfeszültségű hálózat (10, 20 és 35 kv) irányítása. Az tevékenységek átszervezése során ezek száma folyamatosan csökkent. (Kezdetben 6 ÜIK volt az ÉMÁSZ-nál: Miskolc, Kazincbarcika, Sárospatak, Eger, Gyöngyös és Salgótarján.) Az ÜIK-k felett a Körzeti Diszpécser Szolgálat (Miskolci KDSZ) található, feladatai közé tartozik a 120 kv-os főelosztó hálózatának felügyelete, irányítása. A telemechanika rendszer ugyanezt a struktúrát követi. Ez szorosan összefügg az irányítási szintek kapcsolatával, a adatforgalommal, illetve távközlési adottságokkal. Az ÜIK középközpontja kommunikál az irányítása alá tartozó alállomásokkal. A számára szükséges adatokat kezeli, felhasználja, megjeleníti. A többi, a KDSZ számára szükséges adatokat továbbítja a KDSZ TM főközpontja felé. A KDSZ-ben kiadott parancsok is az IIK-n keresztül jutnak el az alállomásokba. x.ábra ÉMÁSZ TM struktúra 9

10 Telemechanika alközpontok Az alállomási telemechanikai rendszer mezőgépekből áll, melyek esetenként több, független optikai gyűrűből álló helyi (optikai-) adatátviteli hálózatra csatlakoznak, és ezen keresztül csatlakoznak a fejgéphez. A fejgép rádiós modemen keresztül tartja a kapcsolatot az alállomás körzetébe tartozó TMOK-kal. Az alközpontok feladata a mérési adatok összegyűjtése, az állásjelzések, védelmi és automatika jelzések figyelése, eseménytörténetezés, illetve a távműködtetési parancsok fogadása, végrehajtása. x.ábra alállomási TM struktúra A rajzon látható a különbség az önálló mezőgépes telemechanika és a Védelem-automatika készülékekkel integrált rendszer között. A 120kV-os komplex védelem-automatika készülékek (pl: DTVA) mellett láthatók a mezőgépek (x MG jelöléssel). Ezek a PROFIELD mezőgépek optikai gyűrűn keresztül kommunikálnak a fejgéppel (PROFIELD_H). A középfeszültségű leágazásokban a komplex védelem-automatika készülékek (DTIVA-IRT) látják el a telemechanika funkciót is. Erre utal az -IRT kiegészítés a készülék megnevezésében. Így a védelem telemechanika kártyája kommunikál a fejgéppel, optikai gyűrűn keresztül. Az ábrán az is megfigyelhető, hogy a fejgép rádiós modemmel tartja a kapcsolatot a TMOKhoz felszerelt oszlopgéppekkel (Profield-5) A felsőbb irányítási szintekkel is a fejgép tartja a kapcsolatot. További érdekesség, ami az átmeneti állapotban alkalmazott megoldást mutatja: a korábbi SAM 85 készülékek a teljes átállás megtörténtéig a PROFIELD-H alá csatlakoznak. Ez teszi lehetővé az üzem közbeni zökkenőmentes átállást a mezőorientált rendszerre. (TM SAM: a korábbi telemechanika alközpont, a HM-SAM: helyi megjelenítő) A DCF 77 hosszúhullámú rádión vett időalappal végzik a telemechanika órájának szinkronizálását. 10

11 11

12 ÜIK telemechanika középközpont Az ÜIK feladata az áramszolgáltató egy-egy régiójában a középfeszültségű hálózat irányítása. A hozzá tartozó hálózat, illetve alállomások távoli felügyeletét az ÜIK TM középközpont biztosítja. Az ÜIK-ban üzemelő számítógépek feladata a kapcsolattartás az alközpontokkal, a hangfrekvenciás központi konzollal, a beérkező adatok feldolgozása és megjelenítése, illetve az adatok egy részének továbbítása a KDSZ felé. ÉMÁSZ ÜIK TM középközpont konfigurációs rajza (~2008): KDSZ telemechanika főközpont A KDSZ feladata az áramszolgáltató teljes területén a főelosztóhálózat irányítása. A hozzá tartozó hálózat, illetve alállomások távoli felügyeletét a KDSZ TM főközpont biztosítja. A KDSZ-ben üzemelő számítógépek feladata a kapcsolattartás a középközpontokkal, és az alaphálózat irányítását végző MAVIR TM rendszerével. Egyes alaphálózati alállomásokból közvetlenül is kap információt a KDSZ TM rendszere. A KDSZ rendszerirányítási feladatai 3 csoportba sorolhatóak (a MAVIR rendszerirányítóinak 12

13 feladatihoz hasonlóan): üzem-előkészítési, operatív üzemirányítási és üzemértékelési feladatokat A KDSZ telemechanika főközpont konfigurációs rajza (~2008): 10. A jelenlegi SCADA rendszer feladatai Az előbbeikben ismertetett, működő telemechanikai rendszerben az üzemirányítás számítógépes támogatása két szinten valósult meg. Az első szint az operatív üzemirányítást biztosítja, a második szint az üzemelőkészítést, üzemértékelést. Az első szinten a felügyeleti rendszer, SCADA rendszer közvetlen kapcsolatban áll a villamos hálózattal. A SCADA úgynevezett real-time, valósidejű módon üzemel, a beérkezett adatokra, változásokra azonnal reagál. A SCADA rendszer az adatokat az RTU-któl VPN hálózaton keresztül kapja. Az érzékelőktől nagy adatmennyiség fut be a SCADA-ba, amelyek azonban viszonylag kis számításigényűek. Így a SCADA rövid válaszidővel, gyorsan tud reagálni. A felügyeleti SCADA rendszer feladatai közé tartozik az adatgyűjtés, a működtetés, a megjelenítés. A hihetőség vizsgálat szintén e rendszer feladata, itt a rendszer azt vizsgálja, hogy helyesen jönnek e be az állásjelzések az érzékelőkről. További feladatai a határérték 13

14 figyelés, a védelmi működések értékelése és egy valószínű hiba ok megjelenítése, naplózás. A számítógép minden egyes eseményt, eseménysorrendet és parancsot tárol. A topológia analízisnél a rendszer a hálózat egyvonalas sémáját ellenőrzi le. Látja például, mely hálózatrészek vannak feszültség alatt és melyek nem. A második szinten a döntés-előkészítő rendszer (üzemelőkészítés, üzemértékelés) működik Ez a rendszer offline üzemmódban működik, nincs közvetlen kapcsolatban a villamos rendszerrel. Nagy adatállománnyal rendelkezik és nagy számításigényű feladatokat végez. A döntés-előkészítő rendszer feladatai közé tartozik a hálózat állapotértékelése, minőségi, biztonsági és gazdasági szempontból, a teljesítmény áramlás számítás, az állapot becslés, ami kiszűri a hibás méréseket. Az üzembiztonsági analízis során a rendszer megvizsgálja, hogy biztonságos e a hálózat, vannak e tartalékai, és azok jó helyen vannak e. A stabilitás számításnál a generátorok állapotát vizsgálja. A jelenlegi rendszer irányítástechnikai berendezései vegyes képet mutatnak. Az ELMŰ vállalatnál Siemens Spectrum rendszerek, az ÉMÁSZ vállalatnál magyar szállítók, KFKI, MMG és VEIKI irányítástechnikai berendezések működnek. Az ELMŰ SCADA rendszere IEC 101 protokollal kommunikál RTU irányba is, és a központok egymással is ezen a protokollon keresztül cserélnek adatot. Az ÉMÁSZ rendszer RTU irányba IEC 101 és SAM protokollokkal, központi szinten BSC protokollal kommunikál. A rendszerekben a következő külső kapcsolatok vannak: MAVIR Elcom kapcsolat, Office hálózati kapcsolat, HFKV kapcsolat. 11.Az IDCS üzemirányítási rendszer fejlesztése (~2008) 2008-ban lényeges struktúrális átalakítás kezdődött el az ÉMÁSZ telemechanika rendszer főközponti (KDSZ) és alközponti (ÜIK) szintjein. A korábbiakban ismertetett üzemirányító rendszer és az azt támogató számítógépes rendszer (telemechanika) hierarchikus felépítésű. Ennek oka, hogy a villamos energia rendszerben bekövetkező váratlan esemény, üzemzavar igen súlyos következményekkel járhat. Ennek megfelelően az egyes irányítási szintekhez tartozó hatáskörök, a felelősség nagyon szigorúan szabályozottak. Ahogy az áramszolgáltatók tulajdonosai a hozzájuk tartozó cégek belső átalakítását a tulajdonosi érdekeknek megfelelően - folyamatosan végzik, úgy a hálózat irányításában is igyekeznek kihasználni a technikai fejlődés kínálta lehetőségeket. A mai alállomási struktúra korszerű: a mezőorientált eszközök használatával, és az alállomási helyi megjelenítéssel, szabványos kommunikációs protokollok alkalmazásával, távoli paraméterezési lehetőségekkel. Mára megvalósult az integrált védelem + automatika + telemechanika mezőorientált felépítés. A KDSZ és ÜIK feladatok támogatására ma sokkal több szolgáltatást nyújtó telemechanikai (SCADA) rendszerek elérhetők, mint amikre a telemechanika bevezetésekor lehetőség volt. Időközben a megjelentek az igények a magasabb szintű szolgáltatások iránt. 14

15 A mai eszközök már valós időben lehetővé tesznek nagyon sok számítást, megjelenítést, amiket korábban a szakértői, illetve döntéselőkészítő rendszerek is csak hosszú idő (órák, esetleg napok) alatt tudtak elvégezni. A számítástechnika fejlődése ma sokkal rugalmasabb struktúrák kialakítását is biztosítja. Ezek indokolják a telemechanika főközpont (KDSZ) és a középközpontok (ÜIK) korszerűsítését. IDCS (Integrated Dispatcher Center System): Integrált Üzemirányítói rendszer, (PROLAN) A közelmúltban (~2008) elindított korszerűsítés a középső és a felső üzemirányítási szinteket érinti. Az elv, hogy az alállomási SCADA rendszerek (fejgépek) egy adatátviteli felhőn keresztül szerverekkel kommunikálnak. Az ÜIK és KDSZ üzemirányítói a számítógépükkel (megjelenítő rendszerrel) a szerverről kapják az információt, és a távműködtetést is ezen az úton végzik el. Természetesen a szerverek tartalékoltak, és megfelelő biztonsági rendszerekkel vannak ellátva. Ugyanez jellemzi az adatátviteli hálózatot is. A szervereken minden információ megtalálható, amik a hálózat állapotát jellemzik. (Mérések, jelzések, adatbázisok az alállomási berendezésekről, GIS, fényképek, GPS koordináták, stb.) A valós időben választ adó szakértői rendszerek, adatbázisok miatt egyre kevésbé fontos a korábban létfontosságú helyismeret. A diszpécserek a számítógépükkel tetszőleges helyről elérhetik a szervert, így a munkahelyük földrajzilag bárhol lehet. Az, hogy a szerverről milyen információt érhetnek el, és melyik berendezést működtethetik (milyen távműködtetési parancsot adhatnak ki), a személyes jogosultságuktól, és a belépés módjától függ. Így megfelelő ismeretek birtokában ugyanaz a személy másik ÜIK üzemzavarának elhárításába, vagy akár KDSZ üzemirányítási feladatokba is bekapcsolódhat. Földrajzilag tetszőleges helyen lehetnek a szerverek is, de a biztonság miatt meg kell valósítani az adatok folyamatos szinkronizálását és a meleg tartalékra az azonnali, automatikus áttérés lehetőségét. Ez a rugalmasság további átalakításokra (például szerver központok áthelyezésére), illetve a tulajdonosi érdeknek megfelelő összevonásokra ad lehetőséget. Ezek a lehetőségek nagyfokú rugalmasságot eredményeznek, ugyanakkor a diszpécserekre is nagyobb nyomás hárul. A megváltozott felelősségi körök mellett egzisztenciális kérdések is felmerülnek, például ÜIK-k megszüntetése, összevonása kapcsán. A alábbi ábra az ÜIK és KDSZ struktúra átalakításának elvi lehetőséget mutatja VPN = Virtual Privat Network --> Zárt, magáncélú (hírközlő) hálózat 15

16 Üzemirányítás, összevont, tartalékolt irányítási struktúrával (2013) Régió és tartalék irányítóközpont Gyöngyös adatcsere, FKA Gyöngyös-i Gyöngyös-i szerver szerver központ központ Archívum és jelentés kezelés Munkahelyek tetszőleges kiépítésben, számban, helyen és területi/tevékenységi jogosultsággal MAV IR jjj Miskolc-i Miskolc-i szerver szerver központ központ ELC OM ÉMÁSz irányítóközpont Miskolc HKV + RKV Archívum Térkép alapú rendszer (GIS) és jelentés kezelés Munkahelyek tetszőleges kiépítésben, számban, helyen és területi/tevékenységi jogosultsággal üzemirányítási VPN hálózat vállalati intranet Korlátozott funkciójú munkaállomások üzemelőkészítés, KFMU, Borsody munkairányítás Gyöngyös régió IEC60870 /5-104 Zoltán Eger régió ÉMÁSZ SCADA Call Center ügyfélkapcsol at RTU rendszere k üzemeltető i munkahely ek Salgótarjá n régió Miskolc régió Sárospatak régió Korlátozott funkciójú munkaállomások üzemelőkészítés, KFMU, munkairányítás 16

17 Az új rendszerrel szemben támasztott felépítésbeli követelmények: Az RTU-k az irányítástechnikai rendszerrel IEC 104 protokollal IP hálózaton kommunikáljanak, az átviteli sebesség 1200 Baud legyen. Minden a SCADA rendszer részét képező eszköznek VPN (Virtual Privat Network) hálózaton kell kapcsolódnia egymáshoz. Minden fontosabb adatkapcsolati útnak, adatbázisnak és eszköznek legalább duplikáltnak kell lennie. A felhasználói kapcsolatokat helyszíntől függetlenül, központi szerverre kapcsolódó terminálokkal kell megoldani. A jogosultsági és környezeti beállítások központi paraméterezéssel legyenek megoldva. Ez nagy hangsúlyt kap a projekt előrehaladásával fellépő időszakonkénti üzemirányítási struktúra átalakításai esetén. A rendszer külső kapcsolódási pontjait tűzfalakkal kell védeni, az esetleges támadásokkal szemben. Legyen lehetőség külső csatlakozó rendszerek kapcsolódására, jól definiálva a kapcsolódási pontokat hálózati, hálózatbiztonsági és alkalmazási szinteken. Az új rendszer biztosítsa a helyismeretet személytől függetlenül az üzemirányító személyzet számára. Az új rendszer támogassa a MEH mutatók javítását automatikus rendszer helyreállítással, a hibahely gyorsabb felismerésével, intelligens védelmi feldolgozással. Az új rendszer a hálózatirányítás mellett integrálja a hálózat felügyeleti funkciókat is. Az új rendszer biztosítsa az üzemzavarok reprodukálhatóságát egy későbbi ellenőrzési fázisban is. 13. Hardware követelmények A munkaállomások az adattárházzal, a feldolgozó szerverrel 100 Mbit/sec átviteli sebességgel kommunikálnak az irodai hálózaton. Mérnöki munkahelyeket kell biztosítani az üzemelőkészítéshez, üzemértékeléshez, valamint üzemeltetési feladatokra. Az adatbázis és az archívumok tárolása a szerverek feladata. Az adatokat kettős hozzáférésű, központi, duplikált, nagy megbízhatóságú (Raid-) tárolóegységek tartalmazzák. A SCADA rendszer időalapját az üzemi szerver biztosítsa a rendszer minden egysége számára. Minden üzemi és tartalék szerverhez külön GPS készülék szolgáltassa a pontos időt. Az üzemi szerver képes legyen automatikusan az RTU-k irányába időszinkronizálást végezni. A meglévő RTU-k és a szállított SCADA készülékek a kialakított VPN hálózatra csatlakoznak, akárcsak a távoli munkaállomások és a szerverek. 14. SCADA funkciók Adatgyűjtés A számítógép-rendszer meglévő telemechanikai alközpont (RTU) rendszerekkel kommunikál. Az RTU-k által gyűjtött adatok feldolgozása a SCADA rendszerben történik. Az RTU által gyűjtött adatok: 17

18 analóg adatok (mérések) kétállapotú jelzések (kapcsoló állapotok) egyállapotú statikus, dinamikus jelzések (védelmi és automatika jelzések) számlálóállások transzformátor fokozatkapcsoló állás Távműködtetés Bármely kapcsolókészüléket, transzformátor fokozatállás-kapcsolót és egyéb távműködtethető készüléket lehessen távműködtetni a telemechanikai alközponton keresztül az üzemirányítói munkaállomásokról. Távműködtetendő elemek: Megszakítók, motoros szakaszolók, TMOK-k (KI BE) ATSz (Automatikus Transzformátor Szabályozó) készülékek alapjel átállítása., ATSZek (FEL LE). Lehetőség legyen még FTK bénításra, HKV vészparancsok kiadására kontaktus kapcsolaton keresztül, transzformátor- illetve Ívoltótekercs fokozat FEL/LE állításra, védelem nyugtázásra, védelem paraméter csomag váltásra, földzárlattartás tiltás/engedélyezésre, FÁVA tiltás/engedélyezésre, automatika ciklus tiltás/engedélyezésre, illetve ezen kívül minden, az RTU-ban definiált távműködtető elemre. FKA korlátozás Az FKA (Frekvenciafüggetlen Korlátozó Automatika) végrehajtása lényegében a csoportos távműködtetés egy speciális esete. Működtetése esetén középfeszültségű vonali megszakítókat kell kapcsolni, több csoportban. A kapcsolási utasítás mind helyi szintről, mind a MAVIR irányából történhet. A MAVIR a korlátozást KDSZ-ekre lebontva, 4 fokozatban (A, B, C, D) rendelheti el. Információ tárolás és visszakeresés A SCADA rendszerben keletkező minden információt le kell tudni tárolni. Információ alatt minden RTU-ból érkező mérés, jelzés, számlálóállás, valamint az üzemirányító által beírt adatok (mérés, jelzés, működtetés, napló-bejegyzések), valamint a SCADA-ban keletkező eseményüzenetek értendők. A tárolás során adatvesztés nem megengedett. Minden információnak ezred másodperc pontosságú időcímkével kell rendelkezni, az információt a hozzá tartozó időcímkével együtt kell tárolni. Az adatokat kétféle módon kell tudni tárolni: rövid idejű tárolás (az utolsó 400 nap adatait tartalmazza) hosszú idejű tárolás ( külső adattárolón) Riasztáskezelés mért vagy számított érték határértékének túllépései és visszaállás a normál értékre, jelzések változásai, RTU, egyéb adatforrások és a SCADA közötti kommunikációs hibák, a számítógép-rendszer és egyéb technikai eszközök (segédüzem, klíma, telefon) hibajelzései, egyes alkalmazói programok alarmjai. Eseménynaplózás és visszakeresés 18

19 Az eseménynaplónak kell tartalmaznia minden, a technológiából érkező és az üzemirányító által bevitt változást, mért érték határérték-túllépését, jelzések állapotváltozásait, működtetéseket, egyéb üzeneteket. Minden utólagos elemzés, vizsgálat alapját ez az eseménynapló képezi. távközlési, adatátviteli hibák, események, alarmok, eltérések a normál állapottól, tiltott állapotú technológiai jelek, mérések határértéke, a SCADA rendszer üzemeltetésével összefüggő események, védelmi kiértékelés eredménye, egyéb adatok megjelenítése (üzemirányítói bejelentkezések) Korlátozási jelentések Kizárólag bekövetkezett korlátozás (FTK, FKA, RKR) esetén képződik. 15.Magasabb szintű management- és szakértői funkciók EMS (Energy Management System) funkciók Az EMS funkciók a rendszerirányítás magasabb szintű végrehajtását teszik lehetővé. Ennek segítségével ellenőrizheti a diszpécser előzetesen egy kapcsolás következményeit, a hálózatok terhelés eloszlását, feszültség paramétereit, adnak információt a rendszer várható terheléséről, stb. Terhelésbecslés (Load Forecast) A terhelés előrejelzés funkció segíti a üzemirányítót a terhelés óránkénti előrejelzésével. Hálózatszámítás A valós idejű hálózatszámítás alatt futtatható elsősorban üzembiztonsági funkciók: Topológia feldolgozás, model update Állapotbecslés Fogyasztói adatbázis Kontingencia analízis (kiesések szűrése) Zárlatszámítás (3F/3FN, 1FN, 2F, 2FN) Hálózatszámítás off-line, szimulációs üzemmódban Az off-line számítások célja új hálózati elemek hatásának ellenőrzése. Load Flow (üzemirányítói teljesítmény eloszlás számítása) Kontingencia analízis Zárlatszámítás 19

20 16.DMS (Distribution Management System) elosztóhálózati irányítási funkciók A helyismeret pótlásához szükséges ismeretek. A funkcióktól elvárás, hogy gyors áttekintést biztosítsanak a rendszer állapotáról, segítsék a diszpécsert a helyzetfelismerésben és a rendszer helyreállításban. Hálózatszínezés A hálózatszínezés célja, hogy az üzemirányító könnyen, gyorsan át tudja tekinteni az irányított hálózaton kialakult kapcsolási állapotokat. Az alkalmazott színezésnek meg kell különböztetnie a bekapcsolt (feszültség alatt álló), a kikapcsolt és a földelt állapotot is. Ellátás alapú színezés során a különböző betáplálási körzeteket eltérő színezéssel kell jelölni. Automatikus egyvonalas ábragenerálás a térképi ábrázolásból A SCADA rendszer naponta vegyen át egy aktuális adatbázist a GIS rendszerből. A GIS rendszer térkép alapú adatai alapján a SCADA rendszernek automatikusan kell generálni egyvonalas elosztóhálózati ívképeket. Automatikus rendszer helyreállítási funkció A kikapcsolódott vezetékek, berendezések visszakapcsolásokra két módszer lehetséges: automatikus rendszermentés, a szükséges kapcsolási sorrend generálása és a kapcsolások felajánlása, illetve diszpécser általi jóváhagyása. Ez a funkció az új SCADA rendszerben elengedhetetlen követelmény. 17. SPM (Switching Procedure Management) kapcsolási sorrend funkciók Kézzel, illetve automatikusan generált kapcsolási sorrend A SCADA rendszernek képesnek kell lennie arra, hogy előre definiált kapcsolási szekvenciákat végre tudjon hajtatni. A kapcsolási szekvenciák lehetnek tipikus szekvenciák (például távvezeték feszültségmentesítése, azaz mindkét vég kikapcsolása, kiszakaszolása, földelése), vagy nem tipikus, az üzemirányító által összeállított szekvenciák (például gyűjtősín átrendezése). Smart Grid, intelligens hálózatok A jövő szempontjából meghatározó szerepet kapnak az 50 kva-től kisebb kiserőművek. Ezek ismerete, elhelyezkedése a diszpécser számára fontos információ egyes beavatkozásainak megtervezése előtt. 18. DTS (Dispacher Training Simulator) üzemirányítói oktató szimulátor A személyzet cserélődése miatt, illetve a hálózatok üzembiztonságának növekedése miatt a diszpécserek egyre ritkábban kerülnek éles üzemi helyzetbe. Ezért az oktatás, gyakoroltatás 20

21 szerepe felértékelődik. Az oktató rendszer segítségével oktatott eseteket és várható eseményeket lehet előállítani. Az Üzemirányítói oktató szimulátor pontos mása az éles (on-line) üzemirányító rendszernek mind SCADA, mind EMS hálózatszámítás területén. Képes jelzéseket (pl. védelmi jelzéseket) tárolni. A fejlődés útja a magyar villamosenergia rendszer teljes egészére érvényes. Ez nem véletlen, hiszen az irányítási struktúra, a követelmények szigorúan szabályozottak. Eltérés az alkalmazott hardver és szoftver eszközökben lehet, de funkcionálisan lényeges különbség nincs. 21