60. Vándorgyűlés, konferencia és kiállítás Mátraháza,

60. Vándorgyűlés, konferencia és kiállítás Mátraháza, 2013.09.11-13 2013.09.12 Ujhelyi Tímea

AZ IEC61850 SZÁMÚ PROTOKOLL, ÉS ALKALMAZÁSI KÖRE Az IEC61850 egy új nemzetközi alapvetően alállomások számára kifejlesztett szabványos kommunikációs protokoll, de több is ennél Lehetővé teszi : védelmi, irányítástechnikai, mérési és monitoring funkciók integrálását nagy sebességű és prioritást élvező védelmi funkciók megvalósítását (pld.: visszakapcsoló automatika indítások, megszakító beragadás védelmi indítások, stb.) Reteszrendszerek teljes körű szoftveres megvalósítását Mindezt Nagy sebességű szabványos Ethernet hálózaton keresztül, annak minden előnyét kihasználva (biztonság, jogosultság kezelés, időszinkron, prioritás kezelés, busz kapcsolat, stb.) Miért több mint protokoll Teljesen új hardver alapon működő rendszer, ahol az egyes funkció pusztán softvare applikációk. 2

AZ IEC 61850 RENDSZER ELŐNYEI ÖSSZEFOGLALÓ ÁBRA 3

AZ IEC61850-EL SZEMBENI ELLENÉRZÉSEK Alkalmazásával szemben sokaknak fenntartásai vannak, pont az integráltsága miatt! Az alkalmazásával szembeni legfőbb érvek: Ethernet hálózaton keresztül folytat olyan kommunikációt, amelyet eddig annak fontossága miatt erősáramú huzalozással került eljuttatásra az állomás egyes védelmi berendezései között. (védelmi indítások, végleges kioldás információk, stb.) Új technológiával szembeni ellenérzések (még nem bizonyított) Túl nagy a variációs lehetőség funkciók, kiépítettség tekintetében, ami elbizonytalanítja az alkalmazóit. A felhasználók úgy érzik,hogy nem egy kész védelmet kaptak, hanem nekik kell építeni egyet. Egészséges konzervativizmus 4

MIÉRT MÉGIS MEGKERÜLHETETLEN AZ ALKALMAZÁSUK? A jelenleg beépített digitális berendezések elöregednek Várható élettartamuk 15 év. Nem kapható hozzájuk gyári alkatrész meghibásodásuk esetén, csak a meglévő tartalék alkatrészekből, máshól leszerelt készülékekből javíthatóak (emelkedő szervizköltségek) Gyártói támogatottság Már nem új technológia, már bizonyított Rendkívül költséges hardver fejlesztéseket végeztek, aminek a megtérülése kulcsfontosságú (ha nem lépik meg ezeket fejlesztéseket mára már megszűntek volna) Mivel sorozatgyártásra jobban alkalmas (azonos hardver platform) ezért jobb áron biztosítják, mint a néhol még fellelhető régi fajta berendezéseket Ha van olyan funkció, mely ellenérzéseket vált ki (pld.: védelmek közötti kapcsolat), akkor azt nem kell használni, a jelenlegi kiépítéssel is megkerülhető alkalmazásuk A régi fajta készülékek ugyan még megvásárolhatóak, de kifutó termékek, egyre drágább a beszerzésük Nemzetközi nyomás Olyan egységes szabvány, amely Amerikában, az EU-ban közösen került kidolgozásra, ennek megfelelően teljes az elkötelezettség és a konszenzus az alkalmazásuk területén. 5

ÚJ, ILLETVE FELÉRTÉKELŐDŐ PROBLÉMÁK AZ ENERGIASZÁLLÍTÁS, ELOSZTÁS TERÜLETÉN PROBLÉMÁK A fogyasztást és a hálózati veszteséget minden időpillanatban fedezni kell! Ennek költségei lényegesen megnövekedtek és várhatóan ez a növekedési tendencia nem is fordul meg. A növekedés fő okai: a primer energiahordozók árának növekedése jól szabályozható, meglévő erőművek elöregednek, működtetésük gazdaságtalan megújuló energia részarányának növekedése/növelése a magyarországi energiatermelésben: jelenleg 6-8% a megújuló energiatermelés részaránya, amely zömében időjárási körülményektől függő termelés (naperőművek, szélerőművek) 2020-ra a magyar vállalásnak megfelelően ezt 14,65%-ra kell növelni (időjárás kitettség növekedése várható) A rendelkezésre álló tartalékok (forgó és álló) szélsőséges körülmények között nem elegendőek. Ha nem változtatunk, romlik az ellátás biztonsága (fogyasztói korlátozások, nagyobb kiterjedésű üzemzavarok léphetnek fel) 6

ÚJ, ILLETVE FELÉRTÉKELŐDŐ PROBLÉMÁK AZ ENERGIASZÁLLÍTÁS, ELOSZTÁS TERÜLETÉN MEGOLDÁS Megoldás: Tartalékok növelése (költséges, energia ára növekedne) Nehézkes, a régi gazdaságtalanul üzemeltethető erőművek bevonása nélkül Új erőmű építések leálltak, felfüggesztésre kerültek Jelentős többletköltség, amit nem fizet ki a piac (hatósági ármegállapítás, társadalmi nyomás) Meglévő tartalékok hatékonyabb felhasználása Okos hálózat kiépítése Rendszer szintű szemlélet Az információ hatékony felhasználása Veszteségek minimalizálása Optimális hálózatkép kialakítása Berendezések optimális üzemeltetése Karbantartási költségek leszorítása Meghibásodások számának és idejének minimalizálása Energia tároló rendszerek építése Nélküle elképzelhetetlen az EU-nak ígért 14,65%-os (erősen időjárás függő) megújuló energia termelés részarányának biztosítása! 7

MILYEN ESZKÖZÖKKEL TUDJÁK TÁMOGATNI AZ IEC61850 SZABVÁNY SZERINTI BERENDEZÉSEK ALKALMAZÁSA A HATÉKONYABB ENERGIASZÁLLÍTÁST I. A megújuló energiaforrások integrálásához - azok sztochasztikus jellege miatt - szükséges feltételek (gyors ÉSZLELÉS és beavatkozás) jelenleg nem teljes mértékben teljesülnek. IEC61850 szabványt alkalmazó berendezésekkel a gyors észlelés és a beavatkozás tekintetében is tudnak támogatást adni, de a gyors beavatkozás a jelenlegi rendszerekkel is biztosított Segítik a rendszer valós idejű állapotának megismerését, mért értékek alapján Támogatja megújulók energia termelés részarányának növelését a meglévő rendszer szintű tartalékok mellett Okos hálózat részeként támogatja a gazdaságos energia felhasználást Energia tároló rendszerek egybehangolt működtetése Adott területen a vezérelt fogyasztók bekapcsolása (beleértve az elektromos autókat is) Segíti az optimális üzemállapot felvételét, hiszen a terhelési viszonyok ismeretében kialakítható gazdaságosabban üzemeltethető üzemállapot, természetesen az ellátás biztonságot szem előtt tartva. 8

MILYEN ESZKÖZÖKKEL TUDJÁK TÁMOGATNI AZ IEC61850 SZABVÁNY SZERINTI BERENDEZÉSEK ALKALMAZÁSA A HATÉKONYABB ENERGIASZÁLLÍTÁST II. Karbantartás támogatása Kiugró (aránytalan) hálózati veszteségek lokalizálása, hibaelhárítás, illetve a karbantartás ütemezésében támogatás Megfigyelés: Veszteségek lehetséges forrásainak folyamatos megfigyelése (pl. transzformátor, nagyfeszültségű távvezeték) Nagy értékű hálózati elemek igénybevételének monitorozása Terhelési viszonyok figyelembe vétele optimális üzemállapot kialakításánál annak érdekében, hogy a nagy értékű berendezések optimális terhelésével azok várható élettartama növelhető legyen Támogatás működési statisztikák készítésében Kiugró értékek esetén felülvizsgálat, előrehozott karbantartás. Megfelelőség esetén pedig a karbantartási és felülvizsgálati időköz kitolása. Pótlólagosan bárikor új mérési pont adható hozzá a rendszerhez és ehhez csak a központi adatbázisban szükséges módisításokat végezni, nem kell új berendezéseket telepíteni Kijelölhető ideiglenes mérési pont (pl.: átépítés idejére) 9

MIÉRT AZ IEC61850-ES BERENDEZÉSEK, MIÉRT NEM JÓK A RÉGI KOMMUNIKÁCIÓS PROTOKOLLT ALKALMAZÓ MEGLÉVŐ BERENDEZÉSEK Jelenben és jövőben létező probléma megoldására nem használunk olyan technológiát, amely elavult, fenntartása költséges A jelenlegi berendezéseknél Sok a gyártó specifikus protokoll, ennek kapcsán rengeteg protokoll konverter került alkalmazásra. A jelenleg használatos szabványos protokollok (nem csak az alap protokollt alkalmazzák, hanem a kiegészítő funkciókat is, ami már gyártó specifikus, a gyártók közötti megfeleltetés részleges). Nagy a szórás a felvitt adatok mennyiségében, nem egyenszilárdságú rendszer. Jelátvitel sebessége változó, de mindenképpen rosszabb, mint az Ethernetes megoldás esetében. Új adatpont felvétele körülményes, helyismeretet igényel. A felesleges soros elemek protokoll konverterek, adatátvitel sebesség korlátok miatt nem tudják kiszolgálni valós idejű adatokkal a rendszert, a nélkül, hogy az alap funkciók sérülnének (ellátásbiztonság, kezelhetőség). 10

MIÉRT NEM FOGYASZTÁSMÉRŐ BERENDEZÉSEKET TELEPÍTÜNK MÉRÉSI CÉLRA? Fogyasztásmérő berendezések alkalmazásának előnyei: Mérési célra lett kifejlesztve Pontosabb mérést tesz lehetővé Távleolvashatóság biztosítható Időszinkronizáció biztosítható (helyi GPS, időszinkron mérési központból) Jogosultság kezelés biztosítható Hátrányok Nem használható fel más célra (külön beruházást igényel) Nem biztosít valós idejű mérési adatokat (15 perces regisztrátumok) Ki kell építeni a távleolvasási és adatbázis kezelési rendszerét, amely a védelmekből, illetve irányítástechnika berendezésekből származó mérési eredmények esetében ár meglévő rendszer Az elszámolási mérési rendszerbe nem integrálható, mivel teljesen más eljárásrend lenne szükséges az adatok kezelése, tárolása és feldolgozása tekintetében (jogszabályi megkötések, előírások) Új mérési pont létesítése új berendezés helyszíni felszerelését és teljeskörű rendszerbe integrálását igényli Redundancia nem alapértelmezetten biztosított (biztosítása részleges és körülményes) 11

MIÉRT NEM MÉRŐTÁVADÓKAT TELEPÍTÜNK MÉRÉSI CÉLRA? Mérőtávadók alkalmazásának előnyei: Mérési célra lett kifejlesztve Távleolvashatóság biztosítható Mérőtávadók alkalmazásának hátrányai Nem használható fel más célra (külön beruházást igényel) Ki kell építeni a távleolvasási és adatbázis kezelési rendszerét, amely a védelmekből, illetve irányítástechnika berendezésekből származó mérési eredmények esetében már meglévő rendszer Új mérési pont létesítése új berendezés helyszíni felszerelését és teljeskörű rendszerbe integrálását igényli Redundancia nem alapértelmezetten biztosított (biztosítása részleges és körülményes) Mérési pontossága nem jobb, mint az IEC61850-es egységek által mért értékek esetében 12

MÉRÉSI PONTOSSÁG I. Mérés együttes hibája: Mérőváltó hibája Mérő mag/tekercs hibaosztályai és hibája: ÁV: 0,1; 0,2; 0,2S ; 0,5; 0,5S ; 1 Pontosság: ±0,1% ± 0,2% ± 0,5% ± 1% FV: 0,1; 0,2; 0,5; 1 3 Pontosság: ±0,1% ± 0,2% ± 0,5% ± 1% ± 3% Védelmi célú mag/tekercs hibája és hibaosztályai ÁV: 5P; 10P Pontosság: ± 1% ± 3% FV: 3P; 6P Pontosság: ± 3% ± 6% Mérést végző berendezés hibája Fogyasztásmérő berendezések: ± 0,2%; ± 0,5% ; ± 1% Mérőtávadók: ± 0,2%; ± 0,5% ; ± 1% Védelem/irányítástechnika berendezések: ± 0,5-1% 13

MÉRÉSI PONTOSSÁG II. Terhelési követelményeknek való nem megfelelés Primer köri túlméretezésből adódó hiba Az adott mérőváltó a primer terhelés 20-120% közötti tartományában működik a hibahatáron belül Ennél kisebb terhelés esetében a hiba drasztikusan nő, magasabb terhelés üzemszerűen nem megengedett Szekunder köri alulterhelésből adódó hiba Az adott mérőváltó akkor működik a pontossági osztályának megfelelő hibával, ha a szekunder köri terhelés 25-100% között van Ennél kisebb terhelés esetében a hiba drasztikusan nő, magasabb terhelés üzemszerűen nem megengedett A primer oldali túlméretezésből és a szekunder oldali alulterhelésből adódó hiba megfelelő mérőváltó kiválasztással csökkenthető, de már meglévő mérőváltó esetében nem orvosolható. 14

IEC61850 BERENDEZÉSEKTŐL GYŰJTÖTT MÉRÉSI ADATOK KORLÁTAI MÉRÉSI PONTOSSÁG I. Az IEC61850 protokollt alkalmazó berendezések által végzett mérések hibája jórészt az alkalmazott mérőváltótól, illetve a primer és szekunder oldali terhelési viszonyoktól függ. A ± 0,5-1%-os hiba amit a berendezés tesz hozzá az együttes hibához több, mint amit egy fogyasztásmérő, illetve mérőtávadó tenne hozzá, de nem jelentősen. Védelmi készülékek Tipikusan 5P (± 1% hiba) osztályú áramváltóra és 3P (± 3% hiba) osztályú feszültségváltóra csatlakoznak Tipikusan primer oldalon túlméretezett az áramváltó, szekunder oldalon pedig alulterhelt Irányítástechnika készülékek Tipikusan 0,5-1 (± 0,5-1% hiba) osztályú áramváltóra és 0,5-1 (± 0,5-1% hiba) osztályú feszültségváltóra csatlakoznak Tipikusan primer oldalon túlméretezett az áramváltó, szekunder oldalon pedig alulterhelt, de kevésbé, mint a védelmi tekercsek/magok esetében Ennek megfelelőn, ha a mérési érték forrása az irányítástechnika berendezés, akkor a mérési pontosság közel a távadó, illetve a fogyasztásmérő mérési pontossági tartományába esik. 15

Összegzés Az IEC61850 berendezések megfelelő minőségű széleskörű mért értékek biztosításával és beavatkozási felület nyújtásával, parancsok végrehajtásával hozzájárul, hogy a szabályzó rendszer részeként csökkenteni lehessen a hálózati veszteséget, növelni lehessen nagy értékű primer berendezések várható élettartamát, csökkenteni lehessen ugyanezen berendezések karbantartási költségeit, segíti az optimális üzemállapot felvételét támogassa a megújuló energia termelés magyarországi energia termelésen belüli részarányának vállalt szintű növelését 16