ČEZ a.s. – Technický dispečink ČEZ Monitorování a řízení provozu zdrojů ČEZ Systémový integrátor: OSC a.s., Brno Řešitelé: Ing. Kysela, Ing. Findura, Ing. Habáň, Ing. Macků O společnosti OSC Akciová společnost OSC je inženýrská firma působící v oblasti řídících, informačních, simulačních a speciálních systémů pro energetické provozy. Společnost dodává široké spektrum inženýrských služeb, včetně dodávek složitých technických zařízení formou dodávky na klíč. Společnost OSC (dříve Orgrez SC) vznikla v roce 1994, kdy byla založena jako akciová společnost. Historie společnosti však sahá až do roku 1957, kdy byl založen n. p. ORGREZ, jehož součástí byl i Odbor automatizace, z něhož dlouholetým vývojem vznikla společnost OSC. Právě tato tradice a kontinuita je zárukou bohatých odborných znalostí a zkušeností, jimiž společnost v současnosti disponuje. Podnikatelskou filozofií firmy je poskytovat technicky vysoce vyspělé produkty a služby, orientované v maximální míře na specifické požadavky zákazníků. Činnost společnosti je zaměřena především do oblasti analýz, návrhů, projektů, výroby, integrace, nasazení, odzkoušení, uvedení do provozu, seřízení, optimalizace, technické podpory, servisu a expertních služeb pro aplikace moderních simulačních, řídících a informačních systémů (hardware, software). Nezanedbatelnou aktivitou je též výroba vlastních speciálních elektronických zařízení.
Terminály elektráren a Koncentrátor Terminálů Jedním z nejvýznamnějších zákazníků společnosti OSC je firma ČEZ a.s., provozovatel řady elektráren a nejvýznamnější výrobce elektrické energie v České republice. Od roku 1988 OSC dodal na většinu elektráren ČEZ tzv. Terminály elektrárny, tj. zařízení (původně) zajišťující zabezpečené propojení řídicího systému elektrárny s řídicím systémem na Ústředním dispečinku ČR. Instalované Terminály OSC postupně inovoval a dále rozvíjel v souladu s měnícími se potřebami řízení elektrizační soustavy ČR, zejména s ohledem na synchronní připojení elektrizační soustavy ČR k západoevropským soustavám UCTE v roce 1995 a s ohledem na postupně vznikající tržní prostředí ve výrobě, rozvodu a spotřebě elektrické energie. Terminály elektráren představují v dnešní době významný informační a řídicí prvek elektrárny – zajišťují spojení mezi Ústředním dispečinkem ČEPS (České energetické přenosové soustavy) a řídicími systémy výrobních bloků elektrárny. Tak vzniká jednotný systém řízení činného výkonu v ES ČR, který zajišťuje udržení rovnováhy mezi okamžitou spotřebou a výrobou elektrické energie při zachování parametrů dodávané elektrické energie. Kromě toho plní Terminály řadu dalších funkcí souvisejících s lokálním sledováním provozu zdrojů. Po vydání nového energetického zákona č. 458/2000 dochází v ČR k postupnému budování tržního prostředí v elektroenergetice. To s sebou mj. přináší i redefinici pohledu na elektrickou energii jako produkt – původně jednolitý produkt „elektřina“ je nyní chápán (zjednodušujeme) jako tzv. silová elektřina, tedy dodaná resp. odebraná energie (MWh) a tzv. služby, tedy regulační výkon (MW) potřebný k trvalému zajištění rovnováhy mezi okamžitou spotřebou a výrobou. Zatímco přenos elektřiny od výrobce ke spotřebiteli a poskytování služeb zůstávají doménou ČEPS, výroba a spotřeba silové elektřiny je předmětem dvojstranných vztahů mezi konkrétním výrobcem a spotřebitelem. Nová situace vede u výrobců (i spotřebitelů) k posílení zodpovědnosti a nutnosti kvalitního monitorování a řízení provozu. ČEZ jako provozovatel řady zdrojů různého typu (jaderných, uhelných i vodních) v této situaci vybudoval vlastní dispečink, jehož technická část – Technický
dispečink ČEZ – zajišťuje trvalé monitorování, řízení a hodnocení provozu zdrojů – elektráren – v reálném čase, které bezprostředně navazuje na přípravu provozu zdrojů a na výsledky obchodování s elektřinou. Technickým prostředkem podporujícím funkce Technického dispečinku je tzv. Koncentrátor Terminálů elektráren (KOTEL), jehož základní variantu navrhla a dodala společnost OSC v průběhu roku 2001.
Dispečink ČEZ - Obchodní a technický Obchod
Operativní řízení provozu
Příprava provozu
Ústřední dispečink
Centrální databáze přípravy provozu zdrojů ČEZ
RTISZ Informační systém provozu zdrojů ČEZ v reálném čase
ČEPS
Řídicí systém ÚD ČEPS
Informační systém přípravy provozu zdrojů
Systém KOTEL tvoří společně s Terminály elektráren ČEZ tzv. Informační systém provozu zdrojů v reálném čase (RTISZ). Terminály elektráren ČEZ se tak současně staly fyzickými terminály řídícího systému Dispečinku ČEZ i řídícího systému Ústředního dispečinku provozovatele přenosové soustavy ČR - ČEPS. Struktura popsaných prostředků je patrná z následujícího obrázku.
Rezerva pro Fázi 2
KOTEL
Zdroje ČEZ
Ostatní zdroje (IPP)
TELE 1
...
TELE 2
TELE n
ŘS bloku, technologie
...
ŘS bloku, technologie
ŘS bloku, technologie
Přenosová/distribuční soustava
Technické řešení systému KOTEL Systém KOTEL zajišťuje trvalé datové spojení s celkem 17 Terminály elektráren v informačním i povelovém směru. Na základě dat získaných z Terminálů elektráren se dopočítávají souhrnné, agregované údaje za elektrárny, jejich skupiny a za celý ČEZ. Většina údajů v informačním směru a veškeré povely se archivují pro potřeby dokumentace, hodnocení a pozdějších analýz. Systém KOTEL je úzce provázán s Informačním systémem přípravy provozu zdrojů a přebírá výsledky denní resp. operativní přípravy provozu jako podklad pro povelování zdrojů, tj. pro řízení jednotlivých výrobních bloků. Specifickou funkcí KOTEL je mechanismus přenosu krátkých textových zpráv v reálném čase (tzv. „SMS“) mezi dispečery na Technickém dispečinku a obsluhou Terminálů elektráren. Tyto zprávy se používají pro operativní komunikaci mezi dispečery a pro přenos dat nad rámec navržené databáze reálného času. Celý systém KOTEL pracuje v režimu 100% horké zálohy, tj. výpadek jakékoli komponenty (HW, SW i komunikační trasy) nezpůsobí výpadek systému jako celku ani ztrátu dat.
Struktura technických prostředků naplňujících popsané funkce je patrná z obrázku:
KOTEL
servisní konzola
iMac
LAN ČEZ
Operátorská konzola č. 1
Datová jednotka č. 1 Operátorská konzola č. 2 Datová jednotka č. 2 Filtrace paketů
DB ORACLE
SWITCH (přepínač) LAN
Inženýrská/servisní konzola
Přenosový agent
Zdvojená síť Ethernet
ŘS ÚDC ČEPS (rezerva)
iM ac
Komunikační jednotka č. 1
servisní konzola
Terminál č. 1
...
iMac
Komunikační jednotka č. 2
iMac
Terminál č. 17
Komunikační jednotka č. 3
servisní konzola
servisní konzola
LAN KOTEL
Technické prostředky systému KOTEL tvoří: komunikační jednotky (3 stanice, každá ve vlastním rozvaděči) zajišťují komunikaci s Terminály elektráren, přenos dat v informačním i povelovém směru, koncentraci dat datové jednotky (2 servery v jednom rozvaděči) zajišťují veškeré dopočty, agregaci, archivaci procesních i dopočtených dat a událostí operátorské konzoly (2 dvojmonitorová pracoviště) zajišťují vizualizace okamžitých hodnot, grafy, události, zadávání, tisky inženýrská konzola zajišťuje zálohování dat, správu a údržbu systému KOTEL Propojení systému KOTEL zajišťuje zdvojená síť Ethernet 100 Mbps. Hardware systému KOTEL je zvoleno s ohledem na osvědčenou spolehlivost a výkon s použitím průmyslových PC a jejich komponent, serverů Power Edge firmy Dell. Software je tvořen: Windows 2000 stabilní a bezpečný operační systém s podporou potřebného hardware i software OSCART systém reálného času vyvinutý OSC pro zajištění komunikací a zpracování velkého objemu procesních dat Wonderware Industria SQL Server (5000 tagů) a ActiveFactory systém skladování, zpracování a zpřístupnění procesních dat okamžitých i historických; vybaven programy pro grafickou prezentaci, sofistikovaný přístup k uloženým datům a další zpracování Promotic vizualizace a zadávání Softwarovým jádrem KOTEL je systém reálného času OSCART, který zajišťuje propojení všech SW komponent systému včetně všech komunikací, stejně jako veškeré dopočty. Jednotlivá propojení systému OSCART zahrnují: komunikaci protokolem IEC 870-5-101 s Terminály elektráren komunikaci interním protokolem OK2OK mezi jednotlivými stanicemi KOTEL (tvorba distribuované aplikace) I/O Server pro IndustrialSQL Server (protokol Wonderware SuiteLink) vazba na MS SQL Server – Informační systém přípravy provozu zdrojů vazba na vizualizační systém Promotic Vhledem k tomu, že použitá verze IndustrialSQL Serveru (7.1) nepodporuje práci dvou serverů v režimu horké zálohy, byl tento režim zajištěn doplňkovým SW vyvinutým v OSC s konzultační pomocí firmy Pantek jako dodavatele produktů Wonderware. Tento SW zajišťuje zejména synchronnost datových bází obou instancí IndustrialSQL Serveru.
Příklady operátorských obrazovek
Přehledové obrazovky
Agregované údaje (souhrny, hodnocení, služby)
Historie veličin, grafy (Active Factory Suite)
Statistické údaje KOTEL
Komunikace: Komunikační trasy: linkami) Maximální počet tras: Komunikační rychlost linek: Protokol:
17 (každá tvořená 2 24 (celkem 48 linek) 1200 Bd IEC-870-5-101
Styk s obsluhou: Celkový počet obrazovek: 80 Přehledových: 16 Elektráren: 22 Bloků: 33 Ostatních: 9
Řízení zdrojů ČEZ: Databáze: Počet řízených entit (bloků, TG): 77 Celkový počet položek: 7264 Počet parametrů řízení: 1517 Komunikovaných položek: 4333 Dopočítávaných položek: 2773 Archivovaných položek: 4124 (současný limit 5000 tagů) Délka on-line archivu: cca 6 – 12 měsíců s rozlišením 0.5 min. (smíšené periodické a změnové ukládání) Délka off-line archivu: neomezeně Typický datový tok v systému: cca 150 změn / sekundu
Přínos navrženého řešení Při návrhu technického řešení KOTEL byly zvažovány dvě možnosti přístupu k řešení: specializovaný distribuovaný řídicí systém přímo výrobcem určený pro podobné aplikace kombinace standardních komponent na bázi technologie počítačů PC, operačního systému Windows 2000 a systému OSCART Po zvážení všech okolností byla zvolena druhá možnost – využití standardních komponent. Ta pak dodavateli i uživateli systému přináší řadu výhod. Jedná se především o: nižší pořizovací náklady na systém v porovnání se specializovanými distribuovanými řídicími systémy kratší dobu nutnou pro nasazení systému snadnou integraci s kancelářskými systémy pracující v prostředí LAN provozovatele příjemnější práci obsluhy i správce systému v běžném prostředí Windows efektivnější servis, kdy řadu servisních úkonů mohou provádět správci IT provozovatele bez nutnosti znalosti speciálních systémových prostředků Instalace systému KOTEL umožnila rutinní chod Technického dispečinku ČEZ. Dřívější pracný a neúplný způsob občasného monitorování vybraných Terminálů prostředky vzdáleného přístupu (RAS) byl nahrazen trvalou a zabezpečenou informací o stavu a chodu všech výrobních bloků ČEZ. Systém KOTEL umožňuje kromě monitorování provozu přenášet i v povelovém směru základní výstupy z přípravy provozu zdrojů jako podklad pro obsluhu Terminálů elektráren i jako parametry pro přímé řízení bloků z Ústředního dispečinku ČEPS. Kromě základních komunikačních funkcí nabízí systém i rozsáhlé přehledové a diagnostické funkce, rozsáhlou archivaci všech významných údajů a podrobnou vizualizaci procesu výroby elektřiny. Tyto možnosti umožňují dispečerům na Technickém dispečinku soustředit své síly na řešení okamžitých výrobních problémů.
Výhled na rozšíření systému V současné době (červen 2002) končí půlroční zkušební provoz systému KOTEL bez jediného výpadku zaviněného chybou HW nebo SW a bez reklamací týkajících se funkčnosti systému jako celku nebo jeho významných funkcí. V souvislosti s nashromážděnými provozními zkušenostmi a zejména s probíhajícími změnami ve způsobu řízení zdrojů v Elektrizační soustavě ČR se připravuje první rozsáhlá inovace systému KOTEL. Tato inovace by měla být odrazem popsaných zkušeností a změn a měla by zejména umožnit implementaci tzv. skupinového řízení zdrojů ČEZ. Skupinové řízení zdrojů lze charakterizovat jako mechanismus řízení v reálném čase a on-line optimalizace provozu zdrojů s cílem minimalizovat obchodní odchylky ČEZ ve výrobě silové elektřiny a variabilní náklady na výrobu. Optimalizace probíhá v časovém horizontu a úrovni detailního respektování stavu jednotlivých výrobních bloků, které příprava provozu není z principu schopna postihnout. Přitom se plně respektují požadavky na dynamiku řízení Elektrizační soustavy ČR a pravomoc ČEPS na realizaci řízení soustavy. Se zavedením skupinového řízení souvisí přesné bilancování a dokladování produkce silové elektřiny a služeb, jakož i sofistikovaná diagnostika provozních režimů výrobních zdrojů. Implementace skupinového řízení znamená nárůst požadavku na spolehlivost systému KOTEL, věrohodnost procesních dat, jejich spolehlivou archivaci a možnost dalších analýz. Výsledkem bude úplné a automatické propojení celého řetězce příprava provozu – monitorování, řízení a optimalizace provozu – vyhodnocení, bilancování a dokladování provozu v rámci platné energetické legislativy, prováděcích předpisů a v duchu dohod mezi jednotlivými subjekty.
