Zabezpečení provozu přenosové soustavy České republiky

The security and reliability of the Czech transmission system, operated and managed by ČEPS, is ensured by the consistent application of periodical model forecasts, preventive and corrective interventions in response to unexpected events, and international coordination between transmission system operators.

Zajištění bezpečnosti provozu přenosové soustavy v České republice v rámci proudového přetížení je definováno prostřednictvím kritéria N-1. Podle tohoto kritéria nesmí výpadek žádného zařízení v monitorované oblasti způsobit překročení povolených provozních parametrů na prvku jiném. Klíčovým nástrojem pro ověřování této podmínky je kontingen­ční analýza (CA), která se v reálném čase počítá v 60sekundových intervalech v dispečerském řídícím systému TRIS (Obrázek č. 1).

Obrázek č. 1: Kontingenční analýza v řídícím systému TRIS

Zdroj: ČEPS, a.s.

Pro efektivní řízení soustavy je nezbytné pracovat s predikčními modely a provádět výpočty CA již ve fázi plánování provozu. Na základě získaných výsledků lze předem identifikovat situace vyžadující aktivaci konkrétních opatření. Za standardních provozních podmínek, kdy nedochází k neočekávaným událostem, jsou potenciálně nebezpečné stavy známy již z predikčních výpočtů, což dispečerům usnadňuje přípravu na tyto situace.

Tato příprava se následně promítá do konkrétních dispečerských činností při sledování a řízení provozu v reálném čase. Dispečeři ČEPS kontinuál­ně sledují klíčové prvky v rámci své oblasti odpovědnosti, zejména vedení na napěťových hladinách 400 kV a 220 kV, spínací prvky na přípojnicích, pole polygonu a vybrané části přípojnic. U transformátorů je monitorována hodnota zdánlivého výkonu.

Při následné realizaci nápravných opatření k zajištění plnění kritéria N-1 jsou dispečeři povin- ni využít všechna dostupná opatření s ohledem na jejich účinnost, rizikovost a možný negativní dopad na ostatní prvky v rámci vlastní přenosové a distribuční soustavy i v přeshraničním kontextu. Nedílnou součástí rozhodovacího procesu je rovněž zvážení ekonomických dopadů navrhovaných zásahů.

PŘÍPRAVA PROVOZU

Hlavním cílem přípravy provozu je vytvoření podmínek zajišťujících bezpečný a spolehlivý provoz přenosové soustavy při dodržení předem stanovených kritérií během roční, měsíční a týdenní přípravy provozu. Při realizaci plánů odstávek je pro dodržení těchto kritérií klíčovým aspektem koordinace mezi jednotlivými zúčastněnými subjekty, přičemž zvláštní důraz je kladen na minimalizaci doby odstávky zařízení přenosové sítě.

Plánování zahrnuje nejen zohlednění individuálních požadavků na vypnutí a jejich synchronizaci, ale také kompletní výpočetní model soustavy, který musí být důkladně prověřen zejména v kontextu dlouhodobého plánování. Při nashromáždění vícero odstávek je nezbytné provádět komplexní modelaci výpočtů pro zajištění bezpečnostních kritérií kvůli možnému souběhu vypnutí více podstatných prvků současně.

V rámci roční přípravy provozu je zásadní synchronizovat plány údržby a odstávek jednotlivých zařízení, s důrazem na sladění s plány odstávek výrobních jednotek, certifikačními měřeními, testovacími plány a dalšími faktory, které mohou ovlivnit plynulý provoz přenosové soustavy. Roční plánování rovněž zahrnuje mezinárodní koordinaci odstávek kritických prvků a představuje počáteční fázi modelování systému založenou na historických datech pro ověření možných provozních překryvů.

Během měsíční přípravy provozu jsou plánované realizační akce validovány a v případě potřeby upravovány. Tyto úpravy musí projít důkladným hodnocením a následným schválením s ohledem na jejich dopad na přenosovou soustavu. Veškeré změny jsou systematicky začleňovány do predikčních modelů a následně podrobeny přepočtu.

V rámci týdenní přípravy provozu jsou prováděny pouze nezbytné změny, které neohrožují bezpečnost přenosové soustavy. Takovéto modelování přenosové soustavy probíhá každý týden a je průběžně aktualizováno. Výstupem z týdenní přípravy provozu jsou doporučená opatření pro predikované neplnění N-1 z hlediska proudu a také jednotlivá opatření k udržení napěťových poměrů na přípojnicích v předem stanovených hladinách. Součástí přípravy jsou také doporučené maximální limitní toky na vedeních V445 a V446 kvůli možným vysokým přetokům energie z Německa.

PREDIKČNÍ MODEL DACF

Jakmile jsou shromážděna veškerá potřebná vstupní data, lze přistoupit k tvorbě predikčních modelů. Na rozdíl od výpočtů prováděných v rámci přípravy provozu se predikční modely vytvářejí den před reálným časem. Modely Day Ahead Congestion Forecast (DACF) predikují stav soustavy den předem a jsou v rámci společné propojené synchronní sítě vytvářeny jako součást zabezpečení a včasné detekce nebezpečných stavů v přenosové soustavě. Tyto modely předpovídají potenciální porušení kritéria N-1 a poskytují dispečerům dostatek času k přípravě nápravných opatření, která mohou takovému porušení zabránit.

Tvorba modelu DACF probíhá v dispečerském řídicím systému TRIS (Obrázek č. 2). Pro vytvoření modelu je nutné zadat hodnoty stavové estimace, které jsou uloženy v tzv. statistikách. Dále je nutné načíst další vstupní data. Aby byl model co nejpřesnější, je nutné do něj zanést veškeré plánované vypnutí a zapnutí prvků, které by mohlo jakýmkoliv způsobem ovlivnit provozní veličiny v modelu, a na základě toho zkreslit jejich výsledek. Jakmile je topologie modelu správně zanesena, je potřeba načíst výstupy jednotlivých generátorů. Provozovatelé výrobních jednotek provádějí denní plánování provozu do odpoledních hodin a zasílají diagramy výroby do systému MMS.

Obrázek č. 2: Tvorba modelu Day Ahead Congestion Forecast

Zdroj: ČEPS, a.s.

Dalším parametrem, který je třeba v modelu zohlednit, je nastavení neutrálních odboček na PST (Phase Shifting Transformers) na vedení V445 a V446. Do večerního procesu DACF jsou zadané neutrální odbočky, které se mění pouze v případě potřeby regulace. Následně musí být v modelu zohledněna plánovaná bilance a plánovaná úprava spotřeby. V závěrečné fázi jsou do modelů načtena dynamická zatížení vedení (DYZA). Hodnota DYZA stanovuje aktuální přenosový limit vedení na základě okamžitých meteorologických podmínek, zejména teploty vzduchu, rychlosti větru a slunečního záření, což umožňuje bezpečně využít vedení nad úrovní jeho statické jmenovité ampacity.

Jakmile jsou veškeré vstupní informace dodány do systému TRIS, může být model vytvořen a nahrán s potřebnými úpravami pro následující den. Modely DACF jsou společností ČEPS odeslány na EMS servery, kde dojde k jejich konverzi do potřebného formátu. Následně se modely odešlou na EH-sFTP servery, odkud je validuje systém AMICA.

VÝPOČETNÍ SYSTÉM AMICA

Systém AMICA slouží pro výpočetní procesy v rámci DACF a Intraday Congestion Forecast (IDCF) modelů (Obrázek č. 3). Po zaslání jednotlivých modelů sítě (Individual Grid Models, IGM) od každého provozovatele přenosové soustavy probíhá sloučení těchto modelů do jednoho společného modelu sítě (Common Grid Model, CGM). Jakmile je společný model pro kontinentální Evropu připraven, může být spuštěn výpočet. Počet výpočetních kol je určen požadavky jednotlivých dispečerů a také plněním kritéria Congestion Free Model (CFM), které stanovuje maximální možné zatížení na jednotlivých prvcích.

Obrázek č. 3: Uživatelské prostředí systému AMICA

Výpočet nejprve stanoví load flow (toky na jednotlivých prvcích) na napěťových hladinách ve všech sledovaných částech sítě pro všech 24 časových řezů. Tato analýza zatížení sítě slouží zároveň jako základ pro následující výpočet kontingenční analýzy, která představuje vícenásobný výpočet load flow při různých výpadcích prvků. Po dokončení výpočtu obdrží každý provozovatel přenosové soustavy výsledky kontingenční analýzy, ze kterých vycházejí preventivní, nebo korektivní opatření k dodržení kritéria N-1.

Kromě vzájemné koordinace mezi jednotlivými provozovateli přenosových soustav probíhá také společná videokonference, na které se diskutují jednotlivá opatření pro splnění bezpečnostního kritéria N-1. Proces je ukončen splněním předem stanovených interních podmínek jednotlivých provozovatelů přenosových soustav a společného kritéria CFM.

V blízké budoucnosti bude implementována počáteční fáze Regional Operational Security Coordination (ROSC). Tento nový nástroj má nahradit systém AMICA a sloužit jako platforma pro optimalizaci nápravných opatření.

PREDIKČNÍ MODEL IDCF

Po překlopení do dalšího dne se provádí první výpočet IDCF, při kterém je model DACF nakopírován do modelu IDCF a jednotlivé časové řezy jsou pomocí metody rolling update dále zpřesňovány. Každou hodinu dochází k aktualizaci plánu výroby, salda, odboček na PST, DYZA a topologie sítě v případě změn oproti predikcím. Výpočet v tomto procesu je velmi podobný výpočtu DACF. Probíhá sloučení modelů, výpočet load flow a kontingenční analýza.

NÁPRAVNÁ OPATŘENÍ

Pokud je v predikčních modelech detekováno neplnění kritéria N-1, má provozovatel přenosové soustavy možnost využít různá opatření k zamezení této situace. U událostí predikovaných s dostatečným předstihem pomocí modelů DACF a případně IDCF mohou být tato opatření připravena předem a následně aplikována v reálném čase, zpravidla po jejich opětovném výpočtu a případné koordinaci s dotčenými partnery. Konkrétní zásah dispečera pak závisí na charakteru identifikovaného přetížení. K dispozici má dvě základní kategorie opatření:

• Preventivní opatření se uplatňují v případech, kdy by předpokládaná porucha konkrétního prvku mohla vést k přetížení přesahujícímu 100 % maximálně povoleného zatížení. Typickým scénářem je simulovaný výpadek zařízení, jehož následkem by došlo k nepřípustnému zatížení přenosového vedení. V takových situacích, kdy by došlo k překročení stanovených provozních limitů, je nezbytné zavést preventivní opatření již předem s cílem zachovat stabilitu a bezpečnost provozu přenosové soustavy.
• Korektivní opatření jsou aplikována až po výpadku konkrétního prvku, který v reálném čase způsobí přetížení jiného zařízení přenosové, nebo distribuční soustavy. Na základě předem definovaných technických parametrů lze některé dočasně přetížené prvky provozovat nad jejich jmenovitý maximálně povolený výkon. Typicky se jedná o transformátory, které jsou zařazeny do kategorie prvků s krátkodobou přetížitelností.

Tyto preventivní, nebo korektivní zásahy, lze dále aplikovat prostřednictvím konkrétních opatření, jako je rekonfigurace sítě, regulace pomocí PST, nebo redispečink.

REKONFIGURACE SÍTĚ

Rekonfigurace představuje důležitý nástroj provozovatelů přenosové i distribučních soustav při zajištění bezpečnosti provozu. V základním zapojení jsou přípojnice v rozvodně vzájemně propojeny prostřednictvím spínače přípojnic, případně kombinovaného spínače přípojnic. V tomto zapojení je dosaženo optimálního rozložení proudu v závislosti na potřebách výroby a spotřeby a v souladu s Ohmovými a Kirchhoffovými zákony.

Při provádění rekonfigurace dochází k cílenému rozpojení přípojnic a jednotlivé prvky, jako jsou vedení a transformátory, jsou přepojeny dle předem připraveného zapojení. Mezi další možnosti rekonfigurace patří rozdělení paralelně provozovaných oblastí 110 kV, odlehčení výkonu z jedné uzlové oblasti na jinou, opětovné zapnutí vypnutého prvku v rámci jeho pohotovostního času, nebo úplné zrušení plánovaných prací.

REGULACE NA PST

Z důvodu obav z nežádoucích přetoků elektrické energie z 50Hertz byly v rozvodně Hradec u Kadaně instalovány dvojice paralelně zapojených PST na vedeních V445 a V446, každá o výkonu 2×2×850 MVA.

V reálném provozu se PST využívají především ve dvou situacích. První situace nastává, když je prvek v rámci přenosové soustavy kvůli přetokům z 50Hertz zatížen více, než je maximálně povoleno. V tomto případě se pomocí PST snižuje tok po vedeních V445 a V446. Při druhé situaci se výkon po těchto vedeních naopak zvyšuje z důvodu snížení napětí v rozvodnách přenosové soustavy, kvůli kapacitnímu charakteru málo zatížených vedení.

REDISPEČINK

Redispečink je proces, při kterém provozovatel elektrizační soustavy upravuje rozdělení výroby elektřiny mezi jednotlivými výrobními jednotkami. Cílem je zajistit, aby celková rovnováha mezi výrobou a spotřebou zůstala vyvážená a stabilní. K těmto zásahům dochází zejména v případě, kdy dojde k přetížení části přenosové sítě a dostupná nenákladová opatření, jako je využití regulace na PST a změny v konfiguraci sítě, nejsou schopna situaci vyřešit.

Redispečink lze rozdělit na několik typů dle rozsahu a zapojení jednotlivých provozovatelů přenosových soustav. V případě vnitrostátního redispečinku se zásahy omezují pouze na území České republiky a jsou prováděny výhradně provozovatelem české přenosové soustavy. Pokud je nutná spolupráce s provozovateli v jiných zemích, jedná se o mezinárodní redispečink. Zvláštním případem tohoto typu je tzv. multilaterální redispečink, kdy koordinace zahrnuje tři a více provozovatelů přenosových soustav.

KOMPLEXNÍ PŘÍSTUP PRO PLNĚNÍ N-1

Cílem všech uvedených mechanismů a postupů je zajištění plnění bezpečnostního kritéria N-1 prostřednictvím vhodně zvolených a koordinovaných nápravných opatření. Tím je zaručen spolehlivý provoz přenosové soustavy ve všech etapách plánování provozu, od roční přípravy až po reálný čas, a současně umožněna realizace maximálního počtu plánovaných odstávek prvků bez ohrožení bezpečnosti a stability sítě.

Důsledná aplikace predikčních modelů, preventivních i korektivních opatření a úzká mezinárodní koordinace mezi provozovateli přenosových soustav představují klíčové nástroje pro minimalizaci provozních rizik a udržení vysoké úrovně spolehlivosti. Tento komplexní přístup zároveň umožňuje efektivní reakci na neočekávané provozní situace a vytváří podmínky pro rozvoj a modernizaci infrastruktury při zachování bezpečné a kvalitní dodávky elektrické energie.

O AUTOROVI

Stanislav Kratochvil působí v ČEPS, a.s., na pozici Emergency dispečera v rámci sekce Dispečerské řízení a odboru Zabezpečení provozu přenosové soustavy. Zaměřuje se zejména na monitorování plnění bezpečnostních kritérií a práci s predikčními modely. 
 
Kontakt: kratochvils@ceps.cz