SE516801C2

SE516801C2 - Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem, samt elkraftsystem

Info

Publication number: SE516801C2
Application number: SE9904476A
Authority: SE
Inventors: Lars Gertmar; Per-Anders Loef; Jan Ove Gjerde; Arne Nysveen
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2002-03-05
Also published as: SE9904476D0; WO2001017092A1; AU6884500A; SE9904476L

Description

.gg driften huvudarbetsuppgiften, medan aspekter rörande leveranssåkerhet kommer att behöva prioriteras vid skärpt eller störd drift.

Runt om i världen sker en avreglering av elmarknaderna. Viktiga frågor för tillförlitligheten i framtidens elkraftsystem utgörs av tillkomsten av nya aktörer samt den minskande organisatoriska kopplingen mellan produktions- och transmissionsresurser. Ytterligare ett området som väcker allt större intresse bland kraftbolagen är frågor kring riskhantering. På en avreglerad elmarknad finns det även svårigheter med att erbjuda reservkapacitet, eftersom normalt outnyttjad kapacitet ofta kostar stora summor att upprätthålla i driftsäkert skick. En naturlig konsekvens av den pågående utvecklingen, inklusive avregleringen av elmarknader, är en ökad fokusering på nätdrift och driftproblematik. Behovet av aktuell information ökar i takt med att olika operatörer ska samverka med varandra för att få ett helt elkraftsystem att fungera tillfredsställande. Eftersom det inte alltid är uppenbart att all relevant information är tillgänglig för alla parter i ett elkraftsystem ställs nya krav på utbytet av den information som finns tillgänglig. I takt med att konkurrensen mellan olika aktörer skärps, ställs även allt högre krav på att kunna utnyttja befintliga anläggningar optimalt.

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) funktionerna utgör den grundläggande delen i driftledningssystem. SCADA omfattar datainsamling, övervakning, styrning och presentation av olika funktioner i elkraftsystemet.

SCADA år nära kopplat till beråkningsfunktionerna som ingår i EMS (Energy Management System) och DMS (Distribution Management System). EMS omfattar analys och optimering av produktions- och transmissionssystemen via funktioner för produktionsplanering, produktionsstyming och kraftsystemanalys, medan DMS utgör motsvarande funktioner för distributionsnätsapplikationer.

Ytterligare ett intressant område är DSM (Demand-Side Management) vilket omfattar energimätning och belastningsstyrning, bl.a. i syfte att påverka lastproﬁler och reducera belastningstoppar. Ett relativt nytt område är -gzo _ geograﬁskt sett mycket .516 affärssystem när det gäller energihandel och kundservice, s.k. BMS (Business Management System).

Den tekniska basen för hårdvaran som ingår i SCADA och EMS systemen kan indelas i tre delsystem: lokala system, kommunikationssystem och driftcentralsystem.

Det är de lokala systemen som hanterar datainsamling via fjärrterminaler, så kallade Remote Terminal Units (RTUs), och beordning av olika åtgärder som exempelvis kopplingsoperationer i nätet. Dessa system utgör således gränssnittet mot processerna i elkraftsystemet. Eftersom elkraftnäten utgör utspridda processer krävs goda kommunikationskanaler mellan de olika enheter som ingår i styr- 'och övervakningssystemen. Driftcentralsystem kan sägas utgöra själva hjärnan i systemen för styrningen och övervakning av elkraftnät, vilket leder till att verksarnheten vid olika driftcentraler måste samordnas genom att driftcentralernas datorer kommunicerar och samverkar i hierarkiskt uppbyggda strukturer. Det hierarkiska kravet utgör en naturlig följd av kraftbolagens driftorganisationer och den geografiskt utspridda processen.

Huvuduppgifterna för SCADA kan indelas i datainsamling, övervakning, styrning, redovisning, planering och uppföljning. I den delfunktion av SCADA systemet som hanterar övervakning ingår bearbetningen av mätvärden och indikeringar, övervakningen av gränsvärden och indikeringar samt händelse- och larmhantering. Driftgränsvärden övervakas och passage av ett driftgränsvärde resulterar i ett larrn i driftcentralen. Olika metoder används för att indikera larm och felsignaler, beroende på deras art och betydelse för driften av elkraftnätet.

Delfunktionen för styrning omfattar manövrering, börvärdesstyrning, blockering samt utsändning av styrorder och gränsvärden till lokala reglerutrustningar. De nominella gränsvärdena avser i de ﬂesta fall rena elektriska storheter såsom spänningar, strömmar, effekter och . .516 I l 2 '.' ..' ..' .Z..Z.. .Z.'..' l i fasförhållanden, och sätts typiskt sett efter rekommendationer från enheternas tillverkare, baserade på aktuell design. Dessa rekommendationer baserar sig på tester av apparaturen och/ eller teoretiska beräkningar av dess egenskaper, samt marginaler som ska tillförsäkra en säker drift även vid något annorlunda driftförhållanden. Med hjälp av olika beräkningsfunktioner kan mätvärden som ej inhämtats direkt från systemet ändå beräknas mer eller mindre tillförlitligt med hjälp av mätvärden frän nätet genom att teoretiska modeller för processerna tillämpas.

De grundläggande funktionerna som ingår i EMS utgörs av funktionerna för produktionsplanering, produktionsstyming, topologibestämning, tillståndsestimering, nätberäkningsfunktioner, säkerhetsanalys och eventuella träningssimulatorer. För att genomföra nätberäkningar krävs en bra modell av elkraftsystemet, vilken erhålls via funktionerna för topologibestämning och tillståndsestimering. Modulen för topologibestämning bygger upp en elektrisk modell som beskriver hur elkraftnätets noder och komponenter elektriskt sätt är kopplade till varandra. Alla mätvärden är behäftade med större eller mindre fel, och vissa mätvärden saknas till följd av fel i utrustningar eller avsaknad av ﬁärrterminaler för insamling av data.

Den snabba utvecklingen av krafthalvledare skapar nya möjligheter att styra och övervaka elkraftsystem. Ett ökat införande av kraftelektronik, exempelvis i form av s.k. FACTS (Flexible AC Transmission System) komponenter kan medverka i att förändra elkraftsystemen från att ha varit i stort sett passiva elektriska nät för överföring av elenergi till aktivt styrbara system i vilka effektﬂöden kan påverkas genom automatiker eller via operatörer i driftcentraler initierade åtgärder.

Sekiguchi och Masui har i den europeiska patentansökan EP O 853 367 med titeln "Electric Power Control System" beskrivit ett system för ﬁärrövervakning och reglering, inklusive skyddsfunktioner i form av reläskydd, av ett elkraftnät. Den beskrivna utföringsformen omfattar förutom 'qao - ë--Ii--r-tf tﬁzﬁ- = insarnlingsorgan för mätvärden även processerings- och minnesenheter, vilka är sammankopplade genom ett kommunikationsnät. Data i det beskrivna systemet hanteras i digital fonn och reglersystemet för informationsinsamling innehåller ett kärnområde (s.k. core-area) och ett kommunikationsområde (s.k. web-area), samt programmoduler med möjligheter till kommunikation för att styra reläskydden. Data och status avseende olika reläskydd kan visas graﬁskt på en bildskärm, och nya program kan laddas ner i reläskydden via användargränssnittet och ett kommunikationsnätverk.

I en närliggande patentansökan EP O 940 901, "Control system, method of protectively controlling electric power system and storage medium storing program code", har Shirota et.al. utvecklat det tidigare beskrivna systemet för fjärrövervakning och reglering att även inkludera en noggrann tídsmarkering av insamlade mätdata och en metod för framtagning av parametrar för transmissionsledningar. Insamlade mätdata kan tidsmärkas och sorteras med hjälp av en noggrann tídsmarkering erhållen från en GPS satellit. Aktuella transmissionslednings impedansvården kan tas fram baserat på insamlade data avseende parametrarna för en spänningar och strömmar i transmissionsledningen.

De två patentansökningarna beskriver i första hand en metod att koppla samman och koordinera skydd och reglerutrustningar i ett elkraftnät.

Viktigare delar utgörs av styrenheterna för skyddsanordningar och processeringsenheter, vilka är sammankopplade via ett kommunikationsnät.

De beskrivna förfaringssättet bygger på användningen av konventionellt tillgänglig och därmed ofta utnyttjad information i driftdatanätet.

I det europeiska patentet EP O 125 796 med titeln "System and protection apparatus for monitoring and control of a bulk electric power delivery system", beskrivs en anordning som är utformad för placering på en elektrisk transmissionsledning och för mätning av parametrar associerade med ett effektﬂöde över ledningen. Anordningen innehåller förutom sensorer, . . 516 89:š::==-.: =::=::f. -j:=. som kan mäta exempelvis temperatur, ström och spänning, även en radiosändare för kommunikation med en mottagare. Anordningen kan placeras på en transmissionsledning utan att denna behöver göras spänningslös. Data inhämtade via anordningen på transmissionsledningen överförs via radio till mottagaren placerad på jordpotential, exempelvis i den nedre delen av kraftledningsstolpen. Patentet beskriver vidare en metod för övervakning av effektﬂödet på ett antal transmissionsledningarna i en kopplingsstatíon genom att använda ett antal av de ovan beskrivna anordningarna placerade på olika transmissionsledningar i stationen.

Mottagningsstationen på marken kan förutom mottagare och antenn även inkludera en processeringsenhet, ett minne och en kommunikationsanordning för att sända insamlade, och eventuellt ' bearbetade, mätdata vidare till andra enheter i elkraftsystemet.

Den beskrivna anordningen mäter endast parametrar direkt tillgängliga pä eller vid en elektrisk ledare omgiven av luft. Mätningarna genomförs på en passiv komponent i elkraftnätet, en ledning, utan att avse att mäta på en i förväg fastställd kritisk punkt, s.k. "hot spot". Systemet innehåller ett enkelriktat informationsﬂöde från mätanordningens mottagningsstation till en övervakningsenhet och utnyttjas som ett rent överbelastningsskydd.

Mottagningsstationen kan styra ﬂera ledningar på samma sätt samtidigt, genom mätningar av identiskt slag. Exempel på styrning av effektﬂödet kan ske genom omkopplingar i nätet eller förändring av lindningskopplarläget för transformatorer med lindningskopplare. Styrningen av effektﬂödet genom övervakade transmissionsledningar baseras på, inom kopplingsstationen, lokalt insamlade data.

I de europeiska patenten EP O 233 507 med titeln "Transmission line sensor apparatus", och EP O 231 909 med titeln "RF-antenna for transmission line sensor", beskrivs anordningar för informationsinsamling från högspända ledare omgivna av luft och deras användning enligt ovanstående patent mer i detalj. i ..

. . ”BO . . 80i1:*":°::° :"::": -í 'i :"2 :Tf ~ 'fw '-.-' ::= ::=° .s..=:.' =..= = ' Ett allmänt problem med övervakning av elkraftnät enligt teknikens ståndpunkt är att de mätdata som används inte har någon nära och säker koppling till de verkligt kritiska punkterna i elkraftsprocesserna i ett elkraftnät. Styrning sker idag till stor del med hjälp av gränsvärden baserade på mer eller mindre statiska modeller och beräkningar av skiftande noggrannhet.

SUMMERING Ett problem med övervakningssystem enligt teknikens ståndpunkt är att styrningen av och /eller gränsvärden för styrbara parametrar är beroende av beräkningar och/ eller modeller av skiftande noggrannhet och tillförlitlighet.

Detta leder i sin tur till att man för att få en säker drift måste tillämpa relativt stora säkerhetsmarginaler i driften av elkraftobjekt och elkraft- anläggningar, varvid utnyttjandet inte blir absolut optimalt. Ett annat problem med övervakningssystem enligt teknikens ståndpunkt är mätningar från olika typer av elkraftobjekt sällan används tillsammans för att nyttja marginalerna för varje elkraftobjekt.

Ett allmänt syfte med den föreliggande uppﬁnningen är alltså att tillhandahålla ett övervakriingsförfarande och anordningar därför, för att på ett effektivare sätt utnyttja redan beñntliga resurser i elkraftanläggningar och elkraftnät. Ytterligare ett syfte med den föreliggande uppﬁnningen är att tillhandahålla ett förfarande och anordningar som gör det möjligt att med tiden bygga upp en erfarenhet som ytterligare kan förbättra förståelsen av komplexa elkraftsystem och driften därav. Ett annat syfte är att tillhandahålla förfaranden och anordningar för att i ett tidigare skede och/ eller med större säkerhet kunna detektera driftstörningar i ett elkraftsystem. Ett vidare syfte är att optimera driften av elkraftsystem för att minimera den inverkan på miljön som elkraftsystem har.

Dessa och ytterligare syften åstadkoms genom förfaranden och anordningar enligt de medföljande patentkraven. I allmänna termer kan den föreliggande ßO .516 ßÛliàïiﬁ-.f =::;=::;. -j:=. uppﬁnningen sägas utnyttja direkt mätning av marginalkritiska storheter i direkt anslutning till intressanta punkter i elkraftsprocesser i de olika elkraftobjekten. Dessa punkter är i allmänhet belägna vid svåråtkomliga platser, såsom på hög potential i trånga utrymmen, på hög potential innanför kapsling med fast eller ﬂytande isolering, eller på roterande delar.

De marginalkritiska storheterna måste därmed mätas vid dessa svåråtkomliga platser. Mätningarna ger direkt information om faktiska, nu gällande driftmarginaler vad gäller marginalkritiska storheter och i synnerhet för storheter som är både marginalkritiska och materialkritiska.

Uppgifter om tillgängliga marginaler överförs till andra enheter inom nätet eller anläggningen. Elkraftanläggningen eller elkraftnätet kan sedan styras utgående från sådana faktiska driftmarginaler från ﬂera olika enheter i anläggningen, vilket möjliggör en effektivare drift av elkraftanläggningen eller elkraftnätet, och kan ge beslutsunderlag för utbyggnad av nät genom att identifiera ﬂaskhalsar. Genom den direkta mätningen erhålles en snabb återkoppling om genomförda driftändringar inte medför avsedd effekt.

Mätningarna ger vidare nya vågar för att detektera fel i systemen. Vidare kan databaser över driftförhållanden läggas upp, vilka sedan kan användas både som stöd för driften av systemet som för framtida underhåll, modelluppbyggnad etc.

Fördelarna med detta är att man utan att ge avkall på säkerhet kan utnyttja redan befintliga marginaler i elkraftsystem. Överdimensioneringar och förluster kan minimeras, vilket även har fördelar rörande miljön.

I och med avregleringen av elmarknader ﬁnns det ett växande intresse för att utnyttja nätet och dess ingående komponenter allt hårdare, vilket ibland uttrycks som ett önskemål om att "köra" elkraftnäten och dess ingående komponenter allt närmare deras fysiska begränsningar. Det ﬁnns således idag ett ekonomiskt önskemål om att bättre utnyttja såväl tillgänglig överföringskapacitet i elkraftnät som marginaler i komponenter. Detta leder till behov av att bättre kunna fastställa de aktuella marginaler till stabilitetsgrånser för elkraftnätet och ta fram information om det faktiska .gffm 516 ßﬂlgsçiy-ä; -j:=. -f f: och aktuella tillståndet för komponenter, som exempelvis temperaturen i lindningarna i en elektrisk maskin.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppﬁnningen samt ytterligare syftemäl och fördelar som uppnås därmed förstås bäst genom hänvisning till nedanstående beskrivning och de bifogade iitningarna, i vilka: Fig. 1 är en utföringsforrn av en elkraftanlâggning enligt den föreliggande uppﬁnningen; Fig. 2 är en utföringsform av ett elkraftnåt enligt den föreliggande uppfinningen; Fig. 3 är en utföringsform av ett elkraftnât enligt den föreliggande uppfmningen med olika typer av elkraftsenheter; Fig. 4 är en utföringsfonn av ett elkraftnät i ﬂera nivåer enligt den föreliggande uppfinningen; Fig. Sa och 5b är schematiska ritningar och diagram som visar hur temperaturmarginaler i elkraftobjekt kan utnyttjas genom den föreliggande uppfinningen; Fig. 6a till 6d är schematiska diagram som visar hur tidsvariationer i utnyttjandet av elkraftobjekt kan utnyttjas genom den föreliggande uppfinningen; Fig. 7a till 7e är schematiska ritningar och diagram som visar hur driftmarginaler i elkraftanläggníngar kan variera och utnyttjas genom den föreliggande uppfinningen; Fig. 8a till 8e är schematiska ritningar och diagram som visar hur driftmarginaler i elkraftobjekt kan variera och utnyttjas i elkraftanläggriingar genom den föreliggande uppfinningen; Fig. 9 illustrerar ett kommunikationsnät och tillhörande informations- ﬂöden enligt den föreliggande uppfinningen; Fig. 10 visar ett ﬂödesschema över ett förfarande enligt en första aspekt av den föreliggande uppfinningen; sarnt Fig. 11 illustrerar ett elkraftnät som uppvisar en s.k. ﬂaskhals. ., . '30 , .16 801 :rare ~:I=. i- DETALJERAD BESKRIVNING I den följande detaljerade beskrivningen kommer ett antal begrepp användas. För att undvika tolkningar av dessa begrepp, som skiljer sig från vad som avses i den föreliggande beskrivningen, kommer ett antal av dessa begrepp först att deﬁnieras, innan den egentliga beskrivningen påbörjas.

Ett elkraftobjekt är en anordning i ett elkraftsystem, vilken innefattar en process eller ett förlopp av elektrisk/ elektromagnetisk typ. Elkraftobjektet är oftast styrbart, antingen internt eller genom externa kopplingsanordningar, och har via sin styrbarhet en inverkan på elektriska parametrar i det elkraftsystem objektet befinner sig i. Gruppen av elkraftobjekt innefattar t.ex.: elektriska maskiner (motorer och generatorer), transformatorer, reaktorer, kondensatorer samt lcmftelektronik.

En elkraftanläggning defmieras i den föreliggande beskrivningen som en grupp av sarrnnankopplade elkraftobjekt, vilka år belägna inom ett relativt begränsat område och drivs på ett samordnat sätt och vilka företrädesvis tillhör sarnrna operatör. Elkraftanläggningens drift kan påverkas av såväl objektens inneboende beteenden som av en aktiv styrning genom en övervakningsenhet.

Med elkraftnät avses i den föreliggande beskrivningen en grupp av elkraftanläggningar och ev. enstaka elkraftobjekt sarnmanbundna av elektriska ledningar, typiskt sett spridda över ett något vidare geografiskt område än en elkraftanläggning. Driften av de ingående komponenterna övervakas och styrs på ett samordnat sätt, eventuellt även i samarbete med över-, sido- och/ eller underordnade elkraftnät, genom en övervakningsenhet.

Ett elkraftnät kan t.ex. ingå som en del i ett överordnat elkraftnät.

Elkraftenhet används i det följande som ett samordnat begrepp för elkraftobjekt, elkraftanläggning och elkraftnät. 330 516 80 Begreppet elkraftsystem används i den vida bemärkelsen av ett allmänt system av olika elkraftenheter.

I olika elkraftobjekt i elkraftsystem sker många av de kritiska och mest intressanta elektriska/ elektromagnetiska förloppen på "svårtillgängliga platser". Parametrar rörande dessa elektriska/ elektromagnetiska förlopp är därför normalt svåra att tillgå. I teknikens ståndpunkt har man valt att möta osäkerheten angående kritiska parametrar med vissa uppställda säkerhetsmarginaler och gränsvärden, baserade främst på modeller och beräkningar. Den föreliggande uppﬁnningen bygger på mätningar vilka ger tidigare outnyttjade uppgifter. Med 'svårtillgängliga platser" avses i denna beskrivning: på roterande del, på hög potential i trånga utrymmen, och / eller på hög potential innanför kapsling med fast eller ﬂytande isolering.

Roterande delar är vanligt förekommande i elkraftobjekt, främst i roterande elektriska maskiner. Att kunna mäta parametrar direkt på sådana delar har tidigare inte ansetts vara praktiskt tillämpbart. Mätningar vid hög elektrisk potential, t.ex. över 1 kV, eller mycket nära sådan hög elektrisk potential, har också till stor del undvikits tidigare. Höga spänningar fmns i många elkraftsobjekt och utrymmesbrist är en vanlig orsak till att man inte genomför mätningar nära dessa. Kapsling används ofta för att avskärina höga potentialer och utgör också ibland ett hinder mot en enkel övervakning av olika parametrar, särskilt i fall där fast eller ﬂytande isolering finns närvarande. Gemensamt för dessa svårtillgängliga platser är att mätningar vid dessa kräver relativt komplicerade arrangemang. I teknikens ståndpunkt har man därför i allmänhet valt att avstå från att använda sådana storheter, och istället valt att lita till modeller och beräkningar eller gränsvärden. I vissa fall har man mätt vissa sådana storheter under testriingsförfaranden eller liknande för att karakterisera elkraftobjekten, men har tidigare inte riktigt insett nyttan av kontinuerliga mätningar under drift. Detta har främst sin grund i svårighetema att genomföra relevanta mätningar. .gïﬂo . 516 ßliáëit: ~:I=.

De parametrar som är av intresse är parametrar som har en direkt eller indirekt koppling till elkraftobjektens drifttillständ. Parametrarna är av mycket olika karaktär. Vissa av parametrarna kan betecknas som marginalkritiska storheter och vissa av parametrarna kan betecknas som materialkritiska storheter, och vissa kan betecknas som både marginal- och materialkritiska storheter.

Med "marginalkritiska storheter" avses storheter som är förknippade med något slags gränsvärde. Om detta gränsvärde överskrids får det en direkt inverkan på elkraftobjektets drift, relativt oberoende av andra storheter. För dessa kan alltså direkta gränsvärden ställas upp. Om gränsvärdet överskrids erhålls mer eller mindre direkt en väl deñnierbar skada eller inverkan på driften. Exempel på marginalkritiska storheter är: temperatur, lastvinkel, fasvinkel, eftersläpning, ström, spänning, frekvens och moment. I ström och spänning ingår även därmed förknippade fasstorheter. En för hög temperatur kan över en viss gräns orsaka en direkt materialskada. En fasvinkel i en synkronmaskin har exempelvis ett absolut gränsvärde, då synkronmaskinens stabilitet upphör. Praktiska gränsvärden för sådana storheter mäste naturligtvis sättas med en viss marginal. Spänning kan betecknas som en marginalkritisk storhet, eftersom den har ett gränsvärde associerat med en maximal överföringskapacitet. Underskrids detta gränsvärde förloras spänningsstabiliteten i nätet.

Med "materialkritiska storheter" avses storheter, som i princip också har ett gränsvärde. Detta gränsvärde kan vara svårbestämt, genom att det är beroende av så många kringliggande parametrar. Dessa gränsvärden utgör ofta inga verkligt kritiska gränser utan kan normalt åtminstone under en kortare tidsperiod överskridas utan att man med säkerhet orsakar en skada eller driftstörning. Vid längre överskridanden erhålls normalt sett en successiv degradering av materialet, en livslängdsförkortning. Exempel på materialkritiska storheter är: temperatur, ström, partiella urladdningar (PD), vibrationer, övertoner, minusföljd, nollföljd, varvtal, luftgapsﬂöde och hastighet. Dessa storheter har ofta märkvärden eller nominella värden för ett lO :n i »30 v 1:1» 516 80 =jj¿=jj¿_ -:j=_ -s f; =.-s visst elkraftsobjekt. Det är emellertid för det mesta möjligt att överskrida dessa nominella värden, åtminstone för en kortare tid, utan att elkraftobjektet skadas akut. En ström genom en lindning i en transformator som överskrider märkströmmen orsakar inte alltid en skada. År lindningen kall från början, antingen på grund av att transformatorn tidigare utnyttjats sparsamt, eller för att omgivningens temperatur är mycket låg, kan transformatorn klara av en temporär överström utan att skadas. Om däremot överströmmen föreligger under en viss tid, värms lindingen troligtvis upp efter hand och kan vid ett senare tillfälle nå temperaturer som är skadliga för materialet. De materialkritiska storheterna är ofta relaterade till gränsvärdena för de marginalkritiska storheterna genom mer eller mindre komplexa modeller och samband. Befintliga statiska gränsvärden för materialkritiska storheter är normalt satta med vissa, för det mesta relativt stora, säkerhetsmarginaler.

Vibrationer utgör en ganska typisk materialkritisk storhet, för vilken det är svårt att definiera någon typ av exakt gränsvärde, utan istället har den en degraderande effekt på materialet över tiden. Om vibrationer står på under en tid uppkommer till slut skador, om nivån är tillräckligt hög, dvs. över ett gränsvärde. Det är inte nivån i sig, utan mer en kombination av nivå och tid som ger upphov till problem och skador i fallet med materialkritiska storheter.

En storhet som temperatur kan enligt ovanstående resonemang betecknas som både marginalkritisk och materialkritisk. Det finns värden för t.ex. polymerer, vilka inte kan överskridas utan att materialet genomgår en icke- reversibel process. Samtidigt kan en successiv degradering av materialet, dvs. ett åldringsfenomen, förekomma om temperaturen befinner sig över en annan lägre nivå, och verkan beror i detta sammanhang både på tiden och nivån i sig. Ström kan också placeras i denna dubbla tillhörighet, p.g.a. sin nära koppling tilltemperaturen. :":'.": 'i 'É :'°: :ni E'I4": '-5 II* Ili' .š..:I.' .I. ' Av alla dessa parametrar är temperaturen den ojämförligt viktigaste, eftersom alla elkraftobjekt har någon form av temperaturberoende marginaler.

I ñg. 1 illustreras ett typiskt exempel på en elkraftanläggning 1. Två elektriska maskiner 10 som i detta fall är likadana arbetar som generatorer, vilka var och en producerar en viss elektrisk effekt. Den elektriska maskinen innefattar en roterande del 17 och en stillastående del 19, normalt betecknade såsom rotor resp. stator. På rotorn ﬁnns en sensoranordning 18 anordnad, vilken mäter rotorlindningens temperatur, rotorströmmen, rotorns vibrationer samt axelmomentet. Sensoranordningen 18 sänder mätdata angående dessa parametrar till en maskinstyrenhet 20 via en överföringskanal 21, företrädesvis trådlöst, t.ex. via radiovågorj Maskinstyrenheten 20 är även ansvarig för den normala driften och styrningen av den elektriska maskinen 10.

De elektriska maskinerna år via anslutningsledningar 36 anslutna till en kraftelektronikenhet 12 för exempelvis spånningsreglering, reaktiv effektstyrning eller laddning av batterier. Kraftelektronikenheten 12 kan ha en eller ﬂera terminaler och kan kopplas i såväl serie som shunt till kraftnâtet. Kraftelektronikenheten 12 är försedd med en temperatursensor 22 som mäter temperaturen på vissa kritiska högspända delar i enheten.

Temperaturdata överförs till en styrenhet 24 för kraftelektronik, vilken för övrigt är anordnad att styra driften av kraftelektronikenheten 12. Överföringen sker i detta exempel via en IR-länk eller ﬁberoptik 23.

De båda kraftelektronikenheterna är vidare anslutna till primärsidan på en transformator 14 via anslutningsledningar 36. En sensoranordning 26 år anordnad i direkt anslutning till de högspånda delarna och mäter temperaturer och ström (inklusive fasstorheter) på lindningarna. Dessa mätvärden kan exempelvis överföras via en kombination av radiovågsförbindelser och ﬁberoptiska kommunikationslänkar 27 till en transformatorstyrenhet 28. Transformatorns sekundärlindning är sedan ansluten till ett yttre elkraftnät via en yttre anläggningsledning 16.

Sensoranordningarna 18, 22, 26 är anordnade för att mäta marginalkñtiska parametrar vid svårtillgängliga platser. Förutom dessa mätningar kan även andra storheter mätas vid dessa platser, såsom materialrelaterade storheter, t.ex. vibrationsmätningarna på rotorema 17. Dessutom kan styranordningarna 20, 24, 28 erhålla resultat av mätningar av parametrar från andra mer konventionella platser, t.ex. statortemperatur eller strömmar och spänningar vid relativt låg potential.

Maskinstyrenheten 20 bearbetar det mätdata som erhållits från sensoranordningen 18. Utgående från detta bearbetade data kan maskinstyrenheten 20 styra enheten enligt fördefinierade handlingsplaner.

Dessa handlingsplaner kan t.ex. innefatta skydds- och vämfunktioner.

Maskinstyrenheten 20 extraherar även viss information ur erhållet mätdata, sammanställer informationen på ett lämpligt sätt och sänder informationen vidare över en informationslånk 30 till en anläggningsövervakningsenhet 32.

På liknande sätt styr styrenhetema 24 för kraftelektronik kraftelektronikenheterna 12 utgående från det temperaturdata som erhållits från temperatursensom 22. I detta exempel kan styrenhetema 24 för kraftelektronik antingen, utan bearbetning, vidarebefordra det obearbetade datat direkt via en informationslänk 30 till anläggningsövervakningsenheten 32, eller direkt i styrenheten 24 bearbeta insamlat mätdata. Om exempelvis informationslänken 30 till anläggningsövervakningsenheten 32 inte fungerar är det fördelaktigt att direkt i styrenhetema 24 kunna bearbeta mätdata och jämföra med inställda eller i databaser lagrade nivåer för att vid behov vidta nödåtgärder som förbikoppling eller bortkoppling av kraftelektroniken i enheten om temperaturgränser överskrids. För att erhålla en koordinerad styrning av elkraftanläggningen kan dock i normalfallet mätdata avseende den verkliga temperaturen på krafthalvledaren från temperatursensorn 22 obearbetat skickas direkt vidare till anläggningsövervakningsenheten 32, där " ..

I 'l . l ógïêﬁ* =::.==::;. -f n. .o eventuella beslut om åtgärder kan koordineras med annan information innan beslut om åtgärder fattas.

Transforrnatorstyrenheten 28 bearbetar, på liknande sätt som i maskinstyrenheten, det måtdata som erhållits från sensoranordningen 26.

Utgående från detta bearbetade data kan transformatorstyrenheten 28 styra transformatorn enligt fördefinierade handlingsplaner. Dessa handlingsplaner kan t.ex. innefatta skydds- och värnfunktioner. Transformatorstyrenheten 28 extraherar även viss information ur erhållet mätdata, sammanställer informationen på ett lämpligt sätt och sänder informationen vidare över en informationslänk 30 till anläggningsövervakningsenheten 32.

Anläggningsövervakningsenheten 32 erhåller information från de olika elkraftobjektens styrenheter 20, 24, 28. I vissa fall är informationen bearbetad och tillrättalagd, för att minska mängden data som överförs, såsom t.ex. är fallet i detta exempel för maskinstyrenhetema 20 och transforrnatorstyrenheten 28. I andra fall, såsom t.ex. för kraftelektroniken, innefattar informationen till anläggningsövervakningsenheten 32 mer eller mindre rådata från temperatursensorn. Anläggningsövervakningsenheten 32 samlar in informationen från styrenheterna 20, 24, 28 och bearbetar denna information för att uppskatta de olika elkraftobjektens 10, 12, 14 innevarande driftmarginaler. Denna uppskattning görs löpande, antingen kontinuerligt eller intermittent. Den innevarande driftmarginalen för varje elkraftobjekt 10, 12 14 uppdateras därför löpande och kan i varje ögonblick ge en bild av tillståndet hos objektet och vilka marginaler som finns att utnyttja. Anläggningsövervakningsenheten 32 kan utgående från dessa innevarande driftmarginaler styra elkraftanläggningens 1 olika delar på ett optimalt sätt. Även viss extern information kan användas. Styrinformation sänds då tillbaka till styrenheterna 20, 24, 28 för de olika elkraftobjekten, så att driften av varje objekt 10, 12, 14 ändras enligt den övergripande planen framtagen av anläggningsövervakningsenheten 32.

Anläggningsövervakningsenheten 32 är företrädesvis även försedd med en ,,§3O 516 8Q.:1g:;_=7=._ =::f=::;. - - . - n o ; . o n n . u. n u una..- kommunikationslänk 34 till yttre enheter, via vilka externa styrsignaler kan erhållas.

I det skisserade exemplet innefattar alla ingående elkraftobjekt mätsensorer.

Man kan naturligtvis också tillämpa den föreliggande uppfinningen på anläggningar där endast vissa av elkraftobjekten innefattar måtsensorer vid svårtillgängliga platser. Emellertid är det även då fördelaktigt om även de elkraftobjekt som inte själva har en övervakning av marginalkritiska storheter kan styras grundat på information från de elkraftobjekt som har sådana mätningar. Med andra ord, om t.ex. kraftelektronikenheterna 12 inte skulle vara temperaturövervakade, skulle man i alla fall vilja kunna styra dessa utgående från informationen erhållen från de elektriska maskinerna och transformatorn 14. De marginalkritiska storheterna utnyttjas alltså till att styra och reglera hela elkraftanläggningens 1 övergripande drift. De stora fördelarna med att använda just innevarande driftmarginaler baserade på marginalkritiska storheter mätta vid svårtillgängliga platser kommer att diskuteras mer i detalj nedan. Åtminstone två av elkraftobjekten är försedda med sensorer för mätning av marginalkritiska parametrar vid svåråtkomliga platser, vilket ger samordningsfördelar, vilka diskuteras mer i detalj nedan.

Samma grundprincip som genomsyrar driften av elkraftanlåggningen i ñg. 1 kan föras vidare till en mer övergripande nivå. Fig. 2 illustrerar ett elkraftnät 2 innefattande tre elkraftanlåggningar 1. Varje elkraftanläggning 1 innefattar en anläggningsövervakningsenhet 32. Elkraftanläggningarria 1 inom ett elkraftnät 2 är anslutna till varandra antingen direkt via anläggningsledningar 16 eller genom ett elkraftobjekt 40 och anläggningsledningar 16, vilket elkraftobjekt 40 i sin tur kan vara anslutet till andra elkraftnät genom en nätledning 52. Elkraftobjektet 40 innefattar en objektstyrenhet 44, vilken är anordnad för informationsöverföring till och från en nätövervakningsenhet 46. Nätövervakningsenheten 46 är även ansluten till elkraftanläggninganias 1 anläggningsövervakningsenheter 32 för överföring av information. Nätövervakningsenheten 46 är vidare företrädesvis försedd med en kommunikationslånk 54 till yttre enheter. .gso 516 8°§f1=:f1f8.=t' " Varje elkraftanlåggning 1 har en inre struktur, liknande den beskriven i samband med ﬁg. 1. Denna inre struktur visas för överskådlighetens skull endast för en av elkraftanläggningarna. Elkraftanläggningen 1 innefattar i det illustrerade exemplet tre elkraftobjekt 40 innefattande var sin .objektstyrenhet 44. Elkraftobjekten 40 är elektriskt anslutna med varandra genom anslutningsledningar 36 och utåt genom en anlâggningsledning 16.

Elkraftobjekten 40 innefattar företrädesvis även sensorer 42 för mätning av marginalkritiska storheter vid svåråtkomliga platser, vilka kommunicerar med objektstyrenheterna 44. Objektstyrenhetema 44 vidarebefordrar associerad med de information parametrarna till uppmätta anläggningsövervakningsenheten 32.

Den information som överförs från anläggningsövervakningsenheterna 32 till nätövervakningsenheten 46 grundar sig åtminstone till en del på de uppmätta marginalkritiska parametrarna. Informationen kan bestå av såväl driftmarginaler för anläggningen 1, annan driftinformation som övrig information. Driftmarginalerna kan även anges tillsammans med annan infonnation, t.ex. prisuppgifter, villkor för driftmarginalernas giltighet mm.

Informationen kan sålunda även inkludera vissa externa parametrar som kan användas som externa styrsignaler. Annan driftinformation kan t.ex. bestå av rapportering av onormala driftbetingelser, vilka t.ex. kan indikera nära förestående fel. Normalt sett överförs ingen direkt information om t.ex. mätvärden till nätövervakningsenheten 46, utan anlåggningsövervaknings- enheten 32 tillsammans med respektive styrenhet 44 utgör ett informationsﬁlter, där onödigt detaljerad information bearbetas till nyttig information innan den förs vidare. Nätövervakningsenheten 46 kan utgående från den driftinformationen som erhållits från anläggningsövervaknings- enheterna 32 styra elkraftnätets 2 drift på ett optimalt sätt. Det bör även här påpekas att den information om driftmarginaler mm. som används för nätdriften är driftmarginaler som baserar sig på de kritiska marginaler som för tillfället har mätts upp. Detta betyder att den beslutsgrund som erbjuds . _, '30 , 516 80:l',=~--= .- = :ff 1:- = . till nätövervakningsenheten 46 uppdateras löpande, varför förutsättningarna för elkraftnätets drift ändras med tiden.

I de ovanstående exemplen har anläggningen respektive nätet varit uppbyggt av homogena bitar. I ﬁg. 3 illustreras istället ett elkraftnät 2, vilket innefattar tre elkraftenheter. Dessa elkraftenheter är i detta exempel ett elkraftobjekt 40, en elkraftanläggning 1 och ett underordnat elkraftnät 2' sammanbundna med en anslutningsledning 36 och en underordnad anläggningsledning 16'.

Elkraftobjektet 40 'har en styrenhet 44 med tillgång till driftmarginalinforrnation angående elkraftobjektet 40, vilken styrenhet 44 kommunicerar med nätövervakningsenheten 46 via en länk 30.

Elkraftanläggningen 1 har en anlåggningsövervakningsenhet 32 med tillgång till driftmarginalinformation angående elkraftanläggningen 1, vilken anläggningsövervakningsenhet 32 kommunicerar med nätövervaknings- enheten 46 via en länk 34. Det underordnade elkraftnätet 2' har en underordnad nätövervakningsenhet 46' med tillgång till driftrnarginal- information angående elkraftnätet 2', vilken underordnade nätövervaknings- enhet 46' kommunicerar med nätövervakningsenheten 46 via en kommunikationslänk 54'. Detta illustrerar att alla elkraftenheter i ett elkraftnät inte behöver vara elkraftenheter från samma nivå i en hierarkisk struktur.

Fig. 4 visar ytterligare ett exempel på hur en hierarkisk elkraftnätstruktiir kan vara uppbyggd. Ett elkraftnät 2 innefattar i detta exempel tre primärt underordnade elkraftnät 2', med tillhörande nätövervakningsenheter 46'.

Dessa primärt underordnade elkraftnät 2' innefattar i sin tur sekundärt underordnade elkraftnät 2", med tillhörande nätövervakningsenheter 46". På detta sätt kan en hierarkisk struktur byggas upp, samtidigt som korsförbindelse mellan olika elkraftenheter kan ge upphov till maskade system. Informationsutbyte kan även ske direkt mellan olika elkraftenheter, såsom illustreras av informationslänkarna 56, tillika de elektriska kopplingarna. I ett typiskt fall är distributionsnät ur hierarkisk synpunkt 51,6 8Ûl__'=§_"==..= furu -s : :205 221121' ' med avseende på deras elektriska koppling uppbyggda på ett radiellt sätt, medan transmissionsnät för det mesta har en maskad elektrisk uppbyggnad.

Ett elkraftnät med denna organisation går att applicera i alla olika delar av ett elkraftsystem. Generering (produktion) och användning (last) av elkraft är uppenbara tillämpningsområden för dessa nåt. Emellertid är även transmissions- och distributionsnät intressanta för denna typ av styrning.

I de ﬂesta elkraftobjekt sker en stor del av de intressanta processema vid platser som inte är så lätt tillgängliga. Dessa platser är ofta ordentligt inneslutna, har dåligt med utrymme runt sig, beﬁnner sig i rörelse, vid hög potential eller är nedsänkta i ogåstvänliga kemikalier. Detta medför att det har varit relativt komplicerat att övervaka de intressanta processerna i detalj. Man har eventuellt gjort tester under konstruktions- eller installationsfaserna, för att sedan överge direkta mätningar vid sådana platser. Istället har man fórlitat sig på beräkningar enligt upporda modeller, eller på statiska gränsvärden satta efter mätningar eller modeller.

De ﬂesta elkraftobjekt idag har olika typer av märkvärden, nominella värden eller gränsvärden förknippade med dess drift. Ofta gäller dessa värden de elektriska egenskaperna såsom ström, spänning, effekt osv., eftersom dessa är av primärt intresse för en användare. De är dessutom ofta angivna för platser som man kan mäta dessa på, dvs. lättillgängliga platser. Såsom nämnts tidigare är dessa parametrar kopplade till de marginalkritiska parametrarna som uppträder på svårtillgängliga platser i elkraftsystemet genom mer eller mindre komplexa samband. Dessa samband har också en tendens att bli mer och mer komplexa ju längre ifrån den centrala processen man kommer, dvs. ju längre från de svårtillgängliga platserna man avlägsnar sig.

Om man, såsomsker i anordningar enligt teknikens ståndpunkt, styr sina elkraftobjekt och elkraftanläggningar enligt dessa statiska gränsvärden, drivs anläggningarna ofta med en ibland onödigt tilltagen marginal. Genom ..íš3° i 516 att istället placera sensorer närmare den egentliga processen, dvs. på svårtillgängliga platser, och dessutom helst också mäta storheter som är direkt knutna till marginalerna, kan en mer dynamisk styrning åstadkommas. Såväl marginalkritiska som materialkritiska storheter hjälper till att ge en bra uppskattning av förhållandena vid den egentliga processen.

Utifrån dessa kan man uppskatta driftrnarginaler genom att t.ex. beräkna dynamiska marginalkritiska och/ eller materialkritiska storheter. En sådan dynamisk styming kan sedan spridas gränsvärden för andra vidare inom elkraftnätet och där också tillåta en ny typ av dynamisk styrning.

För att belysa de möjligheter som uppstår beskrivs nu några förenklade exempel. I fig. 5a illustreras schematiskt ett elkraftsobjekt i form av en transformator 60. Enligt beräkningar klarar transforrnatom maximalt av att överföra en effekt Pc. Denna kritiska effekt Pc är beräknad utgående från konstruktionsmässiga överväganden rörande isoleringsmaterialet runt lindningarna och t.ex. omgivningens temperatur. Detta är angivet att tåla en temperatur av Tc, över vilken materialet skadas. För att kunna klara av smärre felmätningar och ﬂuktuationer sätts en nominell effekt PN för transformatorn, vilken motsvarar en nominell temperatur TN för lindningen (vid kontinuerlig drift).

I ﬁg. 5b illustreras en transformator 60' av en typ som kan ingå i en elkraftanläggning enligt den föreliggande uppﬁnningen. Transformatorn 60' är försedd med en temperatursensor 62, vilken är kopplad till en styrenhet 64, vilken i sin tur står i kommunikation 68 med t.ex. en anläggningsövervakningsenhet (ej visad). I detta exempel antas nu att transformatorn 60' utsätts för en lägre omgivningstemperatur än förutsatt, eller att en kylande luftström 66 utsätter transformator för en avkylning som är större än den som beräkningarna av den kritiska effekten Pc grundats på.

Denna avkylning, gör att om transformatorn 60' används vid den norninella effekten PN, kommer temperaturen i lindningen endast att uppnå TNu På grund av den oförutsedda kylningen finns alltså en outnyttjad marginal i lf-3O ,16 :"::": -S .: - .z = F22* II= ::=' .=:I' 5.5 I transformatom 60'. I styrningen av ett konventionellt elkraftsystem kan inte sådana marginaler detekteras, utan styrningen av driften sker fortfarande grundat på den statiska ursprungsmodellen. I transformatom 60' använd i den föreliggande uppﬁnningen mäts temperaturen kontinuerligt. Om transformatom drivs vid effekten Pc, kommer en temperatur TN' att mätas upp. Styrenheten 64 kan då enkelt konstatera att det fmns en temperaturmarginal att utnyttja. Detta faktum meddelas vidare genom kommunikationslänken 68 till anläggningens övervakningsenhet. Övervakningsenheten kan då, om så är lämpligt eller önskvärt, öka den effekt som sänds genom transformatom 60' till ett värde Po, som överskrider den nominella effekten PN. Då jämvikt inställer sig kommer temperaturen i lindningen att ha ökat till To, vilken ligger med en tillräcklig marginal under den kritiska temperaturen. Detta effektﬂöde kan alltså hållas kontinuerligt, så länge som den utökade kylningen föreligger. Försvinner den förstärkta kylningen kommer temperaturen i lindningania stiga och närma sig den kritiska gränsen, och effekten genom transformatom måste begränsas.

Ytterligare fördelar med system enligt den föreliggande uppﬁnningen uppkommer vid icke-statisk drift av elkraftenhetema. I ﬁg. 6a visas den genererade effekten från en växelströmsgenerator under konstant drift.

Enligt konstruktionsavväganden har en nominell effekt PN angivits, vilken vid kontinuerlig drift ska motsvara en viss kritisk temperatur i rotorlindningen Tc. I ﬁg. 6b visas rotortemperaturen under motsvarande tidsperiod. Om nu maskinen endast önskas vara i drift under begränsade tidsperioder, hinner inte någon temperatuxjämvikt inställa sig i rotorn. I en generator enligt teknikens ståndpunkt kan fortfarande inte PN överskridas utan att diverse överbelastningsskydd löser ut. I ett system enligt den föreliggande uppﬁnningen kan andra styrförlopp användas. I figur 6c visas ett driftsförlopp, där generatorn drivs för att generera en effekt Po överstigande den nominella under begränsade tidsintervall. I figur 6d visas ett motsvarande. diagram över temperaturförloppet i rotom. Genom att övervaka rotortemperaturen kan man alltså under kortare perioder tillåta ' ÉšO I ~ ~ - - . - . . . ,, sådana effektuttag, som under kontinuerlig drift skulle orsaka materialskador på anläggningen.

Dessa ovanstående exempel har varit inriktade på driften av enskilda elkraftsobjekt. Motsvarande resonemang kan emellertid överföras även på styrningen av elkraftanläggningar och elkraftnät. För att i dessa fall uppnå en optimal drift bör även andra bivillkor, vilka i detta sammanhang kan betecknas som "externa data", inkluderas i styrningen av anläggningar och nät. Dessa bivillkor kan utgöras av såväl andra tekniska, ekonomiska, miljömässiga som administrativa data. En styrning av ett elkraftnät kan till exempel användas för att planera överföringskapaciteter och exempelvis undvika att det bildas kapacitetsbrist i vissa överföringskorridorer och därmed s.k. ﬂaskhalsar i elkraftnätet. Det finns således ett naturligt inneboende samband, men även en inbyggd motsättning, mellan driftsäkerhet, elkvalitet och ekonomi.

En effektiv drift av elkraftobjekt och elkraftanläggningar kan erhållas genom att utnyttja möjligheterna till mätning av marginalkritiska storheter på svårtillgängliga platser i ett elkraftsystem. En genomtänkt användning av sådana mätdata kan resultera i reducerade påkänningar och förbättrade livslängder för elkraftobjekt. Detta kan exempelvis åstadkommas genom ett effektivt utnyttjande av i objekten befintliga marginaler eller genom en omfördelning av effekt i anläggningar eller nät. En avvägd planering mellan driftsäkerhet och driftekonomi bör även inkludera miljöaspekter. Idag används optimeringsalgoritmer vid driften av ett elkraftsystem i första hand för att minimera kostnader, eller förluster i nätet. Optimeringsalgoritmer kan även användas för att göra avvägningar mellan driftsäkerhetsaspekter och ekonomiska hänsyn, och även miljömässiga hänsyn kan inkluderas i denna avvägning. Som exempel på en avvägning mellan driftekonomi och miljö där vissa produktionsenheter körs utan hänsyn till deras marginalkostnader, exempelvis i syfte att reducera utsläpp av växthusgaser. Denna typ av avvägningar mellan olika prioriteringar kan resultera i ett ökat utnyttjande av vissa elkraftobjekt, vilka det därmed ﬁnns ett större intresse av att 1 , i »i » »'30 ..~ n»- 516 -1 .: z. .: ' s24a= ::='::f' 5.5 Vi övervaka och styra, samt vid behov och under kontrollerade former kunna överlasta under begränsade tider. Vidare kan det exempelvis ﬁnnas intresse av att låta driftsäkerhetsaspekter få en högre prioritet och gå före när det finns risk (ökad sannolikhet) för en störning i produktions- eller transmissionssystemet som kan leda till ett omfattande systemsammanbrott, dvs. en kollapssituation.

I ﬁg. 7a illustreras ett elkraftnät 2 innefattande tre elkraftanläggningar 1, i figuren betecknade A, B och C, vilka var och en har en anläggningsövervakningsenhet 32. Elkraftnätet 2 innefattar i detta exempel vidare ett elkraftsobjekt 40 och en nätövervakningsenhet 46.

Fig. 7b illustrerar uttagen effekt (streckade staplar) respektive effektmarginal (ofyllda staplar) för de i elkraftnätet ingående anläggningarna vid en första tidpunkt. Man kan här se att uttagen effekt från anläggning B är mycket nära maximalt tillgänglig effekt. Anläggning C har däremot en god marginal.

Vid en eventuell brist på effekt i nätet kan man därför med fördel utnyttja anläggning C för att råda bot på detta.

Fig. 7b illustrerar samma storheter i samma elkraftnät, men vid en annan tidpunkt. Förhållandena har nu ändrat sig. Anläggningen B har nu meddelat att dess marginal kraftigt har ökats, t.ex. p.g.a. att ytterligare elkraftobjekt nu har satts in. Samtidigt har anläggningen C drabbats' av driftsvårigheter genom att den omgivande temperaturen kraftigt har höjts. Den tillgängliga effektrnarginalen har därför sjunkit märkbart. Planeringen av åtgärderna vid en driftstörning i hela elkraftnätet bör nu ändras, så att ett effektivt utnyttjande av marginalerna kan ske.

Om man dessutom beaktar tidsaspekten för driftstyrning kan förhållandena ändras ytterligare. Från ﬁg. 7b och 7c kan det tyckas som om anläggning A är den stabilaste och mycket möjligt har den högsta potentialen för att hjälpa till att klara av driftstörningar. I ﬁg. 7d illustreras emellertid tillgänglig effekt en kort begränsad tidsperiod. Det visar sig här att lO . . '30 .. -16 anläggningen B har en stor tröghet vad gäller uppvärmning vid övereffektuttag, och alltså under en kort tid kan leverera en mycket stor effekt. Samma resonemang gäller även anläggning B. Anläggning A är däremot mycket känslig för övereffektuttag och kan endast öka sin tillgängliga effekt mycket marginellt, även för korta tidsperioder.

I ﬁg. 7e illustreras vidare ytterligare en viktig faktor - priset. Avgörandena om hur elkraftnätet ska styras beror en del på de rent tekniska resonemangen. Emellertid kommer även priset för de tillgängliga effekterna att ha en avgörande betydelse. I vissa fall kan man till och med välja att avsiktligt förkorta en anläggnings livstid genom att t.ex. driva anläggningen på ett ofördelaktigt sätt, om bara den ekonomiska ersättningen är tillräckligt hög. Driftmarginaler och information om dessa kan alltså förses även med helt utifrån härrörande information, t.ex. pris eller särskild miljöhänsynstaganden. Denna externa information tillförs till elkraftsystemet från externa källor på ett medvetet sätt, för att understödja olika beslutsprocesser.

Figur 11 visar ett exempel på ett elkraftnät med två inmatningspunkter H, J och ett lastområde L, till vilket det finns två huvudsakliga vägar för effekten att ta sig fram. I ett elkraftnät kan s.k. ﬂaskhalsar K uppstå på transmissionssidan genom att elkraftobjekt har olika belastningsförmåga. I exemplet antas elkraftobjekt K ha en lägre belastningsförmåga och därigenom utgöra en ﬂaskhals som begränsar överföringskapaciteten mellan inmatningspunkterna (produktionsomrädena) och lasten. Till följd av att effektﬂödet förändras vid olika belastnings- och produktionsfördelningar kan olika elkraftobjekt utgöra ﬂaskhalsar vid olika tidpunkter. Genom att exempelvis mäta temperaturen på kritiska platser i olika elkraftobjekt, ofta på svårtillgängliga platser, kan deras aktuella överföringsförmågan bestämmas. Detta förbättrar möjligheterna att övervaka och utnyttja tillgänglig kapacitet i olika elkraftobjekt, vilket kan förbättra överföringskapaciteten och driftsäkerheten samt reducera förlusterna i elkraftnätet. Kunskap om den aktuella kapaciteten skapar förbättrade ., I ßI ' 30 . 516 8f:'-I=1:II::~@=' möjligheter att överlasta komponenter, exempelvis transformatorer i viktiga knutpunkter, vilket kan användas till dynamisk övervakning av marginalkritiska storheter. Möjligheter att aktivt påverka, styra, effektﬂödet skapar en ökad flexibilitet avseende effektﬂödesstyrning och öppnar härvid nya möjligheter till att optimera driften av elkraftsystemet.

Ett näraliggande exempel med avseende på optimalt kapacitetsutnyttjande illustreras genom ﬁg. 8a. I ﬁguren visas en elkraftanläggning 1, med fyra elkraftobjekt 40, betecknade D, E, F och G. Elkraftobjekt D kan anslutas till yttre enheter antingen genom elkraftobjekt E eller G. På samma sätt kan elkraftobjekt F anslutas till yttre enheter antingen genom elkraftobjekt E eller G. I ﬁg. 8b visas en driftsituation för anläggningen. Elkraftobjektet D producerar en effekt som motsvarar den streckade stapeln. Denna effekt förs genom elkraftobjekt E. De tomma staplarna illustrerar såsom tidigare för tillfället tillgängligt effektutriyttjande. Elkraftobjekt F producerar också en effekt, vilken förs genom elkraftobjekt G ut till ett yttre nät.

I ﬁg. 8c visas anläggningen vid ett senare tillfälle. Tillgänglig effektöverföring genom elkraftobjekt E har av någon anledning minskat, men är tillräcklig för effekten producerad av F. På samma sätt kan effekten från D överföras genom att maximalt utnyttja Gzs kapacitet. En omkoppling kan på detta sätt skydda anläggningens totala effektgenerering.

I ﬁg. 8d har man försökt att optimera den totala effektgenereringen. Genom att maximalt utnyttja marginalerna för D och G kan en mindre höjning åstadkommas. Fig. 8e visar situationen vid ett senare tillfälle, där marginalerna för elkraftobjekt F har ökat. Nu är det istället fördelaktigt att låta Fzs effekt passera E och istället dra ner påD:s effekt till Gzs maximala nivå, för att totalt sett få ut en större effekt från anläggningen.

De ovanstående simpla exemplen visar på de fördelar man kan uppnå genom en dynamisk marginalövervakning. I verkliga system blir naturligtvis alla samband mycket mer komplicerade, men de grundläggande principerna med ;,3O 516 80:-* att en ökad dynamisk övervakning av direkt marginalkritiska storheter öppnar för en ny typ av övervaknings- och styrningsﬁlosoﬁ gäller ändå.

Kunskap om den aktuella kapaciteten hos olika elkraftobjekt kan användas för en dynamisk övervakning av marginalkritiska storheter. Möjligheter att aktivt påverka, styra, effektﬂödet öppnar härvid nya möjligheter till att skapa ett ﬂexibelt elkraftsystem.

Med de ovanstående systemen kan man arbeta på tre tidshorisonter. Det omedelbara är naturligtvis att arbeta med den direkta driften. Tillgängliga marginaler kan användas direkt för att åstadkomma en optimal styrning av systemen. I en annan synsätt, kan mätningarna också användas för driftplanering av t.ex. åtgärdsprogram vid felsituationer eller tillfälliga belastningstoppar etc. Som en tredje tidsaspekt kan mätningarna även användas för prognoseringsändamål, vilket kan användas för långsiktig produktions- eller nätutbyggnadsplanering.

Mätningarna av marginalkritiska storheter vid svårtillgängliga platser utgör såsom beskrivits ovan grunden till det nya sättet att övervaka elkraftsystem.

Emellertid behövs också i viss grad andra typer av mätningar för att förfina beslutsunderlagen. Sådana mätningar kan t.ex. konventionella mätningar vid lättåtkomliga platser, eller mätningar av t.ex. materialrelaterade storheter, topologi, läge, hastighet mm. Dessa mätningar kan förfina det beslutsunderlag som ligger tillgrund för styrningen.

Ur de ovanstående exemplen kan man förstå att marginalkritiska storheter från svårtillgängliga platser i ett elkraftobjekt med fördel används i kombination med marginalkritiska storheter från svårtillgängliga platser i ett annat elkraftobjekt. Kombinationen av denna typ av information öppnar nya möjligheter till styrförfaranden, särsldlt när de olika elkraftobjekten år av olika kategorier. Den kombinerade informationen kan sedan lätt kommuniceras tillbaka till det enskild objektet såsom styrinformation, varefter styrningen av objektet kan ske lokalt, dvs. i direkt anslutning till den plats där ursprungsmätningen ordes.

.. . -O ,.3 . i I lv I 0- u u u-'w 'Pc o o; . a o p _ I: -' n e: u 'n :n n: n. nu q g ,' , 2 f ß :' ° ' i 0 v I v n g " *I .u n a a I u r : n .516 80Émç Beroende av vilken typ av elkraftobjekt mätningen och styrningen gäller, är de marginalkritiska storhetema och de svårtillgängliga platserna av olika karaktär.

Elektriska maskiner innefattar motorer och generatorer av olika typer. De allra ﬂesta maskinema är roterande elektriska maskiner innefattande rotor, stator och därtill hörande lindningar. Den elektromagnetiska processen i en elektrisk roterande maskin äger i princip rum i gapet mellan de roterande och de stillastående delarna. Eftersom förhållandena i rotorn är mer isolerade och svåmppskattade utgör normalt sett rotormarginalerna de mest kritiska i en roterande elektrisk maskin. Storheter uppmätta direkt på rotom, såsom ström, spänning, fasstorheter, temperaturer, utgör därför de mest intressanta storhetema. Ãven storheter såsom axelmoment och partiella urladdningar (PD) kan vara av intresse. Ytterligare storheter som kan vara av intresse att mäta kan t.ex. vara de mekaniska vibrationerna i rotom, Ett ändrat utseende pä vibratíonsspektrumet kan indikera begynnande mekaniska problem, och kan också föranleda ändrad driftstyrning, för att undvika oläglíga haverier.

Gränserna för hur hårt en roterande elektrisk maskin kan utnyttjas sätts ofta av överväganden angående temperatur, t.ex. stator- och fältlindningamas temperaturer. Exempelvis en synkronmaskin, vilken innefattar en strömriktaranordning och en lindningsförsedd rotor kan förses med en medroterande processeringsenhet, samt en likaledes medroterande kommunikationsenhet för trådlös informationsöverföring till en stationär enhet. Överföringen kan lämpligtvis ske via radio. Till rotorn finns även åtminstone en medroterande givare för mätning av med rotorn associerade marginal- och/ eller materialkritiska storheter, exempelvis temperatur. En stationär processeringsenhet är ansluten till ett stationärt kommunikationsorgan. Det stationära kommunikationsorganet är anordnat att sända och ta emot data genom den trådlösa infonnationsöverföringen med det medroterande kommunikationsorganet. . .. '30 .

Flo! i 516 " e o. . ø o ø ~ u o ø n Q ao Genom att placera en processeringsenhet medroterande till rotorn, erhåller man en möjlighet till lokal behandling av lokalt erhållet data. Därigenom minimeras den mängd data som måste överföras mellan stationära och rörliga delar. Placeringen av processorenheten medroterande tillhandahåller även en möjlighet till autonom drift av rotorn, vid eventuella avbrott på kommunikationen med stationära delar.

I transformatorer sker den elektromagnetiska processen mellan primär och sekundärlindningama. Lindningarna är normalt isolerade, antingen av fasta eller ﬂytande isoleringsmaterial, vilka normalt sett sätter många av gränsvärdena i en transformator. Storheter uppmätta direkt i närheten av de vid hög potential belägna lindningarna inuti sin isolering utgör därför de mest intressanta storheterna. Temperatur och spänningar (inklusive fasstorheter) är viktiga storheter att få tillgång till.

Högeffektelektronik används idag bl.a. i lcraftöverföringssystem för högspänd likström (HVDC, High Voltage Direct Current) eller kompensatorer för reaktiv effektreglering, den vanligast förekommande utgörs av SVC-anläggningar (Static Var Compensator). Strömriktarkopplingar för stora effekter utförs idag mest med kiselbaserade tyristorer. Dessa kopplingar kräver ofta stora reaktiva effekter p.g.a. att växelströmsnätets strömmar får stor fasförskjutning relativt dess spänningar. Detta innebär att dimensioneringen av maskiner för strömriktarbaserade system och av strömriktare måste ta hänsyn till reaktiva effektﬂöden, dvs. till reaktiva förluster i maskiners och växelströmsnätets reaktanser och till behov av faskompensering, således inte enbart till de rent aktiva effektﬂödena med mer eller mindre försumbara aktiva förluster.

Kraftelektronikkomponenter kännetecknas av små dimensioner och snabb respons speciellt vad avser temperatur och dess derivata. Märkvärdet vad avser ström beror t.ex. av temperatumivån i själva halvledarskivan.

Kraftkondensatorer såväl som de högspänningsgenomföringar, som ingår i roterande elektriska maskiner, krafttransformatorer, reaktorer och kopplingsorgan, är båda två uppbyggda av dielektriska system i vilka 1.330 ,16 80;1,;--.-..- .= _: - aßpïf '::f'::f' .='I' .I. temperaturen, speciellt vid s.k. "hot-spots", år väsentlig för att övervaka och fullt utnyttja marginalerna i elkraftobjekten.

Nivån avseende temperaturgränserna för halvledare i kraftelektroniska applikationer kan vara olika beroende på omgivningstemperaturen. Som exempel kan nämnas en strömgräns för elkraftobjektet på låt såga 40 A vid hög omgivningstemperatur och låt säga 50 A vid lägre omgivningstemperatur för att utnyttja temperaturskillnaden mot omgivningen. Möjligheten att placera en temperatursensor direkt på eller i anslutning till halvledaren kan i detta sammanhang ytterligare förbättra möjligheten att utnyttja dess fulla temperaturornråde, genom att kontinuerligt mäta temperaturen direkt vid elkraftobjektet.

Den föreliggande uppﬁnningen bygger på att styrenhetema och övervakningsenhetema på de olika nivåema innefattar "intelligenta" organ vilka dels har viss processerings- eller bearbetningskapacitet och dels klarar av att kommunicera med varandra. Kommunikationen mellan olika delar i systemen kan ske på olika sätt enligt känd teknik och anpassas företrädesvis till de aktuella behoven. För kommunikation, där bl.a. skydd och vårn utgör en viktig del, väljs lämpligen en snabb kommunikation, medan kommunikation av data av mer tidsneutral karaktär kan ske över långsammare medier. Kommunikationen kan således vara olika i olika delar av ett elkraftsystem. Lämpliga tekniker för kommunikation är radio, radiolänk, telenätet, signalkablar, ﬁberoptiska förbindelser, Internet, kommunikation via intranet, satellitförbindelser samt bärfrekvensförbindelser över kraftledningarna.

I Fig. 9 visas en skiss av ett hierarkiskt system av styr- och övervakningsenheter. För överskådlighetens skull har ett antal hänvisningssiffror för lika komponenter utelåmnats. Ett antal styrenheter 42 kommunicerar med ett antal anläggningsövervakningsenheter 32, vilka i sin tur står i kontakt med nätövervakningsenheter 46. Strukturen kan sedan fortsätta upp ett antal nivåer. En styrenhet 42 har alltså en -gso sar-s ::= ::=' ' n u» - n o - a a n . ø n wo kommunikationslänk 72A, 72B till en anläggningsövervakningsenhet 32.

Denna kommunikationslänk 72A, 72B innefattar en uppåtgående kanal 74 och en nedåtgående kanal 76. Även dessa kanaler kan även vara av olika typ, eftersom den typ av data som transporteras är olika i de olika riktningarna. En kommunikationslänk 72A mellan en specifik styrenhet och en anläggningsövervakningsenhet kan också skilja sig från en annan kommunikationslånk 72B från en annan styrenhet till samma eller annan anläggningsövervakningsenhet. En styrenhet kan även ha kommunikationsmöjligheter 75 med ﬂer än en anläggningsövervakningsenhet, eller kommunikation 77 direkt med andra styrenheter. Den föreliggande uppfinningen utnyttjas bäst om varje styrenhet 42 som tillhandahåller marginalkritiska storheter från svårtillgängliga platser har möjlighet till en dubbelriktad kommunikation på något sätt.

Samma resonemang gäller även uppåt i hierarkin. Kommunikationslänkar kan finnas såväl mellan övervakningsenheter på olika nivåer 80, 82 som mellan övervakningsenheter på samma nivå 78. För att systemet ska fungera tillfredsställande fordras även här en möjlighet till dubbelriktat informationsutbyte mellan de olika ingående övervakningsenheterna.

Externa data kan med fördel tillsättas till systemet via en extern länk 81 på en eller ﬂera nivåer.

Fördelarna avseende den operativa driften genom den föreliggande uppfinningen uppstår i första hand genom tillgången till bättre indata, direkt uppmätta marginalkritiska storheter från svårtillgängliga platser i elkraftsystemet. Tillgången till verkligt uppmätt data, i kontrast till beräknat eller uppskattat, skapar en förﬁnad upplösning. Detta påverkar i sin tur funktioner som optimal drift via exempelvis OPF (optimal power ﬂow), samt funktioner för förlustininimering, statisk driftsäkerhetsanalys och dynamisk driftsäkerhetsanalys. Driftpunkten kan styras för att skapa lämpliga säkra marginaler till tekniska begränsningar, t.ex. termiska gränser, spänningsstabilitetsgränser eller transienta stabilitetsgränser. Samtidigt kan 2-30 516 __. fun: _¿ _¿ ti: __ _, : 332:-' II: Ii' man skapa en ekonomiskt optimal drift av nätet, antingen genom en centraliserad produktionsplanering eller genom en avreglerad elmarknad där priset styr.

Eftersom det uppmätta datat dessutom speglar den innevarande aktuella situationen, tillhandahåller den föreliggande uppfmningen även en ny dynamisk dimension. Till skillnad från tidigare driftoptimeringar, tillhandahålls nu resurser med dynamiskt varierande kapacitet. Koordinerad övervakning av laster, 'där tillgången till intemt uppmätt data skapar nya möjligheter avseende intelligent laststyming, från tillfälle till tillfälle.

Förlustminirnering baserat på faktiska data ger genom lägre totala förluster i elkraftsystemet även miljöfördelar. Den föreliggande uppﬁnningen erbjuder möjligheter till bättre dimensionering av komponenter, dvs. mindre storlek räknat i MVA, genom att möjliggöra en operativ drift närmare verkliga aktuella marginaler eller gränser. Detta på grund av tillgången till verkligt uppmätt driftdata, till skillnad från uppskattat dito. Om man t.ex. till en generator på 1,0 effektenheter tidigare kopplat en transformator på 1,2 effektenheter, kan man nu genom att bättre kunna övervaka tillståndet i transformatom minska storleken. Tillståndet avser framför allt temperaturen i de aktiva delarna innanför kapslingen och isoleringen. Transformatom kan istället exempelvis dimensioneras för 1,1 effektenheter. Den mindre materialmångd som behövs för denna transformator ger därvid miljöfórdelar.

Uppñnningen underlättar införandet av adaptiva reläskydd, vilket kan inkludera förändringar av reläskyddens inställningar med hänsyn till såväl lokalt uppmätta storheter från svårtillgängliga platser som baserade på insignaler (utifrån). Styrsignaler som kommer utifrån kan baseras på såväl tekniska som ekonomiska (eller kombinationer av tekniska och ekonomiska) bedömningar. Omställning av reläskydd möjliggör ett utnyttjande av tillgängliga resurser baserat på aktuella marginaler och ej i förväg inställda värden. Detta bör i de ﬂesta fall möjliggöra en ökad överföringsförrnäga, men framför allt skapa säkrare drift med hänsyn till den aktuella driftsituationen . .. “30 . : z33-x' fi: IF' n man a. - och ett förbättrat skydd av känsliga komponenter i nätet (direkt uppmätta värden, ej uppskattade). Adaptiva relâskydd i denna ansökan avser (i första hand) skydd för enskilda elektriska komponenter som exempelvis elektriska maskiner och transformatorer.

Den föreliggande uppfinningen innefattar företrädesvis även en databasuppbyggnad. I tidigare databaser har huvudsakligen estimerade driftdata använts, uppskattade enligt olika modeller. Direkt uppmätt driftdata från svårtillgängliga platser ger ett betydligt bättre beslutsunderlag i och med att datat är riktigare och mer konsistent. Databaser bör finnas vid olika nivåer i elkraftsystemet. I ﬁg. 9 indikeras databaser med hänvisningssiffran 70, och databaser av olika slag finns alltså företrädesvis såväl i styrenheter 42, anläggningsövervakningsenheter 32 som nätövervakningsenheter 46. Innehållet i dessa databaser kan emellertid skilja sig väsentligt. I styrenheterna 42 innefattar databaserna företrädesvis data associerat till olika driftsituationer för elkraftobjektet. Styrenhetema 42 kan t.ex. innefatta historiska databaser som möjliggör lokal styrning av elkraftobjektet om det uppstår ett avbrott i kommunikationssystemet.

Däremot sker styrning exempelvis med avseende på koordinerad elkraftanläggning spänningsreglering inom en lämpligen via anläggningsövervakningsenheter 32.

»Motsvarande styrning kan ske på olika hierarkiska nivåer i ett elkraftsystem.

Behovet av lokala historiska databaser kan användas för att förbättra styrningen av delar av elkraftnätet om det uppstår avbrott i kommunikationssystemet. Avbrott i överföringen av information avseende driften i elkraftsystem kan uppstå på olika nivåer i elkraftövervakningssystemet. Dessa avbrott kan bero på avbrott i kommunikationssystemen mellan olika delar eller genom att vissa delar av ett elkraftnät elektriskt sett kollapsar, en s.k. black-out. Två intressanta fall kan exempliﬁeras av kommunikationsavbrott mellan enskilda elkraftobjektet och dess .överordnade enheter eller mellan en elkraftanläggning och övriga delar i elkraítnätet. i i! . '30 . :"::": 'å 'i :": få* ff: Ii' .§..:I.' in: i Som exempel på nyttan av uppﬁnningen vid kommunikationsavbrott mellan en elkraftanläggning och överordnade nätövervakningsenheter kan närnnas möjligheterna att styra produktion och last i ett delområde via nätövervakningsenhetens historiska databasen i den isolerade elkraftanläggningen eller i det isolerade delnätet. Delområdet är ur kommunikationssynpunkt isolerat från hierarkiskt sett överordnade nätövervakningsenheter. Genom att utnyttja lokalt tillgängliga mätvärden och lagrad information kan en alltför konservativ drift av maskiner och anläggningsdelar undvikas fram tills dess att kommunikationema med överordnade nätövervakningsenheter åter kan säkerställas. Ett annat besläktat exempel på en situation när historiska databaser kan utnyttjas, utgörs av s.k. ödrift, då enskilda områden i kraftsystemet, ofta till följd av en storstöming, opererar autonomt under en tid fram tills dess att de olika öarna åter kan synkroniseras.

Under ödriftssituationer är ofta hela systemets stabilitet och integritet hotad, och om inte snabba åtgärder vidtas kan även de skilda nätdelarna kollapsa, d.v.s. en total black-out av systemet. Det kan då vara av särskilt stort intresse att under kontrollerade former och systematiskt kunna överlasta vissa elkraftobjekt för att rädda kvar viktiga laster i ett delsystem under detta kritiska skede. Ett gott exempel på en last som det kan ﬁnnas intresse att säkerställa försörjningen av elenergi till är sjukvården, i alla fall under en begränsad tidsperiod, även om detta skulle innebära att vissa elkraftobjekt blir överlastade. Genom att ha tillgång till direkt uppmätta data från dessa elkraftobjekt kan en förbättrad avvägning göras mellan behovet av att säkra den viktiga lasten och riskerna med att överbelasta objektet. Det kan vid sådana tillfällen ﬁnnas en relativt stor benägenhet att offra en del av livslängden på elkraftobjektet om detta kan göras utan risk för följdskador och andra allvarliga konsekvenser för omgivningen, i alla fall om det kan leda till att viktiga laster kan försörjas på ett betryggande sätt. 430 1':É":".:' :"::": 'i 'E :': f -- 5352: fi: IF' .É..:É.° ' Fördelar med tillgången till direkta uppmätta data från svårtillgängliga platser tillsammans med historiska databaser kan dessutom erhållas vid avbrott i kommunikationen mellan ett enskilt elkraftobjekt och dess överordnade öveivakningsenhet. Ett problem med konventionella maskinskydd och maskinbegränsare enligt teknikens ståndpunkt är att de i många fall bygger på grova statiska modeller om förlustgenerering och förlustledning samt temperaturstegring. För att ett skydd ska erhållas även för tämligen extrema förhållanden måste stora säkerhetsmarginaler användas, och dessutom beaktas ofta de faktiska förhållandena såsom variation i omgivningens temperatur mycket lite. En roterande maskin utrustas enligt uppfinningen lämpligen med både en roterande och en stationär processeringsenhet för att samla in mätdata från såväl statorn som rotorn, vilken i detta sammanhang utgör en svårtillgänglig plats. De nya möjligheterna till insamling och bearbetning av mätdata skapar klart förbättrade förutsättningar med avseende på autonom drift av maskinen vid stömingar i såväl elkraftsystemet som kommunikationssystemet.

Vid nonnal drift påverkar lokalt uppmätta data samt utifrån kommande styrsignaler baserade på annan teknisk, ekonomisk, miljömässig och/ eller administrativ information hur objektet styrs. I och med att kommunikationen med externa övervakningsenheter bryts blir det svårare att koordinera driften av objektet med andra elkraftobjekt. Vid exempelvis kommunikationsavbrott mellan elkraftobjektet och dess överordnade enheter kan via uppfinningen en gentemot dagens teknologi förbättrad autonom styrning av objektet erhållas. Denna autonoma styrning baseras i fallet med en roterande maskin på, direkt via maskinens stationära och/ eller medroterande processeringsenhet, uppmätta data i kombination med data angående maskinens egenskaper samt driftbetingelser och status lagrade i historiska databaser i anslutningen till maskinen. Exempelvis kan en autonomt fungerande generator utnyttjas för planlagd (koordinerad) spänningsreglering, i alla fall under begränsade perioder, och tills dess att kommunikationssystemet är återupprättat. Detta kan åstadkommas t.ex. genom att kombinera information om aktuell tidpunkt och veckodag med i 330 _ 5 1 ':É":".:' :"::": 'i ' '° 5361:' fi: II" databasen lagrad information om tidigare styrning under likartade villkor samt extrapolerade data från driften av elkraftobjektet före störningen. Detta kan även inkludera en lokalt kontrollerad överlastning av en autonomt fungerande generator, vilket även det kan hjälpa till att upprätthålla spänningsstabiliteten i elkraftnätet.

Ytterligare ett exempel på autonom styrning kan utgöras av ett koordinerat utnyttjande av reaktiva resurser i ett isolerat elkraftnät. Antag att ett område blivit elektriskt isolerat efter en störning och att det finns ett underskott av reaktiv effekt. Generellt sätt gäller att kraftelektronik kan överlastas relativt kort tid i förhållande till elektriska maskiner. Det kan dock finnas en intressant potential att omedelbart efter störningen utnyttja kraftelektroniken så mycket som det går genom att mäta temperaturen direkt på halvledarkretsen och utnyttja den aktuellt tillgängliga temperaturmarginalen för att så att säga "köpa tid" för att hinna genomföra andra åtgärder, och på så sätt reducera risken för en mer omfattande störning. Åtgärderna som vidtas i det isolerade elkraftnätet bygger på insamling av aktuella data från olika elkraftobjekt och informationen koordineras lämpligen i en i delnätet tillgänglig nätövervakningsenhet. Vid normaldrift är nätövervakningsenhetens huvuduppgifter att säkerställa en tillförlitlig och ekonomiskt optimal drift av nätet, medan den vid störningar av den beskrivna typen övergår till att prioritera driftsäkerhetsaspekter. Genom att exempelvis reducera det aktiva effektuttaget, kan det skapas extra utrymme för reaktiv effektproduktion i inkopplade synkrongeneratorer, vilket kan hjälpa till att upprätthålla spänningsregleringen och försörja de viktigaste lasterna tills dess att delnätet åter kan synkroniseras med det övriga elkraftsystemet. Detta kan dock leda till ökade kostnader, exempelvis genom leveranstillförlitlighetsavtal med kunder. Genom att kunna övervaka den verkliga temperaturen i såväl stator som rotor förbättras möjlighetema till en koordinerad och kontrollerad överlast av maskinema, vilken kan utnyttjas . . '30 , . 516 1É':É":". :' :"::": 'i 'É :'°: i " .3? II: iii' .É..:I.' in: i för att genomföra ytterligare omkopplingar och säkerställa försörjningen av de viktigaste lasterna i det isolerade elkraftnätet.

De uppbyggda databaserna kan även användas för tekniska tilläggstjänster, exempelvis i form av stöd vid planering och prissättning av produktions- resurser, spänningsreglering, reaktiva reserver, frekvensreglering samt momentana och snabba aktiva reserver. Information om tillgång på och prissättning av stödtjänster (s.k. ancillary services) är ett relativt nytt önskemål p.g.a. tillkomsten av avreglerade elmarknader. Tillgång till information om hur generatorer och andra elkraftobjekt belastats och hur nära gränserna de körts respektive hur mycket överlast de kan hantera utgör mycket intressant information i samband med uppbyggnaden av sådana databaser. Olika intressenter kommer i detta sammanhang att ha olika, och ibland motstridiga, intressen. Som exempel kan nämnas skillnader i intressen och önskemål angående ansvarsfördelning mellan ägare av produktionsanläggningar, ägare av transmissionsresurser och oberoende systemoperatörer. Genom att samla in mätdata och bygga upp denna typ av driftdatabaser kan en bättre överblick av exempelvis kostnaderna som tillhör reaktiv effektproduktion erhållas. Tillgången på direkt uppmätta driftdata från svårtillgängliga platser utgör en mycket viktig infonnationskälla avseende uppskattningen av den verkliga kostnadsbilden.

På en avreglerad elmarknad år det inte enbart nätoperatörer samt ägare av produktionsanläggningar och nätstationer som kan vara intresserade av denna typ av information utan även nya marknadsaktörer som kraftmäklare, oberoende kraftproducenter och fristående energitjänstföretag. Spridningen av viss information erhåller ett värde för de olika marknadsaktörerna genom de nya möjlighetema att exempelvis ta betalt för att köra ett elkraftobjekt. extra hårt under en viss tid, och således reducera dess livslängd. Det finns således även ett intresse av att begränsa rättigheterna för de olika aktörema att ta del av viss information. Detta kan exempelvis göras genom införandet av säkerhetsnycklar (kryptering) i det använda kommunikationsprotokollet.

Ett genomtänkt utnyttjande av behörighetskriterier kan skapa ett system .16 8Q__1gjj==..= fw; -s = :ass ::=::=" med fullgod sekretess mot obehörig spridning av sådan information som kan ha ett ekonomiskt värde.

En historisk databas med information om driften vid start och stopp av t.ex. en elektrisk maskin, kombinerat med faktiska uppmätta temperaturdata skapar möjligheter att beräkna de verkliga kostnaderna för stopp och start av elektriska maskiner. Denna information saknas till stora delar idag, framför allt för vattenkraftaggregat. Till följd av centraliserad produktionsplanering var det tidigare relativt ovanligt att, framför allt, vattenkraftaggregat startade och stoppade ﬂera gånger per dag. Detta kommer sannolikt att bli allt vanligare till följd av avregleringen. De specifika kostnader, ökat slitage etc., som detta medför är emellertid ofta oklara för aggregatägaren. Kombinationerna med nya temperaturmätdata och historiska databaser gör det möjligt att ta fram förbättrade uppskattningar av involverade kostnader för start och stopp av aggregat.

Temperaturdata och nivåer av partiella urladdningar (PD), uppmätta främst' vid svårtillgängliga platser, skapar ett förbättrat underlag för planering av underhåll och återinvesteringar i befintliga anläggningar, samt förbättrade uppskattningar av komponenternas livslängd. Genom den föreliggande uppfinningen tillhandahålls kunskap om t.ex. vilka temperaturer som lindningar i en rotor och transformatorlindningar verkligen utsatts för.

Tidigare har bara uppskattningar av dessa temperaturer orts med olika mer eller mindre välorda termiska modeller av komponenterna. Även temperaturen i statom är av intresse. Dessa verkliga värden kan därmed samlas i en databas och utnyttjas som en loggning av den terrniska historien. Detta skapar möjligheter att t.ex. ta fram s.k. "badkarskurvor", för respektive övervakad komponent, som beskriver hur sannolikheten för fel förändras i och med att komponenten åldras. Sådana badkarskurvor anger felfrekvensen som en funktion av drifttiden och tillgången till tillförlitliga "badkarskurvor" skapar härigenom förbättrade möjligheter till en god underhållsplanering. Underhållsplanema baseras då på det verkliga behovet och kunskaperna om detta kan ge en återkoppling till såväl ägare som 3,0 ,16 surt, 39..- - I I I p 0- n.. . . . - ; n komponenttillverkare. Åldringsfenomen och livslängd kan sålunda kontinuerligt övervakas, vilket reducerar behovet av underhåll.

Livslängdsövervakningen kan också användas för att på ett tillförlitligt sätt i god tid kunna förutse nödvändiga nyinvesteringar. Allt som allt leder detta till en bättre kapitalförvaltning, då mycket stora belopp är investerade i komponenter i elkraftsystemen.

Genom den föreliggande uppfinningen möjliggörs även en medveten försäljning av livslängd. Tillgången till en historisk databas med direkt uppmätta data från svårtillgängliga platser nära de verkliga processerna skapar möjlighet att övervaka "förbrukningen" av livslängd. Påverkan på livslängden av att överlasta en elektrisk komponent måste uppskattas med hänsyn till vilken temperatur som uppkommit och under hur lång tid. Detta gör det möjligt för ägaren av anläggningen att sätta ett värde på de "kostnader" eller den "förbrukning", i form av förkortad livslängd för komponenter i anläggningen, som uppkommer i samband med att tillåta en överlast under en viss tid. Man kan alltså sätta ett pris på livslängden hos komponenter baserat på verkliga kostnader och inte enbart uppskatmingar, vilket gör det möjligt att på ett intelligent sätt "sälja av livslängden" hos elektriska komponenter. Insignalen till att från något håll anhålla eller begära tillgång till överlastkapaciteten hos någon elektrisk komponent kan vara baserat på behovet av förbättrad driftsäkerhet eller motiverad av ekonomiska termer, exempelvis ökad överföringskapacitet. Grunden till och avvägningen mellan olika typer av behov, tekniska, ekonomiska eller miljömässiga, är i detta sammanhang av underordnad betydelse, utan kan anses utgöra styrsignal. Denna styrsignal kan vara såväl ett önskemål om tillgång mot ersättning som ett krav på tillgång vid risk för allvarliga och mer omfattande konsekvenser om drifttillförlitligheten inte kan upprätthållas.

Förbättrade möjligheter till preventivt underhåll, genom information om tillståndet i elektriska utrustningar, inkl. åldringsfenomen, skapar möjligheter till en förbättrad övervakning och därigenom ett förbättrat underhåll. Sammantaget leder detta till förbättrad kapitalförvaltning, baserat u 516 8JJ.1-.-. .- .= š"š”=.9 235215' i _. på bättre kunskap om komponentemas livslängd. Underhållsplanering kan baseras på verkliga driftförhållanden och direkt uppmätta data i kraftnätet.

En koordinering kan t.ex. ske mellan lastuttaget och underhållsplaneringen.

Tillståndsestimatom utgör en viktig del i fjärrkontrollsystemet och utgör en grund för olika beslutsunderlag genom att beskriva det aktuella tillståndet i elkraftsystemet. Tillståndsestimeringen utgör således en grundfunktion för de mer beräkningsorienterade funktionerna som ingår i EMS / DMS systemen. Grundorsaker till behovet av tillståndsestimering (eng. state estimation) utgörs av osäkerheten i insamlade data orsakade av mätonoggrannheter, att vissa data kan saknas från vissa områden och att insamlade data helt enkelt kan vara felaktiga till följd av något fel i någon del av kedjan från sensorn, via ijärrterminaler och kommunikationssystemet till övervakningsenheterna. Det gäller att upptäcka felaktiga mätdata så att de inte påverkar beslut om åtgärder vid elkraftobjekt eller elkraftanläggningar. I ett första steg kan orimliga mätdata detekteras och sorteras bort för vidare analys och bearbetning.

Målsättningen med att använda estimering är att ur insamlade mätdata ta fram den bästa uppskattningen om det aktuella (verkliga) tillståndet i kraftnätet. Estimeringen kan därför sägas utgöra en filtrering av från elkraftsystemet insamlade rådata. Den systematiska processen avseende ﬁltreringen av rådata resulterar i "förluster" i information, vilket leder till att det behövs extra indata till estimeringsprocessen för att fullständigt bestämma det aktuella tillståndet i elkraftnätet. Följaktligen behövs det mer mätvärden än det antal obekanta tillståndsvariabler som ingår i estimeringen. Med obekanta tillståndsvariabler avses såväl icke-uppmätta som uppmätta med ej filtrerade (estimerade) mätvärden. Estimeringen kan förenklat beskrivas som lösningen av det överestimerade ekvationssystem som uppstår genom att antalet mätvärden överskrider det antal obekanta tillståndsvariabler som ska bestämmas. §":'° " :"::": 'i 'i :": inf F24; I? Ii' .É..:I.' 5.2.5 i Det finns en mängd olika metoder att genomföra denna tillståndsestimering (filtrering) av insamlade mätdata, och en indelning är att skilja på statiska och dynamiska metoder. Statiska metoder år i första hand till för att bestämma belastningsfördelningen. Denna är i sin tur i första hand avsedd att användas för att studera statiska eller långsamt varierande förlopp i elkraftsystemet. Belastningsfördelningsdata tas kontinuerligt fram genom tillståndsestimering baserad på realtidsdata, vilka skickas till nätövervakningsenheterna och utgör grunden för de flesta beräkningar som utförs i driftcentralerna. Dynamisk tillståndsestimering är som namnet anger relaterat till transienta eller dynamiska förlopp i elkraftnätet. Denna används i fall då hänsyn ska tas till dynamiken hos komponenterna som ingår i elkraftsystemet. Som exempel kan nämnas studier av samverkan mellan turbinregleringen samt frekvens- och spänningsregleringen tillhörande generatorer.

Den föreliggande uppfinningen ger även möjligheter till en förbättrad i i topologihantering, särskilt tillsammans med tidsmårkning av data. Genom att kombinera insamling av mätdata från svårtillgängliga platser med en exakt tidsmårkning, kan mätdata exempelvis sorteras med avseende på data uppmätta före resp. efter en topologiförändring. En sådan topologiförändring kan exempelvis vara ett fel som lett till att brytare frånkopplat en ledning.

Detta förbättrar möjligheterna till god estimering genom att estimeringen sker på en enda topologi och inte genom en blandning av mätdata tillhörande olika topologier.

Tidsmårkningen kan exempelvis baseras på tidssignalen från GPS-systemet (Global Positioning Satellite). Systemet består av 24 satelliter och kan förse utrustningar med en tidssignal som år synkroniserad inom 0,2 mikrosekunder (us) mot en världsstandardiserad tid (UTC, Coordinated Universal Time). Utnyttjandet av tidsmårkning genom att utnyttja tidssignalen från .GPS satelliter finns beskrivet på ﬂera håll i litteraturen (se t.ex. "Power system relaying" av S.H.Horowitz och A.G.Phadke, Research Studies Press Ltd &s John Wiley & Sons Inc., sid. 287-289). Genom att ~ 516 ßÛglæëï-aw f: koppla samman denna mycket noggranna tidsmärkning med insamlade mätdata kan insamlade mätdata sorteras i tidsordning, noggranna jämförelser göras och fasstorheter beräknas. I detta sammanhang bör det noteras att detta öppnar nya och förbättrade möjligheter vid topologibestämningen. GPS satelliternas tidssignal har en noggrannhet på bättre än en rnikrosekund, vilket om det kopplas till insamlingen av mätdata skapar möjligheter att bestämma om ett visst mätvårde år insamlat före eller efter att en händelse inträffat.

En av orsakerna till att tidsynkroniserade mätdata har blivit så intressanta är möjligheten att utifrån insamlade mätdata avseende växelströmsstorheter ta fram motsvarande fasstorheter. För att ta fram fasstorheter (eng. phasor quantities) vilka representerar mätvärdet för växelströmsstorheter till både belopp och fasvinkel samt att kunna jämföra mätvärden från olika lokalisationer i elkraftnätet krävs en mycket god tidssynkronisering. Enligt sammandraget av "IEEE Standard for Synchrophasor for Power Systems" publicerat i IEEE Transactions on Power Systems, vol. 13, nr 1, sid 73 - 77 (januari 1998) krävs en synkroniserande källa för tidsangivelsen med en noggrannhet (tidsupplösning) på minst en mikrosekund för att tillfredställa de ﬂesta krav som sätt i ett elkraftsystem. Denna upplösning motsvarar en noggrannhet i vinkelbestämningen på 0,018 grader för ett 50 Hz system respektive 0,022 grader för ett 60 Hz system. Synkroniserade mätdata insamlade exempelvis från olika sidor av en transformator kan användas för reläskyddsﬁinktioner. Insamlade och tidssynkroniserade mätdata skulle även kunna användas vid adaptív reläskyddsinställning.

En förﬁnad modelluppbyggnad kan också erhållas via underlaget från topologihanteringen och datainsamlingen. Tillgången till nya driftdata uppmätta på svårtillgängliga platser samt förbättrad topologihantering ger möjlighet till dynamisk uppdatering av i kraftsystemmodellen ingående modeller. Särskilt intressant är tillgången till nya typer av mätdata t.ex. strömmar i dämplindningar i elektriska maskiner, och förbättrad topologihantering genom t.ex. exakt tidsmärkning (GPS) av insamlade data. ..::3° En tillförlitlig och god modelluppbyggnad är särskilt viktig eftersom denna modell av elkraftsystemet utgör grunden för många andra funktioner inom EMS /DMS-gruppen (drifttillförlitlighet och driftsäkerhet). Inhämtningen av data till en nätövervakningsenhet skapar möjligheter till att skapa en dynamiskt uppdaterad modell av elkraftsystemet. Detta är emellertid inget principiellt nytt gentemot tidigare använda metoder för datainsamling och topologibestämning. Det unika för den föreliggande uppfinningen kommer av förbättrade möjligheter till insamling av nya driftdata uppmätta på svårtillgängliga platser. Som exempel kan nämnas insamling av strömmar och spänningar från direkt mätning på rotorn i elektriska maskiner. Dessa nya data kan utnyttjas för att dynamiskt uppdatera parametrar i modeller av den elektriska maskinen, vilka tidigare i bästa fall baserats på indirekta mätningar, exempelvis ifrån idrifttagningen av maskinen. Ytterligare en intressant tillämpning utgörs av möjligheterna att ändra parametrar i modellen baserat på den aktuella, direkt i maskinen, uppmätta temperaturen, vilket skapar exaktare modeller. Använder man sig dessutom av den livstidsinformation som också finns tillgänglig genom den historiska databasen, kan åldringsfenomen inkluderas i modellerna.

Den föreliggande uppfinningen innebär också förbättringar avseende felindikeringar och hanteringen av fel. Förbättrade möjligheter till fjärrstyrning kan baseras på kombinationer av lokalt uppmätta storheter och globala styrsignaler. Tillgången till mätdata från svårtillgängliga platser kan dessutom tidigare, säkrare och tillförlitligare än tidigare upptäcka feltillstånd i elkraftnätet. Det är den omedelbara närheten till de elektriska/ elektro- magnetiska förloppen genom tillgången på mätdata från svårtillgängliga platser som ger en förbättrad bild med avseende på felindikeringar för de övervakade elkraftobjekten. Detektering av t.ex. skador på komponenter eller felaktiga drifttillstånd i elkraftnätet kan därmed förbättras.

Ett bortfall av ett spår i en rotor är ett exempel på ett felfall som nu relativt enkelt skulle kunna detekteras, vilket tidigare hade varit mycket komplicerat. Detektering av feltillstånd kan nu ske genom direkt .if-WO 516 809: zzfzf' 'i ' I .=. .. uppmätning av driftdata på svårtillgängliga platser. Exempel på detta är strömmar i dämplindningar och nivåer av partiella urladdningar (PD) i elektriska maskiner, vilka även kan användas för att indikera feltillstånd i nätet. Andra nya driftdata som kan användas för att detektera feltillstånd utgörs av vibrationer, inkl. resonansfenomen som exempelvis ferroresonans och SSR (sub-synkron resonans), samt uppmätning av övertoner och osymmetriska komponenter (minusföljder och nollföljder) i elektriska utrustningar. Möjlighetema till att mäta och samla in information om övertoner och osymmetriska komponenter i olika utrustningar skapar förutom en felindikation även förbättrade möjligheter till förlustminimering vid den operativa driften. Inforrnation om övertoner, minusföljder och nollföljder utgör även en möjlighet att finna problem och källor orsakade av elkvalitetsproblem.

Möjligheter till ijärrmanöver baserat på infonnation inhämtade från nu tillgängliga mätdata, inhämtade från svårtillgängliga platser i elkraftsystemet, kan ses som en förbättring av felhanteringssystemet.

Genom tidigare beskrivna förbättrade möjligheter till topologibestämning genom exaktare tidsmårkning med hjälp av GPS systemet förbättras möjlighetema att vidta korrekta åtgärder vid fel. Fjärrrnanöver kan exempelvis användas för att sektionera nätet vid driftomläggningar, störningar etc., vilket med hjälp av den nu tillgängliga mätdata från s.k. svårtillgängliga platser kan leda till förbättrade möjligheter att på ett kontrollerat sätt överlasta komponenter under (bestämda) tidsperioder.

Möjlighetema att på ett koordinerat och övervakat sätt överbelasta vissa komponenter leder till förbättrade möjligheter och kan därigenom skapa mer tid att genomföra nödvändiga omkopplingar efter det att störningar inträffat, vilket leder till en förbättrad drifttillförlitlighet i elkraftsystemet.

Kommunikationen mellan de olika enheterna innefattar normalt överföring av data och /eller .styrinformation För att kunna hantera kritiska situationer måste den tillgängliga kommunikationskapaciteten dimensioneras så att det under normala förhållanden ﬁnns ledig kapacitet. Sådan ledig kapacitet kan . , '30 . 516 ë-“f-'zcä-r af t.ex. utnyttjas för nerladdning av programvara och / eller upphåmtning av lokalt lagrad historisk databasinformation. Sådan information kan överföras i de tidsluckor som inte utnyttjas för datainsamling och kommunikation av dessa data och styr-information mellan olika enheter. Nerladdning av programvara kan företrädesvis ske i raderbara PROM (Programmable Read- Only Memory), dvs. programmerbara ROM eller "ﬂash"-minnen. Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM) - särskilt UV-Erasable PROM (EPROM) och Electrically Erasable PROM (EEPROM) - är användbara, eftersom dessa behåller sitt minnesinnehåll även vid strömavbrott.

I detta sammanhang är det viktigt att säkerställa att nedladdning av programvara sker med en lägre prioritet än annan viktigare informationsöverföring. Nedladdning bör därför endast ske med ledig kapacitet utan konkurrens med styr- eller datainformation. Nedladdningen bör också vara förknippad med sekretessprocedurer för att säkerställa att endast behöriga enheter kan få tillgång till programvaran.

På samma sätt som nerladdningen av programvara kan ske i tidsluckor kan uppdateringen av databaser mellan olika nåtövervakningsenheter, anlåggningsövervakningsenheter och styrenheter ske i dessa tidsluckor. I syfte att inte blockera viktigare traﬁk på kommunikationsnätet bör det utnyttjade protokollet för informationsöverföring mellan de olika enhetema inkludera någon typ av blockering av nerladdningen av mjukvara och uppdateringen av databaser då kapaciteten behövs för att säkerställa en tillförlitlig och ekonomiskt optimal nätdrift. Block med data för nerladdningen av mjukvara och uppdateringen av databaser kan då företrädesvis ges en lägre prioritet och kommer således inte alltid att skickas omedelbart. Även i detta sammanhang är det viktigt att säkerställa att uppdateringen av databaser sker med en lägre prioritet än annan viktigare informationsöverföring. Uppdateringen bör också vara förknippad med en liknande sekretessprocedur som tidigare diskuterats, för att säkerställa att endast behöriga enheter kan få tillgång till dessa data. 1 l v» -30 n... . 516 80 šjjåä; =jj¿=jj¿_ -:j=_ Behovet av informationsöverföring kan begränsas genom att endast föra över förändringar i mätdata eller driftrnarginaler. Detta leder till ett reducerat behov av överföringskapacitet, dvs. lägre behov av prestanda hos kommunikationssystemen, vilket kan resultera i att billigare lösningar kan användas. Om stationära förhållanden råder behöver idealt sett ingen kommunikation ske. Principerna för hur dessa förändringar ska kommuniceras anges i de protokoll som gäller för kommunikationsnätet.

Detta gäller framförallt mätvärden som sällan ändras eller driftmarginaler för större enheter, där små ändringar inte slår igenom på kort tid. Det reducerade överföringsbehovet kan naturligtvis även utnyttjas för den ovan nämnda nerladdningen av mjukvara och uppdateringen av databaser.

En viktig egenskap i ett system enligt den föreliggande uppﬂnningen är att information rörande driften sprids runt om i systemet, för att hålla all information så aktuell som möjligt. De olika noderna i kommunikationssystemet, dvs. övervakningsenheterna och styrenheterna verkar också som informationsﬁlter. l en styrenhet kan det t.ex. vara intressant att ha data rörande enskilda delar av ett elkraftobjekt, t.ex. en rotors aktuella axelmoment, nivån avseende partiella urladdningar i rotom eller en transformators aktuella lindningstemperatur. För en anläggningsövervakningsenhet kan denna typ av information fortfarande vara av intresse, i synnerhet om processeringskapaciteten i styrenheten är låg. Det är emellertid ofta inte en absolut nödvändighet, utan styrenheten kan mycket väl förse anläggningsövervakningsenheten med mer översiktlig information, men som fortfarande bygger på den direkt mätta informationen.

Styrenheten verkar som ett informationsﬁlter som endast släpper igenom information som är av vikt för mottagaren. Om man går vidare uppåt i den hierarkiska kedjan till en nätövervakningsenhet, kan alltför detaljerad information ofta endast utgöra en belastning. Här är förmodligen endast olika typer av sammanfattade driftrnarginaler för en hel anläggning av större intresse. Anläggningsövervakningsenheten verkar här för att bearbeta den information som tas emot från styrenheterna till marginaler som gäller anläggningen som helhet. . . ., -30 . 116 803: : :4-7: Det år inte endast effektiviteten som styr vilken information som utbyts. I och med en avreglering av elkraftnäten, verkar ﬂera oberoende aktörer tillsammans. En del av informationen kan då bedömas vara känslig information, som kan användas i konkurrenssyfte. Det är därför att föredra om kommunikationen är försedd med procedurer som tillhandahåller selektiv tillgång och begränsad eller kontrollerad spridning av känslig information. Informationsutbytet mellan nätövervakningsenheten och övriga enheter bör ske i form av meddelanden, vilka förutom adress och meddelande kan innehålla såkerhetsnycklar för att begränsa rätten att ta del av informationen. Genom att utnyttja olika behörighetskriterier för olika enheter i kommunikationssystemet kan fullgod sekretess mot obehörig spridning av information erhållas. Möjligheten att bestämma vilken information varje utnyttjare har tillgång till minskar risken för obehörig spridning av känslig information och möjliggör att exempelvis samarbetspartners kan få tillgång till mer information än andra helt extema parter.

I ﬁg. 10 illustreras ett ﬂödesschema som representerar ett förfarande enligt en aspekt av den föreliggande uppfinningen. Processen startar i steg 100. I steg 101 utförs en direkt mätning av åtminstone en första marginalkritisk storhet vid en första svåråtkomlig plats på ett första elkraftobjekt. I steg 102, parallellt med steg 101, utförs en direkt mätning av åtminstone en andra marginalkritisk storhet vid en andra svåråtkomlig plats på ett andra elkraftobjekt. Det första och det andra elkraftobjektet tillhör företrädesvis olika objekttyper. I steg 103 resp. 104 bearbetas de respektive marginalkñtiska storhetema till en första datamängd resp. en andra datamängd. I det mest triviala fallet kan den första och/ eller den andra datamängden bestå av mätvärdena direkt, varvid steg 103 och/ eller 104 helt utgår. I steg 105 resp. 106 överförs datamängderna till en övervakningsenhet. Övervakningsenheten använder i steg 108 de överförda datamängdema för att uppskatta olika innevarande aktuella driftmarginaler för den anläggning eller nät i vilken . 516 80t.:=:::=°=.-= =::;=::;. -; : :48.' elkraftobjekten ingår. I steg 110 styrs elkraftanlåggningen eller nätet grundat på åtminstone en av de uppskattade innevarande aktuella driftmarginalerna.

Genom att gå ner en nivå i måtandet på objekten, kan man erhålla en ny typ av dynamik i systemet. Genom att dessutom utnyttja denna dynamik i ﬂera elkraftobjekt erhålls intressanta fördelar främst vad beträffar styrning och skydd. Genom att sedan sprida denna erhållna dynamik uppåt och utåt i systemen, kan man dessutom utforma övergripande driftledning, planering, estimering och modellering på ett mer soﬁstikerat sätt. Dynamiken som ursprungligen erhålls i direkt kontakt med de verksamma elkraftprocesserna smittar av sig i alla delar av övervakningssystemen, och innebär förﬁnade möjligheter till ljårrövervakning.

Fackmannen inser att olika modiﬁeringar och förändringar kan göras vid föreliggande uppfmning utan avvikelse från uppﬁnningens omfattning, som definieras av de bifogade patentkraven.

Claims

s .i : i .nu 516 801 ==='f=..= -= = 1 ' -.. .., ,, *: u a... . 72"° -....Z'.2Z. v ' ' -H nu n» un. u» 97 NYA PATENT KRAV

1. Förfarande för fjärrkontroll av ett elkraftsystem som har en elkraftenhet (1; 2; 2'; 2") innefattande ett antal elkraftobjekt (10, 12, 14; 40) samt en till elkraftenheten (1; 2;' 2'; 2") hörande övervakningsenhet (32; 46), innefattande stegen: mätning av en storhet associerad med åtminstone ett av elkraftobjekten (10, 12, 14; 40); överföring av mätdata från detta elkraftobjekt (10, 12, 14; 40) till elkraftenhetens övervakningsenhet (32 ; 46); samt styrning av elkraftenheten (1; 2; 2'; 2"), kännetecknat av: att mätningen innefattar direkt mätning av en temperatur vid svåråtkomlig plats på ett första av elkraftobjekten (10, 12, 14; 40) respektive ett andra av elkraftobjekten (10, 12, 14; 40); vilka svåråtkomliga platser är valda bland följande platser: på roterande del, på hög potential i trånga utrymmen, samt på hög potential innanför kapsling med fast eller ﬂytande isolering, att överföringen av mätdata innefattar överföring av data, associerat med nämnda temperaturer, från respektive elkraftobjekt (10, 12, 14; 40) till elkraftenhetens övervakningsenhet (32; 46) ; det ytterligare steget av bearbetning av nämnda temperaturer för erhållande av uppskattning av innevarande driftmarginaler för de elkraftobjekt vid vilka nämnda mätningar skett; samt att styrningen av elkraftenheten (1; 2; 2'; 2") baseras på nämnda innevarande driftmarginaler på ett, för elkraftenheten (1; 2; 2'; 2") som helhet, föredraget sätt.

2. Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda driftrnarginaler innefattar åtminstone en av följande marginaler: f ' I i . - 516 801 .g"z"ïf."ﬁ=aïï_ YO . . . . .. driftmarginal vid stationär drift; driftmarginal under begränsad förutbestämd tid; samt driftmarginal under förutbestämda villkor.

3. Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem enligt patentkrav 2, kännetecknat av att det förutbestämda villkoret innefattar åtminstone en av följande uppgifter: planerat driftförlopp; stömingsfall; förändringar i produktion och last; samt pris.

4. Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem enligt något av patentkraven 1 till 3, kännetecknat av det ytterligare steget: uppbyggande av driftdatabaser (70).

5. Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem enligt patentkrav 4, kännetecknat av det ytterligare steget: uppdatering av databaser (70) via samma kommunikationsvägar (72A; 7 2B; 75; 77; 78; 80; 81; 82) som används för dataöverföring.

6. Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem enligt något av patentkraven 1 till 5, kännetecknat av det ytterligare steget: nedladdning av mjukvara via samma kommunikationsvägar (72A; 72B; 75; 77; 78; 80; 81; 82) som används för dataöverföring.

7. Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem enligt något av patentkraven 1 till 6, kännetecknat av åtminstone ett av överföringsstegen innefattar åtminstone ett av stegen: kontroll av behörighet; prioritetshantering av data; samt sekretesshanteríng. l

8. Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem enligt något av patentkraven 1 till 7, känneteclmat av att det första elkraftobjektet (10, 12, 14; 40) och det andra elkraftsobjektet (10, 12, 14; 40) var och en är av en objekttyp vald ur gruppen: elektriska maskiner; transformatorer; kondensatorer; reaktorer; samt kraftelektroniska omvandlare.

9. Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem enligt något av patentkraven 1 till 8, kännetecknat av att överföringen sker mellan åtminstone två hierarkiska nivåer i elkraftsystemet.

10. Förfarande för fjärrkontroll av elkraftsystem enligt något av patentkraven 1 till 9, kännetecknat av att bearbetningen sker i ﬂera steg, före, efter och/ eller mellan överföringssteg.

11. ll. Elkraftsystem innefattande: en elkraftenhet (l; 2; 2'; 2") innefattande ett antal elkraftobjekt (10, 12, 14; 40) samt en till elkraftenheten (l; 2; 2'; 2") hörande övervakningsenhet (32; 46); mätanordning för mätning av en storhet associerad med åtminstone ett av elkraftobjekten (10, 12, 14; 40); överföringsorgan för överföring av mâtdata från elkraftobjektet (10, 12, 14; 40) till elkraftenhetens övervakningsenhet (32; 46); samt styrningsorgan för styrning av elkraftenheten (l; 2; 2'; 2"), kännetecknat av att måtanordningen innefattar ett första organ (18; 22; 26) för direkt mätning av åtminstone en första temperatur vid svåråtkomlig plats på ett första av elkraftobjekten (10, 12, 14; 40) och ett andra organ (18; 22; 26) för direkt mätning av åtminstone en andra temperatur vid svåråtkomlig plats på . - 516 801 y, _. . _. ..._ I o u c o- ett andra av elkraftobjekten (10, 12, 14; 40), vilka svåråtkornliga platser är valda bland följande platser: på roterande del, på hög potential i trånga utrymmen, samt på hög potential innanför kapsling med fast eller ﬂytande isolering, att överföringsorganet innefattar organ för Överföring av data, associerat med nämnda temperaturer, från respektive elkraftobjekt (10, 12, 14; 40) till elkraftenhetens övervakningsenhet (32; 46); bearbetningsorgan för bearbetning av nämnda temperaturer för erhållande av uppskattning av innevarande driftmarginaler för de elkraftobj ekt vid vilka nämnda mätningar skett; samt att styrningsorganet innefattar organ för styrning av elkraftenheten (1; 2; 2'; 2") baserat på nämnda innevarande driftmarginaler på ett, för elkraftenheten (1; 2; 2'; 2") som helhet, föredraget sätt.

12. Elkraftsystem enligt patentkrav 1 l, kännetecknat av att nämnda driftmarginaler innefattar åtminstone en av följande marginaler: driftrnarginal vid stationär drift; driftmarginal under begränsad förutbestämd tid; samt driftmarginal under förutbestämda villkor.

13. Elkraftsystem enligt patentkrav 12, kännetecknat av att det förutbestämda villkoret innefattar åtminstone en av följande uppgifter: planerat driftförlopp; störningsfall; förändringar i produktion och last; samt pris.

14. Elkraftsystem enligt patentkrav ll, 12 eller 13, kännetecknat av att övervakningsenheten (32; 46) och/ eller åtminstone ett av elkraftobjekten (10, 12, 14; 40) innefattar en driftdatabas (70). -5 1 §2 8 0 1 . jjf; . E11 u v o o n n v. - 516 801 ;- S3 - . . . .. ... .. ..'

15. Elkraftsystem enligt patentkrav 14, kännetecknat av organ lör uppdatering av driftdatabaserna (70) via samma kommunikationsvägar (7 2A; 7 2B; 75; 77; 78; 80; 81; 82) som används för dataöverföringen.

16. Elkraftsystem enligt något av patentkraven 11 till 15, kännetecknat av organ för nedladdning av mjukvara via samma kommunikationsvägar (72A; 72B; 75; 77; 78; 80; 81; 82) som används för dataöverföringen.

17. Elkraftsystem enligt något av patentkraven 11 till 16, kännetecknat av åtminstone ett av följ ande organ: organ för behörighetskontroll; organ för priorltetshantering av data; samt selcretesshanteringsorgan.

18. Elkraftsystem enligt något av patentkraven 11 till 17, kännetecknat av att det forsta elkraftobjektet (10, 12, 14; 40) och det andra elkraftsobjektet (10, 12, 14; 40) var och en är av en objekttyp vald ur gruppen: eleküiska maskiner; transformatorer; kondensatorer; reaktorer; samt kraftelektroniska omvandlare.

19. Elkraftsystem enligt patentkrav 18, känneteclmat av att det första elkraftobjektets objekttyp är skild från det andra elkraftsobjektets objekttyp.

20. Elkraftsystem enligt något av patentkraven 11 till 19, kännetecknat av att övervakningsenheten (32; 46) ligger minst en hierarkisk nivå över åtminstone ett av elkraftsobjekten i elkraftsystemet.

21. Elkraftsystem enligt något av patentkraven 1 1 till 20, kännetecknat av att bearbetningsorganet är uppdelat i ﬂera fysiskt åtskilda organ.