Sistemi za menadžment prenosnih mreža (EMS – Energy Management System)

Veliki raspadi ("Blackout") elektroenergetskih sistema (EES-a) u svetu po pravilu su vodili značajnim tehničkim unapređenjima, koja su sprečavala da se takvi događaji ponovo dogode. Na primer, sadašnji koncept analize sigurnosti EES-a uveden je kao odgovor na veliki raspad EES-a u severozapadnoj Americi 1965. godine. Teorija naponskog sloma (kolapsa) uvedena je od strane Barbier-a i Barret-a 1980. godine, kao odgovor na raspad EES-a Francuske 1978. godine. Poslednjih godina novi koncept detekcije rizika nestabilnosti u realnom vremenu nastao je posle niza raspada EES-a u Americi, Engleskoj i Evropi 2003. godine.

Drugi razlog za proračun mogućih granica opterećivanja elemenata EES-a je efikasnije korišćenje EES-a (što bliže granicama fizičkih mogućnosti), što diktiraju novi zahtevi otvorenog tržišta električne energije. U prošlosti je proračun tih granica u upravljačkim centrima EES-a bio izuzetno težak. Zbog toga su se sprovodile numerički zahtevne off-line simulacije, koje su uzimale u obzir probleme stabilnosti. Međutim, te studije se ne mogu sa apsolutnom sigurnošću primeniti u eksploataciji EES-a u realnom vremenu, zbog stalne promene radnog stanja sistema. To znači da je on-line ocena stabilnosti ("Stability Assessment") izuzetno kompleksan problem, koji sve više dobija na značaju. Zbog toga su razvijeni sofisticirani paketi za detekciju udaljenosti sistema od granice stabilnosti, kao i ukupnu analizu osetljivosti stabilnosti, koje se danas koriste u eksploataciji EES-a.

Zbog toga SCADA/EMS sistemi postaju izuzetno važni. Pri tome, pod SCADA se podrazumeva "Sistem za nadzor, prikupljanje, obradu i slanje merenih podataka iz sistema" (SCADA – "Supervisory Control and Data Acquisition"), a pod EMS "Menadžment sistem prenosnih mreža" (EMS – "Energy Management System").

Generalno, EMS izvršava dve grupe zadataka:

• •Optimizaciju rada sistema u različitim radnim režimima (normalni sigurni, kritični, predhavarijski, havarijski i posthavarijski).
• •Detekciju radnog režima sistema u pogledu granica stabilnosti.

Većina industrijskih upravljačkih sistema (kakvi su i EES-i) sakuplja podatke sa velikog broja mernih uređaja u sistemu na centralnoj lokaciji, ili više distribuiranih lokacija. Na osnovu tih podataka vrši se upravljanje sistemom. U tom pogledu specifičnost EES-a su:

• –Preko interkonektivnih vodova povezan je sa drugim sistemima, tako da čitava interkonekcija može imati stotine hiljada čvorova. Zbog toga se najčešće modeluje sâm sistem sa ograničenom količinom podataka iz susednih sistema (obično samo podaci o poveznim tačkama).
• –Svi EES-i moraju raditi sinhrono, što znači da svi delovi sistema koji su u interkonekciji moraju obezbeđivati sigurnost i pouzdanost čitave interkonekcije.
• –Zbog (jake) povezanosti interkonekcije promene u bilo kom delu sistema manje ili više utiču na čitav EES.
• –Poremećaji u EES-u imaju vrlo brz razvoj (reda milisekunde do nekoliko sekundi), što zahteva upravljačke uređaje visokih performansi. Neki od njih su lokalnog karaktera, kao što su uređaji relejne zaštite koji rade na nivou milisekunde, dok su, na primer, SCADA/EMS sistemi centralnog karaktera i rade na vremenskom horizontu sekunde (monitoring i upravljanje) do reda nekoliko dana (programi plana angažovanja).
• –Upravljanje u EES-ima je najčešće hijerarhijsko, što znači da postoje regionalni (više njih) i centralni (jedinstven) centar upravljanja.
• –EES-i rade u sklopu velikih regionalnih, ili subkontinentalnih tržišta električne energije, koja tipično zahtevaju razmenu informacija i koordinisane upravljačke akcije na svim elementima, kao što su nezavisni operator sistema, koordinatori sigurnosti sistema, operator prenosnog sistema i drugi, što zahteva viši nivo koordinacije i upravljačkih akcija.

Struktura SCADA sistema

SCADA obavlja dve važne funkcije:

• •Prikupljanje podataka (merenja i signalizacija) iz polja (sistema).
• •Sprovođenje upravljačkih akcija.

Sprovedene upravljačke akcije u sistemu moraju biti tačne i bezbedne. Pošto se one iniciraju iz regionalnih ili centralnog centra upravljanja, a sprovođenje na pojedinim uređajima na terenu, onda se mora vršiti njihovo nadgledanje.

Osnovni elementi (minimalno zahtevani) koji tipičan SCADA sistem sadrži su:

• •Interfejs u polju (razvodnim postrojenjima (RP) i transformatorskim stanicama (TS)) prema opremi i mernim uređajima.
• •Mogućnost uzimanja vrednosti sa interfejsa, kako bi se dobili podaci na njima, kao što su, na primer: aktivne i reaktivne snage, struje, naponi, pozicije rasklopnih uređaja (prekidači, rastavljači...) i drugi. Ovi podaci se uzimaju i prikazuju periodično. Tipično vremenski period između dva uzimanja podataka je 1-2 s za generatore i podatke o razmenama i status indikatora rasklopne opreme, ili 2-15 s za tokove snaga i naponska merenja, odnosno svakih 15 min do jednog sata za izmerene vrednosti preuzete energije.
• •Prenos podataka do centralne lokacije (servera), koji se naziva SCADA, ili najčešće SCADA/EMS, pošto je po pravilu SCADA integrisan sa EMS-om.
• •Sistem za procesiranje i analizu informacija u SCADA centru i njihov prikaz operatoru sistema.
• •Određivanje upravljačkih akcija koje će se sprovesti u sistemu automatski, ili na zahtev operatora. Njihov cilj obično je kontrola injektiranja i tokova aktivnih i reaktivnih snaga, održavanje napona, promene topologije i sl. Ove upravljačke akcije najčešće se proračunavaju (optimiziraju) na nivou EMS-a.
• •Prenos upravljačkih akcija do opreme u polju.
• •Nadgledanje sprovođenja upravljačkih akcija.
• •Formiranje baze podataka u realnom vremenu i periodično čuvanje tih podataka u cilju budućih analiza.

Većina SCADA funkcija se sprovodi u realnom vremenu. To praktično znači:

• •Ulazni podaci odslikavaju vrlo realno aktuelno stanje sistema. U polju (RP i TS) ti podaci dolaze direktno sa uređaja, kako bi prikazali analogne vrednosti i indikacije statusa; u SCADA centru oni se čuvaju ili uzimaju iz baze podataka sa pristupom u realnom vremenu.
• •Procesiranje se izvršava sa vrlo malim kašnjenjem (reda nekoliko sekundi).
• •Izlazi se mogu koristiti praktično trenutno (pod "trenutno" se podrazumeva približno 1-2 s).

Nadgledanje (monitorisanje) podataka generisanih procesom u realnom vremenu je tipičan primer aktivnosti u realnom vremenu ("Real time"). Međutim, informacije generisane SCADA-om mogu se koristiti i na razne druge načine, koji se ne mogu (ne moraju) kvalifikovati kao realno vreme. Na primer, može se napraviti statistika broja promena nenominalnog odnosa transformacije na transformatorima tokom nekog vremenskog perioda. Te promene se čuvaju (pamte) u bazi podataka realnog vremena odmah pošto su se dogodile, a onda se one eksportuju u neku formu istorijske baze podataka, kako bi se arhivirale. Proračuni u cilju pravljenja statistika čine studijski mod ("Study mode") nad podacima iz realnog vremena ("Real time mode"). Podacima iz realnog vremena za potrebe studijskog moda mogu se priključiti i neke druge informacije (na primer, kataloški podaci o elementima).

U savremenim upravljačkim centrima u EES-ima neke funkcije mogu se sprovesti samo u studijskom, ili modu realnog vremena, a neke u oba moda.

Treba napomenuti da termin "real time" i "on-line" nisu neophodno zamenljivi, odnosno sinonimi. On-line implicira da su proračuni raspoloživi operatoru SCADA/EMS sistema sami po sebi; to znači da oni nisu u isto vreme on-line dostupni drugim (odvojenim) delovima sistema. Međutim, ne može se garantovati da će on-line proces proračuna biti dovoljno brz da dovede do rezultata koji se mogu označiti kao realno vreme ("Real time"). Ove opservacije pomažu da se napravi razlika između termina "procena stabilnosti u realnom vremenu", "monitoring (nadgledanje) stabilnosti" i "koncept on-line procene stabilnosti".

EMS – viši nivo funkcionalnosti

Da bi se odredile potrebne upravljačke akcije, neophodno je izvršiti simulaciju rada EES-a što bliže realnom vremenu. Softver potreban za ostvarenje tog cilja standardno se naziva "Menadžment sistem prenosnih mreža" (EMS – "Energy Management System"). U principu, u njega je uključeno četiri grupe funkcija.

Prvu grupu čine Generatorske funkcije, koje se praktično sprovode na nivou proizvodnih jedinica, od kojih su najvažnije:

• •Automatska sekundarna regulacija učestanosti i snaga razmene (AGC – "Automatic Generation Control"), čiji je zadatak da odredi izlazne aktivne snage svih generatorskih jedinica u sistemu, sa ciljem održavanja zahtevanih razmena električne energije sa susedima i učestanosti u sistemu. U interkonektivnim sistemima svaki član (upravljačko područje, "Control area") sprovodi LFC funkciju ("Load Frequency Control" – Regulacija učestanosti i snage razmene), kako bi se izračunao potreban priraštaj upravljačke promenljive, odnosno regulacionu grešku oblasti (ACE – "Area Control Error") i na nominalnoj učestanosti (50 ili 60 Hz), kako bi se na osnovu nje prepodesile izlazne aktivne snage generatora u cilju minimizacije ACE greške u prihvatljive granice.
• •Ekonomski dispečing (ED – "Economic Dispatching"), koji određuje optimalne nivoe izlaznih aktivnih snaga generatora, u cilju minimizacije proizvodnih troškova. Ova funkcija radi zajedno sa AGC funkcijom (ED funkcija postavlja baznu radnu tačku za AGC funkciju).
• •Monitoring rezervi (RM – "Reserve Monitoring"), koji izračunava raspoložive kapacitete za proizvodnju aktivne snage u sistemu, koji se koriste za zadovoljenje promena potrošnje u sistemu.
• •Planiranje programa transakcija energije (ITC – "Interchange Transaction Scheduling"), koji omogućava operatoru da planira transakcije za razmenu električne energije sa drugim EES-ima, kako u normalnim, tako i poremećenim radnim stanjima. Ovaj unos obično se realizuje u formi satnih tabela početka i kraja transakcija.

Gornje funkcije se izvršavaju u realnom vremenu ili studijskom modu, sa periodom od nekoliko sekundi do nekoliko minuta, i to na zahtev operatora, ili mogu biti inicirane događajem u sistemu. Pored njih, postoje i druge generatorske funkcije koje se najčešće izvršavaju u studijskom modu:

• •Plan angažovanja agregata (UC – "Unit Commitment"), ili Kratkoročno operativno planiranje (STOP – "Short-Term Operation Planning"), koje se koristi za planiranje pokretanja, rada i zaustavljanja agregata, u cilju postizanja zahteva potrošača za snagom i energijom u uobičajenom vremenskom horizontu 24-168 sati. U zavisnosti od strukture EES-a, načina rada i drugih eksploatacionih specifičnosti, funkcija se sprovodi kroz sledeće funkcije:

• –Plan angažovanja termičkih jedinica (TUC – "Thermal Unit Commitment").
• –Planiranje rada hidro jedinica (HS – "Hydro Schedules").
• –Plan angažovanja hidro i termičkih jedinica (HTC – "Hydro Thermal Scheduling"), ili Hidro-termo koordinacija.

Ove funkcije predstavljaju nelinearne optimizacione probleme sa velikim brojem celobrojnih i kontinualnih promenljivih, što znači da je problem u praksi prilično težak za rešavanje. Takođe, u sistemima koji su vertikalno integrisani ova funkcija je deo SCADA/EMS, dok je u deregulisanim sistemima ova funkcija deo tržišnih funkcija (u nešto izmenjenoj formulaciji, ali sa istim rezultatom – raspored angažovanja jedinica). Dakle, funkcionalnost je slična, ali su odgovornosti različite.

Ostale funkcije koje spadaju u domen generatorskih funkcija su:

• •Tranzijentna analiza (TA – "Transient Analysis"), koja se koristi za ispitivanje dinamičkog ponašanja EES-a posle velikih poremećaja (ispadi prenosnih vodova, transformatora, generatorskih jedinica ili potrošača). Model kojim se opisuju ovakva stanja je nelinearan diferencijalno-algebarski.
• •Dinamička stabilnost (DS – "Dynamic Stability"), koja se koristi za ispitivanje dinamičkog ponašanja EES-a posle malih poremećaja (obično male promene opterećenja).
• •Naponska stabilnost (VS – "Voltage Stability"), koja se koristi za ispitivanje naponske stabilnosti EES-a.
• •Menadžment opterećenja (LM – "Load Management"), koji se koristi za upravljanje maksimalnim opterećenjem sistema.
• •Sečenje opterećenja (LS – "Load Shedding"), koje se koristi za redukcije (sečenje) opterećenja u kritičnim operativnim stanjima EES-a (nedovoljna proizvodnja u sistemu, ili nedovoljni prenosni kapaciteti).
• •Pokretanje motora (MS – "Motor Start"), koje se koristi za ispitivanje mogućnosti pokretanja srednjenaponskih motora u ostrvskom radu EES-a.

Gornje funkcije analiziraju samo generatorske jedinice i uglavnom potpuno ili delimično ignorišu mrežu (prenosne vodove, transformatore, reaktore/kondenzatore i sl.), ili ona nije od primarnog interesa za njihovo izvršavanje. Pri tome, treba napomenuti da obično ED funkcija uvažava uticaj mreže u smislu gubitaka koji se u njoj imaju (preko formule gubitaka).

Kako bi se dobila kompletnija slika o sistemu, u okviru EMS-a koriste se i druge funkcije, koje se mogu označiti kao Mrežne funkcije, od kojih su najvažnije sledeće:

• •Estimacija stanja (SE – "State Estimation"), koja se koristi za određivanje vektora stanja sistema (njega kompletno opisuju moduli i uglovi fazora napona u čvorovima mreže). Ova funkcija se sprovodi na osnovu merenja iz sistema. Ta merenja su po pravilu zašumljena i nekompletna (ne postoje za svaki element u mreži). SE funkcija određuje najbolju estimaciju koristeći raspoloživi skup redundantnih merenja, uvažavajući karakteristike grešaka merenja, izgubljena i loša merenja.
• •Statička analiza sigurnosti (SSA – "Static Security Analysis"), ili Analiza ispada (CA – "Contingency Analysis"), u cilju određivanja efekata pojedinih ispada na sistem, kao što su ispadi grana (prenosni vodovi i transformatori), generatorskih jedinica, ili njihova kombinacija.

Obe gornje funkcije se sprovode ili u realnom vremenu, periodično (sa periodom od nekoliko sekundi do nekoliko minuta), startuju se posle određenih događaja, ili na zahtev operatora. Takođe, mogu se izvršavati u studijskom modu za izabrane scenarije iz prošlosti, ili one koji odgovaraju aktuelnom radnom stanju.

Postoje i druge mrežne funkcije, koje se uglavnom izvršavaju u studijskom modu, kao što su:

• •Tokovi snaga (PF – "Power Flow"), ili Optimalni tokovi snaga (OPF – "Optimal Power Flow"), koje se koriste za proračun svih promenljivih u sistemu (ne samo promenljivih stanja – kompleksnih napona u čvorovima). OPF se koristi za proračun ovih promenljivih na bazi optimizacije nekog sistemskog kriterijuma (proizvodni troškovi, gubici, naponski nivo, promene pozicija teretnih menjača regulacionih transformatora, sigurnosni kriterijum, ekološki kriterijum i drugi). Ovi proračuni se inicijalizuju koristeći rezultate estimacije stanja, uz dodatak nekih drugih podataka o generatorima (na primer, troškovi proizvodnje), koji se dobijaju iz kataloške baze podataka.
• •Satna prognoza potrošnje (HLF – "Hourly Load Forecasting"), koja se koristi u svrhu predikcije ukupne satne potrošnje u čvorovima u budućnosti.
• •Kratkoročna prognoza potrošnje (STLF – "Short-Term Load Forecast"), koja se koristi u svrhu predikcije ukupne satne potrošnje koju sistem mora da zadovolji u sledećih nekoliko časova do nekoliko dana. Ova funkcija omogućava operatoru sistema da planira održavanje opreme, izvrši rekonstrukciju sistema posle kvara, ili planira pokretanje i zaustavljanje agregata.
• •Dijagnoza kvarova (FD – "Fault Diagnosis"), koja se koristi za: 1) detekciju kvarova, 2) određivanje vrste kvara, 3) određivanje lokacije kvara, 4) određivanje najbolje procedure za čišćenje kvara, 5) određivanje performansi zaštitnog sistema i 6) snimanje i označavanje svakog scenarija kvara na odgovarajući način.
• •Analiza kvarova (FA – "Fault Analysis"), koja se koristi za određivanje nivoa struja i napona u stanjima sa kvarom.
• •Koordinacija relejne zaštite (RC – "Relay Coordination"), koja se koristi za koordinirano određivanje referentnih vrednosti svih releja u EES-u.
• •Plan isključenja jedinica (EOS – "Equipment Outage Scheduling"), koja se koristi za planiranje isključenja (remonata) pojedinih elemenata u EES-u (generatorskih jedinica i druge opreme, prenosnih vodova, transformatorskih stanica i razvodnih postrojenja).
• •Menadžment redosleda akcija uključenja/isključenja (SSM – "Switching Sequence Management"), koja se koristi za koordinirani menadžment akcija uključenja/isključenja, promena topologije i rekonfiguracije prenosne mreže.
• •Volt/Var koordinacija (VVC – "Volt/Var Coordination"), koja optimizira angažovanje naponskih i resursa za proizvodnju reaktivnih snaga (kao što su regulacioni transformatori, reaktivne snage generatora, otočni kondenzatori, STATCOM i drugih).

U aktuelnom okruženju deregulisanih EES-a, važan deo EMS-a su Market funkcije, od kojih su najvažnije:

• •MaxFlow za proračun maksimalnih prenosnih kapaciteta mreže (NTC – "Network Transfer Capacity"), kao i raspoloživih prenosnih kapaciteta mreže (ATC – "Available Transfer Capacity").
• •Menadžment opterećenjem mreže (NLM – "Network Loading Management"), ili Zagušenja u mreži (NC – "Network Congestion"), kojima se optimiziraju opterećenja aktivne i reaktivne snage u pojedinim delovima mreže (na primer, putanje dopremanja snage do pojedinih potrošačkih čvorova), u cilju relaksiranja zagušenja u mreži.
• •Proračun transakcija energije (ET – "Energy Transactions"), gde se proračunavaju transakcije električne energije sa susednim sistemima. Ovom funkcijom pomaže se operatoru da odredi optimalne razmene i izbegne kruženje energije ("Energy Wheeling").
• •Transaction Evaluation (TE – "Transaction Evaluation"), kojom se omogućava analiza troškova i dobiti dodatnih transakcija u periodu do nedelju dana unapred.
• •Kruženje energije (EW – "Energy Wheeling"), kojom se proračunavaju transferi i troškovi plaćanja transakcija električne energije trećoj strani.
• •Obračun energije (EA – "Energy Accounting"), koja prikuplja podatke, vrši obračun cena električne energije i čuva podatke o plaćanjima električne energije.
• •Lokalna marginalna cena (LMP – "Locational Marginal Price"), koja na bazi podnetih ponuda za prodaju/kupovinu proračunava cene električne energije u pojedinim generatorskim/potrošačkim čvorovima i/ili zonama.
• •Aukcijska prodaja prenosnih kapaciteta (TAM – "Transmission Auction Mechanism"), koja predstavlja softversku podršku procesu aukcije prenosnih kapaciteta.
• •Aukcijska prodaja energije (EAM – "Energy Auction Mechanism"), koja predstavlja softversku podršku procesu aukcije električne energije.

Poslednja grupa funkcija koja se zahteva u EMS-u su Pomoćne funkcije, kao što su:

• •Matematički model mreže ("Network Mathematical Model"), u kojoj se definiše model EES-a.
• •Topology Analyzer ("Topology Analyzer"), u kojoj se vrši analiza topologije EES-a i priprema topološka šema za ostale proračune.
• •Obrada alarma ("Alarm Processing"), u kojoj se vrši obrada pojedinih vrsta alarma.
• •Korisnički interfejs ("User Interface"), u kojoj se prikazuju dijalozi, ekrani za unos/prikaz podataka/rezultata proračuna, kao i tabelarni prikaz ulaznih podataka i rezultata izvršenja pojedinih funkcija. Takođe, u ovom modulu se vrše izmene mreže (topologija i drugi ulazni podaci).
• •Izveštaji ("Reporting Module"), koja se koristi za generisanje i štampanje pojedinih vrsta izveštaja o stanju sistema, statističkim obradama i podacima iz drugih povezanih sistema.
• •Baze za čuvanje podataka realnog vremena i istorijskih podataka ("Storage of Real-Time and Historical Data"), koja se koristi za on-line potrebe, ili za arhiviranje istorijskih podataka.
• •Konverzija i interfejs podataka ("Data Conversion and Interfacing"), koja se koristi za vezu EMS-a sa lokalnim uređajima.
• •Komunikacioni interfejs ("Communication Interface"), koja se koristi za vezu sa SCADA/EMS u drugim EES-ima.
• •Trening simulator ("Training Simulator"), koja se koristi za obuku i trening operativnog osoblja za korišćenje EMS sistema.

Kada se raspolaže sa gornjim funkcijama, onda se takav sistem označava kao SCADA/EMS, pošto EMS praktično ne može da postoji bez SCADA.

Iz prethodnog se zaključuje da se za savremene SCADA/EMS sisteme koristi velika infrastruktura, koja uključuje:

• •Veliku telekomunikacionu mrežu koja povezuje opremu u polju sa SCADA/EMS centrom. Telekomunikaciona tehnologija uključuje širok spektar sredstava za korišćenje: iznajmljene telefonske linije, radio mikrotalase, bakarne i fiber optičke kablove, VHF i UHF radio veze.
• •Složene računarske sisteme na jednoj centralnoj lokaciji, za hijerarhijsko upravljanje sistema, i nekoliko koordinisanih kompjuterskih sistema na podržanim lokacijama.
• •Operatorsku interfejs opremu koja je u stanju da odgovori na višestruke zahteve preko novih prikaza u roku od jedne sekunde.
• •Velike resurse za smeštaj podataka (po pravilu relacione baze podataka, kao što je na primer Oracle), koji su lako dostupni operatorima i ostalom osoblju.

SCADA/EMS centar mora imati veliku raspoloživost (reda 99,9 %), koja se postiže redundantnim računarima i lokalnom komunikacionom mrežom.

Arhitektura SCADA/EMS sistema

Donja slika prikazuje konceptualni pregled SCADA/EMS i market sistema. Ovo je tipična konfiguracija za rad operatora sistema i operatora tržišta.

U ovom primeru SCADA/EMS i market sistemi su na vrhu hijerarhije i oni međusobno usklađuju svoje funkcionalnosti. SCADA funkcije se sprovode na ovom najvišem hijerarhijskom nivou, ali i u okviru regionalnih centara upravljanja. Istorijski i trenutni operativni podaci su dostupni korisnicima preko HIS i odgovarajućeg WebInfo servera. Sirovi podaci se skeniraju sa udaljenih terminalskih jedinica (RTU – "Remote Terminal Unit") i integrisanih sistema automatizacije u postrojenjima (ISAS – "Integrated Substation Automation System") korišćenjem standardnih komunikacionih protokola. Procesirane informacije se razmenjuju preko Internet-a i preko ICCP ("Inter-utility Control Center Communication Protocol") – u ovom trenutku to je 60870-6-TASE 2.

Gornja slika prikazuje pojednostavljeni konceptualni pregled koji ilustruje ključne blokove koji čine SCADA/EMS arhitekturu, kao i glavne putanje razmene informacija. Svakako da različite implementacije mogu varirati po delovima, pri čemu se fundamentalna struktura zadržava. Na primer, SCADA/EMS blok na slici sastoji se od računarske mreže, jedinice za prikaz, komunikacionih protokola, lokalnih interfejs uređaja i centralnih jedinica za čuvanje podataka.

Funkcionalna arhitektura SCADA/EMS sistema

U opštem slučaju, ukupan SCADA/EMS softver može se podeliti u tri dela:

• 1) sistemski softver,
• 2) softver za podršku i
• 3) aplikativni softver.

Sistemski softver čine: operativni sistem, prevodioci, dibageri ("Debuggers"), biblioteke i sl.

Softver za podršku čine: komunikaciona podrška, menadžment bazama podataka i softver za interakciju korisnika sa sistemom.

Aplikativni softver tipično uključuje sledeće podsisteme:

• •SCADA podsistem, koji uključuje osnovno prikupljanje podataka, upravljanje i funkcije za razne vrste prikaza, koje omogućavaju operatoru da odredi aktuelni status EES-a i da daljinski izvrši određene upravljačke akcije.
• •Generatorski upravljački podsistem, koji čine AGC, ED, RM, proračun troškova proizvodnje, planiranje razmena i obračun cena utrošene energije.
• •Mrežni upravljački podsistem, koji se sastoji od skupa programa koji rade u realnom vremenu i u studijskom modu, kao što su:

• –Procesor topologije mreže ("Network Topology Processor")
• –Estimator stanja (SE – "State Estimator")
• –Statička analiza sigurnosti (SSA – "Static Security Analysis"), ili analiza efekata ispada (CA – "Contingency Analysis")
• –Dispečerski tokovi snaga (DPF – "Dispatcher’s Power Flow")
• –Optimalni tokovi snaga (OPF – "Optimal Power Flow")

• •Podsistem operativnog (kratkoročnog) planiranja angažovanja, koji čine Kratkoročna prognoza opterećenja ("Short Term Load Forecast"), Izbor agregata u pogonu (UC – "Unit Commitment") i Hidro-termo koordinacija (HTS – "Hydro-Thermo Scheduling").

Sve gore navedene funkcije se koriste u eksploataciji EES-a. Međutim, u eri deregulacije elektroprivrede EES-i moraju biti pripremljeni i za druge funkcije. Na primer, SCADA/EMS treba da u sebe uključi uređaje za snimanje kvarova, istorijsku bazu podataka (HIS), alate za prikaz i razne vrste analiza. Svi ovi alati stoje na raspolaganju i drugim korisnicima izvan EES-a, kao što su: regulatorna tela, učesnici na tržištu, generatorske kompanije, prenosne kompanije i drugi.

Prethodno opisana funkcionalna arhitektura može se smatrati kao standardna, pošto je ima većina svetskih kompanija koje nude SCADA/EMS sisteme. Treba primetiti da ocena sigurnosti EES-a u realnom vremenu još uvek nije standardan alat u SCADA/EMS funkcionalnosti.

Mesto EMS u ukupnoj organizaciji elektroprivrede prikazano je na donjoj slici.

Legenda:

• SCU – Sistemski centar upravljanja
• MCU – Mrežni centar upravljanja
• DCU – Distributivni centar upravljanja
• CUP – Centar upravljanja potrošnjom
• EMS (Energy Management System) – Sistem upravljanja električnom energijom na nivou proizvodnje i prenosa
• DMS – (Distribution Management System) – Sistem upravljanja distribucijom
• DSM – (Demand Side Management) – Upravljanje potrošnjom u cilju racionalnog korišćenja električne energije

Slika: Tipična struktura vertikalno-integrisanog elektroprivrednog preduzeća

Implementaciona arhitektura SCADA/EMS sistema

Od ranih 70-tih godina prošlog veka, kada su računarski zasnovani SCADA/EMS sistemi postali dominantni, krajem 1990-tih godina većina SCADA/EMS sistema je bilo zasnovano na hardveru i softveru jednog proizvođača. To znači da nije bilo moguće uključiti u sistem neke funkcionalnosti drugih kompanija. Jedino je bilo moguće zameniti čitav sistem. U takvim sistemima korišćeni komunikacioni protokoli (na primer, RTU interfejs sa korisnicima itd.) su zavisni od proizvođača hardvera i softvera.

Takvi sistemi su se pokazali kao skupi i loših performansi, tako da je novi trend u razvoju da se naprave sistemi koji nisu toliko zavisni od isporučioca hardvera i softvera. To se čini razvojem standarda za različite vrste interfejsa. Razvoj Internet tehnologije čini da standardi koji se primenjuju u toj oblasti postaju ujedno i standardi za druge vrste otvorenih arhitektura. To znači da se od isporučioca očekuju sistemi koji se mogu lako povezati i integrisati između sebe.

U tom cilju savremeni sistemi imaju arhitekturu zasnovanu na distribuiranim Ethernet lokalnim mrežama (LAN – "Local Area Network"). Hardver i softver podležu uobičajenim industrijskim standardima, kao što su IEC 61850 i IEC 60870. Oni sve češće koriste Microsoft operativni sistem, Internet tipove organizacije podataka ("Browsers") i Internet protokole. Takođe, SCADA/EMS sistemi mogu se povezati sa drugim standardnim softverskim paketima, kao što su Microsoft Word i EXCEL, što značajno doprinosi fleksibilnosti sistema. To dodatno pomaže dodavanju novih komponenti u sistem.

Prvi korak u sprovođenju funkcija eksploatacije i upravljanja EES-ima je detekcija aktuelnog stanja sistema. Osnov za to su informacije koje se u centar upravljanja prenose direktno iz sistema. Za tu svrhu koriste se specijalizovani informacioni sistemi za prikupljanje, obradu i slanje informacija, kao i sprovođenje upravljačkih akcija (SCADA – "Supervisory Control and Data Acquisition"). Njihova funkcija jeste da prikupe sve neophodne informacije iz sistema, inicijalno ih obrade i prenesu u centre upravljanja, gde se podvrgavaju detaljnoj analizi, obradi i arhiviranju. Istovremeno, oni obezbeđuju i spregu između samog EES-a i operatora. Te informacije sadrže analogne signale merenja (tokova aktivnih/reaktivnih snaga, injektiranja aktivnih/reaktivnih snaga, modula napona i struja, a u novije vreme i faznih stavova fazora napona), binarne signale (0, 1) položaja prekidača, kao i digitalne signale položaja otcepa menjača regulacionih transformatora. Pored toga, jedinice udaljenih terminala (RTU – "Remote Terminal Unit") mogu zahvatati i signale alarma prekoračenja, ili delovanja releja i druge upozoravajuće signale. U novije vreme, RTU mogu biti zamenjeni inteligentnim elektronskim uređajima (IED – "Intelligent Electronic Devices"). Po pravilu, RTU i IED su povezani u lokalnu mrežu (LAN – "Local Area Network"), a ona dalje na centralni SCADA server, sa kojim komuniciraju energetske funkcije sistema upravljanja proizvodno-prenosnim sistemom (EMS – "Energy Management System"), što je prikazano na donjoj slici, gde se zbog boljeg razumevanja daju tri različita (redundantna) aspekta povezivanja.

Kontrolni centri u savremenim uslovima prelaze sa centralizovane arhitekture ka distribuiranoj fleksibilnoj i otvorenoj arhitekturi, što omogućava brz razvoj telekomunikacione i kompjuterske tehnike (struktuirani komunikacioni mrežni protokoli, objektno orijentisani protokoli, razvoj softvera za povezivanje SCADA i viših softverskih paketa i sl.). Osnovni delovi kontrolnog centra su:

• •SCADA sistem,
• •Sistem upravljanja proizvodno-prenosnim sistemom (EMS).
• •Sistem upravljanja komercijalnim sistemom (Business Management System – BMS).
• •Distribuirani SCADA sistemi zasnovani na informacionim protokolima.
• •Zajednički informacioni model (Common Information Model – CIM) za razmenu podataka.
• •Sistem za razmenu podataka između EMS i BMS.