Παρουσίαση του Ευρωπαϊκού Προγράμματος EMRP ENG04 "METROLOGY FOR SMART ELECTRICAL GRIDS"
- 1. Ελληνικό Ινζηιηούηο Μεηπολογίαρ ΠΑΡΟΤΙΑΗ ΣΟΤ ΕΤΡΩΠΑΙΚΟΤ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΟ: EMRP ENG04 “METROLOGY FOR SMART ELECTRICAL GRIDS” Μςπηώ Υολιαζηού, Ειπήνη Φλοςδά, και Θεοδώπα Σόδη
- 2. Μεηπολογία για έξςπνα ηλεκηπικά δίκηςα Metrology for Smart Electrical Grids ENG04 SmartGrid ’a smart grid is never smarter than the quality of its measurements’ Εςγενική σοπηγία SP ςνηονιζηήρ ππογπάμμαηορ Ολλανδικό Ινζηιηούηο Μεηπολογίαρ “The research leading to the results described in this paper is part of the European Metrology Research Program (EMRP), which is jointly funded by the EMRP participating countries within EURAMET and the European Union.”
- 3. EMRP Participating Countries •Austria •Belgium •Czech Republic •Denmark •Estonia •European Commission (EC) •Finland •France •Germany •Hungary •Italy •The Netherlands •Norway •Poland •Portugal •Romania •Slovakia •Slovenia •Spain •Sweden •Switzerland •Turkey •United Kingdom
- 4. ΣΟ ΠΑΡΑΔΟΙΑΚΟ ΔΙΚΣΤΟ Μεγάλοι Kενσποςκοπικό ςσαθμοί παπαγψγήρ Σεφνολογία Πεπιοπιςμόρ ηλικίαρ ενόρ διαςτνδέςεψν αιώνα
- 5. •Σο μέφπι σώπα ςκηνικό ήσαν κενσπικέρ μονάδερ παπαγψγήρ βαςιςμένερ ςσο λιγνίση και κασαναλψσέρ ςε απομακπτςμένα ςημεία. •Ειδικά ςσην Ελλάδα ο ΔΕΜΗΕ σονίζει σο ππόβλημμα αςτμμεσπίαρ: η παπαγψγή και οι διαςτνδέςειρ με σιρ βαλκανικέρ φώπερ ςσο βοπά, ενώ η μεγάλη κασανάλψςη (Ασσική) ςσο νόσο. •Ατσόρ ο φάπσηρ ςσην Ετπώπη καλείσαι να αλλάξει. Σο 2005 δημιοτπγήθηκε ο European Technology Platform (ETP) SmartGrids. Πεπιλαμβάνει εκπποςώποτρ σηρ βιομηφανίαρ, διαφειπιςσέρ σοτ ςτςσήμασορ μεσαυοπάρ και διανομήρ, επετνησέρ και regulators. •σόφορ σοτ νέοτ ςτςσήμασορ= ετελιξία ώςσε να δέφεσαι σοτρ νέοτρ αποκενσπψμένοτρ παπαγψγούρ (τδποηλεκσπικούρ, πτπηνικοτρ, ανανεώςιμψν πηγών), να υσάνει ςε απομακπτςμένα ςημεία, να πποςυέπει ςσαθεπόσησα σηρ σάςηρ και ποιόσησαρ ενέπγειαρ, καλύσεπη διαςύνδεςη μεσαξύ κπασών, μεσαυοπά σψν ανανεώςιμψν ςε μεγαλύσεπερ αποςσάςειρ, και να είναι οικονομικό. Να ικανοποιήςει σοτρ ςσόφοτρ σοτ Kyoto να πποςσασεύει σο πεπιβάλλον εκπομπέρ CO2, SO2, Nox. Η εξέλιξη σψν ενεπγειακών δικσύψν ςσα «έξτπνα» δίκστα ποτ πεπιέφοτν νέερ, ανανεώςιμερ πηγέρ ενέπγειαρ αλλά και πληθώπα νέψν παπαγψγών ςτνοδεύεσαι από μείψςη σηρ ποιόσησαρ: διακύμανςη σηρ σάςηρ, ειςαγψγή απμονικών ςτνιςσψςών, αςσαθήρ διαθεςιμόσησα ενέπγειαρ κλπ.
- 7. Μέλλον: Operation of system will be shared between central and distributed generators. Control of distributed generators could be aggregated to form microgrids or „virtual‟ power plants to facilitate their integration both in the physical system and in the market.
- 9. Οι σσνεργάες τοσ προγράμματος EMRP ENG04 “Smart grids
- 10. Mεσπολογία για έξτπνα ηλεκσπικά δίκστα Ππόγπαμμα EURAMET EMRP-ENG04 Θ.ΠΕΔΙΟ 1 Θ. ΠΕΔΙΟ 2 Θ. ΠΕΔΙΟ 3 Θ. ΠΕΔΙΟ 4 • τςσήμασα • Μέσπηςη • Ποιόσησα • φεδιαςμόρ μέσπηςηρ ενέπγειαρ ενέπγειαρ σοτ δικσύοτ ανύςμασορ επί σόποτ ςσα δίκστα και υάςηρ για ςψςσή ςσαθεπόσησα (PMUs) σιμολόγηςη
- 11. Θ.ΠΕΔΙΟ 1 • τςσήμασα μέσπηςηρ ανύςμασορ υάςηρ (PMUs) Πποςομοίψςη PMU • Τπολογιςσική πλασυόπμα Μatlab. Ππόστπο IEEEC37.118-2005 (INRIM-Ισαλία) Ππόστπο PMU αναυοπάρ • Κασαςκετή ππόστποτ PMU για ση μέσπηςη σοτ ανύςμασορ υάςηρ ςσο επγαςσήπιο και ςσο πεδίο (LNE-Γαλλία) Ππόστπορ διακπιβψσήρ PMU • Κασαςκετή πποσύποτ διακπιβψσή και ςύνσαξη οδηγίαρ διακπίβψςηρ PMU και μεθοδολογίαρ ελέγφοτ (METAS-Ελβεσία, SIQ- Σςεφία) Μεσπήςειρ ςσο πεδίο • Φπήςη σοτ ππόστποτ PMU για επί σόποτ μεσπήςειρ ςσο δίκστο ςε Ελλάδα, Ροτμανία, οτηδία (ΕΙΜ-Ελλάδα, SP-οτηδία, ΙΝΜ- Ροτμανία)
- 12. Θ.ΠΕΔΙΟ 2 • Mέσπηςη ενέπγειαρ επί σόποτ για ςψςσή σιμολόγηςη Σεφνική μη παπεμβασικού ελέγφοτ • Υοπσίο οικιακήρ εγκασάςσαςηρ: διαφψπιςμόρ σψν υοπσίψν βάςη σηρ «τπογπαυήρ» σοτρ (AΠΘ-Ελλάδα, επετνησική τποσπουία) Διακπίβψςη μεσπησών ενέπγειαρ • Έλεγφορ μεσπησών επί σόποτ ςε ππαγμασικέρ εγκασαςσάςειρ φαμηλήρ σάςηρ (MIKES-Υινλανδία) Μεσπήςειρ ενέπγειαρ ςε δίκστα • Μεσπήςειρ επί σόποτ ςε δίκστα μέςηρ σάςηρ (36 kV, 1 kA) και τχηλήρ σάςηρ (100-400 kV). (VSL-Ολλανδία, LCOE-Ιςπανία). Έκδοςη ππακσικήρ οδηγίαρ (SP-οτηδία)
- 13. Θ.ΠΕΔΙΟ 3 • Επγαλεία για ση μέσπηςη σηρ ποιόσησαρ ενέπγειαρ από απόςσαςη Δίκστα ανεμογεννησπιών • Μέσπηςη ποιόσησαρ ενέπγειαρ ςε εγκασεςσημένερ ανεμογεννήσπιερ (TRESCAL-Δανία) • Διακύμανςη flicker ςε ανεμογεννήσπιερ (NPL-Αγγλία) Δίκστα διανομήρ και δίκστα ςτνεφούρ • Ποιόσησα ενέπγειαρ ςε δίκστα τχηλήρ σάςηρ ςτνεφούρ (ΙΝRIM- Ισαλία) • Ανανεώςιμερ πηγέρ ςσο δίκστο διανομήρ (CEM-Ιςπανία) • Ποιόσησαρενέπγειαρ ςσο δίκστο σοτ Βελγίοτ (SMD-Βέλγιο) Τποςσαθμοί μέςηρ και τχηλήρ σάςηρ • Ποιόσησαρενέπγειαρ ςε τποςσαθμούρ μέςηρ/τχηλήρ σάςηρ (UME-Σοτπκία, ΙΝΜ-Ροτμανία, ΙΝRIM-Ισαλία, VSL-Ολλανδία) • σαθεπόσησα γπαμμήρ μεσαυοπάρ τχηλήρ σάςηρ (VSL-Ολλανδία)
- 14. Θ.ΠΕΔΙΟ 4 • φεδιαςμόρ σοτ ςτςσήμασορ και ςσαθεπόσησα Μονσέλα ηλεκσπικού δικσύοτ • Δημιοτπγία μονσέλοτ δικσύοτ και ειςαγψγή ς‟ ατσό ππαγμασικών δεδομένψν ποήρ ενέπγειαρ (ΡΣΒ-Γεπμανία, STRAT-Αγγλία) • Υόπσιςη ηλεκσπικών ατσοκινήσψν ςσο δίκστο (TU-BS-Γεπμανία) Ευαπμογή ςε εγκασεςσημένα δίκστα • Ευαπμογή σοτ μονσέλοτ ςε δίκστο φαμηλήρ σάςηρ (Ελβεσία) ποτ σπουοδοσεί 140 κασαναλψσέρ (ΡΣΒ-Γεπμανία) ύςσημα διακπίβψςηρ μεσαςφημασιςσών • Κασαςκετή πποσύποτ διακπιβψσή μεσαςφημασιςσών πεύμασορ για δίκστα «μολτςμένα» με τχηλέρ ςτφνόσησερ (ΡΣΒ-Γεπμανία) Πλαίςιο κπτπσογπάυηςηρ για έξτπνα δίκστα • Ανάλτςη σψν ατξημένψν απαισήςεψν για πποςσαςία σψν πολλαπλών δεδομένψν ποτ ανσαλλάςςονσαι ςσα έξτπνα δίκστα και δημιοτπγία πλαιςίοτ κπτπσογπάυηςηρ (ΡΣΒ-Γεπμανία)
- 15. ύςσημα μέσπηςηρ ανύςμασορ υάςηρ (PMU)
- 16. Θ.ΠΕΔΙΟ 1 • τςσήμασα μέσπηςηρ ανύςμασορ υάςηρ (PMUs) IEEE standard C37.118-2005 • τνδέεσαι ςσο δίκστο με μεσ/ςσέρ σάςηρ, ένσαςηρ (70V-110V, 0-5A) • Κασαγπάυει σιρ σάςειρ και ενσάςειρ σοτ δικσύοτ ςαν ανύςμασα υάςηρ (μέσπο, γψνία υάςηρ) και σο πτθμό μεσαβολήρ σηρ ςτφνόσησαρ σοτ δικσύοτ • Ωρ αναυοπά για ση μέσπηςη σηρ γψνίαρ φπηςιμοποιεί σο GPS, ςτφπονίζεσαι με σο UTC (Universal Time Coordinated). Κάθε μέσπηςη έφει ση φπονική ςυπαγίδα σηρ.
- 17. Κενσπικό ύςσημα ελέγφοτ και πποςσαςίαρ δικσύοτ Κένσπο ελέγφοτ Κόμβορ-Διανομέαρ Αλγόπιθμοι Επίβλεχη σοτ & πποςσαςίαρ ςτςσήμασορ τλλογή δεδομένψν Αςσάθεια Ανάλτςη Σάςηρ τφνόσησαρ Υάςηρ Επομένψρ, κάθε φπονική ςσιγμή, μποπεί να τπολογιςσεί η διαυοπά υάςηρ σψν AC μεγεθών σοτ δικσύοτ μεσαξύ οποιονδήποσε ςημείψν σοτ.
- 19. Από σο 2004 σο ςύςσημα λεισοτπγεί ςύγφπονα και παπάλληλα με σο ςύγφπονο διαςτνδεδεμένο ετπψπαωκό ςύςσημα ENTSOE (European Network of Transmission System Operators for Electricity), ππώην UCTE (Union pour la Coordination du Transport de l‟ Electricité). Η παπάλληλη λεισοτπγία επιστγφάνεσαι μέςψ διαςτνδεσικών γπαμμών μεσαυοπάρ Γ.Μ. 400 και 150 kV. με σα τςσήμασα σηρ Αλβανίαρ, σηρ Βοτλγαπίαρ και σηρ ΠΓΔΜ (FYROM). Επιπλέον, σο Ελληνικό ύςσημα ςτνδέεσαι αςύγφπονα (μέςψ τποβπτφίοτ ςτνδέςμοτ ςτνεφούρπεύμασορ) με σην Ισαλία. Η σοπολογία σψν τυιςσάμενψν και τπό ανάπστξη διαςτνδέςεψν υαίνεσαι ςσο φήμα 1, όποτ παπιςσάνονσαι με διαυοπεσικούρ φπψμασιςμούρ οι τυιςσάμενερ, οι τπό κασαςκετή, οι ππογπαμμασιςμένερ και οι τπό μελέση διαςτνδέςειρ. Με σο ύςσημα σηρ ΠΓΔΜ η Ελλάδα ςτνδέεσαι μέςψ: • μίαρ γπαμμήρ 400 kV απλού κτκλώμασορ με δίδτμο αγψγό, μεσαξύ ΚΤΣ Θεςςαλονίκηρ και Dubrovo ςσην ΠΓΔΜ και Με σο Βοτλγαπικό ύςσημα η Ελλάδα ςτνδέεσαι μέςψ μίαρ Γ.Μ. 400 kV (σύποτ Β'Β'), μεσαξύ ΚΤΣ Θεςςαλονίκηρ και Blagoevgrad ςσην Βοτλγαπία.
- 20. Πηγή: Δ Ι Α Φ Ε Ι Ρ Ι Σ Η Τ Σ Η Μ Α Σ Ο Μ Ε Σ Α Υ Ο Ρ Α Η Λ Ε Κ Σ Ρ Ι Κ Η Ε Ν Ε Ρ Γ Ε Ι Α Μελέση Ανάπστξηρ τςσήμασορ Μεσαυοπάρ 2010-2014 http://www.ypeka.gr/
- 23. Οι παρατηρητές τοσ προγράμματος EMRP ENG04 “Smart grids
- 24. Θ.ΠΕΔΙΟ 2 • Mέσπηςη ενέπγειαρ επί σόποτ για ςψςσή σιμολόγηςη Σεφνική μη παπεμβασικού ελέγφοτ • Υοπσίο οικιακήρ εγκασάςσαςηρ: διαφψπιςμόρ σψν υοπσίψν βάςη σηρ «τπογπαυήρ» σοτρ (AΠΘ-Ελλάδα, επετνησική τποσπουία) Διακπίβψςη μεσπησών ενέπγειαρ • Έλεγφορ μεσπησών επί σόποτ ςε ππαγμασικέρ εγκασαςσάςειρ φαμηλήρ σάςηρ (MIKES-Υινλανδία) Μεσπήςειρ ενέπγειαρ ςε δίκστα • Μεσπήςειρ επί σόποτ ςε δίκστα μέςηρ (36 kV, 1 kA) και τχηλήρ (100-400 kV) σάςηρ (VSL-Ολλανδία, LCOE-Ιςπανία). Έκδοςη ππακσικήρ οδηγίαρ (SP-οτηδία)
- 25. Signature of Residential Low Voltage Loads A. S. Bouhouras, G. T. Andreou, A. N. Milioudis and D. P. Labridis Department of Electrical and Computer Engineering, of , abouchou@auth.gr, gandreou@auth.gr, amilioud@auth.gr and labridis@auth.gr IV. CONCLUSION In this work, a survey is conducted regarding the essential measurements for the determination of the signature of LV electrical loads. This signature corresponds to the behavior of a LV load regarding specific operational characteristics, such as the load current, both during startup and normal operation, its harmonic content, as well as the load active and reactive power. The combination of these features may provide a number of criteria, which can be used for the recognition of a load‟s individual operation. Within this context, the essential measurements are analyzed and conducted in this work regarding a number of specific LV loads that may be typically found in a residential installation. The analysis of the measurement results shows the inherent weakness of this procedure, namely that the recognition of the operation of an individual load within a group of loads becomes harder as its involved electrical quantities decrease in value, down to the point where the safe recognition becomes impossible, as the alterations in the aggregate electrical quantities due to the operation of the single load blend in with the normal operational characteristics of the rest of the loads. Finally, the notion of load „labeling‟ is introduced based on appropriate categorization of the appliances‟ electrical and functional characteristics. This procedure could be considered as a preliminary step towards the development of robust and efficient NILM algorithms.
- 26. A survey is presented in this work, regarding the essential measurements for the determination of the operational “signature” of Low Voltage (LV) electrical loads. The concept of load signature is explained, and measurements are analyzed and conducted according to specific criteria that may be used for the automated recognition of the operation of individual loads. To that purpose, LV loads that may be found in a residential installation are initially classified into categories according to their operational characteristics. Furthermore, the notion of load “labeling” is introduced as a fundamental step towards the development of efficient load recognition mechanisms. Moreover, the load recognition criteria are analyzed and classified into the ones that presuppose the existence of direct measurements, and the ones that may be indirectly calculated. Subsequently, the implemented measurement setup is presented, along with a set of measurements regarding specific LV loads, corresponding to the aforementioned load classification. The respective results are analyzed, denoting thus the limitations of the process of using the concept of load signature for the recognition of the loads‟ individual operation.
- 27. The evolution of contemporary power distribution networks into Smart Grids has increased worldwide the interest for the research on both novel and existing technologies, which can enable the implementation of the new Smart Grid techniques. Within this context, one of the most promising fields is that of Smart Home installations. The implementation of Smart Home paradigms mostly presupposes the exact knowledge concerning the operation of individual residential loads. Corresponding research approaches may be divided into two categories: the intrusive and non-intrusive ones. The latter presume the installation of a single power meter in the installation main feeding panel, which extracts the essential information using measurements taken only in that specific position. Resulting methodologies are based on the assumption that every Low Voltage (LV) load has a distinct “signature” that may be defined by its operational characteristics. The efficiency of Non Intrusive Load Monitoring (NILM) methodologies depends greatly on the uniqueness of LV load’s “signature”. In this paper, the load “signature” for several LV appliances is formulated via a special coefficient. Afterwards it is investigated whether this “signature” may stand for the automated recognition of individual loads operation. The basic concept relies on the utilization of the least possible electrical characteristics of an appliance in order to develop the most possible unique load “signature”. The Renyi Entropy (RE) coefficient, which is a measure of a signal’s spectral distribution, is developed for every examined appliance based only on its measured current. This special RE coefficient is extracted using Fast Fourier Transform (FFT) of each appliance’s current. FFT is implemented not to the whole spectrum but only on non- overlapping logarithmically spaced bands. The proposed method is quite simple and the resulted “signature” includes seven values of the RE coefficient, each one corresponding to a respective band. Moreover, in order to enhance the uniqueness of the resulted “signature”, a declination vector based on the seven values of the RE coefficient is formulated, since they refer to sequential spaced bands. This aforementioned vector is considered as the second part of the developed load “signature”. Based on the results, it is suggested that a preliminary stage for load categorization could actually rely on the RE coefficient’s value of the first band. This conclusion could actually speed up the matching procedure of the identification mechanism. The analysis in this paper concludes that the development of special coefficients, extracted from the FFT of a LV load’s current, could actually contribute significantly in developing simple and unique “signatures” for LV appliances and in turn in enhancing the efficiency of NILM methodologies.
- 29. Θ.ΠΕΔΙΟ 2 • Mέσπηςη ενέπγειαρ επί σόποτ για ςψςσή σιμολόγηςη Σεφνική μη παπεμβασικού ελέγφοτ • Υοπσίο οικιακήρ εγκασάςσαςηρ: διαφψπιςμόρ σψν υοπσίψν βάςη σηρ «τπογπαυήρ» σοτρ (AΠΘ-Ελλάδα, επετνησική τποσπουία) Διακπίβψςη μεσπησών ενέπγειαρ • Έλεγφορ μεσπησών επί σόποτ ςε ππαγμασικέρ εγκασαςσάςειρ φαμηλήρ σάςηρ (MIKES-Υινλανδία) Μεσπήςειρ ενέπγειαρ ςε δίκστα • Μεσπήςειρ επί σόποτ ςε δίκστα μέςηρ (36 kV, 1 kA) και τχηλήρ (100-400 kV) σάςηρ (VSL-Ολλανδία, LCOE-Ιςπανία). Έκδοςη ππακσικήρ οδηγίαρ (SP-οτηδία)
- 34. 11 October 2011
- 35. Two options for measurement: 20 kV, 30 kA or 150 kV, 4 kA Conclusion: Efficiency of power plants is directly reflected in the electrical power output
- 36. WP3, Tools for portable and remote measurement of Power Quality Paul Wright
- 37. Remote systems for PQ monitoring. PQ measurements on installed wind turbines. Flicker effects of Wind Turbines, verifying IEC Fictitious grid technique. Rail distribution grid PQ measurements. Smart Grid Trials – before and after studies. High voltage transmission line.
- 42. Κένσπο Τποσαθμόρ Τπεπτχηλήρ Σάςηρ
Editor's Notes
- #2: Η εισαγωγή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στα ηλεκτρικά δίκτυα καθιστά τη μετατροπή τους σε «έξυπνα» δίκτυα αναγκαία. Σε ένα ερευνητικό έργο διάρκειας τριών ετών, 18 ευρωπαϊκά εθνικά ινστιτούτα μετρολογίας και 4 Πανεπιστήμια-ερευνητικά κέντρα, συνδυάζουν τις έρευνές τους για την ανάπτυξη των μετρολογικών εργαλείων που είναι απαραίτητα για τον έλεγχο των νέων τεχνολογιών που υπεισέρχονται. Το έργο ξεκίνησε το Σεπτέμβριο του 2010 και χρηματοδοτείται από το Ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα Μετρολογίας EMRP, το οποίο υλοποιείται από τον οργανισμό εθνικών μετρολογικών ινστιτούτων της Ευρώπης ΕURΑΜΕΤ.
- #3: Το πρόγραμμα χρηματοδοτείται από την ένωση ευρωπαϊκών ινστιτούτων μετρολογίας EMRP. Το ΕΙΜ συμμετέχει χωρίς χρηματοδότηση
- #6: Το μέχρι τώρα σκηνικό ήταν κεντρικές μονάδες παραγωγής βασισμένες στο λιγνίτη και καταναλωτές σε απομακρυσμένα σημεία. Ειδικά στην Ελλάδα ο ΔΕΣΜΗΕ τονίζει το πρόβλημμα ασυμμετρίας: η παραγωγή και οι διασυνδέσεις με τις βαλκανικές χώρες στο βορά, ενώ η μεγάλη κατανάλωση (Αττική) στο νότο.
- #12: Χωρίζεται σε υποέργα
- #14: Μετρήσεις ποιότητας ισχύος -πραγματικά δίκτυα -διάφορες ευρωπαϊκές χώρες. Χαρακτηριστικά: συμμετρία-Ε-Ρ-f-αρμονικές-διακύμανση(flicker) κλπ. Θα παραδοθούν αναλυτικές εκθέσεις των μετρήσεων Τελική οδηγία για τις μετρήσεις ποιότητας ενέργειας στο δίκτυο, χρήσιμη και στους κατασκευαστές προτύπων ενέργειας στη βιομηχανία
- #15: Το μοντέλο διερευνά βέλτιστο πλήθος μετρητικών κόμβων, βέλτιστη τοπολογία, ελάχιστο κόστοςΈναδίκτυο LV θα μετατραπεί σε «έξυπνο» με εισαγωγή ανανεώσιμων πηγών. Τροφοδοτεί 5,4 GWh/χρόνοΑυτός είναι ο σκελετός του προγράμματος, θα αναπτύξω επιλεκτικά ορισμένα τμήματά του
- #18: If the data concentrator in a WAMS application is extended to also include protectionand control algorithms and a possibility to send action signals, a wide area protectionsystem is designed. Such a system can be supplied by a few PMUs up to tens of PMUs,depending on the size of the power system and the complexibility of the protectionfunctions.
- #36: The red arrows indicate the options where the energy can be measured. Typically, the custody transfer between utility and TSO (Transport System Operator) is at the HV side. It is also easier to accurately measure high voltage, than currents > 10 kA. The 20 kV/30 kA and 150kV/4kA are indicative values. Note that the highest-power plants (> 1 GW) feed the grid at 380 kV and several kA.