Proiectul QUALITEN

SISTEM INTEGRAT DE CULEGERE ŞI ANALIZĂ A DATELOR PENTRU ESTIMAREA INDICATORILOR DE CONTINUITATE A FURNIZĂRII ENERGIEI ELECTRICE ŞI DE EFICIENŢĂ A INVESTIŢIILOR ÎN ACEST DOMENIU
QUALITEN


Rezumatul proiectului:
Continuitatea serviciului de alimentare cu energie electrică, caracterizată de numărul şi durata întreruperilor şi a golurilor de tensiune, este deosebit de importantă pentru clienţii operatorilor de distribuţie de energie electrică mai ales în contextul folosirii tot mai acentuate de către toţi consumatorii a echipamentelor electronice şi de calcul. În acest moment în Europa înregistrările legate de aceste incidente se limitează la întreruperile de lungă durată, această informaţie provenind de la sistemele SCADA aflate în funcţiune. În acelaşi timp, un număr din ce în ce mai mare de consumatori este afectat de golurile şi întreruperile de scurtă durată, acestea din urmă reprezentând un procent de 35% din cauza întreruperii proceselor industriale.
În acest context, lipsa unor sisteme dedicate culegerii de date despre acest tip de perturbaţii în furnizarea energiei electrice împiedică o abordare sistematică a acestei importante probleme. De aceea, pentru a putea emite standarde în domeniu şi a permite controlul calităţii serviciului de alimentare care să ducă la o îmbunătăţire continuă a acestuia, sunt necesare metode de culegere continuă a unor date primare credibile, împreună cu facilităţi de stocare şi de analiză statistică.
Proiectul de cercetare propus se încadrează în politica UE în domeniul energiei privind crearea condiţiilor pentru emiterea unor standarde unitare privitoare la calitatea energiei electrice, preocupări descrise şi în The Third Benchmark Report on Quality of Electricity Supply 2005. El are ca obiectiv dezvoltarea unui sistem scalabil de culegere de date privitoare la golurile şi întreruperile în distribuţia puterii, sistem ce va permite calcularea corectă a indicatorilor de calitate, urmărirea disciplinei contractuale şi elaborarea pe baze reale a standardelor şi metodologiilor în domeniu.
În acest scop, se va dezvolta o reţea de module inteligente care va asigura culegerea continuă şi pe termen lung a datelor legate de continuitatea serviciului de alimentare în nodurile reţelelor electrice, date ce vor fi stocate la nivelul unor matrici tensiune-timp. Pe baza acestor date, modulele vor efectua calculul indicatorilor locali de calitate ai energiei electrice.
Sistemul va permite transferarea prin diverse metode a datelor provenind de la modulele inteligente într-o bază de date aflată la nivelul unui server central, unde se va putea efectua analiza statistică a acestor date prin agregarea lor spaţială, permiţându-se în acest fel calculul indicatorilor globali de calitate ai energiei electrice ( SAIDI, SAIFI, MAIFI, ENS, AIT, etc. ) corespunzători zonei geografice monitorizate.
Se va elabora o metodologie care, având la bază calculele statistice efectuate, să permită estimarea investiţiilor necesare pentru realizarea siguranţei în alimentare a consumatorilor dintr-o anumită zonă geografică, reprezentată în mod specific prin asigurarea continuităţii alimentării cu energie electrică pe durata întreruperilor de scurtă durată şi a golurilor. Metodologia va asigura alegerea, într-o situaţie dată, a celei mai bune soluţii din punct de vedere tehnico-economic.

Obiective generale şi rezultatele estimate a fi obţinute:
Proiectul are ca obiectiv realizarea unui sistem integrat de culegere şi analiză a datelor privitoare la calitatea furnizării de energie electrică. Sistemul este alcătuit dintr-un server central la care se pot cupla un număr variabil de module periferice inteligente. Modulele periferice inteligente vor culege, agrega şi stoca date la nivel local pe care le vor transfera apoi, on-line sau off-line, către server.
Modulul inteligent este un sistem multiprocesor care efectuează achiziţia în timp real a parametrilor de calitate a tensiunii legaţi de continuitatea serviciului de alimentare cu energie electrică în reţeaua trifazată, la fiecare semiperioadă a semnalelor de intrare. Prin limitarea la aceşti parametrii modulul poate fi realizat cu microcontrolere, ceea ce permite realizarea unui raport performanţă/preţ ridicat.
Modulul inteligent va memora în matrici timp-tensiune date referitoare la numărul de goluri şi întreruperi apărute în timpul monitorizării. Pentru golurile de o anumită amplitudine şi întreruperi se vor memora separat ca evenimente împreună cu momentul apariţiei şi durata lor. Aceste informaţii vor putea fi stocate la nivel local pe un interval de un an. De asemenea modulul va calcula factorul de calitate al tensiunii furnizate definit conform normativului european EN 50160.
Modulul va permite stocarea de osciloperturbograme de valoare efectivă pe un stick de memorie flash USB, osciloperturbograme a căror memorare se va declanşa la îndeplinirea unor condiţii referitoare la valoarea tensiunii monitorizate. De asemenea el va furniza o ieşire auxiliară serială care va permite stocarea de osciloperturbograme de durată şi în număr mai mare pe un dispozitiv exterior ( de exemplu un laptop ).
Modulul îşi va putea sincroniza ceasul astronomic de la sistemul GPS prin intermediul unui modem GPS extern. Această facilitate de sincronizare a timpului este esenţială din punct de vedere al procesului de centralizare a datelor, permiţând o corelare a evenimentelor pe baza acestei informaţii.
Modulul nu necesită alimentare cu energie sigură, el monitorizându-şi propria tensiune de alimentare şi stocând datele curente la căderea acesteia. Descărcarea datelor se va putea face fie prin cuplarea modulului la Internet sau într-un intranet local, fie serial prin cuplarea la un laptop. Modulul poate fi de asemena cuplat într-un sistem SCADA deja existent.
Modulul va permite parametrizarea sa completă din exterior. Pentru parametrizare şi pentru descărcarea locală a datelor se va furniza o consolă de operare care va rula sub sistemul de operare Windows 2000 sau XP. Serverul va fi realizat cu ajutorul unui calculator personal compatibil IBM PC care va rula un sistem de operare Windows Server 2003. Sistemul de gestiune a bazei de date centrale utilizat va fi SQL Server 2005.
Serverul va rula un serviciu care va permite descărcarea de date on-line de la modulele care se pot cupla de la distanţă. Datele culese vor fi stocate într-o bază de date special proiectată în acest sens care va cuprinde şi informaţii cu privire la topologia reţelei electrice monitorizate. Sistemul de gestiune a bazei de date va permite şi importul datelor ce vor fi descărcate local prin intermediul consolei de operare. Accesul acestor date în scopul prelucrării lor şi a calculului indicilor de calitate şi de eficienţă tehnico-economică se va face cu un program utilitar care va fi realizat sub tehnologia Dot NET şi va fi dezvoltat sub mediul Visual Studio 2005. Acest program utilitar va permite de asemenea vizualizarea datelor memorate în baza de date precum şi elaborarea şi tipărirea de rapoarte.
Pe baza datelor culese se va elabora şi o metodologie implementată la nivelul unui sistem expert care să permită estimarea investiţiilor necesare pentru realizarea continuităţii alimentării cu energie electrică pe durata întreruperilor de scurtă durată şi a golurilor, precum şi alegerea celei mai bune soluţii din punct de vedere tehnico-economic într-o situaţie dată.
Modelul experimental al sistemului va fi testat în mod extensiv timp de 6 luni în mediu real, în staţiile electrice ale S.C. ELECTRICA S.A., culegând date din aproximativ 20 de noduri din SEN iar rezultatele testului vor fi folosite la iniţializarea metodologiei elaborate.

Componenţa consorţiului:

Instituţia coordonatoare – Universitatea "Politehnica" Bucureşti, Facultatea Energetică, Centrul de Cercetări Energetice şi de Protecţia Mediului (UPB-CCEPM), cu sediul în Bucureşti, Splaiul Independenţei nr. 131, cod 060042, OP-CP 16-04

Partener 1 – Institutul de Studii şi Proiectări Energetice SA (ISPE SA), cu sediul în Bucureşti, Bd. Lacul tei nr. 1-3, cod 020371, OP-CP 30-33

Partener 2 – FELIX IT SA, cu sediul în Bucureşti, str. ing. George Constantinescu nr.2, sector 2, Cod 020339

Autoritatea contractantă: CENTRUL NATIONAL DE MANAGEMENT PROGRAME - CNMP, cu sediul în localitatea Bucuresti, str. Mendeleev, nr. 21-25, sector 1, cod poştal 010362, telefon: 021-311.59.92, fax: 021-318.87.63 înregistrată la data de 22.09.2004, cod fiscal 16782086, e-mail: panaitescu@cnmp.ro, reprezentată prin Directorul General: Şerban Panaitescu şi Director Economic: Ines Ghioca .

Durata proiectului: 36 luni

Activităţile şi responsabilităţile aferente fiecărui participant:

CO - Universitatea "Politehnica" Bucureşti, Facultatea Energetică, Centrul de Cercetări Energetice şi de Protecţia Mediului (UPB-CCEPM):
· Elaborarea bazei teoretice şi a modelului matematic specific QUALITEN > Modelul sistemului integrat
· Analiza rezultatelor etapei, adoptarea şi justificarea soluţiei propuse > Validarea conceptului
· Proiectare schemă bază de date pentru indicatorii de calitate a energiei electrice (lucrare masterat) > Schemă bază de date
· Elaborare metodologie în scopul întocmirii de metode de limitare a efectelor întreruperii furnizării energiei electrice prin investiţii la utilizator sau la distribuitorul de energie electrică (proiect diplomă) > Metodologie pentru asigurarea siguranţei în alimentarea cu energie electrică
· Analiza rezultatelor etapei, adoptarea şi justificarea soluţiei > Validarea proiectării
· Comunicări ştiinţifice şi articole > Diseminare rezultate cercetare
· Elaborare cerinţe aprovizionare materiale necesare realizării sistemului QUALITEN > Document cerinţe aprovizionare
· Prezentarea conceptelor ştiinţifice ale sistemului QUALITEN studenţilor şi masteranzilor > Diseminarea rezultatelor în mediul universitar
· Elaborarea condiţiilor tehnice pentru echipamente, în vederea limitării efectelor datorate întreruperilor şi golurilor de tensiune (lucrare doctorat) > Bază de reguli pentru sistem expert
· Analiză model experimental sistem integrat şi adoptarea acestuia > Validare soluţie model experimental sistem integrat
· Prezentarea soluţiei de implementare a sistemului QUALITEN studenţilor şi masteranzilor > Diseminare la nivel universitar
· Comunicări ştiinţifice şi articole > Diseminare rezultate cercetare
· Elaborare plan de testare sistem integrat > Metodă evaluare a conformităţii sistemului cu specificaţiile
· Realizare infrastructura de testare în laborator [proiecte de an (CO)] > Infrastructură testare în laborator
· Efectuare teste sistem QUALITEN în mediul real > Validare sistem la beneficiar
· Analiză rezultate cercetare; concluzii, învăţăminte; bune practici > Preluarea învăţămintelor rezultate în baza de cunoştinţe a proiectelor de cercetare
· Organizarea de prezentări ale sistemului QUALITEN în timpul testelor pentru potenţialii beneficiari > Diseminare rezultate cercetare în rândul utilizatorilor
· Comunicări ştiinţifice cu privire la varianta finală a sistemului QUALITEN şi a rezultatelor obţinute ca urmare a testelor > Diseminare rezultate cercetare în cadrul comunităţii ştiinţifice

P1 – Institutul de Studii şi Proiectări Energetice SA (ISPE SA):· Elaborarea bazei teoretice şi a modelului matematic specific QUALITEN > Modelul sistemului integrat
· Analiza rezultatelor etapei, adoptarea şi justificarea soluţiei propuse > Validarea conceptului
· Prezentarea conceptului pe site > Diseminare concept
· Proiectare schemă bază de date pentru indicatorii de calitate a energiei electrice (lucrare masterat) > Schemă bază de date
· Elaborare metodologie în scopul întocmirii de metode de limitare a efectelor întreruperii furnizării energiei electrice prin investiţii la utilizator sau la distribuitorul de energie electrică (proiect diplomă) > Metodologie pentru asigurarea siguranţei în alimentarea cu energie electrică
· Analiza rezultatelor etapei, adoptarea şi justificarea soluţiei > Validarea proiectării
· Comunicări ştiinţifice şi articole > Diseminare rezultate cercetare
· Elaborare cerinţe aprovizionare materiale necesare realizării sistemului QUALITEN > Document cerinţe aprovizionare
· Elaborarea măsurilor de limitare a golurilor şi întreruperilor de tensiune, în principal în instalaţiile beneficiarului şi evaluarea tehnico-economică a eficienţei acestora > Baza de reguli pentru sistem expert
· Analiză model experimental sistem integrat şi adoptarea acestuia > Validare soluţie model experimental sistem integrat
· Elaborarea de foi de prezentare preliminare şi transmiterea lor prin e-mail şi poştă către posibilii beneficiari > Diseminare rezultate cercetare
· Comunicări ştiinţifice şi articole > Diseminare rezultate cercetare
· Elaborare plan de testare sistem integrat > Metodă evaluare a conformităţii sistemului cu specificaţiile
· Realizare infrastructura de testare în laborator [proiecte de an (CO)] > Infrastructură testare în laborator
· Efectuare teste sistem QUALITEN în mediul real > Validare sistem la beneficiar
· Analiză rezultate cercetare; concluzii, învăţăminte; bune practici > Preluarea învăţămintelor rezultate în baza de cunoştinţe a proiectelor de cercetare
· Organizarea de prezentări ale sistemului QUALITEN în timpul testelor pentru potenţialii beneficiari > Diseminare rezultate cercetare în rândul utilizatorilor
· Comunicări ştiinţifice cu privire la varianta finală a sistemului QUALITEN şi a rezultatelor obţinute ca urmare a testelor > Diseminare rezultate cercetare în cadrul comunităţii ştiinţifice
· Prezentare rezultate finale ale cercetării sistem QUALITEN pe site > Diseminare rezultate cercetare

P2 – FELIX IT SA:· Definirea cerinţelor operaţionale şi funcţionale ale QUALITEN în contextul actual al cercetării în domeniu > Cerinţele sistemului
· Organizarea unui forum al utilizatorilor potenţiali pentru a face cunoscut conceptul beneficiarului final şi pentru a putea culege cerinţele acestora > Cerinţele finale ale sistemului integrat
· Analiza rezultatelor etapei, adoptarea şi justificarea soluţiei propuse > Validarea conceptului
· Prezentarea conceptului pe site > Diseminare concept
· Proiectare hardware model experimental modul inteligent > Soluţia electrică + mecanică
· Proiectare software culegere date de la osciloperturbograful modulului inteligent > Proiect software
· Proiectare firmware modul inteligent > Proiect firmware
· Proiectare software server (sistem expert) > Proiect software
· Elaborare documentaţie de descriere şi funcţionare software şi hardware sistem integrat – formă preliminară > Documentaţie utilizator
· Analiza rezultatelor etapei, adoptarea şi justificarea soluţiei > Validarea proiectării
· Comunicări ştiinţifice şi articole > Diseminare rezultate cercetare
· Elaborare cerinţe aprovizionare materiale necesare realizării sistemului QUALITEN > Document cerinţe aprovizionare
· Implementare firmware modul inteligent > Cod sursă + obiect firmware
· Implementare bază de date > Script generare şi iniţializare schemă bază de date
· Model experimental modul inteligent hardware + mecanică > Subansambluri funcţionale electrice şi mecanice modul inteligent
· Implementare software server (sistem expert) > Cod sursă, obiect şi pachet distribuţie
· Implementare software achiziţie date osciloperturbograf > Cod sursă, obiect şi pachet distribuţie
· Implementare software consolă operator > Cod sursă, obiect şi pachet distribuţie
· Elaborare documentaţie tehnică model experimental sistem > Documentaţie tehnologică, de instalare şi mentenanţă sistem inteligent
· Analiză model experimental sistem integrat şi adoptarea acestuia > Validare soluţie model experimental sistem integrat
· Elaborarea de foi de prezentare preliminare şi transmiterea lor prin e-mail şi poştă către posibilii beneficiari > Diseminare rezultate cercetare
· Comunicări ştiinţifice şi articole > Diseminare rezultate cercetare
· Elaborare plan de testare sistem integrat > Metodă evaluare a conformităţii sistemului cu specificaţiile
· Realizare infrastructura de testare în laborator [proiecte de an (CO)] > Infrastructură testare în laborator
· Testare electrică şi climatică modul inteligent > Verificarea conformităţii modulului inteligent cu specificaţiile
· Testare funcţională software server şi utilitar > Verificarea conformităţii software cu cerinţele funcţionale
· Testare sistem QUALITEN în condiţii de laborator > Verificarea conformităţii sistemului cu cerinţele
· Efectuare teste sistem QUALITEN în mediul real > Validare sistem la beneficiar
· Întocmire raport de testare sistem > Raport testare
· Analiză rezultate cercetare; concluzii, învăţăminte; bune practici > Preluarea învăţămintelor rezultate în baza de cunoştinţe a proiectelor de cercetare
· Elaborare manuale descriere şi funcţionare sistem integrat – forma finală > Informaţii necesare folosirii sistemului de către utilizator
· Elaborare materiale de promovare (CD, foi de catalog) > Diseminare rezultate cercetare
· Organizarea de prezentări ale sistemului QUALITEN în timpul testelor pentru potenţialii beneficiari > Diseminare rezultate cercetare în rândul utilizatorilor
· Comunicări ştiinţifice cu privire la varianta finală a sistemului QUALITEN şi a rezultatelor obţinute ca urmare a testelor > Diseminare rezultate cercetare în cadrul comunităţii ştiinţifice
· Prezentare rezultate finale ale cercetării sistem QUALITEN pe site > Diseminare rezultate cercetare

Bugetul proiectului:
2007
Buget: 164 564 lei
Cofinanţare: 37 300 lei
2008
Buget: 544 424 lei
Cofinanţare: 133 600 lei
2009
Buget: 295 243 lei
Cofinanţare: 29 924 lei
2010
Buget: 928 533 lei
Cofinanţare: 289 521 lei

TOTAL:
Buget: 1 932 764 lei
Cofinanţare: 490 345 lei

Lista de personal implicat în realizarea proiectului:
1. Prof.dr.ing. Golovanov Nicolae, Director proiect- UPB
2. Prof.dr.ing. Postolache Petru - UPB
3. Prof.dr.ing. Toader Cornel - UPB
4. Şef lucrări dr.ing Porumb Radu Florin - UPB
5. Dr. ing. Lipan Laurenţiu - UPB
6. Dr. ing. Răşcanu Valentin Grigore - UPB
7. Ing. Păun Mircea Claudiu - UPB
8. Ing. Păun Stelian Daniel - UPB
9. Drd. ing. Persideanu Valentina - UPB
10. Drd. Maşca Aurel - UPB
11. Drd. Ilie Sorin Irinel - UPB
12. Sing. Ciocău Mihail - UPB
13. Ivanov Anca - student UPB

14. Dr. ing. Popescu Anca, Responsabil ştiinţific ISPE
15. Ing. Albert Hermina - ISPE
16. Ing. Lavrov George Aurel - ISPE
17. Ing. Mihăilescu Anca Aurora - ISPE
18. Ing. Gheorghe Octavian - ISPE
19. Dr. ing. Elefterescu Luminiţa - ISPE
20. Ing. Tudor Nicoleta Elena - ISPE
21. Ing. Şerban Cristina Andreea - ISPE
22. Ing. Oprea Niculae - ISPE

23. ing. Dina Gabriel - Responsabil ştiinţific Felix IT SA
24. ing. Pascanu George Adrian - Felix IT SA

Evenimente derulate şi lucrări publicate în cadrul proiectului:

1. Publicarea unui articol în revista Energetica / dec. 2007
Titlu: Sistem pentru monitorizarea indicatorilor de calitate ai serviciului de furnizare a energiei electrice
Abstract: The paper presents an open and scalable system architecture dedicated to the automated acquisition and long term storage of energy quality indicators related input data on one side and to the computation of the main quality indicators of the electrical energy distribution service in medium and high voltage substations on the other side. The computation of the quality indicators is done according to the Romanian National Energy Regulating Agency ( ANRE ) standards. One important criterion during the development of the solution was the minimization of the total cost of operation (TCO) of the system.
Key words: quality of electrical energy distribution service, continuity indicators, monitoring system, voltage monitoring intelligent electronic device, electrical energy supply interruption meter
Contribuţii: În prezenta lucrare este dezvoltată o arhitectură robustă de sistem staţionar pentru calculul unor parametrii tehnici de calitate şi ai indicilor de continuitate ai serviciului de furnizare a energiei electrice.
Arhitectura are la bază module inteligente care culeg şi stochează pe termen lung datele necesare calculelor. Metota de calcul a indicilor de continuitate foloseşte descrierea topologiei reţelei electrice la nivel de filială de distribuţie.

2. Participarea la Forumul Regional al Energiei - FOREN 2008, Neptun, 15-19 iunie 2008
Lucrare prezentată: Sistem de monitorizare a calităţii serviciului de furnizare a energiei electrice în concordaţă cu reglementările din România
Rezumatul lucrării:Calitatea serviciului de alimentare cu energie electrică determină în mare măsură eficienţa consumului de energie electrică, precum şi parametrii economici ai utilizatorilor. În acest sens, monitorizarea indicatorilor de calitate a serviciului şi cunoaşterea acestora, în fiecare nod al sistemului electroenergetic prezintă un interes deosebit pentru furnizorul de energie electrică, dar şi pentru consumatorul care trebuie să ia decizii pentru asigurarea unui nivel de calitate adecvat proceselor specifice.
Lucrarea propune o soluţie practică de monitorizare a calităţii serviciului de furnizare a energiei electrice, subliniind oportunităţile oferite de aceasta. Un criteriu important luat în considerare în analiza soluţiei sunt costurile iniţiale şi costul total al operării sistemului ( TCO ) pe durata ciclului său de viaţă.
Se prezintă sistemul staţionar de monitorizare a calităţii serviciului de furnizare pe IT şi MT – QUALITEN – sistem dezvoltat de autori ce urmează a fi implementat într-o filială de distribuţie din România. Sistemul are o arhitectură flexibilă şi robustă şi permite calculul unor parametrii tehnici de calitate şi ai indicatorilor de continuitate ai serviciului de furnizare a energiei electrice, el putând fi extins şi la JT.

Datele de contact ale directorului de proiect :
Prof. dr. ing. Nicolae GOLOVANOV
Tel. 021-316.96.43 / 402.94.82
Fax: 021-316.96.45 / 402.94.46
E-mail: nicolae_golovanov@yahoo.com