Σχεδιασμός Οικολογικού Διαμεσολαβητή για την εποπτεία και διαχείριση δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας

Transcript

1 Σχεδιασμός Οικολογικού Διαμεσολαβητή για την εποπτεία και διαχείριση δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Σωτηρία Δριβάλου Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Μονάδα Εργονομίας

2 Συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας Τα συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνονται συνεχώς σε ότι αφορά την πυκνότητα, και το πλήθος στοιχείων που περιλαμβάνουν. Ταυτόχρονα καθώς η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας αγγίζει σε κάποιες περιπτώσεις τη δυναμικότητα του δικτύου, η ορθή κατανομή των διαθέσιμων ενεργειακών πόρων, αποτελεί κομβικό σημείο για την ασφάλεια και την ευστάθεια του συστήματος. Το έργο των διαχειριστών των συστημάτων γίνεται όλο και πιο απαιτητικό αφού πρέπει Να εποπτεύουν και να διαχειρίζονται ένα μεγάλο πλήθος κατανεμημένων μονάδων και στοιχείων, που παρουσιάζουν διαφορετικά χαρακτηριστικά (τεχνολογία κατασκευής, παλαιότητα, επίπεδο συντήρησης, όρια ασφαλούς λειτουργίας,κλπ) Να συνεργαστούν με πολλά άτομα προκειμένου να συνδιαχειριστούν στοιχεία του δικτύου Να προσαρμόζουν ευέλικτα τις στρατηγικές ελέγχου σε ένα δυναμικά μεταβαλλόμενο περιβάλλον λειτουργίας (καιρικές συνθήκες, ζήτηση καταναλωτών) 2

3 Διαμεσολαβητές Ο έλεγχος των δικτύων διανομής μέσης τάσης γίνεται από αίθουσες ελέγχου. Αρμοδιότητα κάθε αίθουσας ελέγχου αποτελεί η εποπτεία και διαχείριση συγκεκριμένης βαθμίδας μέσης τάσης (πχ. 20 KV, 22KV), για οριοθετημένες γεωγραφικές περιοχές (πχ. Αθηνών, Θεσσαλονίκης). Η αλληλεπίδραση των χειριστών με τα στοιχεία και τις λειτουργίες του δικτύου, υλοποιείται μέσω των διαθέσιμων σε κάθε αίθουσα ελέγχου διαμεσολαβητών (interfaces). Διαμεσολαβητή κάθε αίθουσας ελέγχου αποτελεί το σύνολο των επιφανειών μέσω των οποίων οι εργαζόμενοι μπορούν να αντλήσουν πληροφορία για τα στοιχεία και λειτουργίες του δικτύου να προκαλέσουν αλλαγές σε στοιχεία του δικτύου, και να ελέγξουν λειτουργίες του δικτύου 3

4 Σχεδιαστικό Πρόβλημα Η εργονομική μελέτη που θα παρουσιάσω αφορά στις αίθουσες ελέγχου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας και έχει ως αφορμή το πραγματικό σχεδιαστικό πρόβλημα της μετάβασης από έναν παραδοσιακό σε ένα σύγχρονο διαμεσολαβητή. Παραδοσιακοί Διαμεσολαβητές: Μιμικό Διάγραμμα, Διάγραμμα Μετασχηματιστών, Πίνακας Ελέγχου με ενδεικτικά, Κονσόλα Χειρισμών, Έντυποι Χάρτες, Καρτέλες Στοιχείων Δικτύου Σύγχρονοι Διαμεσολαβητές: Οθόνες Τοίχου Οθόνες υπολογιστών, Πληκτρολόγια, Ποντίκι Η μετάβαση αυτή αποτελεί ένα σύνθετο σχεδιαστικό πρόβλημα αφού θα επιφέρει σημαντικές αλλαγές τόσο στον τρόπο απεικόνισης και οργάνωσης της πληροφορίας, όσο και στον τρόπο ελέγχου των στοιχείων και λειτουργιών του δικτύου. 4

5 Οικολογικός Σχεδιασμός Η επιστήμη της Εργονομίας έχει αναπτύξει διάφορες μεθόδους, τεχνικές και εργαλεία για την ανάλυση, το σχεδιασμό και την αξιολόγηση διαμεσολαβητών σε σύνθετα κοινωνικοτεχνικά συστήματα, όπως τα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Ο σχεδιασμός Οικολογικών Διαμεσολαβητών αποτελεί μία σύγχρονη προσέγγιση, για τη σχεδίαση διαμεσολαβητών σε σύνθετα συστήματα. Η βασική φιλοσοφία των Οικολογικών Διαμεσολαβητών στηρίζεται στη δυνατότητα του ανθρώπου να επικεντρώνει την προσοχή του σε συγκεκριμένα σημεία μίας σύνθετης εικόνας, καθώς και να αντιλαμβάνεται σύνθετες μορφές σε διαφορετικά επίπεδα αφαίρεσης ή λεπτομέρειας. Οι Οικολογικοί Διαμεσολαβητές προσπαθούν να αντιμετωπίσουν τα μειονεκτήματα των συμβατικών διαμεσολαβητών Αναπαριστώντας τις φυσικές, τοπολογικές, δομικές και λειτουργικές σχέσεις των στοιχείων και παραμέτρων του συστήματος Παρέχοντας πολλαπλές απεικονίσεις του συστήματος με διαφορετικό βαθμό λεπτομέρειας Απεικονίζοντας τους κανόνες και τα όρια ασφαλούς λειτουργίας του συστήματος 5

6 Ανάλυση με στόχο το σχεδιασμό... Ο επιτυχής σχεδιασμός ενός οικολογικού διαμεσολαβητή για μία αίθουσα ελέγχου προϋποθέτει: Ανάλυση του τεχνολογικού συστήματος (τεχνικά χαρακτηριστικά στοιχείων δικτύου, αρχές του ηλεκτρισμού, κλπ) Ανάλυση των υπαρχόντων διαμεσολαβητών (ποιες πληροφορίες χρησιμοποιούνται πιο συχνά, ποιος ο τρόπος απεικόνισης κάθε πληροφορίας) Εντοπισμός «σχεδιαστικών παρεμβάσεων» των χειριστών στον υπάρχοντα διαμεσολαβητή (δείχνουν πληροφορία που απεικονίζεται σε μη κατάλληλη μορφή, πληροφορία που απεικονίζεται σε μη κατάλληλο σημείο, πληροφορία που λείπει) Ανάλυση της τυπικής και άτυπης οργάνωσης της εργασίας (ποιος είναι υπεύθυνος για ποια καθήκοντα, ποιο τμήμα του συστήματος εποπτεύει, ποιος έχει πρόσβαση σε ποιά πληροφορία, πως την ανταλλάσσει) Ανάλυση νοητικών δραστηριοτήτων και στρατηγικών των εργαζομένων, τόσο σε κανονικές όσο και έκτακτες καταστάσεις 6

7 Παραδείγματα Σχεδιασμού για τις βασικές παραμέτρους του έργου των χειριστών Θέσεις Διακοπτών Δικτύου Δυνατότητες μεταγωγής φορτίων Τιμές & σχέσεις μεταξύ των παραμέτρων λειτουργίας Πως προέκυψαν οι σχεδιαστικές λύσεις από την αξιοποίηση των αποτελεσμάτων της ανάλυσης του συστήματος και την εφαρμογή σχεδιαστικών αρχών για την οργάνωση & οπτική απεικόνιση της πληροφορίας σε σύνθετα συστήματα 7

8 Απεικόνιση των θέσεων διακοπτών δικτύου Προσωρινή Θέση Τρέχουσα Θέση Μόνιμη Θέση Διάγραμμα Μετασχηματιστών Μιμικό Διάγραμμα Οι χειριστές, προκειμένου να θυμούνται σε ποιούς διακόπτες έχουν κάνει κάποια προσωρινή αλλαγή, σημειώνουν με κιμωλία κάποια σύμβολα πάνω στο Στο Μιμικό δίκτυο Διάγραμμα. υπάρχουν διακόπτες τους οποίους μπορούν να διαχειριστούν οι χειριστές εξ αποστάσεως, προκειμένου Η να αλλάξουν ανάλυση συμβάντων τον τρόπο έδειξε ότι είναι ηλεκτροδότησης απαραίτητη η μικρών παρακολούθηση ή της κατάστασης μεγαλύτερων των τμημάτων διακοπτών του μέσα δικτύου. από τις τρεις αυτές διακριτές θέσεις. Χρησιμοποιώντας κοινό σύμβολο (κύκλος για διακόπτη) και χρωματική κωδικοποίηση (λευκό, κόκκινο για κατάσταση διακόπτη) για τις τρεις θέσεις, δημιουργήθηκε Οικολογικός συνοπτική Διαμεσολαβητής απεικόνιση σε μορφή πίνακα. 8

9 Απεικόνιση των δυνατοτήτων μεταγωγής φορτίων Μιμικό Διάγραμμα Χάρτης Γραμμών Αντιστήριξης Στο δίκτυο υπάρχουν διακόπτες που επιτρέπουν στους χειριστές να μετάγουν φορτία από ένα μετασχηματιστή Επειδή ο εντοπισμός σε κάποιον των διακοπτών άλλο. πάνω στο πυκνό Μιμικό Διάγραμμα δεν Οι Η διακόπτες ανάλυση είναι εύκολος, αυτοί έδειξε οι βρίσκονται ότι χειριστές η δημιούργησαν πάνω πληροφορία στους για μετασχηματιστές ένα τους χάρτη «διακόπτες του δικτύου, που επιτρέπουν ο οποίος μεταγωγές αποτελεί μία «φιλτραρισμένη πάνω φορτίων», στις είναι γραμμές σκόπιμο απεικόνιση» του να δικτύου του Μιμικού παρουσιάζεται Διαγράμματος μαζί με τις και «θέσεις δείχνει μόνο των διακοπτών». τους διακόπτες που επιτρέπουν τη μεταγωγή φορτίων, Η πληροφορία αυτή απεικονίστηκε με χειρισμό από την αίθουσα. μαζί με άλλες συναφείς σε μορφή Οι πίνακα, διακόπτες χρησιμοποιώντας αυτοί είναι σημαντικοί κατάλληλη για χρωματική το έργο κωδικοποίηση των χειριστών που γιατί δηλώνει παρέχουν την δυνατότητα ταυτότητα άμεσου κάθε διακόπτη. ελέγχου του δικτύου. Οικολογικός Διαμεσολαβητής 9

10 Απεικόνιση σύνθετων σχέσεων μεταξύ βασικών παραμέτρων λειτουργίας Πίνακας Ελέγχου V & Τούσα 14?????? Τούσα 14 ~20.200V Φαινόμενα (πχ πτώσεις τάσεις) που παρουσιάζονται στο δίκτυο Η οφείλονται ανάλυση έδειξε στην αλληλεπίδραση ότι οι χειριστές Χρησιμοποιώντας προκειμένου πολλών παραμέτρων. να ερμηνεύσουν σχεδιαστικές τα αρχές φαινόμενα κατάλληλες αυτά για την απεικόνιση Οι χειριστές, πληροφοριών προκειμένου σε να γεωμετρικές χρησιμοποιούν ερμηνεύσουν μορφές, και εμπειρική να διαχειριστούν γνώση δημιουργήθηκαν από τα φαινόμενα αντίστοιχα αυτά φαινόμενα σύνθετες πρέπει που απεικονίσεις έχουν συναντήσει που επιτρέπουν στο παρελθόν να ελέγξουν τις τιμές και τόσο συμβουλεύονται ρυθμίσεις την ανάγνωση σημαντικών τους μεμονωμένων παραμέτρων μηχανικούς τιμών βάρδιας, λειτουργίας συγκεκριμένων για να ερμηνεύσουν παραμέτρων φαινόμενα στα οποία συναντούν όσο δυσκολία να και προσομοιώσουν την κατανόηση νοητικά των την κανόνων αλληλέπιδραση που καθορίζουν τους τη σχέση μεταξύ δύο ή περισσότερων παραμέτρων Οικολογικός Διαμεσολαβητής 10

11 Εφαρμογή του Οικολογικού Σχεδιασμού Υποστήριξη για διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας του συστήματος, προκειμένου οι χειριστές να προσαρμόζουν κατάλληλα τους στόχους και τις στρατηγικές ελέγχου κατά τη διαχείριση του δικτύου. Υποστήριξη των συνεργασιών που αναπτύσσουν οι χειριστές, προκειμένου να συντονίσουν τη διαχείριση διαφορετικών στοιχείων ή να συνδιαχειριστούν στοιχεία του δικτύου. Υποστήριξη των χειριστών στην απόκτηση ουσιαστικής γνώσης για τη λειτουργία του συστήματος και την καλλιέργεια δεξιοτήτων για τη διαχείριση του, προκειμένου να μπορούν να αντιμετωπίσουν με επιτυχία ακόμη και μη-οικείες καταστάσεις που μπορεί να εμφανιστούν σε αυτό. 11

12 Υποστήριξη χειριστών για συνθήκες «καύσωνα» Σε συνθήκες καύσωνα, αυξάνεται πολύ η ζήτηση της ενέργειας συγκεκριμένες ώρες της ημέρας, ενώ ταυτόχρονα καταπονείται ο εξοπλισμός του δικτύου από τις υψηλές θερμοκρασίες, με συνέπεια να είναι πιθανή η εμφάνιση τοπικών ή εκτεταμένων μπλακαουτς. Στόχος: μείωση της πιθανότητας εμφάνισης ενός τοπικού ή εκτεταμένου μπλακαουτ Υποστήριξη: Απεικόνιση γενικής πληροφορίας (συνολική ζήτηση, συχνότητα δικτύου, κλπ) Εποπτική απεικόνιση όπου μπορεί να ελέγξει ο χειριστής τις τιμές σημαντικών παραμέτρων, για τις βασικές μονάδες του δικτύου. Οι χειριστές σχηματίζουν εικόνα για την ικανότητα του δικτύου (ευστάθεια, διαθεσιμότητα πόρων) να αντέξει την ζήτηση, και προγραμματίζουν διορθωτικές ενέργειες για την αποφυγή ενός μπλακάουτ. 12

13 Υποστήριξη χειριστών για συνθήκες «καταιγίδας» Σε συνθήκες καταιγίδας ή χιονόπτωσης, παρατηρούνται καταστροφές του εξοπλισμού του δικτύου, με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η ηλεκτροδότηση κάποιων περιοχών του δικτύου. Στόχος: αποκατάσταση των κατεστραμμένων στοιχείων του δικτύου το συντομότερο δυνατόν Υποστήριξη: Απεικόνιση λεπτομερούς πληροφορίας για την τρέχουσα κατάσταση και τα χαρακτηριστικά του στοιχείου που παρουσιάζει βλάβη Οι χειριστές οργανώνουν την αποκατάσταση των βλαβών θέτοντας κατάλληλες προτεραιότητες. 13

14 Υποστήριξη των συνεργασιών «μεταξύ αιθουσών» Λόγω της συνέχειας που παρουσιάζει το ενεργειακό δίκτυο από τους τόπους παραγωγής μέχρι τα σημεία κατανάλωσης, οι χειριστές της διανομής πρέπει να συντονίζουν κατάλληλα τις ενέργειές τους με άλλες αίθουσες ελέγχου, ή με προσωπικό συνεργείων που εκτελεί ενέργειες σε διάφορα σημεία του δικτύου. Υποστήριξη: Απεικόνιση παραμέτρων που χαρακτηρίζουν τη λειτουργία του συστήματος συνολικά (συχνότητα, συνολική ζήτηση, κλπ) Απεικόνιση παραμέτρων που χαρακτηρίζουν τη λειτουργία του συστήματος τοπικά (πχ φορτίο ή εκτός λειτουργίας τμήμα κάποιας γραμμής) Οι χειριστές της αίθουσας επικοινωνούν κοινούς στόχους και συντονίζουν τη δράση τους με άλλους χειριστές που βρίσκονται εκτός της αίθουσας ελέγχου. 14

15 Υποστήριξη των συνεργασιών «εντός της αίθουσας» Στην αίθουσα της διανομής, οι χειριστές είτε διαχειρίζονται τα συμβάντα από κοινού, είτε αποφασίζουν ποιος θα διαχειριστεί κάθε συμβάν σύμφωνα με τρέχοντα κριτήρια Υποστήριξη: Απεικόνιση πληροφορίας του δικτύου σε διαφορετικά επίπεδα λεπτομέρειας. Απεικόνιση των σχέσεων εξάρτησης μεταξύ των τμημάτων του δικτύου Απεικόνιση των αλλαγών κατάστασης που προκαλεί κάθε χειριστής Οι χειριστές πριν προβούν σε κάποια ενέργεια μπορούν: α) να ελέγχουν τις συνέπειες που μπορεί να έχει αυτή σε άλλα τμήματα του δικτύου ή στις ενέργειες που εκτελεί κάποιος άλλος χειριστής, και β) να εντοπίζουν τις πρόσφατες ενέργειες που έχει εκτελέσει άλλος χειριστής 15

16 Υποστήριξη της ανάπτυξης γνώσης και δεξιοτήτων Η ικανότητα ενός χειριστή στη διαχείριση του συστήματος χαρακτηρίζεται από το εάν: α) αναγνωρίζει άμεσα την κατάσταση, β) υιοθετεί κατάλληλες στρατηγικές αντιμετώπισης, γ) επιλέγει τη βέλτιστη λύση σύμφωνα με τρέχοντα κριτήρια Υποστήριξη: Συγκεντρωτική απεικόνιση σημαντικών κριτηρίων, ο έλεγχος των οποίων είναι απαραίτητος για την ασφαλή εκτέλεση συγκεκριμένων ενεργειών (π.χ. μεταγωγή φορτίων) Γεωμετρική απεικόνιση των σύνθετων σχέσεων μεταξύ πολλών παραμέτρων, που επιτρέπει την άμεση αναγνώριση και ερμηνεία φαινομένων του δικτύου (συσχέτιση καταστάσεων στο δίκτυο με συγκεκριμένες γεωμετρικές μορφές) Η κατάλληλη απεικόνιση των αρχών και κανόνων που διέπουν τη λειτουργία του συστήματος βοηθά τους χειριστές στην ανάπτυξη ουσιαστικής γνώσης για το δίκτυο, και στη διαχείριση ακόμη και μη-οικείων περιστατικών, που εμφανίζονται συνήθως όταν το σύστημα λειτουργεί κοντά στα όρια της δυναμικότητας του. 16

17 Συμπεράσματα... Η εφαρμογή του οικολογικού σχεδιασμού σε μεγάλης κλίμακας σύνθετα συστήματα απαιτεί εκτενή ανάλυση του συνόλου των παραμέτρων (τεχνολογικών, οργανωτικών, κλπ) που επηρεάζουν ή καθορίζουν τον τρόπο που οι διαχειριστές των συστημάτων αλληλεπιδρούν με αυτά. Οι μελέτες που έχουν γίνει μέχρι σήμερα δείχνουν ότι τα οφέλη που μπορεί να προκύψουν από τον οικολογικό σχεδιασμό είναι σημαντικά (μείωση του νοητικού φόρτου των χειριστών, πιο αποτελεσματική διαχείριση του πεδίου). Παρότι η δημιουργία οικολογικών διαμεσολαβητών απαιτεί σημαντικούς πόρους (χρόνο για την ανάλυση, το σχεδιασμό, και την αξιολόγηση), η εφαρμογή του οικολογικού σχεδιασμού για την επίλυση πραγματικών προβλημάτων σε μεγάλης κλίμακας σύνθετα συστήματα, παρουσιάζει ιδιαίτερο θεωρητικό & πρακτικό ενδιαφέρον. 17