ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Ενότητα: Συστήματα Εποπτικού Ελέγχου και Συλλογής Πληροφοριών (S C A D A) Αλαφοδήμος Κωνσταντίνος Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού T.E.
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.
1. Σκοποί ενότητας... 4 2. Περιεχόμενα ενότητας... 4 3. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΟΠΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (S C A D A)... 5 3.1 Εισαγωγή... 5 3.2 Έλεγχος και διαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας.... 8 3.2.1 Στοιχεία Ηλεκτρονικού Υπολογιστή EMS.... 18 3.3 Έλεγχος περιοχής χωρίς AGC... 22 3.4 Επίλογος... 27
1. Σκοποί ενότητας Απόκτηση γνώσεων στα συστήματα συλλογής και επεξεργασίας πληροφοριών (SCADA) 2. Περιεχόμενα ενότητας ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΟΠΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (S C A D A) o Εισαγωγή o Έλεγχος και διαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας Στοιχεία Ηλεκτρονικού Υπολογιστή EMS o Έλεγχος περιοχής χωρίς AGC o Επίλογος
3. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΟΠΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (S C A D A) 3.1 Εισαγωγή Σύμφωνα με τον κανονισμό ANSI ένα Σύστημα Εποπτικού Ελέγχου (Supervisory Control System) ορίζεται ως: Μία διάταξη για έλεγχο και εποπτεία του εξοπλισμού ή της διαδικασίας, που βρίσκονται σε απομακρυσμένες θέσεις από κάποιο χειριστή, με χρήση τεχνικών πολυπλεξίας δια μέσου ενός μικρού σχετικά αριθμού καναλιών επικοινωνίας. Γενικά ένα Σύστημα Εποπτικού Ελέγχου χρησιμοποιείται όταν η απόσταση μεταξύ της θέσεως ελέγχου και του ελεγχόμενου συστήματος είναι τέτοια ώστε ο απ' ευθείας έλεγχος μέσω ενός αγωγού δεν είναι εφικτός. Από την άλλη πλευρά τα σύγχρονα Συστήματα Εποπτικού Ελέγχου είναι γενικά σχεδιασμένα έτσι ώστε να συλλέγουν πληροφορίες σχετικές με τη συνολική λειτουργία μιας διαδικασίας και συνήθως όχι αποκλειστικά σχετικές με την λειτουργία μιας συγκεκριμένης συσκευής. Έτσι, ο όρος Συστήματα Εποπτικού Ελέγχου ελάχιστα χρησιμοποιείται πλέον από μόνος του και έχει αντικατασταθεί στην πράξη από τον όρο: Συστήματα Εποπτικού Ελέγχου και Συλλογής Πληροφοριών (SCADA-Supervisory Control And Data Acquisition Systems). Συγκεκριμένα το Σύστημα Εποπτικού Ελέγχου είναι ένα σύνολο συσκευών, το οποίο παρέχει σε έναν ή περισσότερους χειριστές, οι οποίοι βρίσκονται σε απομακρυσμένες από το ελεγχόμενο σύστημα θέσεις, αρκετές πληροφορίες ώστε να αναγνωρίζεται από αυτούς η κατάσταση του συστήματος (μιας συγκεκριμένης συσκευής ή και μιας ολόκληρης διαδικασίας) και παρέχει την δυνατότητα αποστολής εντολών για ενέργειες σχετικά με αυτό το σύστημα, χωρίς να απαιτείται η φυσική παρουσία ανθρώπων στο χώρο του συστήματος. Στο Σχ.8.1 παρουσιάζεται τυπικό διάγραμμα ενός Συστήματος Εποπτικού Ελέγχου το οποίο χρησιμοποιείται για την διακίνηση ηλεκτρικής ενέργειας από την μονάδα παραγωγής στο κέντρο κατανάλωσης και ονομάζεται Σύστημα Διαχείρισης Ενέργειας (EMS). Στο Σχ.8.2 φαίνεται η ροή πληροφοριών και οι λειτουργίες ελέγχου μεταξύ Κεντρικού σταθμού και τερματικής μονάδας RTU. Διακρίνονται τρία Υποσυστήματα:
Σχ. 8.1. Σύστημα Εποπτικού Ελέγχου Ηλεκτρικής Ενέργειας. Οι Τοπικές Τερματικές Μονάδες (RTU's-Remote Terminal Units) συλλογής πληροφοριών ηλεκτρικού δικτύου περιλαμβάνουν αναλογικές και ψηφιακές εισόδους/εξόδους, συνδέσεις με ευφυείς ηλεκτρονικές συσκευές, και το τοπικό σύστημα επικοινωνίας ανθρώπου - μηχανής (Man Machine Interface - MMI). Οι μονάδες RTU συλλέγουν τις μετρήσεις ηλεκτρικών μεγεθών όπως τάση, ρεύμα, ισχύς, κ.ά., ενός δικτύου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Το Υποσύστημα Τηλεπικοινωνιών για ενσύρματη ή ασύρματη (modem) επικοινωνία των ΤΤΜ (RTU) με τον Κεντρικό Σταθμό Ελέγχου. Το Κεντρικό Σταθμό Ελέγχου με το σύστημα επικοινωνίας ανθρώπουμηχανής.
Σχ. 8.2 Διάταξη Συλλογής Πληροφοριών σε Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Θα μπορούσαμε να πούμε, χωρίς υπερβολή, ότι υπάρχουν τόσοι διαφορετικοί τύποι Συστημάτων Εποπτικού Ελέγχου όσα είναι και τα προβλήματα που καλούνται να επιλύσουν. Αυτά τα συστήματα μπορούν να είναι είτε μικρές εγκαταστάσεις ενός Κέντρου Ελέγχου-μιας απομακρυσμένης υπό έλεγχο εγκατάστασης (single master-single remote installation), είτε πολύ μεγάλες εγκαταστάσεις πολλαπλών Κυρίων Κέντρων Ελέγχου-πολλαπλών περιφερειακών Κέντρων Ελέγχου-πολλαπλών απομακρυσμένων σταθμών (multiple mastermultiple submaster-multiple remote stations). Είναι ενδιαφέρον να παρατηρήσει κανείς ότι σχεδόν όλα τα Συστήματα Εποπτικού Ελέγχου που είναι διαθέσιμα σήμερα, από τα μικρότερα μέχρι τα μεγαλύτερα, βασίζονται στις σύγχρονες εξελίξεις της τεχνολογίας των Ηλεκτρονικών Υπολογιστών (Η/Υ). Τα μικρότερα συστήματα χρησιμοποιούν μικροϋπολογιστές με firmware στον κεντρικό σταθμό και πιθανώς τον ίδιο συνδυασμό και στον απομακρυσμένο σταθμό. Τα μεγαλύτερα συστήματα βασίζονται σε ισχυρότερους υπολογιστές (minicomputers), υπολογιστές μεσαίου μεγέθους (midi-computers) και ακόμα μεγάλους υπολογιστές (mainframes). Έχουν δε περισσότερες δυνατότητες από απλό εποπτικό έλεγχο. Μπορεί, επίσης, να παρατηρήσει κανείς την αναλογία που υπάρχει με την εξέλιξη των ηλεκτρονόμων (relays). Έτσι, τα ηλεκτρομηχανικά συστήματα στους ηλεκτρονόμους που υπήρχαν πριν από 30 χρόνια αντικαταστάθηκαν σταδιακά με τα καλωδιωμένα λογικά κυκλώματα πριν από 10 χρόνια και σήμερα και αυτά με τη σειρά τους αντικαθίστανται από μικροεπεξεργαστές. Όσον αφορά την σκοπιμότητα ενός Συστήματος Εποπτικού Ελέγχου, ο συνηθισμένος λόγος για την εγκατάσταση ενός τέτοιου συστήματος είναι να προσφέρει στον χειριστή ή χειριστές αρκετές πληροφορίες και δυνατότητες ελέγχου ώστε να λειτουργήσει το σύστημα του με τον πιο ασφαλή και οικονομικό τρόπο.
3.2 Έλεγχος και διαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας. Οι καταναλωτές χρησιμοποιούν ηλεκτρικές συσκευές και μηχανήματα σε σπίτια, γραφεία και εργοστάσια χωρίς να αντιλαμβάνονται την πολυπλοκότητα των μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, του δικτύου μεταφοράς καθώς και του δικτύου διανομής που απαιτείται για την ικανοποίηση των αναγκών σε ενέργεια. Όμως το πολύπλοκο αυτό σύστημα πρέπει να σχεδιαστεί και να λειτουργεί με ετοιμότητα και αξιοπιστία, για παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε απλό άνοιγμα ενός διακόπτη. Η αξιόπιστη παροχή ηλεκτρισμού απαιτεί (μεταξύ άλλων) την παρουσία ικανοποιητικής παραγωγής για την κάλυψη των αναγκών των καταναλωτών (πελάτες) καθώς και εφεδρική παραγωγή για κάλυψη απρογραμμάτιστων απωλειών μονάδων παραγωγής και/ή γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσεως. Το επιπλέον κόστος για τη διατήρηση εφεδρικής παραγωγής σε ετοιμότητα, απαιτεί τη συνεχή εξισορρόπηση του κόστους προς στο όφελος της αξιόπιστης παροχής ηλεκτρισμού. Το δεύτερο κριτήριο λειτουργίας είναι η ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους παραγωγής, μεταφοράς και διανομής. Η ελαχιστοποίηση του κόστους στην παραγωγή ηλεκτρισμού επιτυγχάνεται με σειρά διαδικασιών ή ενεργειών : 1. Βελτιστοποίηση της μίξης των διάφορων πηγών ενέργειας, που γίνεται μακροχρόνια με τη βοήθεια υπολογιστικών μοντέλων σε Η/Υ. Τα μοντέλα αυτά καθορίζουν τον άριστο συνδυασμό των διάφορων πηγών όπως υδάτων, λιγνίτη, πυρηνικής, γεωθερμικής, αιολικής ενέργειας και αγοράς ισχύος με χαμηλότερο ετήσιο κόστος. Η ανάλυση γίνεται βάσει προβλέψεων στις τιμές καυσίμων και τιμών ενέργειας και υδάτινου δυναμικού παραγωγής. Η διαδικασία αυτή επιφέρει την διαμόρφωση στρατηγικής σε ημερήσια, εβδομαδιαία και μηνιαία βάση, για την ελαχιστοποίηση του κόστους παραγωγής. 2. Τέλος η βελτιστοποίηση της διαδικασίας επιτυγχάνεται με το ταίριασμα της παραγωγής με την στιγμιαία ζήτηση φορτίου. Αυτή η βελτιστοποίηση της παραγωγής και της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας σε πραγματικό χρόνο, είναι γνωστή σαν Αυτόματος Έλεγχος Παραγωγής (Automatic Generation Control - AGC ) και αποτελεί μέρος του Συστήματος Διαχείρισης Ενέργειας (Energy Management System - EMS ). Επομένως το Σύστημα Διαχείρισης Ενέργειας (EMS) είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα εποπτικού ελέγχου SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) που εποπτεύει και ελέγχει ηλεκτρονικές βαθμίδες (συσκευές) που βρίσκονται διάσπαρτες στο ηλεκτρικό δίκτυο με στόχο την ασφαλή διακίνηση της ηλεκτρικής ενέργειας από τις μονάδες παραγωγής στα κέντρα κατανάλωσης. Διαθέτει μεγάλη υπολογιστική ισχύ για επεξεργασία και αποθήκευση μεγάλης ποσότητας πληροφοριών, καταγραφικά, οθόνες καθώς και διάφορα λογισμικά προγράμματα εξομοίωσης και επεξεργασίας δεδομένων. Το σύστημα EMS αποτελείται από κεντρικό σταθμό ελέγχου με Η/Υ της κατηγορίας mini, τοπικές τερματικές μονάδες (R.T.U.) που χρησιμοποιούνται για τη συλλογή πληροφοριών κατά μήκος του δικτύου και το υποσύστημα τηλεπικοινωνιών για την επικοινωνία των τερματικών μονάδων (R.T.U.) με τον κεντρικό σταθμό ελέγχου. Μία
τυπική διάταξη ενός συστήματος εποπτικού ελέγχου ηλεκτρικής ενέργειας δίνεται στο Σχ.8.3. Οι Τοπικές Τερματικές Μονάδες (RTUs- Remote Terminal Units) αποτελούνται από τα στοιχεία του διαγράμματος του Σχ.8.4,διαθέτουν αναλογικές/ψηφιακές εισόδους και εξόδους, σύνδεση με ευφυείς ηλεκτρονικές συσκευές, τοπικό σύστημα επικοινωνίας ανθρώπου-μηχανής (MMI-Man Machine Interface) και επικοινωνούν με τον Κεντρικό Σταθμό Ελέγχου (Master Station). Οι τοπικές τερματικές μονάδες (R.T.U.) συλλέγουν τιμές από διάφορα νευραλγικά σημεία του δικτύου μεταφοράς, όπως τάσεις ζυγών (Volts), ρεύματα γραμμών (Amps), ροή πραγματικής και άεργου ισχύος (MW, MVAR), taps μετασχηματιστών, καταστάσεις διακοπτών (ON/OFF) κ.λπ. Στον κεντρικό σταθμό ελέγχου του EMS επεξεργάζονται χιλιάδες πληροφορίες, ανά λεπτό, σε πραγματικό χρόνο και εμφανίζονται στο μιμικό διάγραμμα του δικτύου ή σε οθόνες CRT του Η/Υ και περιγράφουν τη στιγμιαία λειτουργική κατάσταση του δικτύου. Οι πληροφορίες αυτές προειδοποιούν τον χειριστή για τυχόν υπερφορτώσεις στο δίκτυο ή άλλες έκτακτες καταστάσεις και επίσης προειδοποιούν για επερχόμενες ασταθείς συνθήκες. Έτσι δίνεται η ευκαιρία και η δυνατότητα στον χειριστή να επέμβει αποτελεσματικά εξ' αποστάσεως με τηλεχειρισμό για την αντιμετώπιση διαταραχών ή εκτάκτων περιστατικών στο δίκτυο για να έχουμε ένα αξιόπιστο δίκτυο. Σχ.8.3 Ροή και λειτουργίες ελέγχου μεταξύ Η/Υ και τερματικών μονάδων. Το Σύστημα Διαχείρισης Ενέργειας (ΕΜS) έχει τις παρακάτω λειτουργικές δυνατότητες:
1. Έλεγχος και κατανομή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ των μονάδων παραγωγής. 2. Πρόβλεψη ημερησίων και εβδομαδιαίων φορτίων ζήτησης και ανάπτυξη στρατηγικής για την ικανοποίηση των αναγκών με το χαμηλότερο δυνατό κόστος (βέλτιστος έλεγχος). 3. Οικονομική ανάλυση αγοράς και πώλησης (ανταλλαγή) ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ ηλεκτρικών εταιριών. 4. Ενημέρωση μιας βάσης δεδομένων με λειτουργικές πληροφορίες του ηλεκτρικού δικτύου μεταφοράς. 5. Ανάλυση και επιτήρηση της ασφάλειας του δικτύου μεταφοράς. Για την ασφαλή και αξιόπιστη λειτουργία του EMS χρησιμοποιείται η μονάδα Αυτόματου Ελέγχου Παραγωγής (AGC-Automatic Generation Control) που αποτελεί βαθμίδα του EMS και είναι επιφορτισμένη με τις παρακάτω λειτουργίες: Να διατηρεί την συχνότητα του συστήματος σταθερή (50/60 Hz) Να διατηρεί τη ροή ισχύος μεταξύ αλληλοσυνδεδεμένων ηλεκτρικών δικτύων σταθερή και σύμφωνα με τις προσυμφωνημένες δεσμεύσεις ή προγραμματισμένες ποσότητες. Να διασφαλίσει ελάχιστο κόστος παραγωγής και μεταφοράς με ασφαλή τρόπο.
Σχ.8.4 Στοιχεία Τοπικής Τερματικής Μονάδας (RTU) Το σύστημα για κάθε ημέρα λειτουργίας χρησιμοποιεί την αντίστοιχη ημερήσια καμπύλη ζήτησης φορτίου. Στο Σχ.8.5φαίνεται μια τυπική καμπύλη ημερήσιας ζήτησης φορτίου οπού φαίνεται μια μεταβολή στην ημερήσια ζήτηση φορτίουπου κυμαίνεται γύρω στα 7000 MW από τις 6:00π.μ. μέχρι 6:00 μ.μ. Σχ.8.5 Ημερήσια Καμπύλη Φορτίου Επομένως το EMS πρέπει να μεγιστοποιήσει τις μονάδες παραγωγής κατά την διάρκεια της ημέρας και συγχρόνως, ενώ πρέπει να ικανοποιεί τις αλλαγές στην
ζήτηση ισχύος των καταναλωτών, να αντιδρά στις στιγμιαίες αλλαγές της παραγωγής και της κατανάλωσης ισχύος. Η μονάδα AGC του EMS παρέχει την δυνατότητα ελέγχου κλειστού βρόγχου των μονάδων παραγωγής ενός ηλεκτρικού συστήματος. Η μονάδα AGC είναι απαραίτητο να υπάρχει στο δίκτυο κάθε ηλεκτρικής εταιρίας που λειτουργεί είτε ανεξάρτητα, είτε σε αλληλοσυνδεδεμένο δίκτυο. Η κάθε εταιρία έχει την ευθύνη ελέγχου του δικτύου της, που αποκαλείται ζώνη ή περιοχή (area), η οποία περιλαμβάνει σταθμούς παραγωγής, υποσταθμούς και φορτία κατανάλωσης (Σχ.8.6). Δηλαδή, έχει την ευθύνη διατήρησης της ισορροπίας μεταξύ παραγωγής και κατανάλωσης (φορτίου). Επίσης στα σημεία διασύνδεσης (κόμβοι) με άλλα δίκτυα (tie line), γίνεται μέτρηση της ροής ισχύος από περιοχή σε περιοχή. Η καθαρή ανταλλασσόμενη ισχύς Pnet είναι το άθροισμα των μετρήσεων στους κόμβους διασύνδεσης όπως φαίνεται στο Σχ.8.7. Σχ.8.6 Δίκτυο Μεταφοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας
Σχ.8.7 Διασυνδεδεμένο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας Το AGC αρχικά υπολογίζει το σήμα ελέγχου σφάλματος περιοχής (Area Control Error - ACE) που είναι το σφάλμα της συνολικής παραγωγής μείον την συνολική επιθυμητή παραγωγή. Το σφάλμα ACE είναι η αναγκαία μεταβολή στην παραγωγή, για την διατήρηση της προκαθορισμένης συχνότητας και της προγραμματισμένης καθαρής ανταλλαγής ισχύος. Οι μονάδες παραγωγής ελέγχονται από το AGC προκειμένου το ACE να διατηρηθεί όσο το δυνατό κοντά στο μηδέν. Οποιαδήποτε άλλη τιμή του ACE πλην "ΜΗΔΕΝΙΚΗΣ" σημαίνει ότι, η συνολική παραγωγή πρέπει να αυξηθεί ή να μειωθεί αντίστοιχα στην συγκεκριμένη περιοχή. Στο Σχ.8.8 παρουσιάζεται σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας του ACE σε μονάδα με AGC ενώ στο Σχ.8.9 δίνεται γραφική επεξήγηση της λειτουργίας της εξίσωσης του ACE για θετική μεταβολή φορτίου (αύξηση). Ο υπολογισμός του σήματος ACE γίνεται από την εξίσωση ACE = ΔPnet + BΔf όπου ΔPnet = Συνολική προγραμματισμένη απόλυτος ανταλλαγή ισχύος μεταξύ των περιοχών. ΔPnet = Β = Παράγων συχνότητα (τιμή σε MW/0.1Hz--Bias--) Δf = Σφάλμα συχνότητας (απόκλιση από το 60 ή 50 Hz)=f - 50. Αν το ACE είναι αρνητικό (-), πρέπει να αυξηθεί η παραγωγή της περιοχής. Αν το ACE είναι θετικό (+), πρέπει να μειωθεί η παραγωγή της περιοχής. Αν Δf είναι αρνητικό (-), έχουμε συχνότητα κάτω από 50 Hz.
Αν Δf είναι θετικό (+), έχουμε συχνότητα πάνω από 50 Hz. Σχ.8.8 Διάγραμμα χρήσης σήματος ACE σε μονάδα με AGC Σχ. 8.9.Γραφική επεξήγηση λειτουργίας του AGC. Στον Πίνακα 8.1 δίδονται διάφορα παραδείγματα εφαρμογής του αλγορίθμου ACE. Πίνακας 8.1 ACE Pnet BΔf Ενέργεια Ελέγχου 0 0MW 0MW Καμία Ενέργεια -50 0MW -50MW Αύξηση Παραγωγής (50MW). Υπάρχει Έλλειψη Παραγωγής στην Περιοχή 0 50-50 Καμία Ενέργεια
-100-50MW -50MW Αύξηση Παραγωγής (100MW) 60 10MW 50MW Μείωση Παραγωγής (60MW) Πλεόνασμα Παραγωγής στην Περιοχή Κάθε AGC περιοχής αντιδρά σε αποκλίσεις συχνότητας σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά απόκρισης του συστήματος. Η απόκριση αυτή θα αντανακλάται στους κόμβους διασύνδεσης με άλλα δίκτυα, δηλ. ροή Pnet. Με παρακολούθηση της απόκλισης από την προγραμματισμένη ανταλλαγή ισχύος, την απόκλιση συχνότητας και χρησιμοποιώντας το AGC (δηλ. γίνεται χρήση της απόκρισης συχνότητας του συστήματος), ο έλεγχος περιοχής υπολογίζει αν η ανισορροπία, ζητούμενης και παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, είναι εσωτερική ή εξωτερική της περιοχής. Για την ενεργοποίηση του AGC απαιτείται η συλλογή πληροφοριών κάθε 4 sec όπως: Ισχύς στην έξοδο κάθε βαθμίδας για κάθε λειτουργούσα μονάδα (MW) Ροή ισχύος (MW) σε κάθε κόμβο διασύνδεσης (tie line) με γειτονικά συστήματα και τέλος, Συχνότητα του συστήματος. Τα αποτελέσματα του αλγόριθμου του AGC-ACE χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των μονάδων παραγωγής. Παλμοί διαφόρων μεγεθών, βάση της τιμής του ACE, εκπέμπονται με σκοπό να αυξήσουν ή να μειώσουν την τιμή στην έξοδο κάθε μονάδας (Σχ.8.8). Τότε οι συσκευές ελέγχου της μονάδας μεταβάλλουν το φορτίο (set point) πάνω ή κάτω ανάλογα με το μέγεθος του κάθε παλμού. Το ποσό της μεταβολής του φορτίου (set point) για κάθε μονάδα, εξαρτάται από το εύρος του ACE και τη δυναμική χαρακτηριστική απόκρισης της μονάδας. Το AGC επίσης ελέγχει την ποσοτική παραγωγή κάθε μονάδας, που είναι αποτέλεσμα βέλτιστης ανάμειξης παραγωγής, (όπως Γεωθερμία, Υδροπαραγωγή, Πυρηνική Ενέργεια κ.λ.π.) και αγοράς ισχύος. Η κατάλληλη ενσωμάτωση των διαφόρων τύπων μονάδων με ελάχιστο συνολικό κόστος είναι αρκετά πολύπλοκη. Η πολυπλοκότητα αυξάνεται αν συμπεριληφθούν και οι απώλειες που έχουμε κατά τη μεταφορά της ενέργειας, που πρέπει να γίνει. Τέλος στο AGC υπολογίζονται παράμετροι σφαλμάτων (penalty factors) και αποστέλλονται σήματα σε όλες τις μονάδες παραγωγής που θα πρέπει να ικανοποιούν τις συνθήκες ίσης κατανομής του οικονομικού κόστους. Αυτή η λειτουργία είναι γνωστή σαν πρόβλημα Βέλτιστης Κατανομής Φορτίου (Economic Dispatch Problem). Οι αντικειμενικοί στόχοι έλεγχος φορτίου-συχνότητας (AGC) και βέλτιστης κατανομής φορτίου (δηλαδή, κατανομή της παραγόμενης πραγματικήςισχύος των ελεγχόμενων γεννητριών) επιτυγχάνεται με την προσαρμογή των τιμών αναφοράς ισχύος σε όλες τις τουρμπίνες. Στο διάγραμμα του Σχ.8.10 φαίνεται η στρατηγική Αυτομάτου Ελέγχου Παραγωγής για να επιτευχθούν καιοι δύο προαναφερόμενοι στόχοι με συντονισμένο τρόπο.
Όπως φαίνεται, πρώτα υπολογίζεται ο έλεγχος σφάλματος περιοχής (ACE) και ένα μέρος Κ ACE,i κατανέμεται στη μονάδα i. Μετά, υπολογίζεται η απόκλιση της συνολικής πραγματικής παραγωγής από την συνολική επιθυμητή παραγωγή και ένα μέρος της Κ ECO,I = Σ(P i -P id ) κατανέμεται στον μονάδα i. Τέλος, υπολογίζεται η απόκλιση πραγματικής παραγωγής από την επιθυμητή παραγωγή και κατανέμεται στη μονάδα i. Το σήμα σφάλματος που δημιουργείται από τους τρεις αθροιστές, πολλαπλασιάζεται με το κέρδος ελέγχου Κuce,i και υπολογίζεται το σήμα για αύξηση ή μείωση που αποστέλλεται στην βαθμίδα ελέγχου ταχύτητας της μονάδας i που βρίσκεται υπό έλεγχο. Στην πράξη, τα σήματα μεταβολής κατανέμονται στις μονάδες παραγωγής σε περίοδο 2-10 δευτερολέπτων. Οι επιθυμητές έξοδοι PiD των μονάδων υπό έλεγχο που υπολογίζονται από το ειδικό πρόγραμμα λογισμικού βέλτιστης οικονομικής κατανομής φορτίου (Economic Dispatch Problem), ενημερώνονται σε χρονικά διαστήματα που συνήθως κυμαίνονται από 2-10 λεπτά. Σχ.8.10 Διάγραμμα AGC με συνδυασμό ΑCE και οικονομική κατανομή φορτίου (Economic Dispatch) Για την εύρυθμη λειτουργία του AGC, καθορίζονται οι συνθήκες λειτουργίας που πρέπει να εφαρμόζονται από όλες τις ηλεκτρικές εταιρείες: Α. Κανονικές συνθήκες λειτουργίας. 1. Το ACE πρέπει να είναι μηδέν, τουλάχιστον μια φορά σε περίοδο 10 λεπτών. 2. Η μέση απόκλιση του ACE από το μηδέν, για περίοδο 10 λεπτών, πρέπει να είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια που καθορίζονται σαν ποσοστό επί της παραγωγής του συστήματος. Β. Συνθήκες διαταραχής. 1. Το ACE πρέπει να γίνει μηδέν μέσα σε 10 λεπτά.
2. Το AGC πρέπει να παρέμβει διορθωτικά μέσα σε 1 λεπτό από την εμφάνιση διαταραχής στο σύστημα. Γ. Επιτρεπτά όρια. Το επιτρεπόμενο όριο Ld για κάθε Ηλεκτρική εταιρία, υπό μέγιστες συνθήκες και για περίοδο 10 λεπτών, δίνεται από την εξίσωση: Ld = 0.025ΔL + 5.0 MW όπου ΔL=ΔP/Δt (MW/hr), είναι η μέγιστη μεταβολή φορτίου του συστήματος (υπό μέγιστες συνθήκες) δηλαδή την ημέρα του έτους με τη μέγιστη ζήτηση φορτίου. Επιλέγεται η Έλεγχος Παραγωγικών Διεργασιών 130 αντίστοιχη ημερήσια καμπύλη φορτίου του συστήματος (Σχ.8.11)και υπολογίζεται η τιμή του ΔL η οποία δεν είναι ίδια για όλα τα ηλεκτρικά συστήματα. Ένα σύστημα θεωρείται πως βρίσκεται σε κατάσταση διαταραχής, αν το ACE είναι μεγαλύτερο από 3Ld. Αυτό μπορεί να συμβεί λόγω απώλειας μιας μονάδας παραγωγής ή ξαφνική μεταβολή στο φορτίο. Το AGC είναι επιφορτισμένο να επαναφέρει το σύστημα σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Στο Σχ.8.12 φαίνεται ένα τυπικό σήμα ACE ενός AGC που πληροί τις (ελάχιστες) συνθήκες λειτουργίας. Σχ.8.11 Κύκλος Ημερήσιας Καμπύλης Φορτίου για Ηλεκτρικό Δίκτυο.
Σχ.8.12 Τυπικό σήμα ACE σε επιτρεπόμενα όρια. 3.2.1 Στοιχεία Ηλεκτρονικού Υπολογιστή EMS. Ένα τυπικό λειτουργικό διάγραμμα τού EMS δίνεται στο Σχ.8.13και αποτελείται από δύο όμοιους Η/Υ για αυξημένη αξιοπιστία. Οι δύο υπολογιστές είναι αυτοδύναμοι και οδηγούν ένα μεγάλο αριθμό συσκευών εισόδου/εξόδου όπως εκτυπωτές, τηλέτυπα, δίσκους εγγραφής κ.λπ. Συνήθως ο κύριος υπολογιστής (on-line) επιτηρεί και ελέγχει το δίκτυο ενώ ο εφεδρικός χρησιμοποιείται (off-line) για εκτέλεση προγραμμάτων όπως πρόγνωση φορτίου ή Υδροθερμική κατανομή φορτίου. Ο κύριος Η/Υ (περιοδικά, ενημερώνει ένα κοινό αρχείο μνήμης / disk memory) για τους δύο Η/Υ. Σε περίπτωση βλάβης του κυρίως Η/Υ ή αλλαγής κατάστασης, οι αποθηκευμένες πληροφορίες μεταφέρονται στον βοηθητικό Η/Υ. Επίσης, στο σχηματικό διάγραμμα του τυπικού συστήματος περιγράφονται μερικές από τις λειτουργικές αρμοδιότητες των Η/Υ και των βοηθητικών συσκευών. Οι βοηθητικές συσκευές επικοινωνούν με τους Η/Υ μέσω μικροεπεξεργαστών εισόδου-εξόδου και έχουν προγραμματιστεί να επικοινωνούν και να προεπεξεργάζονται αναλογικά σήματα (πληροφορίες), να ελέγχουν για οριακές τιμές κ.λπ. Οι μικροεπεξεργαστές μπορούν να μεταφέρουν πληροφορίες, προς και από την μνήμη του Η/Υ, χωρίς να διακόπτουν τον κεντρικό επεξεργαστή. Συχνά, οι μικροεπεξεργαστές λειτουργούν μεταξύ τους σαν εφεδρεία, δηλαδή μεταφέρουν λειτουργίες σε εφεδρικές συσκευές σε περίπτωση που υπάρχει εσφαλμένη λειτουργία. Επομένως, το κρίσιμο λειτουργικό hardware, λειτουργεί ή είναι διαθέσιμο σε ποσοστό 99.8%. Το λογισμικό επίσης επιτρέπει βλάβες hardware και επανεκκίνηση λογισμικού εφαρμογών, σε περίπτωση διακοπής. Ένα επιπλέον χαρακτηριστικό του Υπολογιστικού συστήματος είναι πως διατηρεί κρίσιμες λειτουργίες κατά τη διάρκεια συντήρησης. Επίσης, νέοι κώδικες ελέγχου δοκιμάζονται στον εφεδρικό Η/Υ και μετά μεταφέρονται στον κύριο υπολογιστή.
Σχ.8.13 Τυπικό διάγραμμα Ελέγχου με Η/Υ και Επιτήρησης Συστήματος Ενέργειας (SCADA). Ο εργασίες εκτελούνται στον υπολογιστή, κατά προτεραιότητα, μετις πιο κρίσιμες σε συχνότερα χρονικά διαστήματα. Οι παρακάτω λειτουργίες ελέγχονται ανά 2 sec : Κατάσταση σημείων όπως switchgear (ON-OFF), φορτία υποσταθμών και τάσεις, συνδεσμολογία Μ/Σ (taps), και συστοιχία πυκνωτών. Ροή σε σημεία σύνδεσης με άλλα δίκτυα (Tie-line flows). Φορτία γεννητριών, τάσεις, όρια λειτουργίας και χωρητικότητα καυστήρων. Συσκευές ελέγχου κυκλωμάτων επικοινωνίας υπολογιστή και απομακρυσμένων συσκευών. Κάθε 4 sec οι μονάδες παραγωγής λαμβάνουν εντολές για την κατανομή φορτίου με βάση τη δυναμικότητα της μονάδας (ΜW/min). Η απόλυτος ισχύς εξόδου κάθε μονάδας προσαρμόζεται κάθε 5 min από τον υπολογιστή, αφού πρώτα ειδικό πρόγραμμα υπολογίσει τις τιμές βάσης ισχύος. Σε ωριαία βάση υπολογίζονται ή καταγράφονται τα φορτία δηλαδή γίνεται πρόβλεψη φορτίου. Προγράμματα με χαμηλότερη προτεραιότητα για μελέτες ή για αλλαγή των αρχικών τιμών στο ηλεκτρικό σύστημα εκτελούνται με εντολή του χειριστή. Για παράδειγμα, το ΜW/min interface) είναι :
1. Έγχρωμη οθόνη CRT (Color cathode-ray-tube) για προσομοιώσεις του ηλεκτρικού δικτύου, υποσταθμών, περιλήψεις δεδομένων, δείκτες απόδοσης κλπ. Η επιλογή ομάδας πληροφοριών επιλέγεται με ειδικά πλήκτρα και με φωτοστυλό (light pens) στην οθόνη CRT που ονομάζονται poke points. 2. Πληκτρολόγιο για την αλλαγή συνθηκών λειτουργίας ή παραμέτρων του δικτύου χρησιμοποιώντας ειδικούς κωδικούς. 3. Ειδικά πλήκτρα για αλλαγή συνδέσεων των Μ/Σ, πυκνωτών κλπ. 4. Φωτοστυλό (Light-pen cursor) για άνοιγμα ή κλείσιμο διακοπτών προστασίας ή απλών διακοπτών και την ενεργοποίηση άλλων λειτουργιών στην οθόνη του CRT. 5. Φωτεινές ενδείξεις, κουδούνια (alarms) και τηλέφωνα συνδεδεμένα με τις μονάδες παραγωγής, τους υποσταθμούς του δικτύου και τηλέφωνα συνδεδεμένα με γειτονικά δίκτυα άλλων χωρών ή ιδιωτών. Μερικές πληροφορίες (Φωτεινές ενδείξεις, κουδούνια) μπορεί να εμφανισθούν συγχρόνως και στο σύστημα απεικόνισης (mimic board) του δικτύου. Οι εντολές ελέγχου που βρίσκονται στη διάθεση του χειριστή μέσω του πληκτρολογίου και περιγράφονται στο Σχ.8.14 είναι : 1. Εντολές συστήματος. Επιλέγεται το mode όπου ο υπολογιστής ελέγχει το ηλεκτρικό σύστημα ισχύος. 2. Μονάδες (units). Επιλέγεται το manual ή Base loading mode για κάθε γεννήτρια που τροφοδοτεί με ισχύ το σύστημα. 3. Είσοδος δεδομένων AGC (data entry). Επιτρέπει στον χειριστή ναεπιλέγει νέα steady state τιμή ισχύος στην έξοδο της γεννήτριας. 4. Data/entry readout. Τιμές, μέσω του πληκτρολογίου, εισάγονται στο πρόγραμμα του υπολογιστή. 5. Alarms. Επιτρέπει στον χειριστή να εντοπίσει την αιτία προειδοποίησης στο σύστημα και να τη διορθώσει. 6. Plant/ Substation select (Επιλογή μονάδας παραγωγής ή υποσταθμού). Επιτρέπει στον χειριστή (operator) να ελέγχει τα δεδομένα λειτουργίας μονάδων παραγωγής ή σημείων των υποσταθμών κατανομής φορτίου. 7. Ειδικές εντολές (special functions). Επιτρέπει την είσοδο ή την επιλογή πληροφοριών που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο ισχύος του συστήματος. 8. Readout Control. Ορίζει την έξοδο στα διαφορετικά CRTs ή εκτυπωτές. 9. CPU control. Επιτρέπει την χρησιμοποίηση ενός από τους δύο υπολογιστές online και τον άλλον να χρησιμοποιηθεί σε όχι σημαντικές λειτουργίες.
Σχ.8.14 Πληκτρολόγιο χειριστηρίου
3.3 Έλεγχος περιοχής χωρίς AGC Τα συστήματα ελέγχου ενέργειας μπορούν να λειτουργήσουν και χωρίς το AGC διότι υπάρχει έλεγχος ταχύτητος και φορτίου σε κάθε γεννήτρια (turbine generators). Έτσι αναγκάζονται οι γεννήτριες της ίδιας περιοχής να κατανέμουν το φορτίο και να αναγκάζουν τις αλληλοσυνδεόμενες ζώνες να διαμοιράζονται το φορτίο. Μία γεννήτρια που οδηγείται από ατμοστρόβιλο, συμβολίζεται από μία μεγάλη μάζα περιστροφής, πάνω στην οποία επενεργούν δύο αντίθετες ροπές περιστροφής (Σχ. 8.15) Σχ. 8.15 Σύστημα εξισορρόπησης ενέργειας. Η μηχανική ροπή Τμηχ επενεργεί για να αυξήσει την ταχύτητα περιστροφής, ενώ η Τ ηλ επενεργεί για να μειώσει την ταχύτητα. Για συνθήκη Τ μηχ =Τ ηλ η ταχύτητα περιστροφής ω είναι σταθερή. Σε περίπτωση που το ηλεκτρικό φορτίο αυξηθεί, τότε Τ ηλ >Τ μηχ και το σύστημα θα αρχίσει να ελαττώνει ταχύτητα. Επειδή όμως η μείωση της ταχύτητας, κάτω από συγκεκριμένο όριο, μπορεί να προκαλέσει βλάβη στις συσκευές, πρέπει να αυξηθεί η μηχανική ροπή Τ μηχ για να επανέλθει η ισορροπία δηλ. Τ μηχ =Τ ηλ και η ταχύτητα να επανέλθει σε αποδεκτή τιμή και να ξαναγίνει σταθερή. Η διαδικασία αυτή σε ένα ηλεκτρικό σύστημα επαναλαμβάνεται διότι παρατηρείται συνεχή μεταβολή του φορτίου. Επίσης, επειδή πολλές γεννήτριες τροφοδοτούν με ενέργεια το ηλεκτρικό δίκτυο, πρέπει να υπάρχει ένας τρόπος κατανομής των μεταβολών του φορτίου στις γεννήτριες. Για το σκοπό αυτό, μία σειρά από αυτοματισμούς, συνδέονται στις γεννήτριες. Ένας κυβερνήτης (governor) υπάρχει σε κάθε μονάδα, για να διατηρεί την ταχύτητα σταθερή. Ενώ ο βοηθητικός έλεγχος, που βρίσκεται στο κέντρο ελέγχου αναλαμβάνει την κατανομή φορτίου στις μονάδες παραγωγής. Παρακάτω αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας μονάδας παραγωγής σε δίκτυο μεγάλης συνολικής παραγωγής. Στο Σχ.8.16 δίνεται η συνδεσμολογία παράλληλης λειτουργίας γεννήτριας με ζυγό απείρου τιμής (ο άπειρος ζυγός μπορεί να απορροφήσει ή να προμηθεύσει απεριόριστη ισχύ για σταθερή τάση και συχνότητα) καθώς και η χαρακτηριστική ταχύτητα-φορτίου. Υποθέτουμε πως επιλέγεται η τιμή της R ώστε να έχουμε φορτίο στην γεννήτρια 50%. Η χαρακτηριστική εξαρτάται από τον τύπο ελέγχου ταχύτητος που χρησιμοποιείται και την δυναμικότητα της γεννήτριας.
Σχ.8.16 Παράλληλη λειτουργία γεννήτριας με αντίσταση ανάδρασης (R) συνδεδεμένη σε άπειρο ζυγό. Ο ρυθμιστής ταχύτητας της μονάδας υπολογίζεται από την σχέση: όπου Ρ ονομ. = ονομαστική τιμή ισχύος της γεννήτριας σε MW και R είναι η βαθμίδα ρύθμισης ταχύτητος που θεωρείται σταθερή (στο Σχ.8.16 θεωρούμε 4% ρύθμιση). Αν θελήσουμε να αυξήσουμε το φορτίο της γεννήτριας, τότε η ροπή της τουρμπίνας (prime mover) πρέπει να αυξηθεί, για να διατηρηθεί η συχνότητα σταθερή (ταχύτητα), με αποτέλεσμα η καμπύλη ταχύτητας-r να μετατοπισθεί σε άλλη θέση (νέα τιμή R) όπως φαίνεται στο Σχ.8.17. Η μετατόπιση της καμπύλης ισοδυναμεί με μεταβολή της γωνίας αναφοράς θ1του άξονα της γεννήτριας.
Σχ.8.17 Ρύθμιση χαρακτηριστικής φορτίου-συχνότητας γεννήτριας. Στο Σχ.8.18 φαίνονται τα μοντέλα γεννητριών για μια συγκεκριμένη περιοχή (area). Για απομονωμένο σύστημα, (χωρίς tie-line) η steady state τιμή μεταβολής της συχνότητας Δf, για μεταβολή του φορτίου ΔL=ΔΑ/s βρίσκεται από το θεώρημα τελικής τιμής του Laplace. H A = ενεργός αδράνεια περιστρεφόμενων φορτίων μηχανής του ηλεκτρικού συστήματος της περιοχής. Η τιμή 2Η Α /10β 2 είναι 2-8sec για όλα τα συστήματα. β 2 = χαρακτηριστική συχνότητας φορτίου (MW/0.1Hz). P iονομ. = ονομαστική ισχύς της γεννήτριας i (MW). ΔP i = αύξηση ηλεκτρικής ισχύος για γεννήτρια i (MW). ( ) συντελεστής αυτορύθμισης φορτίου. 1/R i =αντίσταση ανάδρασης της γεννήτριας i (Hz/MW). s= Σύμβολο Laplace (1/sec). Στο διάγραμμα του Σχ.8.18, φαίνεται η συνδεσμολογία πολλών γεννητριών της ίδιας περιοχής. Το διάγραμμα αυτό μπορεί να επεκταθεί για να συμπεριλάβει και μονάδες AGC.
Σχ.8.18 Ισοδύναμο Μοντέλο παραγωγής μιας συγκεκριμένης περιοχής. Η σωστή λειτουργία ενός ηλεκτρικού δικτύου υπό τριφασικές συνθήκες (steady state) απαιτεί: 1. Η παραγόμενη ισχύς, να ικανοποιεί την ζητούμενη ισχύ και τις απώλειες. 2. Οι τάσεις των ζυγών (εύρος), να είναι περίπου ίσες με τις ονομαστικές τιμές τους. 3. Οι γεννήτριες να λειτουργούν μέσα στα καθορισμένα όρια πραγματικής και άεργου ισχύος. 4. Οι γραμμές μεταφοράς και οι μετασχηματιστές να μην υπερφορτίζονται. Τα παραπάνω ελέγχονται διαμέσου του προγράμματος ροών φορτίου (power-flow program - "Load flow") ή "Ροή φορτίου". Το πρόγραμμα αυτό υπολογίζει τάσεις και ρεύματα σε κάθε κόμβο (ζυγό) για τριφασικές τελικές συνθήκες, καθώς καιτις απώλειες. Στο Σχ.8.19 δίνεται το διάγραμμα μιας γραμμής ενός ζυγού. Οι μεταβλητές του ζυγού Κ που πρέπει να προσδιοριστούν είναι: Τάση V K (μέτρο), Γωνία δ K (μέτρο), ενεργός ισχύς Ρ K και άεργος ισχύς Q K τροφοδοσίας του ζυγού Κ. Οι δύο πρώτες είναι πληροφορίες (τιμές) εισόδου και οι άλλες δύο άγνωστες που υπολογίζονται από το πρόγραμμα ροής φορτίου. P K = P GK - P LK Q K = Q GK - Q LK Τέλος οι ζυγοί του συστήματος εντάσσονται σε μια από τις ακόλουθες κατηγορίες:
α) Ζυγός Αναφοράς ή ταλαντώσεως (Swing) - Είναι ζυγός παραγωγής που χρησιμοποιείται σαν σημείο αναφοράς με σταθερή τιμή V 1 δ 1 = 1.0 0 p.u. (Υπάρχει μόνο ένας σε κάθε σύστημα). Χρησιμοποιείται επίσης ως τιμή εισόδου για τον υπολογισμό των P 1 και Q 1. β) Ζυγός παραγωγής- Είναι γνωστή η παραγόμενη ενεργός ισχύς (P) και το μέτρο της τάσης και το πρόγραμμα υπολογίζει την άεργο ισχύ (Q) και την γωνία τάσεως (δ). γ) Ζυγός φορτίου- Ρκ, Qκ είναι γνωστές πληροφορίες εισόδου. Το πρόγραμμα υπολογίζει τα Vκ και δκ(οι περισσότεροι ζυγοί είναι φορτία). δ) Ζυγός ελεγχόμενης τάσης- Ρκ και Vκ είναι πληροφορίες εισόδου. Το πρόγραμμα υπολογίζει τα Qκ και δκ. Εδώ υπάρχουν shunt πυκνωτές ή static VAR (compensators SVC). Σχ.8.19 Μονογραμμικό διάγραμμα ενός ζυγού Κ Στο Σχ.8.20 δίνεται το μονοφασικό διάγραμμα ενός τυπικού ηλεκτρικού δικτύου όπου φαίνεται η ροή ισχύος από τις μονάδες παραγωγής προς τα φορτία. Η γεννήτρια 400ΜVA χρησιμοποιείται σαν ζυγός αναφοράς (slack bus), συνήθως είναι ο ζυγός όπου στα άκρα του συνδέεται γεννήτρια με ελεγχόμενη τάση. Επομένως χρειάζονται πληροφορίες (ονομαστικές τιμές) για τους ζυγούς, τις γραμμές και τους μετασχηματιστές. Σχ.8.20 Μονογραμμικό διάγραμμα τυπικού συστήματος
3.4 Επίλογος Με την εγκατάσταση ενός Συστήματος Διαχείρισης Ενέργειας στο ηλεκτρικό σύστημα αυξάνεται η ασφάλεια λειτουργίας που σημαίνει πως διατηρείται η αξιοπιστία του κατά την διάρκεια απρόβλεπτων και αναπόφευκτων γεγονότων όπως βλάβες εξοπλισμού ή καταστροφές των γραμμών μεταφοράς από φυσικά φαινόμενα. Ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας θεωρείται ασφαλές όταν τέτοιες απώλειες δεν οδηγούν σε παραπέρα καταστροφές του εξοπλισμού και δεν διακόπτουν την παροχή ενέργειας στους καταναλωτές. Σε αντίθετη περίπτωση, το σύστημα αδυνατεί να καλύψει τα φορτία και ολόκληρες περιοχές τίθενται εκτός τροφοδοσίας. Το φαινόμενο αυτό που είναι γνωστό σαν BLACK-OUT έχει τεράστιες οικονομικές επιπτώσεις που υπολογίζεται από την τιμή της KWH που δεν καταναλώθηκε, την απώλεια παραγωγής στην Βιομηχανία καθώς και το κοινωνικό κόστος. Είναι βέβαια πολύ δύσκολο να υπολογισθεί το κοινωνικό κόστος από τις επιπτώσεις ενός Black-out. Τα σύγχρονα Κέντρα Ελέγχου Ενέργειας αυξάνουν την ασφάλεια του δικτύου αφού έχουν την δυνατότητα να προβλέψουν τα αποτελέσματα πιθανών απωλειών εξοπλισμού. Οι χειριστές του συστήματος, με την βοήθεια αυτών των προβλέψεων, μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τις πιθανότητες Black-out με ανακατανομή των φορτίων στις μονάδες παραγωγής ή αναδιάρθρωση της τοπολογίας του δικτύου τους πριν προκύψουν σοβαρότερα προβλήματα, λαμβάνοντας υπ' όψη οικονομικούς, περιβαλλοντικούς και άλλους παράγοντες.