AUTOMATISK HENDELSESANALYSE. Av Henrik Kirkeby SINTEF Energi AS

Transkript

1 AUTOMATISK HENDELSESANALYSE Av Henrik Kirkeby SINTEF Energi AS Sammendrag SINTEF har utviklet et analyseverktøy i Matlab som kan brukes til hendelsesanalyse, kalt A-HA (automatisk hendelsesanalyse). Verktøyet analyserer måleserier (inntil videre kun fra Elspec-instrumenter), og for en valgt tidsperiode angis antall spenningsdipp, jordfeil, og avbrudd. Programmet lager en liste med hendelsene, som inneholder lenker til måledata for hendelsene så de kan analyseres i detalj. For spenningsdipp er det også utviklet funksjonalitet som grupperer spenningsdipp i ekte og falske spenningsdipp, forårsaket av metning i måletrafo ved jordfeil. Det er planer om å inkludere mer funksjonalitet, som vil øke potensialet til automatisk hendelsesanalyse betydelig. 1. BAKGRUNN Alle nettselskap er pliktig til å utføre kontinuerlige målinger i nettet sitt. Noen nettselskap har kun det aller mest nødvendige i forhold til kravene om kontinuerlige målinger i karakteristiske nett i forskrift om Leveringskvalitet i kraftsystemet (FoL) [1], mens andre har høy andel av avanserte målinger. Disse målingene samles inn i spenningskvalitetsdatabaser, og analyseres ofte manuelt ved behov (f.eks. ved feilanalyse). SINTEF har også en slik spenningskvalitetsdatabase med over 50 aktive målepunkter, og mer enn 100 historiske målinger foretatt i kortere eller lengre tid. Denne databasen brukes også til ulike forskningsformål, som å utarbeide statistikk over spenningsdipp, dokumentere ulike typer feil som kan skje i kraftnettet, få mer kunnskap om innvirkning av distribuert produksjon, osv. Motivasjonen bak AHA er å kunne drive automatisk analyse av den økende mengden spenningskvalitetsdata som samles inn. Dette kan være nyttig både i feilanalyse, og for å lage et statistisk grunnlag over ulike hendelser.

2 2. FUNKSJONSMÅTE Det underliggende prinsippet i funksjonsmåten til AHA er at bestemte spenningskvalitetsparametere blir hentet fra en database eller målefil, og så lagret i matriser for å bli analysert i Matlab. Per dags dato er det kun støtte for import av måledata fra Elspec sitt målesystem, men dette kan utvides til andre leverandører, samtidig som selve virkemåten til analysefunksjonene i AHA forblir konstant. For hver bolk med måledata som blir importert, blir hele matrisene søkt gjennom med ulike algoritmer. Disse algoritmene plukker ut ulike hendelser, f.eks. en spenningsdipp, ved å sammenligne måledata med ulike kriterier. For spenningsdipp vil et slikt kriterium være: VV nnnnnnnnnnnnnnnn 5 % < VV rrrrrr1 VV rrrrrr2 VV rrrrrr3 < VV nnnnnnnnnnnnnnnn 90 % Her er VV rrrrrr1,2,3 de tre linjespenningene, som har varighet mellom 10 ms og ett minutt. A-HA kan raskt si at for et individuelt målepunkt har det vært X spenningsdipp i 2016 (tilfeldig valgt år). Dette er i midlertidig svært grunnleggende funksjonalitet som finnes i flere kommersielle programmer fra ulike målerleverandører. Den reelle nyvinningen med AHA er å kunne i langt større grad skille mellom ulike typer hendelser. 3. EKSISTERENDE FUNKSJONALITET 3.1 Analysekapabilitet Per dags dato er følgende implementert som funksjonalitet i AHA: Identifisere spenningsdipp Identifisere avbrudd Skille mellom falske og ekte spenningsdipp (Falske spenningsdipp er målefeil forårsaket av metning i spenningstransformator.) Identifisere jordfeil Identifisere spenningssprang For spenningsdipp er underalgoritmer for å identifisere følgende hendelser laget, og er i ferd med å bli implementert: Motorstart Innkobling av krafttransformator

3 Når algoritmene i AHA detekterer en av disse hendelsene, blir det opprettet et hendelsesobjekt i AHA. Dette objektet kan velges for å plotte og undersøke RMS-fase og linjespenninger og spenningens kurveform rundt tidspunktet for hendelsen mer i detalj. 3.2 Software applikasjon Analysefunksjonaliteten er implementert i en applikasjon, som på nåværende tidspunkt ser slik ut: Figur 1: Oversiktsbilde i AHA applikasjonen I denne er det mulig å velge ulike noder i en tilknyttet PQScada database (det proprietære databasehåndteringsprogrammet til Elspec), og velge et tidsrom som skal analyseres. Kun én samtidig node kan velges i nåværende versjon. Et eksempel på resultatet av en slik analyse er vist i figur 2.

4 Figur 2: Hendelsesliste, med analyse av valgt hendelsesobjekt. Det er i dette tilfellet søkt etter alle typer hendelser, over en periode på ca. en måned i et av målepunktene i databasen. Tidspunktene til høyre i hendelseslisten viser henholdsvis start- og sluttidspunkt. Akkurat dette målepunktet hadde en del problemer med intermitterende jordfeil, og de fleste av hendelsene i hendelseslisten er derfor jordfeil. Mange av disse hendelsene har svært kort varighet, som viser at jordfeilen "kommer og går". I tillegg er det observert 2 spenningsdipp ved målepunktet (men ingen falske spenningsdipp) og 4 spenningssprang.

5 Her er også en av hendelsene, den første av to spenningsdipp, valgt for nærmere analyse. Denne er plottet med fase og linjespenninger (inkludert grenseverdier for spenningsdipp), kurveform for fasespenninger, og 2.harmoniske spenning. Analyse av fasespenningene viser her at feilen potensielt kan være forårsaket av en topolt kortslutning, og at det er en forholdsvis langvarig spenningsdipp som varer i nesten 1 sekund. Å analysere kurveformen gir ingen spesiell ekstra informasjon akkurat i dette tilfellet, og grafen til 2. harmoniske spenning viser at spenningsdippen ikke er forårsaket av metning i måletrafo (falsk spenningsdipp). De kortvarige utslagene av 2. harmoniske som vises er kun forbundet med overgang fra et spenningsnivå til et lavere nivå. Figur 3: Detaljert plott av valgt hendelse. 4. MOTIVASJONEN BAK AHA Et analyseprogram som er i stand til å drive automatisk feilanalyse kan ha flere viktige bruksområder, inkludert: Automatisk varsling av hendelser i alle nettselskapets målepunkter, uten at data manuelt må analyseres.

6 Rask tilgang på mest relevante parametere for å analyser årsaken til feilen, inkludert mulighet til å få rask oversikt over historiske feil for samme målepunkt. Klassifisere feil, inkludert type, alvorlighetsgrad, hyppighet, og sannsynlig årsak. Dette kan f.eks. brukes til å se om noen typer hendelser får hyppige og store konsekvenser, som vil være en hjelp til å prioritere hvilke feilkilder som må utbedres. Automatisk utarbeide statistikk for målepunkter. Dette vil kunne være til hjelp for å ha en benchmark av hva som er normalt for antall, dybde og varighet for spenningsdipp i ulike nett, og hva som representerer nett med dårlig spenningskvalitet. Stordata analyse for å avdekke økning i hyppighet av feil, som potensielt vil kunne peke fremover mot mer alvorlig typer feil. En godt designet og videreutviklet versjon av AHA vil også redusere nødvendig ressursbruk for håndtering av en stadig økende datamengde som nettselskap får tilgjengelig. Dataene representerer mulighet til å få ny og god innsikt som er nyttig ved nettdrift og nettplanlegging, men det er nødvendig å prosessere disse dataene effektivt for at ikke ressursbruken for måledataanalyse skal øke betydelig. 5. PLANLAGT FUNKSJONALITET Nåværende versjon av AHA er et relativt enkelt feilanalyseprogram, og flere målesystemleverandører har allerede lignende funksjonalitet innebygget i måledataanalyseprogrammene sine. Det er i midlertidig flere muligheter for å utvide analysefunksjonaliteten i AHA betydelig ved å inkludere mer avanserte algoritmer i analysedelen. Videre utviklingsmuligheter i AHA inkluderer: Klassifisering av årsak til spenningsdipp, inkludert innkobling av krafttransformator, motorstart, lastpåslag. Algoritme for automatisk utarbeiding av statistisk oversikt over type, varighet og dybde av spenningsdipp for hvert målepunkt. Deteksjon av andre hendelser, inkludert innkobling av kondensatorbatterier, overgang til separatdrift, pendlinger, mm. Gruppere like typer feil i samme målepunkt, og kunne gi oversikt over utvikling av ulike grupper over tid, inkludert sesongvariasjoner. AHA er utviklet i forskningsprosjektet SPESNETT, som avsluttes før dette kan bli realisert, men utviklingen kan potensielt skje i nye prosjekt.

7 6. KONKLUSJON Automatisk hendelsesanalyse kan gi store fordeler for nettselskap får tilgang på stadig mer måledata. Enkel funksjonalitet er inkludert i flere kommersielt tilgjengelige programmer, og disse er, med noen ekstra funksjoner, implementert i AHA. AHA er dessuten en eksisterende plattform som kan brukes til å videreutvikle mer avansert funksjonalitet for automatisk analyse som gjør at det fulle potensialet rundt automatisk analyse kan realiseres. 7. REFERANSER [1] Olje og Energidepartementet, «Forskrift om Leveringskvalitet i kraftsystemet», 2012.