Support Tools for Fluent Restoration of Transmission Substations

The increased amount of substations remotely controlled from control centers has caused great concern regarding the responsiveness of operators, especially in cases of major events such as partial or total blackouts in the electric power system.

In these situations, operators should perform a very high amount of commands, first in preparation for the power system restoration (disconnections) and subsequently for the fluent restoration (not coordinated by the ISO) itself. These procedures should be performed for each of the plants that were shut down in the blackout. There is also a phase coordinated by the ISO, when operators must await instructions for the continuation of the process.

In order to reduce the time of the fluent phase of restoration it was elaborated in the Supervision Engineering sector of CEEE-GT (utility from the south of Brazil), a project that aims to gradually add automation and tools to assist operators to complete their tasks more efficiently and accurately.

The project was divided into stages to facilitate the implementation and enable operators through training and practice, accustom and gain confidence in the automatisms. The steps are:

Phase 1

  • Semiautomatic process (initiated by the operator) to prepare for the restoration.
  • Fluent restoration support screens for each substation.
  • Availability of Operating Instructions (OI’s) directly in the IHM’s (PDF docs).

Phase 2

  • Automatic process for preparing the restoration .

Phase 3

  • Semi-automatic process for execution of the fluent restoration .

Phase 4

  • Automatic process execution fluent restoration.

We are currently implementing Phase 1. The HMI platform used in remote centers is the Open Substation HMI (OSHMI, http://oshmiopensubstationhmi.sourceforge.net) which is open source software. The automatic controls are implemented in the LUA language (https://www.lua.org), a computer language designed to extend applications that was embedded in the HMI for creating scripts.

The scripts were divided into one for each substation to facilitate maintenance. Each script executes a check of the blackout occurrence conditions around the substation:

  • the validity of the measurements is checked;
  • the absence of voltage is observed in the buses;
  • the absence of flow at transmission lines terminals.

To predispose the automatism preparation is also checked whether any bay is transferred, which may indicate an anomaly situation in the facility.

When the automatism is predisposed, for the operator is presented a “START” button on the single line HMI screen and also on the screen dedicated to the restoration. Upon command of the operator starts the automatic shutdown process of the substation circuit breakers (in some cases more than 50). This automation can be triggered simultaneously for several substations.

At the end of preparation the operator has a screen that guides the fluent restoration of each installation. On this screen every step of the recovery process is represented, according to the sequence and conditions set forth in the OI’s. At each step, the screen scripts (programmed in Javascript directly on the SVG screen) check the fulfillment of conditions (voltage ranges, tap values, switches statuses, etc.). It is up to the operator to perform every available command on the screen.

The execution of the commands has become much faster than previously when the operator was obliged to consult the OI’s on paper, check the conditions, the command sequences and find on the screen the objects to be controlled. It is now also a much more secure process, as it is harder to miss the sequence, the conditions and the objects to be controlled.

The operator training is done by the simulation of occurrences and the execution of the preparation and restoration processes.

This is another among other projects where we try to focus on the users (User Centered Design) and their respective tasks, applying the High Performance HMI concepts (cognitive theories) to improve the Situational Awareness and consequently the performance of the operators.

Ricardo Olsen in-2c-14px, MEng. :: CEEE-GT

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Ferramentas de Apoio à Recomposição Fluente de Subestações de Transmissão

O aumento da quantidade de subestações telecomandadas a partir dos centros de telecontrole tem causado grande preocupação em relação à capacidade de reação dos operadores, especialmente nos casos de grandes ocorrências tais como blecautes parciais ou totais no sistema elétrico de potência.

Nestas situações os operadores devem executar a uma quantidade muito elevada de comandos para efetuar, primeiramente a preparação para a recomposição (desligamentos) e, posteriormente, a recomposição fluente (não coordenada pelo COS/ONS) propriamente dita. Estes procedimentos devem ser executados para cada uma das instalações que foram desligadas no blecaute. Há ainda a fase coordenada pelo COS/ONS, onde os operadores devem aguardar instruções para a continuação do processo.

Com o objetivo de reduzir o tempo da fase fluente da recomposição elaborou-se, no setor de Engenharia de Supervisão da CEEE-GT, um projeto que pretende, gradualmente, acrescentar automatismos e ferramentas para auxiliar os operadores do telecomando a completar as suas tarefas com maior eficiência e precisão.

O projeto foi dividido em etapas para facilitar a implementação e permitir aos operadores, através de treinamentos e da prática, se habituarem e ganharem confiança nos automatismos. As etapas são as seguintes:

1a Fase

  • Processo semiautomático (iniciado pelo operador) de preparação da recomposição.
  • Telas de apoio à recomposição fluente, para cada subestação.
  • Disponibilização das Instruções de Operação (IO’s) nas IHM’s.

2a Fase

  • Processo automático de preparação da recomposição.

3a Fase

  • Processo semiautomático de execução da recomposição fluente.

4a Fase

  • Processo automático de execução da recomposição fluente.

No momento estamos implantando a Fase 1. A plataforma de IHM utilizada nos Centros de Telecomando é a Open Substation HMI (OSHMI) que é um software open source. Os automatismos são implementados em linguagem LUA (https://www.lua.org), uma linguagem projetada para estender aplicações que foi embutida na IHM para a criação de scripts.

Os scripts foram divididos em um para cada subestação, para facilitar a manutenção. Em cada script é executado uma verificação das condições de ocorrência de blecaute em torno da subestação:

  • É verificada a validade das medições
  • É verificada a ausência de tensões nos barramentos
  • É verificada a ausência de fluxos nas linhas, em ambos os terminais

Para predispor o automatismo de preparação, é verificado ainda se algum bay está transferido, o que pode indicar uma situação de anomalia na instalação.

Quando predisposto o automatismo é apresentado um botão “INICIAR” na tela unifilar da IHM e também na tela dedicada para a recomposição. Ao comando do operador é iniciado o processo automático de desligamento dos disjuntores da subestação (em alguns casos, mais de 50). Estes automatismos podem ser disparados simultaneamente para diversas subestações.

Ao final da preparação o operador conta com a tela-guia da recomposição fluente de cada instalação. Nesta tela, cada passo da recomposição está representado, de acordo com a sequência e condições estabelecidas nas IO’s. A cada passo, os scripts de tela (feitos em Javascript diretamente na tela SVG) verificam o atendimento das condições de execução (faixas de tensão, valores de tap, estado de disjuntor, etc.). Cabe ao operador executar cada comando disponibilizado na tela.

A execução dos comandos se tornou muito mais rápida do que anteriormente quando o operador era obrigado a consultar as IO’s em papel, verificar as condições e sequências de comando e encontrar na tela os objetos a serem comandados. Tornou também bastante mais seguro o processo, já que fica mais difícil errar a sequência, as condições e os objetos a comandar.

O treinamento dos operadores é feito através da simulação de ocorrências e da execução dos processos de preparação e recomposição.

Este é mais um entre outros projetos onde procuramos focar nos usuários (User Centered Design) e nas suas respectivas tarefas, aplicando os conceitos de IHM de Alta Performance (teorias cognitivas) de modo melhorar a Consciência Situacional e por consequência o desempenho dos operadores.

Ricardo Olsen in-2c-14px, MEng. :: CEEE-GT

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