ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Diplomová práca Obsah ... - Utc.sk

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaObsahObsah........................................................................................................................... 3Zoznam použitých skratiek ......................................................................................... 51. Úvod.................................................................................................................. 61.1. Transformácia ŽSR....................................................................................... 71.2. Ciele železničných prepravcov...................................................................... 82. Analýza súčastného stavu ................................................................................. 92.1. Spôsoby napájania elektrických dráh........................................................... 92.1.1. Napájanie jednosmernej trakčnej prúdovej sústavy............................ 102.1.2. Napájanie striedavej trakčnej prúdovej sústavy.................................. 102.1.3. Rozdelenie spotreby elektrickej energie ŽSR..................................... 122.2. Spôsob fakturácie odobratej elektriny ........................................................ 132.2.1. Určenie množstva odobratej elektrickej energie................................. 142.2.2. Tarifa ŽSR za distribúciu elektriny .................................................... 152.3. Plánovanie spotreby elektrickej energie..................................................... 162.4. Aktuálne pôsobiaci prepravcovia na tratiach ŽSR..................................... 173. Alternatívy riešenia......................................................................................... 183.1. Diaľkový prenos dát o spotrebe elektrickej energie ................................... 193.1.1. Meranie spotreby elektrickej energie na HDV ................................... 203.1.2. Lokalizácia polohy hnacieho dráhového vozidla................................ 203.1.3. Prenos nameraných dát o spotrebe...................................................... 203.2. Obchodno-energetický dispečing................................................................ 213.2.1. Energetický dispečing......................................................................... 223.2.2. Obchodný dispečing ........................................................................... 223.2.3. Hlavné výhody vybudovania OED..................................................... 254. Zber a archivácia diaľkovo prenesených dát z HDV...................................... 264.1. Štruktúra diaľkovo prenesených dát ........................................................... 274.1.1. Meno súboru LPEX ............................................................................ 284.1.2. Štruktúra LPEX súboru....................................................................... 284.1.3. Prenášané hodnoty o spotrebe............................................................. 294.2. Zber dát prenášaných do dispečerského centra ......................................... 304.2.1. Zamedzenie chýb pri spracovaní nekonzistentného súboru ............... 304.3. Archivácia dát............................................................................................. 324.3.1. Archivačný systém pre energetický dispečing.................................... 324.3.2. Archivačný systém pre obchodný dispečing ...................................... 335. Spracovanie a vyhodnocovanie prenesených dát............................................ 355.1. Obchodné spracovanie nameraných údajov............................................... 355.2. Dispečerské spracovanie nameraných údajov............................................ 37KVES 3

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaZoznam použitých skratiekSkratka Cudzojazyčný význam Slovenský významETSO European Transmission SystemOperatorsZdruženia európskych prevádzkovateľovprenosových sústavCARGO The Railways company Cargo Železničná spoločnosť Cargo SlovakiaSlovakiaD-1 Deň pred obchodným dňomDB Database DatabázaDDZ Daily diagram of load Denný diagram zaťaženiaEEX European Energy ExchangeESS ETSO Scheduling SystemFTP File Transfer Protocol Protokol prenosu súborovGGSN Gateway GPRS Support Node Podporný uzol priechodu GPRSGPRS General Packet Radio Service Všeobecná paketová rádiová službaGPS Global Positioning System Globálny polohový systémGSM Global System for Mobile Globálny systém mobilných komunikáciíHDV Locomotive Hnacie dráhové vozidloHW Hardware HardvérJBOD Just Bunch Of Disks Iba zväzok diskovLTO Linear Tape Open Páskové archivačné médiáNS Neuronal Network Neurónová sieťOED Trading-energy dispatching Obchodno-energetický dispečingOTEOperátor trhuPDA Personal Digital Assistent Personálny digitálny asistentRAC Real Aplication Cluster Reálny aplikačný clusterRAID Redundant Array of Inexpensive Disks Redundantné pole nenákladných diskovSGSN Serving GPRS Support Node Obslužný podporný uzol GPRSSR Slovak Republic Slovenská RepublikaSSE Stredoslovenská energetika, a. s.SW Software SoftvérTM Traction substation Trakčná meniatreňTNS Supply substation Trakčná napájacia stanicaTT Traction transformer Trakčná transfomovňaURSOÚrad pre reguláciu sieťových odvetvíVSE Východoslovenská energetika, a. s.ZSE Západoslovenská energetika, a. s.ŽDC Railway Železničná dopravná cestaŽSR The Railways of the Slovak Republic Železnice Slovenskej RepublikyŽSSK The Railways company Slovakia Železničnú spoločnosť SlovenskoKVES 5

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca1. ÚvodVstupom Slovenskej republiky do Európskej únie 1. mája 2004 sme sa zaviazalik harmonizácií všetkých našich zákonov a legislatív s Európskymi smernicami96/92/EC a 2003/54/EC stanovujúcimi všeobecné pravidlá vnútorného trhus elektrinou. Na základe týchto smerníc bola vypracovaná a schválená vyhláška548/2002 s neskoršou úpravou vo vyhláške 656/2004 zákona SR o energetike a zmeneniektorých zákonov. Tieto vyhlášky stanovili etapy podľa ktorých mala prebiehaťliberalizácia trhu s elektrickou energiou:• od 1.1.2002 získali právo slobodného výberu dodávateľa elektriny tíspotrebitelia, ktorých odber bol väčší ako 100 GWh za rok na jednom odbernommieste,• od 1.1.2003 získali právo slobodného výberu dodávateľa elektriny tíspotrebitelia, ktorých odber bol väčší ako 40 GWh za rok na všetkých svojichodberných miestach,• od 1.1.2004 sa rozšírilo toto právo voľby na spotrebiteľov s odberom vyšším nežcelkových 20 GWh za rok, na všetkých svojich odberných miestach,• od 1.1.2005 sa toto právo voľby rozšírilo na spotrebiteľov s odberom vyšším nežcelkovo 0 GWh za rok spolu na všetkých odberných miestach, okrem kategóriechránených odberateľov - domácností,• od 1.7.2007 budú mať už aj odberatelia v kategórii domácnosti možnosť výberuvlastného dodávateľa.S touto liberalizáciou elektroenergetiky (alebo tiež dereguláciou elektroenergetiky)na Slovenku sa v predchádzajúcom období vytvoril voľný trh s elektrinou a zaviedli saprvky hospodárskej súťaže. Vzniklo tak konkurenčné prostredie na strane výrobcov,obchodníkov i distribútorov, vďaka ktorému môžu odberatelia elektriny získaťoprávnenie zvoliť si slobodne ktoréhokoľvek dodávateľa elektrickej energie (EE)napríklad zo zahraničia, alebo zmeniť jestvujúceho dodávateľa z cenových alebo inýchdôvodov. Spotrebitelia tak už nie sú tak ako predtým odkázaní na dodávky elektrickejenergie od miestnych regionálnych distribučných spoločností.KVES 6

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaVšeobecne liberalizácia trhu znamená vznik konkurencie výrobcov a dodávateľovelektrickej energie, čo je spôsob akým sa dajú dosiahnuť najnižšie možné ekonomickyodôvodniteľné ceny elektriny. Vedie teda k odvráteniu trendu vytrvalého nárastu cien zaodobratú elektrickú energiu a mení zásadným spôsobom podmienky spôsobu nákupuelektriny, resp. obchodovania s touto komoditou.Okruh zákazníkov a parametre obchodných zmlúv sa zmenili. Jeden zákazník môžemať viacerých dodávateľov, zmluvné hodnoty sú vzťahované na hodinové, alebo kratšieúdaje a na jednotlivé odberné miesta, čo kladie podstatne väčšie nároky na plánovanie,prípravu zmlúv ich vyhodnocovanie a plnenie. Na druhej strane možné (po upresnenípodmienok obchodovania pre oprávnených zákazníkov) jednou zmluvou pokryť viaceréodberné miesta, aj geograficky vzdialené, na rôznych napäťových úrovniach, resp.dokonca i cez viaceré distribučné sústavy.1.1. Transformácia ŽSRDňa 1. januára 2002 sa Železnice Slovenskej republiky rozdelili podľa projektutransformácie a reštrukturalizácie železníc na dva samostatné subjekty: ŽelezniceSlovenskej republiky (ŽSR) a Železničnú spoločnosť. Následne sa táto spoločnosť1. januára 2005 rozdelila na Železničná spoločnosť Cargo Slovakia (CARGO)zabezpečujúca nákladnú dopravu a Železničnú spoločnosť Slovensko (ZSSK)zabezpečujúcu osobnú dopravu. Úloha pôvodnej spoločnosti ŽSR je poskytovaniedopravnej cesty a zároveň distribúcia trakčnej elektrickej energie. Jej hlavnýmpredmetom činnosti od 1. januára 2002 je:• správa a prevádzka železničnej dopravnej cesty (ŽDC),• poskytovanie služieb súvisiacich s obsluhou ŽDC,• zriaďovanie a prevádzkovanie železničných, telekomunikačných a rádiovýchsietí,• výstavba, úprava a údržba železničných a lanových dráh,• ďalšie podnikateľské činnosti zapísané v obchodnom registri.Po transformácii sa ŽSR stávajú kvázi distribučnou spoločnosťou, ktorá na územíSlovenskej republiky pôsobí ako dodávateľ a distribútor elektrickej energie prejednotlivých železničných prepravcov.KVES 7

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca1.2. Ciele železničných prepravcovJedným z hlavných cieľov týchto prepravcov je na dnešnom liberalizovanom trhus elektrinou stať sa oprávneným odberateľom elektrickej energie. Takýmto spôsobommôžu následne znižovať svoje značné náklady súvisiace s nákupom - spotrebouelektrickej energie a zvyšovať efektívnosť prepravy na tratiach ŽSR. Aby sa jednotlivíprepravcovia mohli stať oprávnenými odberateľmi, vďaka čomu by mohli plnohodnotneobchodovať na trhu s elektrinou a aby im následne bolo fakturované presne odobratémnožstvo elektrickej energie, je na ich strane nutné vybudovať celú sériu opatrení.Týmito opatreniami sa myslí vybudovanie merania elektrickej energie na každomhnacom dráhovom vozidle (HDV), lokalizácia tohoto HDV a taktiež vybudovanieobchodno-energetického dispečingu. Tento dispečing pozostávajúci z dvoch hlavnýchčastí energetickej a obchodnej, bude mať za úlohu priebežne zbierať údaje o spotrebea polohe hnacieho dráhového vozidla, spracovávať a archivovať tieto dáta. V prípadestraty alebo nedostupnosti vytvárať adekvátne náhradné dáta. Takto presne získanéúdaje o spotrebe budú potrebné pri stanovení fakturačných výpočtov a pri určovanínákladov súvisiacich s odberom elektrickej energie na hnacom dráhovom vozidle.KVES 8

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca2. Analýza súčastného stavuV súčasnosti je trh s elektrinou na území Slovenskej republiky takmer plneliberalizovaný (výnimkou sú len chránení odberatelia tí si budú môcť zvoliť dodávateľaEE už v júly tohoto roku). Legislatíva dnes umožňuje aby sa ktorýkoľvek železničnýprepravca stal oprávnený odberateľ elektriny, nezávisiac od jeho celkovej spotreby EE.2.1. Spôsoby napájania elektrických dráhVäčšina najfrekventovanejších traťových úsekov ŽSR je elektrifikovaná a to buďjednosmernou sústavou 3 kV, 1,5 kV, 0,6 kV alebo striedavou jednofázovou sústavou25 kV, viď príloha č. 1. Elektrická energia určená pre tento trakčný odber je jedna znajdôležitejších odberov elektrickej energie u ŽSR. Jej napájanie je zabezpečované zo43 trakčných napájacích staníc (TNS), z ktorých je 11 trakčných transformovní (TT)a 32 trakčných meniarní (TM). U železničných prepravcov pôsobiacich naelektrifikovaných tratiach ŽSR je hlavným zdrojom energie pre pohony a iné elektrickézariadenia v HDV trakčná elektrická energia z trolejového vedenia. ŽSR sú v rámciSlovenskej Republiky vlastne distribučná spoločnosť napájajúca pohyblivé trakčnéodbery jednotlivých železničných prepravcov.Nákup elektriny tejto spoločnosti na elektrickú trakciu činí cca 85 % z celkovéhonákupu. Objem nakúpenej práce je približne 800 GWh a elektrina sa nakupuje oddistribučných spoločností na napäťových úrovniach 110 kV a 22 kV.Obr. 2.1. Železničné trate Slovenskej republikyKVES 9

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca2.1.1. Napájanie jednosmernej trakčnej prúdovej sústavyJednosmerná trakčná prúdová sústava 3 kV (poprípade 1,5 alebo 0,6 kV) sa napájaz trakčných meniarní pozostávajúcich z usmerňovačov a transformátorov napájaných ztrojfázovej elektrickej siete 22 kV, 50 Hz. Z tejto siete sa odoberá symetrický trojfázovýprúd s účinníkom rádu 0,92 a usmerňuje sa na prúd jednosmerný. Inštalovaný výkonTM býva 5 až 10 MW pri vzdialenosti 20 až 40 km, podľa dopravného toku.Na rozdiel od trakčných transformovní sa z trakčných meniarní zabezpečujenapájanie aj netrakčných odberov železníc a externých odberateľov na napäťovej úrovni0,4 kV po transformácií 22/0,4 kV. Z trakčných meniarní sa okrem napájaniausmerňovačových jednotiek zásobujú aj odbery zabezpečovacieho zariadenia potransformácií 22/6 kV. Uvedené odbery negatívne vplývajú na účinník odbernéhomiesta nakoľko káblové rozvody 6 kV vykazujú kapacitný charakter. V nižšie uvedenejtabuľke je zoznam všetkých trakčných meniarní ŽSR na území Slovenska.Starý SmokovecVyšné HágyVeľký SlavkovTrenčianska TepláSpišské VlachyMargecanyKysakKošiceRuskovKuzmiceDobráHaniskaPrešovLožínLipanySpišská Nová VesPopradŠtrbaKráľova LehotaRužomberokDubná SkalaKraľovanyPúchovŽilinaBytčaKysucké Nové MestoČadcaSkalitéBoršaVojanyPlavečLiptovský MikulášTab. 2.1 Zoznam všetkých trakčných meniarní ŽSR na území Slovenska2.1.2. Napájanie striedavej trakčnej prúdovej sústavyJednofázová trakčná prúdová sústava 25 kV, 50 Hz sa napája z trojfázovejelektrickej siete 110 kV priamou transformáciou napätia a štiepením fáz. Pri napätí 25kV sa znižujú odoberané prúdy HDV asi na jednu šestinu a prípustné úbytky napätiav trakčnom vedení sa zväčšujú na 7,5 násobok v porovnaní so sústavou 3000V jednosmerných. Z trakčných transformovní sa zabezpečuje elektrická energia preKVES 10

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácahnacie vozidlá závislej striedavej trakcie 25 kV. U trakčných transformovní sa výhradnenakupuje elektrina z napäťovej úrovne 110 kV a ďalej sa transformuje na napätie 27,5kV čo je napätie prípojníc, z ktorých je napájané trakčné vedenie. Transformácia z VVNna VN sa spravidla uskutočňuje dvoma trakčnými transformátormi výkonu každý cca13,3 MVA. Na strane VN už transformátory pracujú do samostatných prípojníc priktorých sa paralelná spolupráca transformátorov nevyužíva. Prípojnice sa pozdĺžnezopínajú len pri odstavení jedného z trakčných transformátorov. V trakčnýchtransformovniach je súčasne osadený transformátor vlastnej spotreby, ktorý slúži nazabezpečenie technológie elektrickou energiou v prípade výpadku napájaniaz distribučnej sústavy 22/0,4 kV (samostatné odberné miesto). Meranie spotrebytrakčnej elektrickej energie je vykonávané fakturačnou meracou súpravou, ktorá jepripojená na meracia transformátory napätia a prúdu na strane 110 kV. Ďalšiefakturačné merania sa v TT nenachádzajú. V TT sú už len obvody ochrán a meraniaelektrických veličín pre potreby technológie. Napájanie hnacích vozidiel závislej trakciez trakčnej transformovne sa vykonáva prostredníctvom trolejového vedenia ktoré nie jeprepojené s obvodom vedľajšej trakčnej transformovne. Oddelenie trolejového vedeniasusedných TT je zabezpečené neutrálnym poľom. V prípadoch výluk a porúch savyužíva možnosť napájania úsekov z vedľajšej TT pri zabezpečení predpísanýchpodmienok. Tento mimoriadny stav je potrebné brať do úvahy pri plánovaní avyhodnocovaní spotreby elektrickej energie pre jednotlivé trakčné transformovne. Natrakčný rozvod TT môžu byť napojené ďalšie jednofázové odbery (z hľadiskapripojenia k trakčnému vedeniu) ako napr. elektrický ohrev výhybiek, predkurovaciestojany vlakových súprav, napájanie zabezpečovacích zariadení a pod. V súčasnej dobesa zatiaľ využíva len pripojenie predkurovania vlakových súprav cez transformátor27/3;1,5;1 kV.PúchovHronská DúbravaNové Mesto nad VáhomKozárovceBratislavaZohorTrnavaJablonicaGalantaNové ZámkyŠtúrovoTab. 2.2 Zoznam napájacích staníc ŽSR na území SlovenskaKVES 11

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca2.1.3. Rozdelenie spotreby elektrickej energie ŽSRNakúpená elektrina (pozri obr. 2.2.) od dodávateľov sa rozdeľuje medzi odbery ŽSRa externých odberateľov ako sú železniční prepravcovia. Preto celkovú spotrebuelektrickej energie ŽSR z hľadiska výkonových tokov delíme podľa nasledujúcehodiagramu.Nakúpená elektrinaŽSRŽSRvlastná spotrebacca 10 %Mimoželezničníodberateliacca 90 %Trakčný odbercca 85 %Netrakčný odbercca 5 %Obr. 2.2. Rozdelenie spotreby elektrinyNakúpená elektrina je k trakčným napájacím staniciam a meniarniam distribuovanáprostredníctvom troch distribučných spoločností, ZSE SSE a VSE. Viď nasledujúcaschéma.ZSE VSE SSEŽSRPrepravca(CARGO, ŽSSK, ostatni)Obr. 2.3. Schéma rozdelenia energetických tokovKVES 12

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaZ uvedeného diagramu vyplýva skutočnosť, že majoritná časť nakúpenej elektrinyŽSR sa ďalej predáva odberateľom. Tými sú hlavne železniční prepravcovia, ktorýodoberajú viac ako 85 % elektriny z celkovej sumy ktorú nakupuje ŽSR. Z toho dôvodusa ŽSR stali oprávnený odberateľ elektrickej energie s licenciou na rozvod a distribúciuelektrickej energie, tzv. lokálna distribučná spoločnosť.V súčastnom období železniční prepravcovia nakupujú trakčnú elektrinu potrebnúk prevádzke HDV na území SR výhradne iba od ŽSR. Je to dôsledok toho, že jednotlivéHDV ako odberné miesta pripojené na distribučnú sústavu železníc nie sú vybavenéfakturačným meraním spotreby EE a na dopravných cestách pôsobí súčastne viacerooperátorov. Presné rozrátanie spotrebovanej EE medzi jednotlivých prepravcov ako ajurčenie prípadne spôsobenej odchýlky by bolo za absencie fakturačného meranianemožné.ŽSR ako distribučná spoločnosť nakupuje v súčasnosti elektrinu výhradne od trochdistribučných spoločností, a to Západoslovenskej energetiky, a. s. (ZSE),Stredoslovenská energetika, a. s. (SSE) a Východoslovenská energetika a. s. (VSE).2.2. Spôsob fakturácie odobratej elektrinyŽelezniční prepravcovia ako Železničná spoločnosť Cargo Slovakia, a. s. aŽelezničná spoločnosť Slovensko, a. s. sú v súčasnosti v pozícii oprávnenýchodberateľov, ale pre absenciu fakturačných meraní na HDV si nemôžu zvoliťktoréhokoľvek dodávateľa elektrickej energie. Vzhľadom k nepostačujúcemu meraniua aj častej absencii meracích súprav na HDV je množstvo odobratej elektrickej energiestanovované výpočtom. Tým je výpočet definovaný na základe mernej spotreby podľadruhu trakcie a skutočných dopravných výkonov. Železniční prepravcovia sú tak vúlohe pasívnych odberateľov.Istý druh merania spotreby elektrickej energie v niektorých hnacích vozidláchelektrickej trakcie bol navrhnutý už v minulosti ale údaje namerané týmto systémom súlen informatívne a nedajú sa v súčasnosti brať do úvahy. Systém je nevhodný prefakturačné meranie, lebo nespĺňa potrebné kritériá, ktoré ustanovujú normy a presnosťtohto merania elektrickej energie je nedostačujúca.Treba podotknúť, že ak je potrebné merať celkovú spotrebu elektrickej energie,musia sa jednotlivé prúdy merať hneď za hlavným vypínačom. Iba meraním spotrebyv tomto bode je možné zistiť aké bolo veľké množstvo odobratej elektrickej energie.Týmto odberným miestom sa myslí styk troleja so zberačom. Systém merania doterazKVES 13

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaStanovené hodnoty strát sa uplatňujú pri rozpočítaní spotreby elektrickej energie prenemerané odbery odberateľov EE z distribučnej sústavy ŽSR. Tieto tarify za prístup dodistribučnej sústavy a distribúciu EE zahŕňajú v sebe aj tarify za prístup dodistribučných sústav do ktorých sú ŽSR pripojené a tarify za prístup do prenosovejsústavy, prenos elektrickej energie a straty elektrickej energie pri prenose.Okrem toho ŽSR fakturujú pre jednotlivé skupiny odberateľov okrem tarify zadistribúciu EE nasledovné tarify:• tarifu za systémové služby pre koncových odberateľov elektriny323,05 Sk/MWh,• tarifu za prevádzkovanie systému pre koncových odberateľov elektrinypripojených do distribučnej sústavy 127,00 Sk/MWh.Tarifa za systémové služby sa nefaktúruje za dodávku elektrickej energie vyrobenejv zariadení pripojenom do distribučnej sústavy ŽSR a dodanú jednotlivým skupinámodberateľov. Z uvedených taríf vyplýva že najlacnejšia prevádzka HDV je na tratiachnapájaných striedavou sústavou 25 kV, čo je spôsobené pripojením NS napájaných tietotrate na napäťovú úroveň 110 kV. Pri ktorej sú oveľa nižšie distribučné poplatky akou napäťovej úrovni 22 kV.2.3. Plánovanie spotreby elektrickej energiePlánovanie dodávok elektriny pre prevádzku elektrickej trakcie dnes železničníprepravcovia nerobia klasickým odberovým diagramom, takým ako ho poznáme. Priplánovaní vychádzajú z predpokladaných dopravných výkonov (hrtkm) na nasledujúcirok, tieto však prepravca môže len s určitou pravdepodobnosťou predpokladať. Preurčenie výšky dodávok elektriny sú dohodnuté s dodávateľom merné spotreby EE(kWh/hrtkm), ktoré sú vypracované na základe dlhodobej štatistiky (čo čiastočnezohľadňuje aj poveternostné vplyvy). Údaje o predpokladaných dopravných výkonochmôžu byť iba odhadované aj z toho dôvodu, pretože plán dodávok elektriny nanasledujúci rok sa pripravuje už v priebehu tretieho štvrťroku. Tento plán musí byťpredložený dodávateľovi - ŽSR a po podpise zmluvy o dodávke elektriny sa stáva jejsúčasťou. Železniční prepravcovia majú v zmysle zmluvných podmienok možnosť eštetento plán upraviť najneskôr 15 dní pred začiatkom príslušného štvrťroka, ak totoneuskutočnia platí pôvodný plán.V priebehu jednotlivých štvrťrokov už tento plán neupravujú. Aj napriek tomu, žev niektorých prípadoch náhlej zmeny plánu prepravy by bolo jednoduché prepočítaťKVES 16

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácanový odberový diagram, ktorý by presnejšie korešpondoval so skutočnosťou. Železničníprepravcovia nie sú k tomuto činu zo strany ŽSR zmluvne zaviazaní a ani motivovaní,lebo ŽSR preberajú za všetkých prepravcov zodpovednosť za spôsobenú odchýlku.2.4. Aktuálne pôsobiaci prepravcovia na tratiach ŽSRV súčasnosti má uzavretú zmluvu na prevádzkovanie dopravy na celoštátnych aregionálnych dráhach ŽSR celkom 28 spoločností. Z toho najvýznamnejší a zároveňpočtom HDV najväčší prepravcovia sú Železničná spoločnosť Cargo Slovakia, a. s. aŽelezničná spoločnosť Slovensko, a. s.Z týchto železničných prepravcov je v súčasnosti na Slovensku iba päť takých, ktorýsú vlastníkmi elektrických HDV:• Bratislavská regionálna koľajová spoločnosť, a. s. (BRKS)• Slovenská železničná dopravná spoločnosť, a. s. (SŽDS)• Železničná spoločnosť Slovensko, a. s. (ŽSSK)• Železničná spoločnosť Cargo Slovakia, a. s. (Cargo)• LOKO RAIL, a. s. (Loko Rail)ZSSK221 074 557kWh 44%Loko Rail51 157 kWh0,01%BRKS2 512836 kWh0,5%SŽDS100 913 kWh0,02%Cargo274 362 679kWh 55%CargoZSSKBRKSSŽDSLoko RailGraf 2.1. Podiel slovenských železničných prepravcov na trakčnom odbereKVES 17

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca3. Alternatívy riešeniaKeďže v súčasnosti žiadni železniční prepravcovia nemajú na rušňoch zabudovanéelektromery, ktoré by slúžili na sledovanie skutočnej spotreby elektrickej energiev reálnom čase, dodávateľ tejto elektriny ŽSR rozdeľuje spotrebu jednotlivýmdopravcom náhradnou metódou. Touto metódou je výpočet na základe mernej spotrebypodľa druhu trakcie, skutočných dopravných výkonov a celkovej hmotnostiprepravovanej na daných traťových úsekoch. Tomuto nepresnému spôsobuprerozdeľovania spotreby sa môžu prepravcovia vyhnúť len v tom prípade ak sa budemerať spotreba EE jednotlivo na každom ich HDV. Tieto údaje o spotrebe musia byťvhodným spôsobom zozbierané a spracované aby mohli slúžiť k fakturácii.Jedným z najperspektívnejších riešení vytvorenia centra slúžiacemu k spracovávaniudát o spotrebe je vybudovanie obchodno-energetického dispečingu. Tento dispečingumožní lepšiu kontrolu nad spotrebou a nákupom EE. Jeho cieľom je vybaviť hnaciedráhové vozidlá elektrickej trakcie zariadeniami na meranie spotreby EE a v konečnomdôsledku racionalizovať náklady na nákup tejto elektriny, optimalizovať predikciuspotreby a vplývať na vyrovnávanie spotreby smerom k dojednanému nakúpenémumnožstvu EE podľa DDZ . Preto tento dispečing bude musieť zabezpečiť celú radunasledujúcich činností:• priebežný diaľkový zber, archiváciu dát obsahujúcich údaje o spotrebe elektrickejenergie a údaje o pohybe HDV,• prípravu a plánovanie spotreby železničného prepravcu na obdobie, rok, kvartál,mesiac, týždeň, deň, hodina,• zabezpečenie obchodu s elektrinou na liberalizovanom tuzemskom trhu, taktieža aj zahraničnom trhu,• spoluprácu s operátorom trhu (OTE).Pri vytvorení tohoto obchodno-energetického dispečingu sa bude môcť stať danýprepravca plnohodnotným oprávneným odberateľom podľa zákona o energetike548/2002 s neskoršou úpravou 656/2004 a bude si môcť zvoliť ktoréhokoľvekdodávateľa EE s ohľadom na cenu za ktorú ju bude dodávateľ ponúkať. Voči ŽSR budepotom platiť len poplatky za distribúciu tejto EE.KVES 18

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaObr. 3.1. Schéma rozdelenia finančný tokov3.1. Diaľkový prenos dát o spotrebe elektrickej energieDiaľkový prenos dát musí byť schopný automatického zberu nameraných dát ospotrebe energie, ako aj dát určujúcich polohu vlakovej súpravy. Cieľom tohtodiaľkového prenosu je presný a aktuálny zber dát pre výpočty spotreby elektrickejenergie a nákladov pre každú vlakovú súpravu danej železničnej spoločnosti, vrátanevlakových súprav idúcich do oblasti iných prevádzkovateľov (zahraničie). Tieto údajezískane z vlakových súprav dovolia stanovenie a výpočty cien pre vlastné zúčtovaniea spracovanie, a taktiež presnejšie určenie prognózy pre očakávanú spotrebu elektrickejenergie pre plánované využitie.Vzhľadom na veľkosť prevádzkových nákladov sú možné dve riešenia tohtodiaľkového prenosu dát:• on-line prenos zúčtovacích dát o spotrebe,• off-line prenos zúčtovacích dát o spotrebe.V prípade poruchy prenosovej cesty sa naskytuje tretie riešenie tohto merania a týmje manuálne odčítanie spotreby prostredníctvom PDA priamo pracovníkom prepravnejspoločnosti a následnému doplneniu týchto údajov do databáz OED. Súčastné použitieobidvoch riešení prenosu dát (offline a online) sa navzájom nevylučujú a je možné abyspolupracovali súčastne. Bolo by ekonomicky náročné a nežiadúce vybaviť priebežnýmdiaľkovým prenosom údajov o polohe a spotrebe HDV, ktoré nie sú pravidelne zapájanédo prepravy na tratiach. Preto sa v tomto prípade zvolí offline zber týchto dát.KVES 19

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaGSMBTSSGSNChrbticaGPRSHDV s online zberom dátWifiWifiPrístupový bodFireWallGGSNEnergetický DispečingprepravcuInternetHDV s offline zberom dátPDAPracovník ŽSRFireWallAZD serverObr. 3.2. Schéma možných variant meracieho reťazca3.1.1. Meranie spotreby elektrickej energie na HDVMeranie spotreby na HDV je zložitý proces hlavne u dvojsystémových rušňov.Touto problematikou sa zaoberá samostatná diplomová práca [6]. Z nej mám vyňatýnajvhodnejší spôsob tohoto merania a tým je inštalácia elektromeru typu EM4T(EM4T+) vyrábaný firmou LEM AG, navrhnutého špeciálne pre použitie v trakčnýchaplikáciách. Elektromer je štvorkvadratový a namerané 1 minútové údaje z neho saukladajú v externom zariadení SKALAR od firmy GÖRLITZ AG.3.1.2. Lokalizácia polohy hnacieho dráhového vozidlaSpôsob lokalizácie polohy je taktiež predmetom samostatnej diplomovej práce [7].Z nej najperspektívnejší spôsob sa javí inštalácia GPS prijímača na streche rušňa. AkoGPS prijímač sa použije zariadenie od firmy Garmin GPS 16HVS. Tohto obsahom je 12kanálový prijímač, ktorý zaručuje nepretržité sledovanie všetkých viditeľných satelitova dokáže určiť pozíciu HDV s presnosťou väčšou ako 3 metre.3.1.3. Prenos nameraných dát o spotrebePrenos z HDV na FTP server má za úlohu kóder SKALAR od firmy GÖRLITZ AG.Tento kóder si uchováva v pamäti všetky údaje o spotrebe (štvorkvadrantovo) a taktiežúdaje o polohe. Všetky tieto údaje sú zbierané na základe jednominútových údajov a jenim pridelená časová značka. Aby bola táto značka dôveryhodná musí sa čas v kóderyKVES 20

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácasynchronizovať podľa skutočného času a taktiež sa musí tento čas synchronizovať naserveroch dispečingu.Pri HDV s online zberom zúčtovacích dát kóder SKALAR údaje odošleprostredníctvom GPRS dátového prenosu siete GSM s použitím vytvoreného FTPspojenia do energetického dispečingu na server AZD. V prípade straty prenosovej cesty(napríklad vjazd do tunela) sa údaje odošlú pri opätovnom spojení s centrálou.Pri HDV s offine zberom zúčtovacích dát kóder SKALAR údaje odošle pri prejazdeúsekom trate, kde bol nainštalovaný vysielač/prijímač nazývaný prístupový bod. Tentobod vytvorí sieť WLAN, ktorá bude tvoriť bezdrôtové spojenie medzi HDV a pevnousieťou s prístupom na internet. Táto WLAN sieť má spravidla dosah niekoľko desiatokmetrov a bude inštalovaná v staniciach.3.2. Obchodno-energetický dispečingObchodno-energetický dispečing (OED) sa člení do dvoch základných celkov. Týmisú obchodný dispečing a energetický dispečing. Rozdelenie a základné úlohyjednotlivých častí sú naznačené na nasledujúcom diagrame.Obr. 3.3. Členenie a úlohy jednotlivých častí OEDKVES 21

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca3.2.1. Energetický dispečingEnergetický dispečing slúži k vizualizácii aktuálneho stavu z pohľadu plneniaprepravných výkonov zberu a archivácii primárnych údajov o spotrebe EE. Taktiež knepretržitému sledovaniu týchto spotrieb, dodržiavanie dohodnutého maxima, kontrolepoklesu účinníka pod dovolenú hodnotu a lokalizácií HDV na traťových úsekoch.V dôsledku merania spotreby EE a súčastného zberu údajov o polohe každého HDVmôže energetický dispečing získať čo najlepší prehľad o odberových diagramoch najednotlivých tratiach, s rôznymi hmotnosťami vlakov a za rôznych prevádzkových apoveternostných podmienok. Takéto získané údaje umožnia sledovanie skutočnejspotreby EE, z ktorých sa určia reálne záťažové diagramy pre jednotlivé rady rušňov nadaných traťových úsekoch.Vďaka týmto údajom bude energetický dispečing schopný s koordináciou sprepravným dispečingom môcť jednotlivé HDV nasadzovať na prepravu vlakovýchsúprav tak, aby sa využívala najvýhodnejšia časová poloha vlakov vzhľadom na cenunakupovanej elektriny.3.2.2. Obchodný dispečingObchodný dispečing je určený pre pokrytie funkcií spojených s obchodovaním naelektroenergetickom trhu so zámerom dlhodobej optimalizácie nákladov nazabezpečenie elektriny. Umožňuje integráciu obchodných a technických(meteringových) údajov pre možnosť optimalizácie, prognózovania a plánovaniaodberových diagramov na základe skutočných údajov o odbere.Obchodný dispečing svojimi funkciami zabezpečuje nákup elektriny (aj vkrátkodobom obchode) od možných dodávateľov elektriny na liberalizovanom trhu aobchodovanie s elektrinou pre svojich odberateľov. Člení sa podľa troch základnýchobchodných kritérií:• front office - realizácia obchodov,• middle office - analýza obchodných činností a riadenie rizík,• back office - podpora obchodovania (účtovníctvo, administrácia zmlúv,daňová a finančná problematika).Hlavným účelom vytvorenia energetického dispečingu pre železničného prepravcuje optimalizácia nákladov na nákup elektriny. Optimalizáciou sa myslí nákup elektrickejenergie za čo najnižšiu cenu a nákup len takého množstva, ktorú železničný prepravca ajKVES 22

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácanaozaj spotrebuje, t.j. nespôsobí žiadnu odchýlku. Toto je možné len na základe presnejprognózy spotreby.Obr. 3.4. Schéma dopyt vs. ponukaSpotreba EE železničného prepravcu v priebehu času nieje konštanta a stále sa mení.Preto obchodník OED musí požadovaný odberový diagram naskladať z viacerýchkontraktov o dodávke elektriny. To sa docieľuje kombináciou nákupu elektrinyv rôznych časových horizontoch.P [MW]120100KrátkodobéobchodyMesačné pásmapeak8060Mesačné pásmo - base4020Ročné pásmo011.12 12.12 13.12 14.12 15.12 16.12 17.12 18.12 19.12Obr. 3.5. Príklad pokrytia odberového diagramu - 1 týždeňKVES 23

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca90P [MW]P [MW]1401201007560453027.6 29.6 1.7 3.7 5.7 7.78060402001.1 1.2 4.3 4.4 5.5 5.6 6.7 6.8 6.9 7.10 7.11 8.12Obr. 3.6. Príklad pokrytia odberového diagramu - rokPríklad takéhoto nákupu je na obr. 3.5. a 3.6. Tu obchodník nakúpil elektrinu pozložkách, oblasť diagramu pod ktorú by nemala spotreba klesnúť pokryl ročnýmvýkonovým pásmom a to do veľkosti 43 MW. Ročné výkonové pásmo elektriny bývazvyčajne najlacnejší produkt výrobcov ale z obchodného hľadiska je ho najťažšiepredať. Časti odberového diagramu ktoré ostali nepokryté zacelil nákupom mesačnýchvýkonových pásiem. Týmito výkonovými pásmami pokryl opäť diagram tak aby až napár výnimiek tieto pásma neprekročili spotrebu EE v jednotlivých mesiacoch.Takýmito nákupmi ostal obchodník železničného prepravcu v jednotlivýchmesiacoch (až na 7, 8 mesiac) v krátkej pozícii (short position), čo znamená že mánakúpené menšie množstvo elektriny ako bude pravdepodobne potrebovať. Tútoelektrinu obchodník nakúpi v krátkodobých obchodoch (napr. v spotových obchodochalebo vnútro-denných). Tento druh elektriny je už drahší ale jeho výhoda je vtom žeprepravca už má upresnený odberový diagram podľa najaktuálnejších údajov, ktoré hoovplyvňujú (teplota, grafikon, atď.). Preto nákupom elektriny v krátkodobýchobchodoch a presnou prognózou spotreby EE prepravca dokáže minimalizovať svojuodchýlku.KVES 24

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaVýnimku tvorí 7 a 8 mesiac v roku v ktorom obchodník železničného prepravcunakúpil oveľa väčšie množstvo elektriny aké pravdepodobne bude na svoju prevádzkupotrebovať – obchodník sa týmto dostáva do tzv. „dlhej pozície“ (long position).Pravdepodobne tak učinil z dôvodu nízkej ceny elektriny v danom období a usúdil, žejej cena bude postupom času stúpať a prebytok ktorý mu ostane v budúcnosti predá. Ajtakýmito špekuláciami na trhu s elektrinou môže energetický dispečing prispieťk zvýšeniu zisku železničného prepravcu.3.2.3. Hlavné výhody vybudovania OED• Schopnosť poznať svoju spotrebu a následne sa rozhodnúť pre druh pôsobenia naelektroenergetickom trhu,• vybudovanie merania a OED umožní získať štatút oprávneného zákazníka sozodpovednosťou za odchýlku EE,• zabezpečí kontrolné meteringové dáta vo vzťahu k dodávateľom EE respektívnezúčtovatelovi odchýlky,• v reálnom čase získa prehľad o celkovej spotrebe EE, ako aj spotrebe:o na jednotlivých traťových úsekoch,o pre jednotlivé typy HDV,o za jednotlivé typy realizovaných prepravných výkonoch,o pre jednotlivých rušňovodičoch.• Zabráni alebo včas varuje pred prekročením zmluvne stanoveného maxima,• umožní presnú lokalizáciu jednotlivých HDV a plnenie plánovaných prepravnýchvýkonov,• overí správnosti fakturačného merania elektriny,• vyhodnotí náklady na nákup elektriny,• zosúladí spotrebu EE s grafikonom.KVES 25

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca4. Zber a archivácia diaľkovo prenesených dátz HDVZber a archivácia dát prenesených z HDV musí zodpovedať potrebám pre ktorémajú byť tieto údaje použité. Špecifikum železničných prepravcov je skutočnosť, že ichodberné miesta nemajú fixnú polohu, táto sa v čase mení, križuje cez územia rôznychdistribučných spoločností a zasahuje často krát aj do susedných štátov. V prípadespracovania údajov pre potreby analytických a štatistických funkcii je plne postačujúcitzv. „off line“ zber údajov.V prípade aktívneho pôsobenia na elektroenergetickom trhu je dôležité zabezpečiťzber dať z HDV v reálnom čase. Pojem reálny čas je rozdielny z obchodného hľadiska,a z energetického hľadiska.V prípade obchodného pohľadu na zber údajov je postačujúca 15 minúta. Z pohľaduenergetického je potreba kratších časových intervalov zberu údajov (1 minúta resp. 3minúta), tento kratší časový interval je nutný z dôvodu vykonávania optimalizačnýcha riadiacich funkcii energetického dispečingu. V prípade rozhodovania sa je dôležitézohľadniť schopnosť zabezpečenia takéhoto zberu údajov. Treba zobrať do úvahymnožstvo prenášaných údajov a náklady spojené so zabezpečením prenosových ciesturčených na zber údajov z HDV.Ako vhodné riešenia zberu dát obsahujúcich údaje o spotrebe elektrickej energiea o pohybe HDV sa ponúkajú tieto tri alternatívy: prenosom dát cez GSM sieteexterných operátorov (Eurotel, Orange), WLAN prenos dát z HDV v staniciach alebov prípadne manuálny odpočet fakturačných údajov pracovníkom železničnej spoločnostipriamo na HDV do PDA a následný prenos týchto údajov prostredníctvom internetu doobchodno energetického dispečingu.Ako najzaujímavejší sa javí GSM prenos dát v GSM sieti formou GPRS prenosu,viď príloha č. 2. Ide o paketový prenos dát, aktiváciou GPRS spojenia vzniká IP sieťmedzi jednotlivými stanicami a centrom. Na tento druh prenosu je možné využiťklasický TCP/IP protokol. Hlavné výhody takéhoto riešenia prenosu sú:• odozva v sieti je do niekoľko sekúnd,• spojenie medzi centrom a stanicami je stále a je ho možné po vytvorení priamouadresáciou IP využívať až do zrušenia tohoto spojenia,KVES 26

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca• poplatky sú iba za prenesené údaje a nie za čas spojenia či dĺžku aktívnehospojenia.Naopak nevýhodou tohoto prenosu sú:• vyššie štandardné paušálne poplatky za prenos a prevádzku takejto GPRS siete,v dôsledku veľkej početnosti prenosov môžu byť tieto poplatky upravenés prevádzkovateľom GSM siete.Všetky tieto riešenia zasielajú dáta o spotrebe ako súbory do určených adresárov naservery AZD umiestneného v OED. Každé odberné miesto (v našom prípade HDV) mána tomto servery vytvorenú vlastnú zložku (adresár) do ktorého dáta ukladá.Obr. 4.1. Schéma odosielania dát do dispečingu4.1. Štruktúra diaľkovo prenesených dátÚdaje o spotrebe elektrickej energie a o pohybe sú priamo v HDV spracovanépomocou kódera SKALAR do formátu LPEX 2.0. Tento má tvar klasického ASCIIsúboru a jeho štandard definovala firma GÖRLITZ AG. Z dôvodu toho že sa priodosielaní jedného tohoto súboru vytvára FTP spojenie určitý časový interval (ktorý nieje vzhľadom k dĺžke už samotného prenosu súboru zanedbateľný a taktiež cena zavytvorené spojenie u externých operátorov nieje zanedbateľná) odosiela sa naraz päťjednominútových meraní súčastne. Tieto merania sú obsahom jedného LPEX súboru.Takže sa za každých päť minút odosiela naraz päť jednominútových údajov o polohea spotrebe HDV.Okrem týchto údajov sa vždy po skončení 15 minútovej periódy odošle jeden LPEXsúbor s údajmi za uzavretú 15 minútu, údaje obsiahnuté v tomto súbore sú určené preobchodný dispečing prepravcu a slúžia ako podklad k fakturácii spotrebovanej elektrinypríslušného HDV za danú 15 minútový interval.KVES 27

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca4.1.1. Meno súboru LPEXLPEX súbory sú vždy súbory typu ASCII. Typické identifikačné mená súborov súprideľované podľa nasledujúceho pravidla.Obr. 4.2. Príklad pomenovania LPEX súboruZ uvedeného vyplýva že meno súboru je pre jedno meracie zariadenie jedinečné,každý ďalší súbor obsahujúci nasledujúcich 5 meraní má inú časovú značku v menesúboru. Problém ale nastáva u skupine meracích zariadení ktoré v jednom časovomokamžiku majú rovnaké meno tohoto súboru. Preto každé meracie zariadenie odosielaúdaje do vlastnej zložky (adresára) na FTP servery.Obr. 4.3. Schéma adresárovej štruktúry FTP servera4.1.2. Štruktúra LPEX súboruLPEX súbor pozostáva z jednotlivých množín nameraných dát, ktoré sú od sebanavzájom oddelené znakom (odriadkovanie - line break). Jednotlivé hodnotydanej množiny nameraných dát sú oddelené bodkočiarkou. V prípade keď je možné žesa bodkočiarka môže nachádzať v jednotlivých hodnotách textového typu tak sa tentooddeľovač môže prestaviť na čiarku. Každý LPEX súbor začína na prvom riadkudefinovaním verzie daného formátu v našom prípade sa bude jednať o verziu LPEX 2.0.Na ďalšom riadku sa definuje hlavička formátu, tá začína dátumom a časom viďnasledujúca tabuľka.KVES 28

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaDátové polia Príklad DefiníciaVerzia LPEX V2.0 Informácia o verzii LPExHlavičkaDátum;čas;...;Popisné polehodnotyPopis dát v dátových poliach1 Dátum; 22.4.2007; Reťazec vo formáte "dd.mm.rr"Reťazec vo formáte "hh:mm:ss"2 Časová známka; 0:15:00;D(čas prvej meracej periódy)a 3 Číslo odberateľa; 12345; Reťazec (maximálne 20 znakov)t 4 Meno odberateľa; Dopravca 1; Reťazec (maximálne 40 znakov)a 5 Unikátne číslo odberateľa; 54321; Celé číslos 6 ID zariadenia; 00065025; Reťazec (maximálne 20 znakov)e 7 Číslo kanála; 1; Celé číslot 8 Číslo linky; 6789; Celé číslo- 9 Opis linky; 00584-1-5-AB; Reťazec (maximálne 40 znakov)H 10 Unikátne číslo linky; 9876; Celé čísloe Identifikátor meracieho11abodu;SK58421545584; Reťazec (maximálne 33 znakov)d 12 Registračné ID; 1-1:1.9.2; Reťazec (maximálne 16 znakov)e 13 Jednotka; kWh; Reťazec (maximálne 8 znakov)r 14 Prevodový činiteľ; 1; Celé číslo15 Doba meracej periódy; 1;Celé číslo (meracia perióda vminútach)HodnotyPole hodnôt 1; 0.145;00000;;...;Pole hodnôt n; ;...;1.7;00000Každá meracia perióda obsahujehodnoty a dátovú značku Reťazecvo formáte "nnn.nnn;XXXXX;"Tab. 4.1. Štruktúra formátu LPEX 2.0Detailné zobrazenie údajov prenášaných formou LPEX súboru sú uvedené v príloheč.4. Meno tohto súboru je „LP_0610031615.txt“ Textový obsah tohto súboru je grafickyrozdelený podľa hlavičky a jednotlivých minútových meraní.4.1.3. Prenášané hodnoty o spotrebePri prvotnom definovaní štruktúry údajov, ktoré sa majú odosielať z jednotlivýchHDV sa stanovila podmienka nezávislosti hodnôt týchto údajov na predchádzajúcommeraní. Bolo by neprípustné aby v prípade výpadku jedného poprípade viacerýchprenosov výsledná hodnota fakturačného merania nekorešpondovala so skutočnosťouktorú naozaj dané HDV spôsobilo. Preto sa aktuálna spotreba elektrickej energiejednotlivých HDV neprenáša len ako 1 minútová práca, ale prenáša sa aj ako sumaspotrieb elektrickej energie (celkové počítadlo) od presne definovaného času (napríkladprvotnej inštalácie meracieho zariadenia). Z takýchto hodnôt sa aktuálna spotreba zajednotlivú minútu v dispečingu spätné doráta ako rozdiel predchádzajúcej prenesenejhodnoty a súčasne prenesenej hodnoty.KVES 29

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaV prípade výpadku jedného poprípade celej série prenosov vždy vieme aká práca saodbernému miestu odovzdala. Jedno minútové hodnoty spotreby sa v tomtonezachytenom intervale dokážu v dispečingu približne spätne prerátať na základelineárnych interpolácií. Viac o náhrade neprenesených dát je v nasledovnej kapitole.4.2. Zber dát prenášaných do dispečerského centraÚdaje o spotrebe (ako bolo spomenuté) sa prenášajú vo forme LPEX súboru doadresárových štruktúr umiestnených na AZD servery. Tam ich server automatickyspracováva tým, že v presne stanovených časových periódach nepretržite kontrolujejednotlivé zložky definovanej adresárovej štruktúry či v nich nepribudli nové súbory.Ak sa tam tieto súbory nachádzajú tak ich hodnoty uloží do databázy.4.2.1. Zamedzenie chýb pri spracovaní nekonzistentného súboruPri vytvorení FTP spojenia a následnom posielaní súboru do určenej zložky sanajskôr na servery AZD vytvorí prázdny súbor s daným menom a až potom sa tentosúbor napĺňa údajmi. V dôsledku toho že prenosová cesta je dostatočne rýchlav porovnaní s veľkosťou súboru, ktorého veľkosť nepresahuje 2 kB, trvá toto plnenielen veľmi krátku dobu. Behom aj tejto krátkej doby môže nastať situácia že sa budeserver snažiť spracovať takýto nekonzistentný súbor. Závisí od typu tohoto súboru či jemožné zistiť dokáže rozoznať akým je tento typu Toto by malo za následok nekorektnéspracovanie údajov a ich možnú stratu čo nemôžeme dopustiť. Preto odosielané dátaz meracieho miesta musia obsahovať jednoduchú identifikáciu toho, že prenos prebeholkorektne.Dosahuje sa to veľmi triviálnym spôsobom a to tak že kóder umiestený v HDVzasiela súbor s menom, ktoré je rozšírené o inú príponu, viď nasledujúci obrázok.Obr. 4.4. Identifikácia nekonzistentného súboruTáto prípona „.tmp“ definuje že daný súbor sa ešte len kopíruje. Akonáhle je tentosúbor kompletný, kóder v HDV daný súbor premenuje a to tak že odstráni z menasúboru posledné štyri znaky. Týmto spôsobom dal informáciu pre server že daný súborKVES 30

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaje kompletný a uzavrie vytvorené FTP spojenie so serverom. Proces odosielania súboruna server AZD je znázornený ako vývojový diagram na nasledujúcom obrázku. Celýcyklus prebieha automaticky za predpokladu, že je zaznamenaný odber EE z trakčnéhovedenia v HDV. V prípade neúspešného vytvorenia FTP spojenia alebo neúspešnéhoprenosu súboru kóder tieto pokusy zopakuje maximálne 3, ak sa ani potom príkazynevykonajú úspešne proces sa ukončí.Obr. 4.5. Vývojový diagram odosielania a spracovania LPEX súboru z HDVPodobný proces spracovania zozbieraných dát je na strane servera AZD. Tu si tentoserver každý určený časový interval kontroluje v cykle svoje zložky (adresáre). Nájdenésúbory zotriedi podľa času aby sa vždy prvé spracovávali aktuálne údaje. Zotriedenýmsúborom potom kontroluje mená a ak tie majú príponu „tmp“ je evidentné že tietosúbory ešte nie sú konzistentné. Akonáhle ale narazí na súbory s príponou „txt“ takúdaje z týchto súborov spracuje a dané súbory presunie do adresárovej štruktúry ktorejobsahom sú už spracované súbory. Táto adresárová štruktúra sa po každom dniskomprimuje a na určitý časový interval (cca 1 mesiac) sa archivuje.KVES 31

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca4.3. Archivácia dátNamerané a prenesené údaje sa na serveroch AZD spracovávajú a ukladajú došpeciálnych energetických archívov. Tieto sú postavené na štandartných databázových(DB) technológiách akým je napríklad databáza Oracle. Rozdielne archívy sa používajúpre energetický dispečing a pre obchodný dispečing, v každom z týchto archívov súúdaje uložené s priradenou časovou značkou, ktorá reprezentuje obdobie ich vzniku.Obr. 4.7. Príklad plnenia archívov údajmi o spotrebe EE4.3.1. Archivačný systém pre energetický dispečingArchivačný systém určený pre energetický dispečing bude spracúvať veľkémnožstvo „realtimeových“ (periodických alebo zmenových) údajov, ktorých časováperióda archivácie bude 1 minúta.Ukladanie primárnych údajov takéhoto veľkého množstva môže časom viesťk zahlteniu systému a preto bude musieť mať tento archivačný systém funkcie prestanovenie hĺbky jednotlivých archivácii. To znamená že pre jednotlivé merané aarchivované body ktoré reprezentujú odber každého HDV sa musí nastaviť dĺžkaarchivácie (1 rok, 3 mesiace alebo 10 rokov). Po prekročení tejto dĺžky archivačnýsystém bude staršie údaje ako predpísaná doba archivácie prepisovať.Tieto historické údaje sa ale definitívne nestratia lebo archivačný systém musípodporovať tzv. „trezorovanie“ týchto údajov. To znamená že údaje ktoré sa postupnebudú odmazávať z konca archívu po prekročení hĺbky archivácie sa uložia došpecializovaných komprimovaných archívov, ktoré sa potom zálohujú vypálením naDVD alebo nahraním pásku. Takéto údaje sú potom kedykoľvek k dispozíciik analýzam do minulosti, musia sa dať namontovať do systému aby k týmto údajomKVES 32

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácabolo možné štandartne pristupovať ale nemali by sa nachádzať priamo v primárnomarchivačnom systéme pretože tento je obmedzený z pohľadu veľkosti diskov.Archivačný systém energetického dispečingu rozlišuje dva typy údajov. Prvým súúdaje ktoré v rámci komunikácie s HDV diaľkovo prenášajú a archivujú v OED.Druhým sú údaje ktoré sa taktiež archivujú ale sú vytvárané na základe matematickýchvýpočtov tohoto systému. Takýmito údajmi sú napríklad odchýlka alebo cos ϕ, resp.iné. Tieto sú závislé na primárnych údajoch a v prípade zmeny primárnych údajov samusia spätne prepočítať smerom dozadu. Tento prepočet musí byť vykonaný takýmspôsobom aby nedošlo k zahlteniu základných funkcií archivačného systému, toznamená bez obmedzenia funkcií reálneho času.4.3.2. Archivačný systém pre obchodný dispečingObchodný dispečing ako obchodný nástroj má iné požiadavky na archivačnýsystém, tento musí byť schopný spracovať a archivovať veľké množstvo údajovperiodického charakteru (napríklad výkon, el. práca, cena ...) v časových úsekoch 15minúta, hodina, deň poprípade mesiac alebo vyššie. Archivačný systém musí spĺňaťhlavne bilančné funkcie z pohľadu denných bilancií, mesačných bilancií, kumulatívnychbilancií poprípade finančných vyhodnotení atď.Údaje musia byť v archíve ukladané efektným spôsobom. Každé jedno odbernémiesto (HDV) musí byť uložené v samostatnom vektore s časovou radou. Každá takátočasová rada sa skladá z hlavičky, kde sú uvedené jej základné atribúty a z tabuľky dát.Táto tabuľka dát je z dôvodu optimalizácie pre každú časovú radu samostatná a prerôzne typy časových rád má rozdielnu formu:• 15 minútová časová rada popisuje každú štvrťhodinu jednou hodnotou, najednom riadku tabuľky je umiestnených 96 takýchto hodnôt. V každom riadkučasovej rady sú z dôvodu optimalizácie uložené aj základné štatistické údaje(suma, priemer). Pri čítaní väčších časových intervalov a pri počítaníštatistických údajov sú použité len tieto predpočítané kumulatívne údaje.• Denná časová rada popisuje každý deň jednou hodnotou.• Popisná časová rada popisuje priebeh hodnôt definičným spôsobom. Definícia saskladá z množiny riadkov a výsledný priebeh vznikne postupnou interpolácioutýchto riadkov.Okrem toho by mal archivačný systém obchodného dispečingu podporovaťjednoduchý programovací jazyk s ktorým by bolo možné vytvárať rôzne bilancie nadKVES 33

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaprimárnymi vstupnými dátami. Týmto by bolo napríklad možne zo vstupných 15minútových údajov získať celkové mesačné maximum a taktiež určiť kedy nastalo.Taktiež by mal podporovať prácu s údajmi pri zmene času (letný, zimný) a mal by byťschopný výstupu údajov ktoré sú jeho obsahom do externých programov ako jenapríklad excel pre tvorbu jednoduchých bilancií.Ako je uvedené na obrázku 4.7 existujú tri typy údajov ktoré vstupujú doobchodného archívu. Prvým typom sú 15 minútové merania ktoré sa prenášajú priamoz HDV, druhým sú vypočítané 15 minúty z archívu ED a tretím sú prognózované 15minútové údaje o spotrebe vytvorené na základe údajov z archívu energetickéhodispečingu. Údaje prognózované ako aj vypočítané sú k dispozícií ešte pred koncomdanej 15 minúty ale po príchode skutočnej 15 minútovej hodnoty z HDV budúprepísané.Fakturačné údaje o spotrebe EE musia podliehať za určený časový interval(napríklad 1 mesiac) validácii. Štandartne sa validácia vykonáva porovnanímfakturačných údajov o spotrebe EE so záložným meraním, čím sa odfiltrujú prípadnénekorektné údaje spôsobené výpadkom, poruchou alebo nepresnosťou meraciehozariadenia. V podmienkach železničného prepravcu kde nieje inštalované záložnémeranie sa touto validáciou myslí hrubá kontrola každého časového radu na základeinformácií o preprave daného HDV za príslušné časové obdobie a historických údajovo spotrebách EE na tých traťových úsekoch na ktorých toto HDV pôsobilo. V prípadezistenia takéhoto chybného merania a nekorektného časového radu musia sa hodnoty vňom dať nahradiť ručným vstupom. Za aký typ údajov sa zmenia (prognóza, historickéúdaje) je vecou zmluvnej dohody medzi prepravcom a ŽSR.KVES 34

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca5. Spracovanie a vyhodnocovanie prenesených dátPrvotnými údajmi získanými diaľkovým prenosom z HDV sú činná práca, polohaHDV a u striedavej trakčnej sústavy jalová práca. Tieto sú k dispozícií v archivovanýchčasových radoch s minútovou periódou a na ich základe sa z nich vypočítavajú ostatnéčasové rady ako elektrický výkon, odchýlka, u striedavej trakčnej sústavy účinník atď.Spôsob akým sa prenesené údaje spracujú a vyhodnotia závisí od ich využitia.Prvým spracovaním údajov je obchodné spracovanie, ktoré je dôležité pre stanoveniemnožstva spotrebovanej elektrickej energie vstupujúceho do fakturácie elektriny.Ďalším spracovaním nameraných údajov je dispečerské spracovanie, ktorého cieľom jeregulácia ¼ hodinového maximálneho výkonu, podľa možnosti na úroveň dohodnutús dodávateľom elektrickej energie.5.1. Obchodné spracovanie nameraných údajovPre potreby obchodného spracovania nameraných údajov je nutné archivovaťnasledovné údaje:• veľkosť činnej elektrickej práce (kWh),• veľkosť jalovej elektrickej práce (kvarh),• z toho vyplývajúci účinník cos ϕ (v prípade striedavej sústavy),• veľkosť vypočítanej odchýlky činnej elektrickej práce,• veľkosť ¼ hodinového maximálneho výkonu (záťažový profil).Cieľom obchodného spracovania nameraných údajov je stanovenie celkovéhomnožstva spotrebovanej elektrickej energie. Táto celková spotreba EE sa vytvorí nazáklade bilančných vzorcov sčítaním jednotlivých spotrieb elektrickej energie každéhoHDV do jedného virtuálneho odberného miesta. Výsledná spotreba EE tohtovirtuálneho odberného miesta sa porovnáva s plánovaným odberovým diagramom a ichvzájomným rozdielom sa získa odchýlka, ktorú železničný prepravca spôsobil.V závislosti na jej veľkosti železničný prepravca platí voči ŽSR pokutu, ktorej výškaako aj stanovené hranice od ktorých sa pokuta platí je vecou vzájomnej zmluvnejdohody železničného prepravcu a ŽSR.V rámci bilančných analýz je pre železničného prepravcu vhodné aby si vedel určiťodchýlku nielen z pohľadu celku ale aj jednotlivo pre HDV. Na základe takejto analýzybude môcť prepravca vedieť definovať, ktoré odbery ovplyvnili celkovú odchýlku.KVES 35

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaKtoré HDV tvoria odchýlku, na ktorých traťových úsekoch ju tvoria, z akých príčinvznikla, kto je zodpovedný za jej vznik atď. Napríklad prepravca zistí odchýlku HDVz dôvodu časového posunu prepravy, vlak čo je naplánovaný na 6:00 chodí o 2 h skôr.Z toho vyplynie že prepravca nemá dostatočné informácie o pláne realizáciiprepravných výkonov. Dnes existuje prepracovaný mechanizmus tvorby grafikonuz dlhodobého pohľadu – ročný, štvrťročný plán ktorý počíta aj s veľkými výlukami.Naopak ale neexistuje dostatočný plán prepravy z krátkodobého pohľadu, po jehovytvorení a presnej analýze tvorby odchýlky každého HDV sa bude môcť prepravcapresnejšie snažiť o zlepšenie svojej prípravy prevádzky (PP) a tým znižovať nákladyspojené so potrebou EE.Dôležitým údajom pre podklad k fakturácii je poloha HDV na trati. V prípade akHDV prekročí územie Slovenskej republiky nemôžu namerané údaje o spotrebe EEslúžiť k zúčtovaniu v rámci Slovenska. Obdobne budú slúžiť údaje o polohe HDV predefinovanie výšky distribučných poplatkov, ktoré sú síce v rámci distribúcie ŽSRrovnaké ale sú rozdielne v rámci distribučných spoločností ako ZSE, VSE a SSE.Keďže pri križovaní železničnej trate cez hranice týchto spoločností môže byť trakčnévedenie napájané z dvoch strán a môže nastať jav, že HDV čerpá EE naraz z dvochnapájacích staníc umiestnených v rozdielnych distribučných sústavách. Určenie tohtopodielu je obtiažna záležitosť a je funkciou polohy a počtu vlakov na danom traťovomúseku, preto bude vecou zmluvnej dohody medzi prepravcom a ŽSR ako sa v tomtoprípade bude fakturovať elektrina. Najjednoduchší spôsob je definovaním bodu na trati,ktorý presne definuje hranicu medzi týmito sústavami s ohľadom na energetické tokyv trakčnom vedení.Obr. 5.1. Schéma fyzikálnych tokov elektrickej energieKVES 36

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca5.2. Dispečerské spracovanie nameraných údajovDispečerské spracovanie údajov je tým špecifické, že spracovanie informácii ako ajrozhodovanie sa prebieha v reálnom čase. Cieľom dispečerského spracovania jeregulácia ¼ hodinového maximálneho výkonu, podľa možnosti na úroveň dohodnutús dodávateľom elektrickej energie. Z tohto hľadiska je na zabezpečenie efektívnehoriadenia spotreby elektrickej energie potrebné poznať nasledujúce veličiny:• činnú elektrickú energiu (odber, dodávka),• jalovú elektrickú energiu (odber, dodávka),• aktuálna poloha HDV na trati,• okamžitý činný výkon,• okamžitý jalový výkon,• charakter dopravovaného vlaku,• účinník (v prípade striedavej sústavy).Predmetom činnosti dispečerského spracovania je sledovanie technických maxím,spotrieb elektrickej energie HDV pre jednotlivé traťové úseky ako aj lokalizácia HDV.Na základe takto získaných a spracovaných informácií sa snaží systém optimalizovaťa regulovať odber EE podľa plánu spotreby tak aby železničný prepravca nespôsobovalodchýlku.5.2.1. Regulácia a optimalizácia odberu EERegulácia odberu EE je proces, pri ktorom sa volí vhodný harmonogram prepravy(spínania odberov HDV riadeným prístupom na dopravnú cestu) na trati ŽSR tak, abysa dosiahlo maximálne využitie dojednaného výkonového diagramu pri minimálnomrozdiele maximálneho a minimálneho nameraného výkonu. Na takéto komplexnériadenie spotreby je potrebné aj poznanie aktuálnej polohy HDV vzhľadom na sklonovépomery na trati a tým pádom aj rôzne energetické požiadavky jednotlivých HDV. Abybolo možné upravovať harmonogram prepravy svojich HDV na tratiach ŽSR je dôležitévytvoriť úzku väzbu medzi OED a dopravným dispečingom na strane ŽSR. Takátoväzba je možná len na základe zmluvnej dohody medzi ŽSR a železničnýmidopravcami o spôsobe regulácie výkonu, spotreby HDV a stavaniu vhodnej vlakovejcesty a grafikonu.Zmluvná dohoda takéhoto typu bude obojstranne výhodná, lebo taktiež ŽSR akodistribučná spoločnosť sa bude snažiť minimalizovať svoju odchýlku. Túto bude môcťKVES 37

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácavykonávať reguláciou svojej spotreby EE len obmedzene lebo majoritnú časť nakúpenejelektriny zabezpečuje pre dopravcov. Tým pádom nie je vlastníkom regulovateľnýchspotrebičov (HDV) a železniční dopravcovia sú povinní dodržiavať grafikon vlakovejdopravy.V prípade nutnosti takejto regulácie zo strany ŽSR nemôže byť prepravcadiskriminovaný, môžu ho však motivovať k tomuto činu finančne . V prípade ak budes touto ponukou železničný prepravca súhlasiť musí existovať možnosť spätnejkomunikácie s každým HDV z hľadiska možnosti ovplyvnenia jeho prevádzky s cieľomdočasného zníženia spotreby elektrickej energie (príkaz rušňovodičovi poprípademožnosť diaľkového ovládania).Železničný prepravca bude z dôvodu optimalizácie odberu a znižovania nákladov naprepravu vytvárať doteraz nepoužívané produkty akými sú napríklad nízko prioritnévlaky, pri ktorých nebude zákazníkom záležať na rýchlom a presune ich nákladovs presným načasovaním na miesto určenia. Stanoví sa akurát doba do ktorej sa má tentonáklad prepraviť na dané miesto (napríklad týždeň poprípade mesiac). Prepravca budepotom tento vlak nasadzovať na trať ŽSR v časových intervaloch kedy budenajlacnejšia prenosová cesta, výhodná cena elektriny alebo v časových intervaloch kdez iného dôvodu (zdržanie inej vlakovej súpravy) by spôsoboval prepravca odchýlku.Tento druh regulácie je samozrejme ale nevhodný pre osobnú dopravu.Naopak bude môcť prepravca motivovať zákazníkov k presnejšiemu plánovaniuprepravy vďaka ktorému si bude môcť on sám vyhotoviť dokonalejšiu prognózuspotreby EE. Uvediem príklad takejto motivácie vytvorením nasledovného produktu,ktorého cena za prepravovanú jednotku hmotnosti nákladu na jeden kilometer závisí odpresného špecifikovania odchodu vlakovej súpravy. Ak prepravcovi zákazník definujepresný čas odchodu napríklad o 15:00 dostane fixnú cenu 100 Sk za prepravenú tonu.Ale ak bude zákazník chcieť pohyblivý odchod napríklad do jednej hodiny dostane cenu110 Sk / t v prípade dlhšieho intervalu 5 hodín dostane 130 Sk / t. Takýmto spôsobombude prepravca zákazníkovi účtovať penále lebo v prípade nešpecifikovanej prepravyrastú prepravcovi rapídne náklady na elektrinu smerom nahor platením sankciísúvisiacich so spôsobenou odchýlkou.KVES 38

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca5.3. Prognóza spotreby EE železničného prepravcuProces plánovania je zák1adným - východiskovým bodom pre pôsobenie naliberalizovanom trhu s elektrinou. Dobre vytvorený plán v dostatočne dlhom časovompredstihu dáva účastníkom trhu veľkú výhodu pre pokrytie svojich potrieb zo zdrojovdostupných na tomto liberalizovanom trhu. Základom pre vytvorenie plánu je skúsenosťo spotrebe EE z predchádzajúcich období. Pri vytváraní plánu spotreby je nutnédôk1adne rozanalyzovať časový charakter spotreby a taktiež je veľmi podstatnédôkladne naplánovať harmonogram výluk na tratiach ŽSR. Kvalitne zvládnutý procesplánovania spotreby by mal prebiehať v troch intervaloch:• ročné plánovanie (základný predpoklad pre optimálny nákup elektriny) - väčšinuelektriny sa oplatí nakúpiť formou ponuky ročných pásmových produktov,• štvrťročné / mesačné plánovanie - jeho úlohou je upraviť vznikajúce rozdielyoproti ročnému plánu (v dostatočnom predstihu zareagovať úpravou plánu,dodatočným nákupom),• týždenný / denný plán je krátkodobý operatívny plán, ktorý by mal v sebezohľadniť už najpresnejšie podklady a mal by slúžiť ako základ pre dispečerskériadenie prepravy prepravcu alebo slúžiť ako podklad k vyrovnávaniu odchýlkyna krátkodobom trhu s elektrinou.V každom okamihu existujú dva základné plány spotreby (odberu) elektriny:• obchodný plán - je súčtom všetkých kontraktov pre nákup a predaj elektriny zadané časové obdobie,• technologický plán - je daný predpokladaným vývojom spotreby EE založenomna skúsenostiach a historických údajoch o spotrebe.V ideálnom prípade by bolo najlepšie, keby sa tieto dva plány vždy zhodovali, resp.keby po zmenách vykonaných v technologickom pláne sa tieto zmeny premietli aj doobchodného plánu.Plán spotreby EE sa vytvára na základe predikcie. Predikcia je proces, kde sa znameraných a resp. alebo inak získaných údajov snažíme predpovedať aké budesprávanie javu alebo systému v nasledujúcom alebo viacerých nasledujúcich krokoch.Pričom jav má časovo premenlivý charakter. Zostavenie predikčného systémureprezentuje vytváranie modelu sústavy ktorú chceme predikovať. Ak sa takýto modelpodarí zostaviť, je možné s určitou pravdepodobnosťou predpovedať ako sa budesystém správať v nasledujúcich časových obdobiach. Model musí byť budovaný tak,KVES 39

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaaby chyba s ktorou bude predikovať spotrebu EE oproti skutočnej hodnote, bolaminimálna. Model umožňuje predpovedať budúci vývoj systému a prípadne umožňujeriadiť a optimalizovať činnosť príslušného systému. Jeden z prístupov k predikciivyužíva pre predpoveď nasledujúcich stavov systému informácie o predošlých stavovsystému. V takom prípade sa jedná o problém predikcie časových radov. Dáta tvoriacečasový rad sú chronologicky usporiadané merania spotreby EE. Najvhodnejšie modelypre prognózovanie spotreby EE u železničného prepravcu sú: analytická metódaa metóda využívajúca neurónové siete. Každá z týchto metód je špecifická a je vhodnápre iný typ prepravy.5.3.1. Analytická metóda prognózy spotreby EEJej princíp spočíva vo výpočte spotrieb EE po jednotlivých HDV a následnémusčítaniu týchto spotrieb do jedného celku. Jednotlivé dielčie spotreby EE sa získajú nazáklade poznatkov o plánovanom pohybe HDV (grafikon) a historických údajovo spotrebách na daných traťových úsekoch. Z nich sa plánovaná dielčia spotrebaprekalkuluje z referenčnej záťaže na plánovanú prepravovanú záťaž.Táto metóda je z pohľadu výpočtov veľmi jednoduchá, jej nedostatkom je v potrebeveľkého množstva typových spotrieb vztiahnutých ku každému druhu HDVa k jednotlivým traťovým úsekom a v podmienke aby sa vlaky prepravovali presnepodľa grafikonu. Z týchto podmienok je zrejmé že tento druh prognózy je vhodnýhlavne u osobnej prepravy (ŽSSK). Tu jednotlivé vlakové súpravy až na pár výnimiekdodržujú grafikon s vysokou presnosťou.5.3.2. Metóda využívajúca neurónové sieteZákladný princíp predikcie za pomoci neurónových sietí (NS) spočíva vo vytvorenímodelu systému, ktorý na základe vstupných veličín sa snaží čo najpresnejšie popísaťvýstupné veličiny, ktoré sú určitým odhadom správania sa systému v budúcnosti.Typickými vlastnosťami takejto inteligentnej technológie sú nasledujúce schopnosti:• schopnosť učenia sa z dát a získavanie poznatkov,• schopnosť ukladať poznatky,• schopnosť využívať získané poznatky pri riešení konkrétnych situácií.Metóda založená na inteligentnej technológii NS je vhodná pre systém, ktoréhopopis je mimoriadne náročný alebo systém, ktorého pravidlá fungovania nie sú známe.A práve táto dôležitá vlastnosť NS určuje ich použitie pri modelovaní takýchtoKVES 40

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácasystémov. V prípade, že máme k dispozícii vstupné dáta systému a k nim odpovedajúcevýstupné údaje, je možné použiť vhodnú NS a jej učením dosiahnuť to, aby sa správalaako modelovaný systém.Neurónová sieť funguje ako čierna skrinka - hoci vieme aká je jej štruktúra a akosystém funguje. Je ťažké odvodiť rozhodovacie pravidlá, ktorými sa neurónová sieťriadi. Učenie neurónovej siete riadi určitý počet nastaviteľných parametrov, odsprávneho nastavenia týchto parametrov viac alebo menej závisí úspešnosť predikcie.Medzi základné nastavované veličiny patrí topológia neurónovej siete, zmenyparametrov učenia, počet učiacich cyklov, či nastavenie spôsobu prepojenia neurónov.Na riešenie predikčných úloh sa najčastejšie používajú dopredné viacvrstvovéneurónové siete, kvôli ich univerzálnej aproximačnej schopnosti.Ako vstup do neurónovej siete budú použité údaje ktoré najviac ovplyvňujúspotrebu železničného prepravcu. Týmito údajmi sú:• počet vlakov za danú prognózovaný interval (deň, hodina, štvrťhodina),• vzdialenosť, ktorú prejdú všetky HDV prepravcu (suma),• hmotnosť všetkých vlakov pôsobiacich za daný interval (suma),• počet všetkých rozbehov v danej hodine,• priemerná prognózovaná teplota v danom časovom intervale.Metóda predikcie využívajúca neurónové siete patrí medzi najperspektívnejšiemetódy prognózy spotreby EE. Je pomerne veľmi presná ale náročná na výpočet. Tentodruh prognózy je vhodný ako aj pre železničných prepravcov zabezpečujúcich osobnútak aj pre nákladnú dopravu.KVES 41

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca6. Návrh tvorby náhradných dát v prípade stratyalebo nedostupnostiJe dôležité aby mal dispečing vždy celistvé dáta o spotrebe každého jedného HDV.V prípade straty alebo nedostupnosti sa musia preto tieto údaje nahradiť takými, ktorébudú najvernejšie reprezentovať skutočný stav. Odber EE každého hnacieho dráhovéhovozidla je veľmi špecifický jav. V priebehu času sa veľmi výrazne mení v závislosti odprepravy tohoto vozidla. Jednotlivé hodnoty časového radu vytvoreného na základetakýchto odberov sa s dlhším časovým odstupom výrazne líšia viď. obr. 5.1.P [kW] HDV [= 131/019/20] HDV [~240/017]3 5003 0002 5002 0001 5001 0005000t [h]0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0Obr. 6.1. Príklad spotreby elektrickej energie HDV v priebehu dňaČasové rady sa vo všeobecnosti vykazujú vlastnosťou, že jedna hodnota tohoto raduje závislá od niekoľkých predchádzajúcich hodnôt, resp. predchádzajúceho úsekuhodnôt časového radu. Vďaka tejto závislosti je možné realizovať odhad hodnoty, ktoráv časovom rade nasleduje za poslednou známou hodnotou. Matematicky je to možnévyjadriť vzťahom: y(t +1) = f (y(t), y(t −1), y(t − 2),, y(t − n)), (6.1)kde y(t) predstavuje stav systému v čase t , funkcia f vyjadruje spomínanú závislosťstavu systému y(t+1).KVES 42

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaNa základe takéhoto predpokladu v prípade absencie niektorých hodnôt v časovejrade môžeme túto absenciu nahradiť nami vypočítanými hodnotami. Z hľadiska dĺžkytrvania môžeme túto absenciu rozdeliť na: dlhodobú a krátkodobú. V závislosti od dĺžkyjej trvania volíme vhodnú metódu na jej elimináciu.6.1. Metódy vhodné na tvorbu náhradných dát o spotrebe EEPri všetkých metódach tvorby náhradných dát je nutné týmto dopočítaným údajomv časovej rade prideliť príznak na základe ktorého bude možné (aj vizuálne) zistiť že sútieto údaje dopočítané. Tento príznak sa musí pri výpočte prenášať smerom hore. Týmmyslím skutočnosť, že ak sa časová rada s dopočítanými údajmi používa vo výpočtea definovaní inej časovej rady (napríklad výpočet odchýlky) musí takto vypočítanáčasová rada obsahovať takisto príznak dopočítania a to na rovnakých intervaloch akopôvodná časová rada.6.1.1. Rovnomerné rozloženie elektrickej práceÚdaje prenášané z HDV obsahujú aktuálnu hodnotu spotrebovanej elektrickej práceza 1 minútu a aj celkovú sumu týchto elektrických prác (tzv. počítadlo). V prípadekrátkodobej straty prenášaných údajov a následnému prijatiu dát v inom časovomokamžiku je tak možné jednoduchým výpočtom (rozdiel počítadiel pred a po výpadku)stanoviť akú veľkú elektrickú prácu v priebehu straty údajov HDV spotrebovalo.A [kWh]60HDV [= 131/019/20]45301500:45 0:48 0:51 0:54 0:57 1:00 1:03 1:06 1:09 1:12 t [h]Obr. 6.2. Príklad náhrady údajov o spotrebe EE pri krátkodobom výpadkuKVES 43

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaTáto metóda je čo do stanovenia skutočnej spotrebovanej EE veľmi presná avšak pristrate údajov počas dlhších časový intervaloch neposkytuje prehľad o meniacom sapriebehu spotreby v čase.6.1.2. Lineárna aproximáciaLineárnu aproximáciu používame vtedy, keď korelačnú závislosť dvochpremenných je možné nahradiť lineárnou funkciou. Táto metóda tvorby náhradných dátje vhodná v prípade krátkodobej straty údajov, iba ak časový úsek takejto straty je doniekoľkých minút. V inom prípade nie je táto metóda vhodná lebo odber EE hnaciehodráhového vozidla sa priebehu času veľmi výrazne mení a nie je možné ho popísaťlineárnou funkciu.Pri lineárnej aproximácii ide o vyjadrenie priebehu korelačnej závislosti priamkou,pomocou ktorej by bolo možné odhadovať z veľkosti nezávisle premennej x veľkosťpremennej y. y = k.x + q (6.1)P [kW]3500HDV [= 131/019/20]3000250020001500y = -4862,4x + 2E+081000500Doba výpadku00:45 0:50 0:55 1:01 1:06 1:11 t [h]Obr. 6.3. Príklad náhrady údajov o spotrebe EE lineárnou aproximáciouTáto metóda tvorby náhradných dát o spotrebe EE je vhodná pre kratšie časovéúseky.Údaje vytvorené za pomoci tejto metódy nie sú veľmi presné avšak poskytujúprehľad o meniacom sa priebehu spotreby v čase.KVES 44

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca6.1.3. Analytická metódaNáhradné údaje o spotrebe EE sú vytvárané na základe poznatkov o pohybe HDVa historických údajov o spotrebách na daných traťových úsekoch. Na základe týchtohistorických údajov budú v systéme vygenerované normalizované krivky spotrebyvztiahnuté na referenčnú záťaž k jednotlivým traťovým úsekom, k jednotlivým typomHDV a v prípade osobnej dopravy stiahnuté k ročnému obdobiu.Z týchto kriviek bude možné pre daný traťový úsek, typ HDV a hmotnosti vlakovejsúpravy určiť množstvo spotrebovanej EE za jednotku času. Čím bude štrukturovanienormalizovaných kriviek jemnejšie tým bude výsledok dokonalejší ale náročnejšíz pohľadu archivovania takéhoto systému. A aj nazbierania dostatočného množstvaštatistických vzoriek.Ako podklad k určeniu pohybu na tratiach môže slúžiť grafikon, prevádzkovýinformačný systém alebo súradnice z GPS. Táto metóda je vhodná na použitie predlhšie časové intervaly a taktiež aj prognózu do budúcnosti. Jej nedostatok ale spočíva vpotrebe množstva prvotných normalizovaných kriviek, ktoré sa budú musieť získaťempiricky pre rôzne traťové úseky a rôzne typy HDV.KVES 45

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca7. Návrh SW štruktúry a vybavenia OEDSoftvér implementovaný v OED musí pokryť funkcie spojené s archivácioudiaľkovo nameraných hodnôt, vizualizáciou týchto hodnôt, prognózovaním spotrebya taktiež musí pokrývať funkcie spojené s obchodovaním na elektroenergetickom trhu.Ako je nákup elektriny ale aj obchodovanie ďalších produktov vo väzbe naelektroenergetický trh napríklad nákup prenosových kapacít . Musí umožniť integráciuobchodných a nameraných údajov pre možnosť optimalizácie prognózovania aplánovania odberových diagramov na základe skutočných údajov o odbere z HDV,plánovaných zmien grafikonu železničnej dopravy a zohľadnenia výluk na vybratýchtraťových úsekoch.Z pohľadu bezpečnosti musí systém umožniť segmentáciu údajov a definovanieprístupových práv jednotlivých užívateľov k jednotlivým segmentov údajov. Údajeuchovávané v tomto systéme môžu totiž predstavovať obchodné tajomstvo prepravcu.Architektúra informačného systému musí byť typu klient/server pracujúca v reálnomčase s podporou pre paralelne pracujúcich užívateľov systému a kontrolou vzájomnejvýlučnosti prístupu k zdieľaným údajom. Mala by pozostávať zo 4 základných celkov(SW aplikácií) a to aplikácia AZD, aplikácia OD, aplikácia ED a DB aplikácia. Každáz nich beží na samostatnom servery ktoré sú plne „reduntantné“. Jednotlivé SWaplikácie spolupracujú nasledovným spôsobom. Server AZD na svojich FTP zložkáchzachytáva LPEX súbory posielané z HDV obsahujúce informácie o spotrebe a polohevozidla. Každú určitú periódu (napr. 30s) tieto súbory spracuje a odstráni z týchtozložiek. Týmto spracovaním sa myslí prečítanie týchto súborov a vhodným spôsobomnačítané údaje zapísanie do databázy na DB servery. Hodnoty sú zapísané akojednominútové a pracuje s nimi aplikácia ED. Okrem toho aplikácia AZD preráta tietoúdaje na 15 minútové a zapíše ich do inej časti databázy s ktorou pracuje aplikácia ED.Obr. 7.1. Návrh prepojenia modulov OEDKVES 46

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca7.1. Návrh aplikácie AZDHlavnou úlohou aplikácie automatického zberu zúčtovacích dát (AZD) má byťprijímanie nameraných údajov o spotrebe a polohe HDV, kontrola konzistentnostitýchto údajov a v prípade necelistvosti ich dopočítanie a validácia. Každá taktodopočítaná hodnota musí byť v systéme označená aby bolo vždy jasné že sa pracujes dopočítanými údajovými typmi. Prenos údajov do centrály je nepretržitý a praktickyprebieha v reálnom čase, preto musí byť čas v meracích zariadeniach ako aj v centráleAZD synchronizovaný. Prípustná časová odchýlka môže byť maximálne 1 s v opačnomprípade fakturačné elektromery vyhodnocujú odpočty podľa vnútorných hodíns odlišným časom od normálu (možno až desiatky sekúnd) a sledovanie skutočnejodchýlky je sporné.7.2. Návrh databázového SWDatabázový softvér uchovávajúci údaje o spotrebe a polohe HDV sa musívyznačovať vysokým výkonom, schopnosťou rýchlej práce s veľkým objemomenergetických dát, ich spracovaním a archiváciou. Do úvah prichádzajú dva štandartnérelačné databázové systémy SQL Oracle 10g Enterprise Edition poprípade MicrosoftSQL Server 2005. Typ databázového systému, ktorý sa zvolí pre daného železničnéhoprepravcu je vecou jeho požiadavky z toho dôvodu, lebo prepravca už pravdepodobnemá iné druhy informačných systémov a k ním aj vyškolených pracovníkov naadministráciu s vytvorenými pracovnými postupmi pre správu a údržbu a využitímtýchto pracovníkov môže znížiť prípadné náklady spojené s údržbou systému. Na taktozvolenom DB systéme sa vytvoria archívy pre aplikáciu ED a aplikáciu OD, štruktúraDB je pre každý takto vytvorený archív špecifická.Zatiaľ čo archív určený pre energetický dispečing bude spracúvať veľké množstvo„realtimeových“ (periodických alebo zmenových) údajov, ktorých časová periódaarchivácie bude 1 minúta, archív určený pre obchodný dispečing bude spracovávaťveľké množstvo údajov periodického charakteru v časových úsekoch 15 minúta, hodina,deň poprípade mesiac alebo vyššie. Preto musia byť tieto údaje efektným spôsobomuložené v databáze ako časové rady. Každá takáto časová rada by sa mala skladaťz hlavičky kde sú uvedené jej základné atribúty a z tabuľky dát. Táto tabuľka dát sabude líšiť v závislosti od druhu zvolenej časovej rady. Jej druhy boli popísané v štvrtejkapitole. Z dôvodu veľkej početnosti meraných a taktiež vypočítaných časových rád byKVES 47

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácadatabáza čoskoro zahltila značnú časť úložného priestoru na diskoch DB servera. Pretoz hľadiska optimalizácie nieje potreba niektoré časové rady zakaždým prepočítavaťa archivovať, plne postačuje v tomto prípade vytvoriť tzv. fiktívne časové rady ktoré sabudú definovať matematickým predpisom a až v prípade keď ich je treba sa z prvotnýchčasových rád prepočítajú. Typickým príkladom je časová rada reprezentujúca odchýlku,ktorej archivácie nieje potrebná lebo je ju vždy jednoduché vypočítať ako rozdiel pánuspotreby a skutočnou spotrebou EE.Kvôli prehľadnosti archivačného systému by mal tento archív podporovaťzlučovanie jednotlivých časových rád do tzv. scenárov (skupín časových rád). Tietoscenáre bude musieť byť možné hierarchicky organizovať formou stromu. Jedna časovárada sa bude môcť nachádzať vo viacerých takto vytvorených scenárov. Nad scenármialebo skupinami scenárov bude systém podporovať tvorbu bilancií a kalkulácii. Každýscenár bude podliehať kontrole na úroveň prístupu užívateľa pri ktorom bude môcť byťdefinované ktoré skupiny osôb budú mať k nemu povolený prístup (napríklad ibaskupina z obchodného dispečingu a pod.).Obr. 7.1. Návrh štruktúry DB archívuKVES 48

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca7.3. Návrh aplikačného SW energetického dispečinguSW aplikácia energetického dispečingu musí byť postavená na architektúre klient –server s podporou pre paralelne pracujúcich užívateľov systému s kontrolou vzájomnejvýlučnosti prístupu k zdieľaným údajom. Klienti budú priamo energetický dispečeripracujúci na smeny. Preto musí celý komplex (centrála, aplikácia a podporná výpočtovátechnika) byť schopný nepretržitej prevádzky 24 hodín denne a 365 dní v roku. Z tohodôvodu by mal byť nainštalovaný náhradný zdroj elektrickej energie garantujúcipokrytie výpadku napájania v dĺžke minimálne 2 hodiny.Hlavnou úlohou aplikácie energetického dispečingu bude v reálnom čase sledovanie,vizualizácia a monitorovanie komplexných energetických informácií (spotreba EE,odchýlka atď.), taktiež polohy jednotlivých HDV, všetko na úrovni minútových údajov.Zobrazovanie údajov v reálnom čase by malo byť riešené na strane klientov v plnomgrafickom užívateľskom prostredí. Tí budú kontrolovať celkový odber EE z hľadiskadojednaných výkonov t. j. podľa dojednaného DDZ a kritérií, ktoré naplánovala zobchodoval obchodný dispečing. V prípade ak by tento ober nemal byť dodržaný t.j.železničný prepravca by spôsoboval odchýlku voči dojednanému množstvu elektriny.Musí energetický dispečing v spolupráci s prevádzkovým vlakovým dispečingompriaznivo ovplyvniť spotrebu EE vzájomnou organizáciou riadenia prevádzky. Takýmtospôsobom ED minimalizuje prekročenia dojednaných parametrov v danom časovomintervale.Zobrazovanie údajov ako napríklad odchýlok by malo byť na strane klienta grafickéa číselné v členení podľa prevádzkovateľov distribučných sústav a sumárnej odchýlky.Najdôležitejšie sledované veličiny budú zobrazované na table dispečera z jednominútovýchúdajov spotreby a v prípade prekročenia sledovaných parametrov musíaplikácia ED automaticky obsluhu upozorniť (najvhodnejšie alarmom) na pre možnosťregulačného zásahu.7.4. Návrh aplikačného SW obchodného dispečinguAplikácia obchodného dispečingu bude informačný systém pre podporuobchodovania s elektrinou na liberalizovanom trhu so zámerom dlhodobej optimalizácienákladov na zabezpečenie elektrickej energie. Aplikácia bude musieť podporovaťsprávu dvojstranných zmlúv a burzových obchodov s elektrinou. V rámci podpornýchnástrojov pre proces obchodovania musí umožniť stanovenie rôzneho časového trvaniaKVES 49

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaobchodov, variabilitu cien, fixných platieb a poplatkov ako aj zahrnutie ďalšíchšpecifických atribútov obchodov a zmlúv, ktorých hodnoty sa môžu meniť v čase.SW aplikácia obchodného dispečingu musí byť taktiež postavená na architektúreklient–server s podporou pre paralelne pracujúcich užívateľov systému s kontrolouvzájomnej výlučnosti prístupu k zdieľaným údajom. Musí zabezpečovať funkcie preFront, Middle a Back Office. Klienti budú priamo obchodníci s elektrinou a pridnešnom spôsobe obchodovania na trhu nebudú pracovať nepretržite na smeny.Aplikácia musí umožňovať súčasnú prácu viacerých klientov súčastne minimálne 10(obchod, analýzy, fakturácie, Risk manažment) bez badateľného spomalenia reakciesystému. Taktiež musí podporovať riadenie prístupových práv klientov na úrovnijednotlivých prístupov k jednotlivým modulom, formulárom, zostavám a záznamom.Aplikácia obchodného dispečingu musí byť schopná komplexne pokrývať všetkyčinnosti spojené s obchodovaním a pôsobením na trhu s elektrinou energiou:• evidovať informácie o obchodných partneroch, obchodných transakciách sväzbou na obchodované produkty,• sledovanie odchýlky, vyhodnocovanie plánovacieho procesu, rozpočítavanie asledovanie zodpovednosti za odchýlku podľa jednotlivých odberateľov,objednávateľov výkonov a odberných miest organizačných celkov,• možnosť monitorovania stavu jednotlivých kontraktov, rozhodovať sa prirôznych typoch transakcií, predaj, nákup, tranzit, aukciách na profiloch,• hodnotiť obchody a porovnávať obchody aj vzhľadom k situácii na burze,• zabezpečiť zber údajov z vybraných obchodných búrz (ako podklad preobchodovanie a určovanie obchodných možností), zber údajov o spotovýchcenách, forwardových cenách na vybratých trhoch - EEX (Nemecká burza),EXAA (Rakúska burza), PolPX (Poľská burza), OKO (Česká burza),SPECTRON (obchodný portál – Nemecko, Francúzsko),• podporovať generovanie diagramov (podľa obchodných zmlúv) vo formátochkompatibilných s ETSO Scheduling System s pridelenými EIC kódmiidentifikačného kódovania a ich následné automatické odosielanie nazúčtovateľa odchýlky,• kontrolovať zúčtovanie a fakturáciu, riadenie tvorby, vystavenie, prijímanie,riadenie faktúr a platieb za silovú energiu, systémové služby, náklady systému,za prenosové a distribučné služby, odchýlky a straty.KVES 50

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca8. Zálohovanie a zabezpečenieÚdaje o spotrebe a o polohe jednotlivých HDV sú na servery OED posielanénepretržite (24 hodín denne 7 dní v týždni). Taktiež je potrebná nepretržitá prevádzkaED. Preto je nemysliteľné aby niektorý zo serverov dispečingu čo len po krátku dobunepracoval správne. Je tu nutná nepretržitá prevádzka aplikácie s maximálnymzabezpečením jej správneho a bezporuchového chodu.Z tohto dôvodu sa musia klásť nemalé prostriedky na vytvorení takého systému,ktorý by aj v prípade výpadku prúdu alebo poruchy samostatného komponentupoprípade skupiny komponentov zabezpečil bezporuchový priebeh systému ako celku.Najväčší dôraz sa pritom kladie v prvom rade na uchovanie dát, ich prípadná strata jeneprípustná. Bránime sa jej celou sériou opatrení, ktoré odvrátia buď výpadoknepretržitého funkčného chodu, poprípade archivujú dôležité údaje.Takéto „reduntantné“ (nezávislé) riešenia zabezpečenia sa vytvoria spojením dvochprípadne viacerých rovnakých zariadení do jedného virtuálneho funkčného celku, ktorýsa nám navonok javí ako jedno zariadenie. Prípadná porucha jedného článku tejtoskupiny nenaruší bezporuchový chod celého zariadenia ako celku.Okrem toho môže mať pri bezporuchovej prevádzke toto virtuálne zariadenieomnoho vyšší výkon ako samostatné segmenty daného celku. Výsledný výkon závisíhlavne od spôsobu vyhotovenia tohoto spojenia. Spôsoby vytvorenia „reduntantného“riešenia sú popísané v nasledujúcich bodoch.8.1. Zabezpečenie údajov uchovaných na diskuZabezpečenie údajov uchovaných na disku proti strate sa vykoná spojením skupinydiskových jednotiek do diskového poľa nazývaného RAID. Ide o skratku z anglického„Redundant Array of Inexpensive Disks“, čiže „redundantné pole nenákladnýchdiskov". Toto diskové zložené s viacerých jednotiek sa navonok chová rovnako, akojediný, veľmi rýchly disk a podľa voľby typu tohto poľa dosahujeme rôzne parametrezabezpečenia poprípade rýchlosti tohto výsledného disku. Princíp fungovania tohtosystému spočíva v tom, že Radič ku ktorému sú disky pripojené, dokáže pomocouimplementovanej logiky distribuovať dáta niekoľkým diskovým jednotkám. Krajnýmispôsobmi distribúcie sú pomerné rozdelenie dát medzi diskami (stripping) a zrkadleniedát (mirroring). Medzi týmito extrémami môžeme zvoliť niekoľko kombinácií, rôznevýhodné pre rôzne použitia. Niektoré radiče podporujú ešte tzv. „spanning“, čo jeKVES 51

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácalogické spojenie niekoľkých diskov (rôznych kapacít) do jedného veľkého. Takátozostava sa už nenazíva RAID, ale JBOD (Just Bunch Of Disks - iba zväzok diskov).Technológia RAID poskytuje v porovnaní s jedným diskom vysokú ochranuuložených dát a veľkú rýchlosť prístupu k ním. Vďaka diskovému poľu nehrozí prihavárii jedného disku nebezpečenstvo straty údajov alebo pád bežiaceho systému.Jednotlivé diskové jednotky sú navrhnuté tak, aby bolo možné vymeniť chybný disk zabehu systému, tzv. „Hot swap“.Obr. 8.1. Diskové poleRôzne spôsoby usporiadania diskového poľa tiež implikujú rôzne minimálne počtydiskových jednotiek. Tieto disky by mali mať rovnakú veľkosť, v prípade že tomu taknieje, všetky jednotky využívajú maximálne veľkosť jedného z nich. Môžu byť použitédisky SCSI, ako aj IDE a SATA disky, ktoré sú podstatne lacnejšie. Pokiaľ architektúrapoľa vyžaduje synchronizáciu diskových jednotiek, potom tieto jednotky musia maťrovnakú geometriu.Základnou systémom u vyšších úrovní RAID sú paritné dáta. Vznikajú pri zápise dátdo diskového poľa a sú špeciálnym odrazom pôvodných dát. Dôležité je, že paritné dátasú uložené inde ako originálne.8.1.1. RAID 0 – stripovanieJe diskové pole so stripovaním dát, bez tolerancie chýb. Vyžaduje preimplementáciu minimálne 2 mechaniky. Dáta sú delené do blokov, z ktorých každý jepotom zapisovaný na seprarátny disk. RAID-0 pole je obyčajne konfigurované sveľkými stripmi. Môžu byť tiež sektorovo stripované so synchronizovaným zápisom ačítaním pre jedno - užívateľský režim s dlhosekvenčným prístupom. Zrýchlenie prístupuk veľkým súborom sa tak zrýchli úmerne počtom diskov. Takto dochádza kKVES 52

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácamarkantnému zvýšeniu vstupno výstupnému výkonu s použitím viacerých I/O kanálov azariadení. Najlepší výkon sa dosahuje v prípade delenia dát prostredníctvom viacerýchkontrolérov, pričom každý kotrolér má pripojený iba jeden disk. Rýchlosť takéhoto poľasa rovná rýchlosti najpomalšieho disku. Nevýhodou tohoto usporiadania je že sav podstate nejedná o „pravý“ RAID, nakoľko toto riešenie neposkytuje plnú ochranupred chybami. Výpadok jedného disku spôsobí kompletnú stratu dát v celom poli. Pretopoužitie tohoto poľa v ktoromkoľvek servery OED je neprípustné.Obr. 8.2. Spôsob ukladania dát pre 4 diskové jednotky poľa RAID 08.1.2. RAID 1 – zrkadlenie a duplexingToto pole vyžaduje minimálne 2 diskové zariadenia. Pre dosiahnutie najlepšíchvýkonových charakteristík, musí byť schopný kontrolér previesť dve separátne,konkurenčné čítania na zrkadlený pár, prípadne dva separátne zápisy. Výhodou pola jedvojnásobné množstvo zapisovacích alebo čítacích transakcií v porovnaní sjednoduchými diskami. Taktiež 100 % redundancia dát, pričom pole umožňuje výmenudisku v prípade výpadku bez straty týchto dát. Na nový disk sú potom lenprekopírované potrebné dáta, nie je vyžadovaný kompletný „rebuild“. Pomer transferubloku sa rovná pomeru jednotlivého disku. Pri splnení určitých podmienok môže RAID1 udržať integritu dát aj v prípade výpadku viacerých diskov naraz.Nevýhodou tohto usporiadania poľa je najvyššie diskové preťaženie „overhead“ zpomedzi všetkých RAID technológií (100 % neefektívne). Obvykle sú pri tomto typeRAID riadené všetky funkcie softvérom, čo zaťažuje CPU a celý systém a preto častodochádza k degradácií celkového výkonu pri vysokej záťaži. Preto je silnedoporučovaná hardvérová implementácia tohto systému. Ale aj napriek tomu nieje totodiskové pole vhodné pre implementáciu do serverov OED.KVES 53

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaObr. 8.3. Spôsob ukladania dát pre 8 diskových jednotiek poľa RAID 18.1.3. RAID 2 – samoopravný EEC kódU tohoto poľa je každý bit dátového slova je zapisovaný na dátový disk (napríklad 4diskové jednotky: teda 0 – 3). Každé dátové slovo má svoj samo opravný ECC kód,ktorý sa zaznamenáva na ECC disk. Pri čítaní dát sa prostredníctvom ECC kontrolujeintegrita a správnosť dát a sú opravované jednoduché chyby. Kapacita poľa sa rovnákapacite dátových diskov. Rýchlosť takéhoto poľa sa rovná rýchlosti najpomalšiehodisku. Ak jeden z diskov v RAID 2 spadne, pole pracuje ďalej. Výhody tohto poľa súv korekcií chýb, pole má extrémne vysoké transakčné výkony a čím vyššie požadovanévýkony majú byť, tým vyšší musí byť pomer ECC diskov k dátovým diskom. Tátotechnológia má relatívne jednoduchú architektúru kotrolérov v porovnaní stechnológiami RAID 3,4,5. Nevýhodou je vysoký pomer ECC diskov k dátovýmdiskom čo vykazuje neefektívnosť pri malých dátových slovách. Tento druh diskovéhopoľa je už vhodným k použitiu v OED, avšak má veľmi vysoké zriaďovacie nákladys ohľadom na početnosť EEC jednotiek.Obr. 8.4. Spôsob ukladania dát poľa RAID 2KVES 54

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca8.1.4. RAID 3 – paralelný transfer s paritouPole vyžaduje pre implementáciu minimálne 3 diskov. Dátové bloky sú delené(stripované) a zapisované na dátové disky. Parita delenia je generovaná pri zápise,zaznamenávaná na paritné disky a kontrolovaná pri čítaní. Výhody tohto poľa spočívajúhlavne vo veľmi vysokom výkone čítacích transakcií a výpad disku má veľmi malýdopad na celkový výkon systému. K tomu má toto pole malý pomer ECC (paritných)diskov k diskom dátovým, čo je veľmi efektívne. Nevýhodou je trošku nákladnériešenie ale v aplikáciách OED je tento spôsob tvorby diskového pola vítaný.Obdobne funguje aj RAID 4, toto pole má však paritný disk zložený stripovanímz viacerých diskových jednotiek.Obr. 8.4. Spôsob ukladania dát poľa RAID 38.1.5. RAID 5 – dátové disky s paritouNezávislé dátové disky s narušenými paritnými blokmi RAID 5 vyžaduje preimplementáciu minimálne 3 disky, celý dátový blok je zapisovaný na dátový disk.Parita blokov rovnakej triedy je generovaná pri zápise, ukladaná na paritné disky, aleukladaná nie v kompaktnej podobe a na jedno miesto, a kontrolovaná pri čítaní. Polia súsektorovo stripované údaje cez skupiny jednotiek s uchovaním parity informáciípostupne cyklicky na všetkých diskoch poľa. Kapacita poľa sa rovná kapacita disku.Rýchlosť takéhoto poľa sa rovná rýchlosti najpomalšieho disku. Ak jeden s diskov vRAID-5 spadne, pole pracuje ďalej s tým že chýbajúce stripy sa dopočítajú. Výhodytohto pola spočívajú vo vysokých výkonoch pri čítaní a stredných výkonoch prizapisovaní. Okrem toho má toto pole nízky pomer paritných ECC diskov k dátovým čoznamená vysokú efektivitu. Avšak výpadok disku má stredne vysoký dopad navýkonnosť systému. Toto pole je výhodné pre použitie v OED v aplikáciách kde niejenutný vysoký výkon pri zápise.KVES 55

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaObr. 8.5. Spôsob ukladania dát poľa RAID 58.1.6. RAID 10 – zrkadlenie a stripovanieJe pole s veľmi vysokou spoľahlivosťou kombinovanou s vysokým výkonom. Totopole vyžaduje pre implementáciu minimálne 4 diskové jednotky. Jedná sa v podstateo spojenú technológiu RAID 1 a 0. Za určitých okolností je RAID 10 schopný „ustáť“simultánny výpadok viacerých jednotiek. Nevýhodou je vysoká cena a vysokévyťaženie kvôli tomu že všetky jednotky musia byť nastavované na správnu stopuparalelne čo spôsobí pokles výkonnosti systému. Ale napriek tomu je toto polenajvhodnejšie pre umiestnenie do databázového servera OED vyžadujúceho vysokývýkon a toleranciu chýb.Obr. 8.6. Spôsob ukladania dát poľa RAID 108.2. Zabezpečenie nepretržitého chodu DB serveraZabezpečenie nepretržitého a správneho chodu databázy na DB serveri je jednou zprioritných úloh na ktoré treba prihliadať pri budovaní OED. Docielime to HWkonfiguráciou dvoch alebo viacerých uzlov (počítačov), ktoré dokážu súčasnepristupovať k zdieľaným diskovým priestorom, resp. spoločnému diskovému poľu. Totospojenie do jedného virtuálneho celku sa nazýva „Real Aplication Cluster“ (RAC).KVES 56

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaObr. 8.7. Konfigurácia hardvérového RACTáto technológia poskytuje vysoký výkon, škálovateľnosť, nízke prevádzkovénáklady a nepretržitú dostupnosť. Je možné su vytvoriť na databáze Oracle 9i EnterpriseEdition alebo Oracle 10g Enterprise Edition. Pri vytvorení hardvérového klasterazískame vďaka architektúre RAC systém tzv. kolektívnej operačnej pamäte, pretovýmena dát nemusí prebiehať len na úrovni diskov, ale pokiaľ je to možné aj na úrovnioperačnej pamäti. Systém dokáže dynamicky zabezpečiť vyvážené využitie všetkýchčlenov klastra. V prípade zlyhanie jedného alebo viacerých zo serverov sa záťažautomaticky presmeruje na funkčné uzly. V prípade, že poklesne výkon systému zdôvodu rozšírenia funkcionality aplikačného vybavenia alebo ako dôsledok nárastupočtu súčasne pracujúcich používateľov, je tento systém veľmi jednoduché rozšíriť oďalšie počítače. Celkový výkon systému zlepšuje aj fakt, že jednotlivé SQL operáciedokážu pracovať paralelne na úrovni viacerých procesorov jedného servera, dokonca ajna úrovni viacerých serverov (vlastnosť vhodná na dávkové spracovanie. RACpodporuje transparentné zotavenie porúch (transparent application failover), t.j. vprípade poruchy jedného, resp. viacerých uzlov klastra umožňuje transparentnéopätovné pripojenie používateľa k funkčnému serveru. Výpadok má, samozrejme, zanásledok zníženie výkonu klastra, pretože na funkčných uzloch stúpne záťaž, neohrozíto však dostupnosť kritických dát. DB oracle podporuje aplikovanie záplat na jednotlivéuzly klastra bez akéhokoľvek výpadku. Záplaty sú aplikované na uzly klastra postupne,pričom len ten uzol, ktorý sa patchuje, je neaktívny. Všetky ostatné uzly sú v prevádzke.Pri tejto RAC technológii je možné využiť obrovský výpočtový výkon – značnepresahujúci výkon samostatne pracujúcich počítačov, a to pri veľmi výhodnej cene,KVES 57

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácapretože jeden výkonný server je spravidla neporovnateľne drahší ako viacej menejvýkonných serverov. Akonáhle by ale výkon databázy prestal postačovať, je možnérozšíriť konfiguráciu o ďalší server.8.3. Dlhodobé zálohovanieDlhodobá archivácia dát zálohovanie sa zabezpečuje na pásky typu LTO (LinearTape Open), ktorých trvácnosť ako uvádza výrobca by mala byť viacej ako 30 rokov.Technológia bola vyvinutá spoločnosťami IBM, Hewlett-Packard a Seagate a ponúkakapacitu od 100 do 200 GB nekomprimovaných údajov. Tieto pásky dokážu uchovávaťúdaje pochádzajúce z viacerých serverov pri zálohovacích rýchlostiach až 32 MB/s. Vspojení s technológiou automatickej výmeny pások sa môžu uchovávať masívne objemyúdajov v knižniciach pozostávajúcich zo stoviek pások. To umožňuje spravovať veľkéobjemy údajov z viacerých serverov s bezprecedentnou kontrolou. Zálohovanie dát bymalo byť v systéme vykonávané na dennej báze a malo by byť vykonávanéautomaticky, spustením zo skriptu.KVES 58

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová práca9. ZáverPredmetom tejto diplomovej práce bolo vyhotoviť analýzu možnosti tvorbyenergetického dispečingu pre železničného prepravcu. Úvodom tejto práce pojednávamo spôsoboch napájania trakčného vedenia, čoho záverom je skutočnosť rozdielnej cenyelektriny v prípade jednofázovej trakčnej prúdovej sústavy a jenosmernej trakčnejprúdovej sústavy. Tento paradox je dôsledkom vyžších distribučných poplatkov ujednosmernej trakčnej prúdovej sústavy a taktiež vyšších strát v trakčnom vedení.Následne sa v práci zaoberám analýzou súčastného nákupu elektriny a fakturáciouza jej odber, ktorý sa určuje len na základe približného výpočtu. Výsledkom tejtoanalýzy je zhodnotenie doterajšieho stavu ako nedostačujúceho a návrh nového riešenianákupu elektriny a jej fakturácie za pomoci novo vybudovaného informačného systémuso základným a aplikačným softvérom, ktorý v prvom rade zabezpečí priebežný zber aspracovanie údajov o spotrebe elektrickej energie. Tento informačný systém budevybudovaný ako obchodno-energetický dispečing a umožní prepravcovi plnohodnotnečerpať všetky výhody oprávneného odberateľa a v maximálnej miere eliminovať hrozbys tým súvisiace. V spolupráci s dopravnými dispečingmi bude slúžiť aj ako systémriadenia spotreby elektrickej energie.V nasledujúcej kapitole sa zaoberám zberom diaľkovo prenesených dát z hnaciehodráhového vozidla a definujem štruktúru a spôsob archivácie týchto dát. V náväznostina takto získané dáta pojednávam o ich dispečerskom a obchodnom spracovaní, ktoréhovýsledkom je návrh vytvorenia nových produktov prepravcu voči zákazníkovizakladajúcich sa na spoločnej výhodnosti (nižšia cena služby + nižšie náklady). Vprípade straty alebo nedostupnosti navrhujem vhodnú metódu tvorby náhradných dát ospotrebe.Predmetom nasledujúcej kapitoly je návrh softvérovej štruktúry dispečingu, kdejednoduchou formou definujem základné aplikačné rozdelenie OED požiadavky najednotlivé aplikácie.Koniec práce je venovaný zálohovaniu a zabezpečeniu obchodno energetickéhodispečingu proti možnosti straty údajov alebo výpadku nepretržitej činnosti.KVES 59

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaPoužitá literatúra[1] http://www.sepsas.sk Slovenská elektrizačná prenosová sústava, a.s.[2] http://www.urso.gov.sk/ Úrad pre reguláciu sieťových odvetví[3] GRIGER, V. - GRAMBLIČKA, M. - NOVÁK, M. - POKORNÝ, M.:Prevádzka, riadenie a kontrola prepojenej elektrizačnej sústavy, EDIS 2001[4] KOLCÚŇ, M. - SINČÁK, P. - SZATHMÁRY, P.: Predikené systémy,Technická univerzita Košice 2007[5] DIÓSI, T.: Predikčný model zaťaženia elektrizačnej sústavy trakčnýmiodbermi, Žilina 2001[6] MURGAŠ, J.: Systém merania spotreby trakčnej elektrickej energie nahnacích dráhových vozidlách, Žilina 2007[7] PANINÁR, P.: Priebežný diaľkový prenos dát z hnacích dráhových vozidláchdo dispečerského centra, Žilina 2007KVES 60

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaZoznam prílohPríloha 1. Mapa elektrifikácie ŽSRPríloha 2. Schéma online meracieho reťazcaPríloha 3. Schéma obchodno energetického dispečinguPríloha 4. Príklad LPEX súboru prijatého z HDVPríloha 5. Spotreba činnej elektrickej práce na HDV 131/019Príloha 6. Spotreba činnej elektrickej práce na HDV 240/017Príloha 7. CD s diplomovou prácouKVES 61

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINEDiplomová prácaČestné prehláseniePrehlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pododborným vedením vedúceho diplomovej práce doc. Ing. Milana Nováka, PhD.a konzultanta Ing. Rastislava Gaňu a používal som len literatúru uvedenúv práci.V Žiline dňa 18.5.2007KVES 62