HDO – smart grid fungující již půl století

V posledních letech se stále častěji setkáváme s pojmem smart grids – inteligentní sítě, které mají hrát důležitou roli v budoucím rozvoji energetiky. Možná ne všichni však vědí, že jistý druh inteligentní sítě je u nás i ve světě provozován už více než 50 let. HDO neboli hromadné dálkové ovládání je systém umožňující řízení dodávek elektrické energie na straně spotřeby.

Jelikož je elektřina ve velkých objemech takřka neskladovatelná, musí být v každém okamžiku udržována rovnováha mezi její výrobou a spotřebou. Na jedné straně dochází k regulaci výroby změnou výkonů nebo připojováním či odpojováním zdrojů v elektrizační síti, na straně druhé zapínáním a vypínáním elektrických spotřebičů. Právě pro účely regulace na straně odběratelů se HDO osvědčilo jako vhodný a spolehlivý nástroj. Většina zařízení řízená dálkovým signálem jsou tepelné spotřebiče – elektrické bojlery, akumulační kamna i elektrické přímotopy.

Princip funkce HDO

Hromadné dálkové ovládání využívá ke spínání a vypínání spotřebičů nízkonapěťový signál na frekvenci vyšší než základní. Základ systému tvoří generátory signálu HDO, které jsou zapojeny v distribučních sítích, obvykle v rozvodnách 110/22 kV na straně nižšího napětí a přijímače signálu, jež se nachází u odběratelů. Ovládací signál se z distribučních rozvoden šíří dál skrz celou síť a je úkolem přijímačů ho správně identifikovat a vyhodnotit. Pro správnou funkci systému je nutné vhodně volit kmitočty signálu tak, aby co nejméně podléhal rušení.

V evropských sítích je stanovena základní frekvence na 50 Hz a její vyšší harmonické (zejména liché násobky) mohou způsobit rušení jiných signálů. Proto je třeba se vyhnout používání těchto kmitočtů k účelům řízení. Na území České republiky se proto běžně setkáme se signály HDO na frekvenci 183.3, 283.3 nebo 216.6 Hz, v jiných zemích mohou kmitočty dosahovat až 2000 Hz.

Zpočátku sloužil signál k přepínání mezi denním a nočním režimem – kromě spínání elektrických spotřebičů slouží HDO také k přepínání měření spotřeby elektroměrem. Za zavedením dvousazebních tarifů stála snaha motivovat zákazníky ke snížení zátěže sítě v průběhu dne a k využívání tzv. nočního proudu, který byl levnější z důvodu přebytku elektrické energie v sítí v nočních hodinách. Označení „noční proud“, které je do dnešní doby mnohými stále používáno, je však chybné. Ovládací signál HDO bývá totiž vysílán během dne mnohokrát, správné je tedy používat názvy nízký tarif (NT) a vysoký tarif (VT). Spínání spotřebičů v průběhu dne umožňuje lepší regulaci zatížení sítě.

V závislosti na tarifu, který má zákazník u distribuční společnosti nasmlouván, dochází k spínání spotřebičů v různé okamžiky dne. Za normálních podmínek provozu sítě bývá signál vysílán v předem určených momentech, pokud ale dojde k nutnosti provozních změn vyvolaných náhlými okolnostmi, může být za dodržení daných pravidel HDO použito i pro řešení takovýchto situací.

Vysílače HDO

V počátcích vývoje těchto systémů sloužily ke generaci signálu rotační měniče kmitočtu. Ty však dokázaly generovat pouze signály určitých kmitočtů daných konstrukčním provedením soustrojí (počtem pólů alternátoru). Moderní vysílače HDO jsou tvořeny statickými výkonovými měniči kmitočtu na bázi tyristorových střídačů. Kromě stabilní výstupní frekvence a její snadné regulace se vyznačují nižšími náklady na údržbu a malými rozměry.

Přijímače HDO

Přijímače se nachází přímo u odběratelů elektrické energie. Běžně bývají umístěny v hlavním rozvaděči u elektroměru a zapojeny mezi libovolnou fázi a nulový vodič. Napětí příchozího signálu dosahuje v tomto místě desetin až jednotek voltů. Na začátku přijímače se nachází filtr (rezonanční obvod) naladěný na danou frekvenci ovládacího signálu. Další částí je pak logický prvek, který dekóduje signál a informaci předá dál. Posledním prvkem přijímače je akční člen (spínací zařízení), který řídí zapínání či vypínání ovládaného zařízení (např. elektrický bojler).

Historie HDO

První pokusy zavedení dálkového ovládání pomocí změny kmitočtu se objevily již v Anglii na konci 19. století, tehdy ještě ve stejnosměrných soustavách. V novodobých střídavých sítích se začaly rozvíjet ve 30. letech zejména ve Francii a Německu. Větší pozornosti se systém HDO dočkal po konci druhé světové války.

HDO na českém území

První pokusy byly prováděny v Československu ve 30. letech minulého století, avšak s nástupem války byly ukončeny. V poválečném období se vývojem zabývalo několik společností. K prvnímu komerčnímu nasazení došlo v roce 1960 ve městě Cheb. Pro frekvenci ovládacího signálu byla zvolena hodnota 1050 Hz a signál sloužil mimo jiné ke spínání městského nočního osvětlení. V dalších letech byly vysílače instalovány do různých rozvoden vysokého napětí (100/22 kV, 100/35 kV), přičemž používaná frekvence byla stále 1050 Hz.

V současnosti provozují systémy hromadného dálkového ovládání na území ČR tři distribuční společnosti – PRE, ČEZ a E.ON.

Výhody systému

• Odběratelům přináší snížení nákladů na energii v době nízkého tarifu
• Snižuje zatížení sítě v exponovaných denních dobách
• Umožňuje centrální řízení spotřeby elektrické energie
• Může sloužit k dálkovému spínání zařízení (např. městského osvětlení)

Nevýhody systému

• Signál podléhá rušení v síti
• Spotřebitel může být limitován určenými časy spínání

Zdroj úvodní fotografie: koncar-inem.hr

Reference: Svoboda, J. Systémy hromadného dálkového ovládání, ČVUT