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Revisione architetturale del Sistema WAMS – progetto e realizzazione

Revisione architetturale del Sistema WAMS – progetto e realizzazione

Il progetto consisteva in una reingegnerizzazione dal punto di vista architetturale del sistema WAMS (Wide Area Measurement System o Wide Area Monitoring System) di Terna Rete Italia, che lo utilizza per effettuare il monitoraggio dinamico del comportamento del sistema elettrico, con particolare riferimento ai fenomeni oscillatori (transitori), e a supporto delle analisi ex post degli eventi che accadono sulla rete di trasmissione nazionale, con particolare attenzione per la ricostruzione dei disservizi.

Il sistema WAMS rileva in tempo reale, con campionamento ad alta frequenza (intorno ai 20 msec), i valori di modulo e fase (fasori) di tensione e corrente in alcuni punti significativi della Rete di Trasmissione Nazionale, ricevendo le medesime grandezze di alcune stazioni estere, dai relativi TSO (Trasmission System Operator) europei.

Wams – Architettura multilivello

L’esigenza di reingegnerizzazione nasceva principalmente dalla necessità di sostenere l’incremento rilevante del parco apparati installati sulla rete di trasmissione e subtrasmissione (con conseguente aumento del volume di misure da gestire in tempo reale) e dall’incremento del numero di utenti aventi necessità di utilizzo dei dati WAMS fuori linea (con conseguente aumento delle richieste di interrogazione e download dei dati e quindi del carico che il sistema deve sostenere).
La soluzione proposta di reingegnerizzazione verteva sul soddisfacimento delle linee guida del cliente (Terna Rete Italia), secondo cui l’architettura doveva essere rivista in un’ottica multilayer, realizzata attraverso l’inserimento di un PDC (Phasor Data Concentrator) multi-protocollo, ovvero un componente Multiprotocol Phasor Data Concentrator (MPDC), che consentisse una centralizzazione dei dati acquisiti dagli apparati PMU (Phasor Measurement Unit) di campo, andando a costituire un livello di concentrazione intermedio. Oltre a gestire dati sincrofasoriali, il MPDC doveva consentire il monitoraggio degli apparati di misura e l’interfacciamento con altri sistemi real-time (SCADA, EMS, …)
Il MPDC doveva essere in grado di acquisire via protocollo C37.118-2011 in modalità TCP e UDP con campionamento a 20ms e 100ms, via protocollo IEC 60870-5-104 in modalità TCP e UDP, via protocollo IEC 61850 su rete dati locale e geografica (routable goose), acquisizione in real-time via protocolli basati sul paradigma publisher/subscriber (DDS), acquisizione via protocollo streaming basato sul paradigma publisher/subscriber (STTP e Kafka).
I protocolli real-time e streaming menzionati venivano utilizzati per realizzare due differenti bus per la trasmissione dati: un Real Time Bus (DDS) per l’alimentazione real-time di applicativi e tool di analisi in linea e un Big Data Streaming Bus (STTP, Kafka) per l’alimentazione degli archivi e l’interfacciamento con sistemi esterni che sfruttano altre basi dati (sistemi EMS, sistema SCADA, …)
A tutto ciò doveva essere affiancata la realizzazione di un archivio storico a lungo termine in grado di gestire in modo efficiente un minimo di un anno di dati dell’intero parco PMU e la realizzazione di un simulatore di misure sincrofasoriali per condurre test mirati ad identificare le performance di tutti i componenti dell’architettura del sistema WAMS in condizioni di pieno carico, oltre a testare gli algoritmi fuori linea per la detection in real-time di fenomeni elettrici che si manifestano in condizioni di emergenza.

Riferimenti

Il progetto è stato commissionato da Terna Rete Italia a seguito dell’aggiudicazione da parte di AlgoWatt S.p.A. del Lotto 1 della Gara 31979 di Terna Rete Italia: CIG 8248402CA6 – “Servizio di revisione architetturale del sistema WAMS – progetto e realizzazione”.

Approccio alla soluzione e tecnologie adottate

  • Per lo sviluppo del MPDC è stato adottato un approccio a microservizi in ambiente Linux
  • Container: Docker
  • Orchestratore: Kubernetes
  • Implementazione dello standard DDS utilizzata: OpenSplice
  • Data Straming Bus: Apache Kafka
  • Protocollo per lo scambio dati in modo sicuro e real-time: STTP (Stream Telemetry Transport Protocol)
  • High Availability: soluzione architetturale basata su Kubernetes in modalità Cluster Multizona
  • Archiviazione a lungo termine: InfluxDB (timeseries database)
  • Linguaggi di programmazione: Java/C++