Inteligentne sieci energetyczne - zdalne sterowanie i nowe standardy

ZDECENTRALIZOWANE WYTWARZANIE ENERGII

Powstanie inteligentnych sieci energetycznych było odpowiedzią na potrzebę zdecentralizowanego wytwarzania energii. Obecnie obok dużych producentów elektryczności, prąd produkować może również bardzo dużo "niewielkich" wytwórców, w szczególności korzystających ze źródeł odnawialnych - turbin wiatrowych, energii spadku wody, elektrowni biogazowych czy ogniw fotowoltaicznych.

Aby istniała możliwość podłączenia tego typu producentów do sieci energetycznej, musi istnieć możliwość przepływu energii od producenta (np. z generatora prywatnej elektrowni na biogaz) do firmy energetycznej. To duże wyzwanie techniczne, ponieważ transfer musi odbywać się dwukierunkowo, co wymusza również zmiany w szczególności w przypadku transformatorów i ich urządzeń zabezpieczających.

ELEKTROWNIE WIRTUALNE

Bardzo ważne jest, aby w sieci energetycznej utrzymać stałą częstotliwość i wartość napięcia. Jednocześnie energia elektryczna musi być wytworzona w momencie wystąpienia zapotrzebowania na nią. Aby to zapewnić, pomiary parametrów w sieci dokonuje się na bieżąco, a skojarzone z nimi wartości nastawy - zależne od odchylenia od wartości nominalnej - wysyłane są do stacji regulacji napięcia.

W związku z integracją wielu małych źródeł zasilających - począwszy od turbin wiatrowych, na prywatnych bateriach ogniw fotowoltaicznych kończąc - operatorzy sieci energetycznych mają coraz większą trudność ze zbilansowaniem wahań parametrów energii elektrycznych.

Efektywną techniką przeciwdziałania tego typu zmianom częstotliwości jest wykorzystanie "klastrów". Klaster powstaje w wyniku zgrupowania kilku niewielkich źródeł elektryczności, dzięki czemu można traktować je jako pojedyncze duże źródło. Dzięki temu da się zadawać im pożądane wartości. Grupy takie noszą nazwę elektrowni wirtualnych.

INTELIGENTNA SIEĆ ENERGETYCZNA I OPROGRAMOWANIE ZENON ENERGY EDITION

Rozległe sieci energetyczne wyposażone muszą być w systemy nadzoru, aby móc kontrolować przepływ energii w obydwu kierunkach. Wiąże się z tym konieczność zapewniania możliwości monitorowania i wizualizacji - do tego właśnie służy oprogramowanie zenon Energy Edition.

Oprogramowanie to, dzięki kolorowaniu topologicznemu realizowanemu przez moduł automatycznego kolorowania linii (ALC - Automatic Line Coloring), może ilustrować przepływy prądu poprzez zmianę barw. Nawet w systemie, gdzie używane są transformatory, istnieje możliwość precyzyjnego zilustrowania dwukierunkowego przepływu energii elektrycznej.

Oprogramowanie pełni również inną ważną funkcję - zapewnia optymalną komunikację. Aby wdrożyć inteligentną sieć energetyczną, wiele obiektów (np. stacje transformatorowe) musi być wyposażonych w nowoczesne urządzenia, w tym jednostki sterujące, urządzenia IED oraz systemy typu SCADA. W tych zastosowaniach zazwyczaj korzysta się z protokołu komunikacyjnego zgodnego z normą IEC 61850.

W Stanach Zjednoczonych już teraz określa się ją jako normę dotyczącą inteligentnych sieci energetycznych. Nie jest to jednak dostatecznie dobry standard określający przesyłanie danych do systemów zarządzania, gdyż nie został on opracowany z myślą o zastosowaniu w tego typu układach.

Aby zrealizować przesyłanie danych między urządzeniami, użytkownicy oprogramowania zenon mogą skorzystać z modułu zenon Process Gateway, co eliminuje konieczność korzystania z jednostek RTU.

MODUŁ ZENON PROCESS GATEWAY A INTELIGENTNE SIECI ENERGETYCZNE

Standard inteligentnych sieci energetycznych (IEC 61850) sprawdza się w przypadku podstacji, ale nie w przypadku zdalnego sterowania. Natomiast IEC 60870 i DNP3 są tradycyjnymi protokołami wykorzystywanymi w zdalnym sterowaniu.

Oferują one zintegrowane mechanizmy zabezpieczania transmisji danych i można z nich korzystać zarówno w przypadku komunikacji szeregowej, jak i w sieciach Ethernet. Ponadto stacje sterowania siecią i rozdzielnie elektryczne mogą być obsługiwane jedynie przy użyciu tych protokołów. Standardy IEC 60870 i DNP3 mają również inne zalety. Rozważmy przykład, w którym trzeba zarządzać wieloma podstacjami w firmie produkcyjnej.

W takim przypadku dane muszą być dostarczane do dwóch jednostek: po pierwsze do sterowni firmy produkcyjnej, a po drugie do stacji sterującej dostawcy energii elektrycznej. W tym przypadku, aby zapewnić optymalne wyniki, zalecamy wykorzystanie modułu zenon Process Gateway pracującego w dwóch niezależnych trybach. Komunikacja ze sterownią firmy produkcyjnej powinna być realizowana za pomocą OPC, natomiast komunikacja ze stacją sterującą dostawcy energii - z użyciem IEC 60870.

Moduł zenon Process Gateway umożliwia skonfigurowanie wielu jednostek, tak aby zrealizować transmisję różnorodnych danych za pomocą odmiennych protokołów. Jaki ma to związek z koncepcją inteligentnych sieci energetycznych? Jednym z zagadnień w tych ostatnich jest przesyłanie do poziomu nadrzędnego danych z podstacji wykorzystującej standard IEC 61850. Czynione są wysiłki, aby osiągnąć optymalne mapowanie danych z podstacji do protokołu sterowania zdalnego (DNP3 lub IEC 60870).

Czynność ta nosi nazwę "harmonizacji" lub "standaryzacji" i opisana jest między innymi w IEC 61850-80. W normie tej opisano, w jaki sposób dokonywać mapowania danych IEC 61850 do punktów danych protokołu DNP3 lub IEC 60870. Określa ona również, jak łączyć ze sobą pliki konfiguracyjne oparte na formacie XML wykorzystywane przez protokół DNP3 lub IEC 60870.

Dzięki modułowi zenon Process Gateway możliwe jest już łączenie danych z podstacji z protokołem zdalnego sterowania. Wszystkie dane odbierane przez oprogramowanie zenon przez protokół IEC 61850 mogą być przeniesione do punktu danych innego protokołu i przesłane dalej. Moduł zenon Process Gateway stanowi część systemu SCADA zenon, dzięki czemu ma dostęp do wszystkich jego danych.

MODUŁ ZENON PROCESS GATEWAY JAKO PROGRAMOWA JEDNOSTKA RTU

Moduł zenon Process Gateway może być traktowany jako programowa jednostka RTU. Oferuje on wszystkie podstawowe funkcje RTU z tą różnicą, że uruchamiany jest na komputerze. Aby zapewnić maksymalny poziom wsparcia i niezawodności, można uruchomić moduł zenon Process Gateway jako jednostkę RTU jednocześnie na dwóch komputerach, co zapewnia użytkownikom bezpieczeństwo systemu redundantnego.

Tego typu rozwiązanie upraszcza prace inżynierskie, ponieważ dane z podstacji są już w systemie SCADA i nie ma potrzeby przesyłania ich do dodatkowego urządzenia. Łatwo także skonfigurować przesyłanie danych. Trzeba jednak pamiętać, że konfigurowane jest podrzędne urządzenie zdalnego sterowania. Oznacza to, że może zajść konieczność skonfigurowania znacznej ilości parametrów.

Ze względu na to, że konfiguracje podstacji często są do siebie bardzo podobne, niezwykle przydatna jest możliwość ich ponownego wykorzystywania. W module Process Gateway realizowane jest to poprzez prosty mechanizm eksportowania i importowania konfiguracji przy użyciu formatu XML. Dzięki temu pracochłonne konfiguracje mogą być łatwo przenoszone i adaptowane lub edytowane bezpośrednio w pliku XML.

KONFIGURACJA ZABEZPIECZEŃ

Ze względu na to, że moduł zenon Process Gateway pracuje pod kontrolą systemu Windows, istnieje niebezpieczeństwo, że użytkownik przypadkowo go zamknie. Z tego powodu moduł zenon Process Gateway może być obsługiwany również jako niewidoczna aplikacja uruchomiona na komputerze z systemem SCADA. Standardowy program SCADA wyświetla użytkownikowi niezbędne informacje, a dane wysyłane są w tle za pomocą dodatkowej, niewidocznej dla użytkownika aplikacji. Takie podejście skutecznie zapobiega przypadkowemu lub celowemu zamknięciu połączenia z rozdzielnią elektryczną.

PRZETWARZANIE POLECEŃ

Dzięki modułowi zenon Process Gateway system rozdzielni elektrycznej może również służyć w podstacji - np. wysyłając polecenia przełączania. Polecenia z systemu rozdzielni elektrycznej mapowane są przez moduł Process Gateway do przypisanej zmiennej polecenia sterownika zenon. Następnie sterownik przesyła polecenia do przypisanego urządzenia IED (np. sterownika pola rozdzielni), które przełącza główne urządzenie przełączające.

TRANSFER PLIKÓW

System SCADA, taki jak np. zenon, musi również pełnić funkcję swoistej skrzynki pocztowej dla wiadomości z rozproszonych stacji. Jest to szczególnie ważne, gdy występuje zakłócenie powodujące przełączenie przekaźnika zabezpieczającego - wtedy istotne jest, aby przeanalizować zaistniałą sytuację. Nowoczesne przekaźniki zabezpieczające rejestrują w pliku wszystkie istotne wartości, w tym wartości napięć i prądów. Po załączeniu przekaźnika plik może zostać przesłany do systemu SCADA podstacji.

Zazwyczaj osoby, które analizują dzienniki z błędami, nie znajdują się przy podstacji, ale w pobliżu nadrzędnej rozdzielni elektrycznej. Z tego względu ważne jest przesłanie danych o zakłóceniu z systemu SCADA podstacji do systemu rozdzielni elektrycznej. Można to wykonać za pomocą funkcji przesyłania plików implementacji podrzędnej protokołu IEC 60870 modułu zenon Process Gateway. Pozwala to również na przesyłanie plików w obrębie całego systemu - od urządzenia ochronnego (zabezpieczającego) do rozdzielni elektrycznej.

PODSUMOWANIE

Koncepcja inteligentnych sieci energetycznych ulega zmianom wymuszanym przez wymogi stawiane nowoczesnymi instalacjom zasilającym. Firma COPA-DATA oferuje dwie łatwe w obsłudze aplikacje - zenon Energy Edition oraz zenon Process Gateway, które zapewniają dostawcom energii narzędzia potrzebne do zaimplementowania inteligentnej sieci energetycznej. Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o kontakt mailowy: energy@copadata.com.

COPA-DATA
www.copadata.com