Πρακτικός οδηγός για την ευφυή αυτοματοποίηση υποσταθμίων στην κατανομή ηλεκτρικής ενέργειας
Το σύστημα αυτοματοποίησης υποσταθμίων (SAS), όπως προκύπτει από την ονομασία του, διακρίνεται από την ικανότητά του να αντικαθιστά μηχανογραφημένες λειτουργίες για εργασίες που εκτελούνται χειροκίνητα από τον τεχνικό. Οι μηχανογραφημένες επιχειρήσεις παίζουν κρίσιμο ρόλο στην εγγύηση της ασφάλειας και της αξιοπιστίας της λειτουργίας της μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι λειτουργίες του περιλαμβάνουν, αλλά δεν περιορίζονται, στην παρακολούθηση, τη συλλογή δεδομένων, την προστασία, τον έλεγχο και την απομακρυσμένη επικοινωνία.
Προηγουμένως, οι Μονάδες Απομακρυσμένων Τερματικών (RTUs) χρησιμοποιούνταν αποκλειστικά ως μεσολαβητές μεταξύ της εξοπλισμού ηλεκτρικής ενέργειας σε επίπεδο διαδικασίας στις υποσταθμίδες και του συστήματος διαχείρισης δικτύου των εταιρειών για σκοπούς μακρινής εποπτείας (δείτε το Σχήμα 1 παρακάτω).
Αυτές οι μονάδες είναι εξοπλισμένες με πολλαπλά εισερχόμενα και εξερχόμενα, λειτουργώντας ως διεπαφές επικοινωνίας με απομακρυσμένα κέντρα ελέγχου δικτύου. Οι Μονάδες Απομακρυσμένων Τερματικών (RTUs) και το Κέντρο Ελέγχου Δικτύου (NCC) από κοινού συνθέτουν το Σύστημα Εποπτικού Ελέγχου και Συλλογής Δεδομένων (SCADA), όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.
Υπάρχουν πολλές σημαντικές συγκεκριμένες λειτουργίες του συστήματος αυτοματοποίησης υποσταθμίων:
Για παράδειγμα, πολλές λειτουργίες στο Σύστημα Αυτοματοποίησης Υποσταθμίων (SAS) συντονίζονται για την αυτόματη επαναφορά από παρακμών εξοπλισμού ή παρακμών κατάλογου. Αυτές οι λειτουργίες εμπλέκουν πολλά συσκευές, με τις ευθύνες τους να κατανέμονται μεταξύ πρωτογενούς εξοπλισμού (όπως διαχωριστικά, μετατροπείς, μετρικοί μετατροπείς κλπ.) και δευτερεύοντος εξοπλισμού (όπως προστατικά ρελέ, μονάδες συνένωσης, νοηματικά ηλεκτρονικά συστήματα).
Σχήμα 1 - Το Σύστημα Αυτοματοποίησης Υποσταθμίων: Αρχιτεκτονική Κλασικών Συστημάτων SCADA
Ως αποτέλεσμα, οι συνδέσεις καλωδιών και καλωδίων μεταξύ αυτών των συσκευών και εξοπλισμών γίνονται πολύπλοκες, απαιτώντας σημαντικό χρόνο και προσπάθεια για την διατήρηση, την επισκευή, την επέκταση ή τις τροποποιήσεις. Έχουν γίνει προσπάθειες για τη μείωση της ποσότητας καλωδίων και καλωδιών μέσω της εφαρμογής σειριακών δικτύων επικοινωνίας σε διάφορα επίπεδα της ιεραρχίας της υποσταθμίδας. Αυτές οι πρωτοβουλίες οδήγησαν σε ειδικές λύσεις που αναπτύχθηκαν από παρόχους εξοπλισμού υποσταθμίων.
Μεγάλες εταιρείες, συμπεριλαμβανομένων μη κερδοσκοπικών ομάδων όπως η Αρχιτεκτονική Επικοινωνίας Υπηρεσιών (UCA) που αποτελείται από παρόχους εξοπλισμού υποσταθμίων και χρήστες υπηρεσιών, εργάζονται ενεργά για τη βελτίωση της επικοινωνίας στις υποσταθμίδες. Κάνουν αυτό συμμετέχοντας στην ανάπτυξη διεθνών προτύπων για την ενίσχυση της λειτουργικής συμβατότητας και προτείνοντας αρχιτεκτονικές που παρέχουν υψηλότερη ζώνη δικτύου. Το στόχο είναι να βελτιωθεί η αξιοπιστία της επικοινωνίας τόσο εντός υποσταθμίδων όσο και μεταξύ διαφορετικών υποσταθμίδων.
Η ιεραρχική αρχιτεκτονική της αυτοματοποίησης υποσταθμίων στο SAS κατηγορίζεται με βάση τις τεχνολογικές εφαρμογές. Το σύστημα αυτοματοποίησης υποσταθμίων αποτελείται από τρία επίπεδα: το επίπεδο σταθμού, το επίπεδο θέσης και το επίπεδο διαδικασίας (όπως φαίνεται στο Σχήμα 2). Αυτά τα επίπεδα μπορούν να εκμεταλλευτούν για την επίτευξη διαφορετικών λειτουργιών. Σε ό,τι αφορά τις τεχνικές προδιαγραφές, οι διαστάσεις ενός συστήματος αυτοματοποίησης υποσταθμίων (SAS) σε υποσταθμίδες μεταφοράς υπερύψης τάσης θα είναι μεγαλύτερες σε σύγκριση με εκείνες σε υποσταθμίδες διανομής υψηλής τάσης.
Σε σύγχρονες υποσταθμίδες, το επίπεδο θέσης είναι μια κοινή χαρακτηριστική, αν και στις πρώιμες ημέρες του SAS, το επίπεδο θέσης δεν αναγνωρίζονταν.
Συνήθως, οι αισθητήρες μετρούν εξαιρετικά μεγάλες μεγεθών ρεύματος και τάσης. Οι μετατροπείς ρεύματος και τάσης (CTs/VTs) χρησιμοποιούνται για να μετατρέψουν σημαντικά ποσά ρεύματος και τάσης σε πρότυπες τιμές, οι οποίες στη συνέχεια εισάγονται στις εισόδους των ρελέ. Οι επιμερισμένες τιμές συνήθως αντιστοιχούν σε 5A (1A στην Ευρώπη) για το ρεύμα και 120 βολτ για την τάση. Στην ουσία, τα προστατικά ρελέ ή τα σύγχρονα νοηματικά ηλεκτρονικά συστήματα εφαρμόζουν την προστατική λογική.
Σχήμα 2 - Η δομή ενός Συστήματος Αυτοματοποίησης Υποσταθμίων που απεικονίζει τα επίπεδα σταθμού, θέσης και διαδικασίας
Αυτές οι συσκευές ανιχνεύουν και μετρούν τα επίπεδα ηλεκτρικού ρεύματος και τάσης για τον υπολογισμό συγκεκριμένων τιμών που παρακολουθούνται από την προστατική λογική, όπως το ηλεκτρικό ρεύμα στις δύο διαφορετικές πλευρές ενός μετατροπέα υπερύψης τάσης (EHV)/υψηλής τάσης (HV). Όταν ένας παράμετρος υπερβαίνει μια καθορισμένη τιμή (pickup setting), η προστατική λογική θα ενεργήσει σύμφωνα με μια προκαθορισμένη ακολουθία βημάτων ή ένα προγραμματισμένο αλγόριθμο ελέγχου. Συνήθως, όταν προκύπτει ένα πρόβλημα, ένα σήμα αποσύνδεσης στέλνεται στο αντίστοιχο διαχωριστικό για να απομονώσει μια γραμμή ή μια βάση.
