راهنمای عملی برای اتوماسیون زیرстанس هوشمند در توزیع انرژی برق

سیستم خودکار ایستگاه (SAS)، همان‌طور که از نام آن بر می‌آید، با قابلیت جایگزینی عملکردهای خودکار به جای وظایف دستی اپراتور شناخته می‌شود. عملکردهای خودکار نقش مهمی در تضمین عملکرد ایمن و قابل اعتماد انتقال و توزیع برق ایفا می‌کنند. عملکردهای آن شامل، اما محدود به، نظارت، جمع‌آوری داده‌ها، حفاظت، کنترل و ارتباطات دوردست است.

قبلاً، واحد‌های پایانه دوردست (RTU) تنها به عنوان واسط بین تجهیزات سوئیچ برق در سطح فرآیند در ایستگاه‌ها و سیستم مدیریت شبکه شرکت‌های برق برای اهداف نظارتی در مسافت‌های طولانی (به شکل ۱ زیر مراجعه کنید) استفاده می‌شدند.

این واحدها با ورودی‌ها و خروجی‌های متعدد، به عنوان رابط‌های ارتباطی با مراکز کنترل شبکه دوردست تجهیز شده‌اند. واحد‌های پایانه دوردست (RTU) و مرکز کنترل شبکه (NCC) با هم سیستم نظارت و جمع‌آوری داده‌ها (SCADA) را تشکیل می‌دهند، همان‌طور که در شکل ۱ نشان داده شده است.

چندین عملکرد خاص قابل توجه در سیستم خودکار ایستگاه وجود دارد:

• کنترل تغییر ولتاژ (کنترل Load Tap Changer)

• حفاظت از تجهیزات برای بوس‌ها، خطوط، خرج‌ها، ترانسفورماتورها، ژنراتورها و تجهیزات دیگر.

• اجرای قفل‌های خودکار و مکانیزم‌های تغییر سوئیچگر.

• انتقال داده‌های نظارتی به مرکز کنترل.

• حل مشکلات سیستم برق به صورت محلی یا دوردست.

• قراردادن ارتباط با ایستگاه‌های دیگر (درون ایستگاه) و مراکز کنترل منطقه‌ای.

به عنوان مثال، بسیاری از عملکردها در سیستم خودکار ایستگاه (SAS) برای بازیابی خودکار از خرابی‌های تجهیزات یا خرابی‌های کوتاه‌مداری هماهنگ شده‌اند. این عملکردها شامل چندین دستگاه هستند، با تقسیم مسئولیت‌ها بین تجهیزات اصلی (مانند برش‌کن‌ها، ترانسفورماتورها، ترانسفورماتورهای اندازه‌گیری و غیره) و تجهیزات ثانویه (مانند رله‌های محافظ، واحدهای ادغام، دستگاه‌های الکترونیک هوشمند).

شکل ۱ - سیستم خودکار ایستگاه: معماری سیستم‌های SCADA کلاسیک

بنابراین، اتصالات سیم‌پیچ و سیم‌های بین این دستگاه‌ها و تجهیزات پیچیده می‌شود، که نیازمند تلاش قابل توجه و زمان طولانی برای نگهداری، تعمیر، گسترش یا تغییرات است. تلاش‌هایی برای کاهش مقدار سیم‌پیچ و سیم‌بندی با اجرای شبکه‌های ارتباطی سریال در سطوح مختلف سلسله‌مراتب ایستگاه انجام شده است. این تلاش‌ها منجر به راه‌حل‌های اختصاصی توسعه یافته توسط ارائه‌دهندگان تجهیزات ایستگاه شده‌اند.

شرکت‌های بزرگ، از جمله گروه‌های غیرانتفاعی مانند معماری ارتباطات برق (UCA) که از ارائه‌دهندگان تجهیزات ایستگاه و کاربران برق تشکیل شده است، در حال تلاش برای بهبود ارتباطات ایستگاه هستند. آن‌ها این کار را با مشارکت در توسعه استانداردهای بین‌المللی برای بهبود سازگاری عملکردی و پیشنهاد معماری‌هایی که باند بالاتری از شبکه را ارائه می‌دهند انجام می‌دهند. هدف آن است که قابلیت اطمینان ارتباطات هم در داخل ایستگاه‌ها و هم بین ایستگاه‌های مختلف را بهبود بخشند.

معماری سلسله‌مراتبی خودکار ایستگاه در SAS بر اساس پیاده‌سازی‌های فنی طبقه‌بندی شده است. سیستم خودکار ایستگاه شامل سه سطح است: سطح ایستگاه، سطح بی (Bay) و سطح فرآیند (همان‌طور که در شکل ۲ نشان داده شده است). این سطوح می‌توانند برای دستیابی به عملکردهای متنوع استفاده شوند. از نظر مشخصات فنی، ابعاد یک سیستم خودکار ایستگاه (SAS) در ایستگاه‌های انتقال ولتاژ بسیار بالا بزرگتر از آن در ایستگاه‌های توزیع ولتاژ بالا خواهد بود.

در ایستگاه‌های مدرن، سطح بی (Bay) یک ویژگی معمول است، اگرچه در اوایل SAS، مفهوم سطح بی شناخته نشده بود.

معمولاً، سنسورها مقادیر بسیار بزرگ جریان و ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کنند. ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ (CTs/VTs) برای تبدیل مقادیر قابل توجه جریان و ولتاژ به مقادیر استاندارد استفاده می‌شوند که سپس به ورودی‌های رله ارسال می‌شوند. مقادیر مقیاس‌بندی شده معمولاً به ۵ آمپر (۱ آمپر در اروپا) برای جریان و ۱۲۰ ولت برای ولتاژ متناسب هستند. در واقع، رله‌های محافظ یا دستگاه‌های الکترونیک هوشمند مدرن منطق محافظ را پیاده‌سازی می‌کنند.

شکل ۲ - ساختار یک سیستم خودکار ایستگاه که سطوح ایستگاه، بی و فرآیند را نشان می‌دهد

این دستگاه‌ها جریان و ولتاژ الکتریکی را تشخیص می‌دهند و اندازه‌گیری می‌کنند تا مقادیری را محاسبه کنند که توسط منطق محافظ نظارت می‌شوند، مانند جریان الکتریکی در دو طرف یک ترانسفورماتور ولتاژ بسیار بالا (EHV)/ ولتاژ بالا (HV). وقتی یک پارامتر از یک مقدار مشخص (تنظیم pick-up) عبور می‌کند، منطق محافظ بر اساس یک دنباله پیش‌تعیین شده یا الگوریتم کنترل برنامه‌ریزی شده عمل می‌کند. معمولاً، وقتی یک مشکل پیش می‌آید، یک سیگنال trip به برش‌کن مربوطه ارسال می‌شود تا یک خط یا بوس را جدا کند.