Praktische gids voor slimme substation automatisering in elektriciteitsverdeling
Het substationautomatiseringssysteem (SAS), zoals de naam al aangeeft, onderscheidt zich door zijn vermogen om geautomatiseerde functies te vervangen voor handmatige operatoren taken. Geautomatiseerde operaties spelen een cruciale rol bij het waarborgen van de veilige en betrouwbare werking van elektriciteitsverdeling en -transmissie. De functies omvatten, maar zijn niet beperkt tot, monitoring, gegevensverzameling, bescherming, controle en externe communicatie.
Vroeger werden alleen afstandsbedienings-eenheden (RTUs) gebruikt als tussenpersonen tussen de elektrische schakelinstallaties op procesniveau in substations en het netwerkbeheersysteem van nutsbedrijven voor langeafstandsbewaking (zie figuur 1 hieronder).
Deze eenheden zijn uitgerust met meerdere ingangen en uitgangen en dienen als communicatieinterfaces naar afgelegen netwerkcontrolecentra. De Afstandsbedienings-eenheden (RTUs) en het Netwerk Controle Centrum (NCC) vormen samen het Supervisory Control and Data Acquisition-systeem (SCADA), zoals weergegeven in figuur 1.
Er zijn verschillende opmerkelijke specifieke functies van het substationautomatiseringssysteem:
Bijvoorbeeld, veel functies in het Substation Automatisering Systeem (SAS) worden gecoördineerd om automatisch te herstellen van apparatuur storingen of kortsluitingen. Deze functies omvatten meerdere apparaten, waarbij de verantwoordelijkheden verdeeld zijn tussen primaire apparatuur (zoals circuitbrekers, transformatoren, meettransformatoren, etc.) en secundaire apparatuur (zoals beschermrelais, fusie-eenheden, intelligente elektronische apparatuur).
Figuur 1 - Het Substation Automatisering Systeem: Architectuur van klassieke SCADA-systemen
Daarom worden de bedrading en verbindingen tussen deze apparaten en apparatuur complex, waardoor aanzienlijke inspanningen en tijd nodig zijn voor onderhoud, reparatie, uitbreiding of aanpassingen. Er zijn pogingen ondernomen om de hoeveelheid bedrading en kabels te verminderen door seriële communicatienetwerken op verschillende niveaus van de substation hiërarchie te implementeren. Deze initiatieven hebben geleid tot proprietaire oplossingen die zijn ontwikkeld door substationapparatuur leveranciers.
Grote bedrijven, inclusief non-profitorganisaties zoals de Utility Communication Architecture (UCA), die bestaat uit substationapparatuur leveranciers en nutsbedrijf gebruikers, werken actief aan de verbetering van substationcommunicatie. Ze doen dit door deel te nemen aan de ontwikkeling van internationale normen om functionele compatibiliteit te verbeteren en architecturen voor te stellen die hogere netwerkbandbreedte bieden. Het doel is om de betrouwbaarheid van de communicatie zowel binnen substations als tussen verschillende substations te verbeteren.
De hiërarchische architectuur van substationautomatisering in SAS wordt ingedeeld op basis van technologische implementaties. Het substationautomatiseringssysteem bestaat uit drie niveaus: het stationniveau, het baaniveau en het processniveau (zie figuur 2). Deze niveaus kunnen worden ingezet om diverse functionaliteit te bereiken. Op technisch gebied zullen de afmetingen van een substationautomatiseringssysteem (SAS) in extra hoogspanningsoverbrengingssubstations groter zijn vergeleken met die in hoogspanningsdistributiestations.
In moderne substations is het baaniveau een algemeen kenmerk, hoewel in de begindagen van SAS het concept van het baaniveau niet werd erkend.
Meestal meten sensoren zeer grote stroom- en spanningwaarden. Stroom- en spanningsgetransformeerders (CTs/VTs) worden gebruikt om grote hoeveelheden stroom en spanning om te zetten in gestandaardiseerde waarden, die vervolgens worden ingevoerd in relais-ingangen. De geschaalde waarden komen overeen met 5A (1A in Europa) voor stroom en 120 Volt voor spanning. In essentie implementeren beschermrelais of moderne intelligente elektronische apparatuur de beschermlogica.
Figuur 2 - De structuur van een Substation Automatisering Systeem met station, baan en processenniveaus
Deze apparaten detecteren en meten elektrische stroom- en spanningwaarden om bepaalde waarden te berekenen die door de beschermlogica worden bewaakt, zoals de elektrische stroom aan beide zijden van een Extra Hoogspannings (EHV)/Hoogspannings (HV) transformatoren. Wanneer een parameter een gespecificeerde waarde overschrijdt (pickup instelling), zal de beschermlogica handelen volgens een vooraf gedefinieerde reeks stappen of een geprogrammeerd controlealgoritme. Meestal wordt bij het optreden van een probleem een tripsignaal verzonden naar de corresponderende circuitbreker om een lijn of bus te isoleren.
