Běžné problémy a jejich řešení v systémech automatizace podstanic

1. Strukturální klasifikace systémů automatizace podstanic
1.1 Rozdělená struktura systému

Rozdělená struktura systému je technická architektura, která realizuje sběr dat a kontrolu prostřednictvím spolupráce mnoha decentralizovaných zařízení a řídících jednotek. Tento systém se skládá z několika funkčních modulů, včetně monitorovacích a úložných jednotek dat. Tyto moduly jsou propojeny prostřednictvím spolehlivé komunikační sítě a dosahují automatizačních operací podstanic podle předem nastavené kontroly logiky a strategií.

V rozdělené struktuře má každá jednotka nezávislou výpočetní sílu a rozhodovací funkce, což umožňuje automatickou kontrolu a diagnostiku poruch v lokální oblasti.

Zároveň mohou tyto jednotky data v reálném čase odesílat do centralizovaného řídicího systému a podstanice mohou být centrálně spravovány prostřednictvím vzdáleného monitorovacího platformy. V porovnání s tradičními centralizovanými řídicími systémy mají rozdělené systémy vyšší flexibilitu a redundanci, což efektivně minimalizuje dopad jednohodnotových selhání a zvyšuje stabilitu a spolehlivost systému. Rozdělená struktura systému může podporovat složitější automatizační funkce, což umožňuje podstanicím flexibilně reagovat na složité prostředí elektrické sítě a zajišťuje bezpečnost a stabilitu dodávky energie.

1.2 Centralizovaná struktura systému

Centralizovaná struktura systému má jako jádro centrální řídící jednotku a spravuje a koordinuje fungování různých zařízení v podstanici prostřednictvím centralizovaných funkcí zpracování a řízení dat. Tato struktura se skládá z centrálního řídicího systému a inteligentních elektronických zařízení. Centrální řídicí systém je odpovědný za přijímání a zpracování dat od různých zařízení a vydávání příkazů podle řídicích strategií pro dosažení unifikovaného řízení a správy různých zařízení v podstanici.

V centralizovaném systému jsou všechny funkce monitorování a řízení soustředěny v centrální řídící jednotce a různá zařízení v podstanici jsou propojena prostřednictvím vysokorychlostní komunikační sítě. Ačkoli tato struktura má vysokou jednotu a pohodlí v systémové správě a údržbě, jelikož všechny procesy řízení a rozhodování závisí na jednom centrálním řídicím systému, pokud by tento centrální systém selhal, mohlo by to vést ke ztrátě kontroly nebo přerušení provozu celé podstanice, což by mohlo ovlivnit bezpečnost a spolehlivost elektrického systému.

1.3 Hierarchická struktura systému

Hierarchická struktura systému je architektura, která rozděluje funkce systému do několika vrstev, kde každá vrstva nezávisle zodpovídá za specifické úkoly. Tato struktura obvykle zahrnuje čtyři hlavní vrstvy: poleovou vrstvu, řídicí vrstvu, monitorovací vrstvu a správcovskou vrstvu. Datovým výměnám a koordinaci řízení mezi jednotlivými vrstvami se provádí prostřednictvím vysokorychlostní komunikační sítě.Poleová vrstva je na spodku systému a je hlavně tvořena inteligentními zařízeními a relé ochrannými zařízeními v podstanici. Poleová vrstva je odpovědná za základní operace, jako je sběr elektrotechnických parametrů, monitorování stavu zařízení a provádění místní automatické kontroly.

Řídicí vrstva se nachází mezi poleovou vrstvou a monitorovací vrstvou a je hlavně tvořena vzdálenými terminálovými jednotkami a programovatelnými logickými kontroléry. Řídicí vrstva je odpovědná za získávání dat z poleové vrstvy a řízení poleových zařízení podle řídicí logiky a operačních strategií, což umožňuje automatizované plánování zařízení v podstanici.Monitorovací vrstva se nachází v horní střední části systému a je obvykle tvořena supervizorním systémem řízení a akvizice dat (SCADA). Monitorovací vrstva je odpovědná za centrální zpracování a ukládání dat z řídicí a poleové vrstvy, reálného času monitorování provozu podstanice a poskytování funkcí, jako jsou alarmy a správa zařízení.

Správcovská vrstva je na vrcholu systému a je hlavně odpovědná za komplexní správu a podporu rozhodování podstanice. Správcovská vrstva poskytuje funkce, jako je celkové monitorování a správa údržby elektrického systému, aby zajistila koordinovaný provoz podstanice v celé elektrické síti.

2. Běžné poruchy v systémech automatizace podstanic
2.1 Poruchy komunikační sítě

Komunikační síť systému automatizace podstanic hraje klíčovou roli v moderních elektrických systémech, kde je odpovědná za realizaci reálného času přenosu dat a sdílení informací mezi různými zařízeními. Nicméně, poruchy komunikační sítě mohou vážně ovlivnit automatizované řízení a vzdálené monitorování podstanic, což vedou k nestabilitě provozu elektrického systému.

Komunikační zařízení mohou selhat kvůli stárnutí nebo problémům s kvalitou. Poškození hardwaru switchů nebo routerů může zabránit normálnímu předávání dat a odpojení přenosových linek může vést k přerušení komunikace. Problémy s napájením jsou také důležitou příčinou hardwarových selhání. Nestabilní zdroj napájení může zabránit správnému fungování komunikačního zařízení.

V komunikační síti podstanic může elektromagnetické rušení generované během provozu zařízení ovlivnit kvalitu komunikačních signálů, zejména pro nízkofrekvenční signály nebo bezdrátovou komunikaci. Silné elektrické a magnetické pole generované vysokonapěťovými zařízeními v elektrickém systému také mohou způsobit oslabení nebo zkreslení signálů, což ovlivňuje spolehlivost přenosu dat. Oslabení signálu v dlouhých přenosových linech je také běžným problémem, zejména při použití kabelové komunikace. Signál se postupně oslabuje během přenosu, což může zabránit přijímacímu konci v přesném přijetí dat.

2.2 Poruchy akvizice dat

Akvizice dat v systému automatizace podstanic je základem pro realizaci vzdáleného monitorování a dispečerské správy. Systém akvizice dat je odpovědný za získávání reálných dat z různých zařízení v podstanici a jejich přenos do centrálního řídicího systému nebo SCADA systému. Pokud dojde k poruše akvizice dat, může to ovlivnit normální provoz podstanice a dokonce ohrozit bezpečnost elektrického systému.

Systém akvizice dat se spoléhá na velké množství hardwarových zařízení. Pokud tato zařízení selžou, akvizice dat nemůže probíhat normálně. Poškození nebo stárnutí senzorů může vést k nepřesnému měření klíčových parametrů, jako je proud nebo teplota. Selhání napájení vzdálených terminálových jednotek (RTU) nebo inteligentních elektronických zařízení (IED) může zabránit startu zařízení nebo způsobit, že přestanou pracovat, což ovlivňuje přenos a akvizici dat.

Akvizice dat závisí na stabilní komunikační síti pro přenos dat z poleových zařízení do centrálního řídicího systému. Pokud dojde k poruše komunikační sítě, jako je ztráta signálu nebo zpoždění přenosu dat, vedou k selhání akvizice dat. Problémy, jako jsou poškozené komunikační linky, vadné síťové přepínací zařízení nebo nekompatibilita protokolů, budou přímo ovlivňovat spolehlivost a reálnou dobu přenosu dat.

Pokud jsou zařízení v systému akvizice dat špatně nakonfigurována nebo kalibrována, shromažďovaná data mohou být nepřesná nebo ztracená. Pokud zařízení nejsou při instalaci nakonfigurována s parametry podle specifikací nebo nejsou pravidelně kalibrována později, je také snadné, aby došlo k chybám v akvizici dat. Normální fungování systému akvizice dat závisí na podpoře odpovídající software platformy nebo programu. Pokud existují díry v softwaru nebo nekompatibilita verzí, akvizice dat nemusí být provedena normálně.

2.3 Poruchy falešných poplachů

V běžném provozu systému automatizace podstanic může systém sledovat stav elektrického zařízení v reálném čase a vydávat signály poplachu, aby bylo možné přijmout odpovídající opatření včas. Nicméně, falešné poplachy jsou jedním z běžných typů poruch v automatizačních systémech. Falešné poplachy mohou ovlivnit normální práci personálu, vedou k ztrátě zdrojů a zbytečnému rušení. V těžkých případech mohou dokonce vést k nesprávným nouzovým reakcím.

Funkce poplachu v systému automatizace podstanic obvykle závisí na nastavených prahových hodnotách. Pokud jsou tyto prahové hodnoty nastaveny příliš citlivě nebo neodpovídají skutečným provozním podmínkám, mohou docházet k častým falešným poplachům. Velké kolísání napětí nebo přechodné změny zařízení za určitých provozních podmínek mohou být mylně brány za poruchy, což vede k vypnutí poplachu. Proto je důležité správné nastavení prahových hodnot pro prevenci falešných poplachů.

Operativní chyby operátorů jsou také běžnou příčinou falešných poplachů. Během konfigurace systému nebo ladění zařízení mohou chyby operátorů vést k nereálným podmínkám poplachu nebo aktivaci falešných poplachů. Pokud operátoři nekonfigurují systém podle standardních pracovních postupů nebo nekalibrují parametry poplachu při výměně zařízení, stav zařízení může nesplňovat podmínky poplachu, což vede k falešným poplachům.

3. Op