Technologie

Integracja systemu lokalizacji i izolacji miejsca zwarcia z inteligentnym systemem sterowania stacją elektroenergetyczną w sieciach Smart Grid

Streszczenie

Poprawa wskaźników SAIDI, SAIFI, wymaga ciągłej modernizacji infrastruktury elektroenergetycznej w aplikacje do zdalnego monitoringu oraz efektywnego sterowania rozproszonymi obiektami w głębi sieci. W artykule przedstawiono rozwiązanie integrujące system inteligentnego sterowania stacją elektroenergetyczną i system lokalizacji i izolacji miejsca zwarcia. Przedstawiono sterownik modułowy SEM pełniący funkcje jednostki centralnej systemów oraz panele operatorskie HMI. Zaprezentowany system przedstawiono w różnych konfiguracjach i o różnym poziomie funkcjonalności dzięki czemu może być stosowany w prostych i bardziej złożonych aplikacjach w sieciach Smart Grid.

Wstęp

Zaletą rozwiązań Smart Grid w obszarze sieci dystrybucyjnej jest zapewnienie automatyzacji oraz monitorowania sieci elektroenergetycznej. Obecnie funkcje związane z monitorowaniem, sterowaniem oraz gromadzeniem danych realizowane są głównie w punktach transformacji WN/SN (GPZ-ty), co utrudnia precyzyjną lokalizację zakłóceń w sieciach SN. Przyczynia się to do wydłużenia czasu braku zasilania odbiorców [zwiększenie współczynników SAIDI, SAIFI], o czas potrzebny na zlokalizowanie miejsca wystąpienia awarii. Z uwagi na obowiązek zapewnienia odpowiedniej jakości i niezawodności zasilania odbiorców energii elektrycznej, rozwój zdalnego sterowania i monitorowania sieci SN staje się koniecznością. Koncepcja sieci inteligentnych zakłada wprowadzenie zdalnego sterowania i monitorowania w wybranych punktach w głębi sieci SN oraz zautomatyzowanie procesów wykonywanych dotychczas przez dyspozytora i brygady pogotowia energetycznego. Do wybranych punktów sieci SN należą: punkty zasilające (PZ), rozdzielnie sieciowe (RS), stacje transformatorowe (ST) SN/nn. (rys. 1)

Rys.1. Schemat sieci SN/nN

Rys.1. Schemat sieci SN/nN

Ważnym elementem dla zapewnienia niezawodności zasilania jest zautomatyzowanie sterowania przepływem mocy w sieci SN. Zastosowanie kompleksowej automatyzacji sterowania i monitoringu sieci pozwala na szybkie i skuteczne odizolowanie uszkodzonego odcinka linii oraz przywrócenie zasilania w pozostałych liniach zmniejszy wskaźniki ilościowej oceny niezawodności zasilania SAIDI i SAIFI.
System CFI( Current Fault Detection & Isolation) jest przeznaczony do lokalizacji i izolacji miejsca wystąpienia zwarć w linii SN. System ma za zadanie zlokalizować miejsce zwarcia, odizolować uszkodzony fragment linii od strony zasilania oraz pozostałych linii dołączonych [1] [2]. Następnie dochodzi do zasilenia odciętych od zasilania sprawnych linii. Układ detekcji sygnałów informujących o przepływie prądu zwarciowego doziemnego i międzyfazowego zbudowany jest przy pomocy przetworników prądowych typu CR i CRR lub rdzeniowych przekładnikach Ferrantiego oraz modułu do pomiaru prądów SEM Exx. Następnie informacja jest przekazywana za pośrednictwem centralnej jednostki SEM Cxx w trybie zdarzeniowym do systemu SCADA. Łączność może być przeprowadzona poprzez sieć GSM za pomocą wbudowanego w module SEM Cxx modemu. (rys. 2)

Rys. 2. CFI - System Lokalizacji i Izolacji Zwarć

Rys. 2. CFI – System Lokalizacji i Izolacji Zwarć

System CFI:

  • realizuje algorytmy monitorowania, zabezpieczeń i sterowania zgodnie z zaprojektowaną logiką działania;
  • steruje łącznikami stacji węzłowej;
  • mierzy wartości wielkości elektrycznych (prądów i napięć) w stacji węzłowej;
  • współpracuje z przetwornikami prądowymi typu CR/CRR;
  • jest bezobsługowy, w pełni skalowalny i może być elastycznie rozbudowywany;
  • można integrować z innymi systemami, np.: SCADA, EMS, GIS lub GIT SEM;
  • wyposażony jest w łącza komunikacyjne: GSM, ETHERNET, RS-232, RS-485/422, USB;
  • obsługuje protokoły: DNP 3.0, IEC 60870-5-104, MODBUS-TCP, MODBUS-RTU.

Centralnym elementem systemu jest moduł SEM Cxx o bogatych możliwościach funkcjonalnych, komunikacyjnych i realizacji logiki użytkownika PLC. System współpracuje z:

  • SEM Bxx – wejścia i wyjścia binarne,
  • SEM Exx – pomiar prądów i napięć.
Rys. 3. SSC – System Inteligentnego Sterowania Stacją elektroenergetyczną.

Rys. 3. SSC – System Inteligentnego Sterowania Stacją elektroenergetyczną.

System SSC (Station Smart Control) przeznaczony jest do zarządzania inteligentnymi stacjami elektroenergetycznymi będącymi elementami sieci Smart Grid z uwzględnieniem zaprojektowanej przez użytkownika logiki działania[3][4][5]. SSC integruje w sobie funkcjonalność telemechaniki stacyjnej, pomiary, algorytmy zabezpieczeń i automatyk stacyjnych oraz sterowanie aparaturą łączeniową z uwzględnieniem uprawnień i uwarunkowań technicznych procesu technologicznego.
Centralnym elementem systemu jest moduł SEM Cxx o bogatych możliwościach funkcjonalnych, komunikacyjnych i realizacji logiki użytkownika PLC. System może być wyposażony w moduły:

  • SEM Bxx – wejścia i wyjścia binarne,
  • SEM Exx – pomiar prądów i napięć,
  • SEM SCxx – sterowanie i monitoring aparatów łączeniowych,
  • PANx – panele operatorskie HMI.

Moduł centralny pełni funkcje sterownika telemechaniki, bramy komunikacyjnej z systemami nadzoru oraz jednostki bazowej dla lokalnych paneli HMI. Za pośrednictwem panelu typu PAN 7 można monitorować pracę wszystkich elementów systemu, edytować ich konfigurację i zmieniać zaprojektowane logikę (profile pracy).
System SSC współpracuje z odłączalnymi panelami HMI typu PAN 1 i PAN 7. Za ich pośrednictwem można wykonywać operacje łączeniowe, zmieniać tryb sterowania, zmieniać parametry i tryb pracy modułu.
Wykorzystanie wspólnych mechanizmów sprzętowo programowych pozwala na efektywną i szybką integrację obydwu systemów co zmniejsza czas uruchomienia systemu co w chwili modernizacji jest istotnym czynnikiem. Na rysunku 6 przedstawiono przykład integracji systemu CFI i SSC

Rys. 4. Sterownik modułowy SEM

Rys. 4. Sterownik modułowy SEM

Podsumowanie

Rys. 5. Panele odłączalne HMI

Rys. 5. Panele odłączalne HMI

Zastosowanie systemów do monitoringu i sterowania rozproszonymi obiektami i stacjami SN zmienia jakość w ich obsłudze oraz w znaczącym stopniu wpływa na poprawę wskaźników ceny ciągłości dostaw energii elektrycznej. Cechą wspólną prezentowanego systemu jest sterownik modułowy SEM oraz współpracujące z nim sensory, podzespoły oraz panel HMI pozwalają tworzyć systemy dostosowane do różnych obiektów i potrzeb klienta. Sterowniki SEM zostały zaprojektowane tak, aby spełnić rosnące wymagania dotyczące wymiarów, poboru energii, funkcjonalności, skalowalności oraz możliwości komunikacyjnych. Rozwiązanie wychodzi naprzeciw oczekiwaniom użytkowników i dzięki szerokiej gamie modułów rozszerzeń pozwala na dostosowanie układu do wymagań obiektu elektroenergetycznego.
Przedstawione rozwiązanie kierowane są do operatorów sieci elektroenergetycznych oraz dużych zakładów przemysłowych posiadających własną rozbudowaną infrastrukturę elektroenergetyczną. Skalowalność rozwiązania pozwala na budowanie systemu etapami oraz integrację z innymi systemami do zarządzania i monitoringu sieci elektroenergetycznej.

Rys. 6. Integracja systemów CFI i SSC.

Rys. 6. Integracja systemów CFI i SSC.

Literatura

[1] strona www.energetyka.itr.org.pl
[2] „SEM – modułowy sterownik Smart Grid do węzłowych stacji transformatorowych SN/nn”; Maciej Andrzejewski, Radosław Przybysz, Paweł Wlazło; elektro Info 9/2015r.
[3] „Nowa jakość pomiaru prądów za pomocą sensorów PCB w rozdzielnicach energetycznych”; Aleksander Lisowice, Andrzej Nowakowski, Paweł Wlazło; Acta Energetica 6/2015r.
[4] „Logika programowalna w urządzeniach EAZ dla sieci Smart Grid”; Maciej Andrzejewski, Paweł Wlazło; Wiadomości Elektrotechniczne 11/2013r.
[5] „Aplikacje modułowego sterownika SEM w sieciach Smart”; Krzysztof Broda, Karol Makowiecki, Paweł Wlazło; Urządzenia dla energetyki 09/2016r.

mgr inż. Krzysztof Broda, mgr inż. Karol Makowiecki, mgr inż. Paweł Wlazło
Instytut Tele-i Radiotechniczny

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top