راه حل استفاده از RTU در صنعت برق
سیستم اسکادا در صنعت برق در دهه گذشته پیشرفت و توسعه چشم گیری را به خود دیده است. با توجه به گسترش صنعت برق و افزایش تولید کنندگان و مصرف کنندگان، اهمیت فعالیت هایی نظیر تولید پراکنده، انرژی های تجدید پذیر، بارگذاری و بارزدایی، مانور کلیدهای قدرت، اتوماسیون پست های توزیع و فیدرها، تشخیص و رفع خطا، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. وجود تولید کنندگان متعدد در شبکه با ظرفیت های متفاوت مستلزم وجود یک سامانه مدیریتی است تا کم و کیف تولید این واحدها را پایش نماید. همچنین با گسترش شبکه توزیع، احتمال وقوع خطاهای بیشتری وجود داشته که جهت کاهش خاموشی نیازمند مانور بیشتر کلیدهاست. علاوه بر این، تغییر وضعیت و یا سرویس دهی در نقاط با فاصله طولانی یا مسیر های پر ترافیک مستلزم وجود تعداد زیادی اپراتور و هزینه های بالای بهره برداری، نگهداری، رفت و آمد و قبول خطاهای ناشی از عملکرد اشتباه و یا تاخیرات آنها می باشد. اتوماسیون پست های توزیع زمینی و هوایی قسمتی از راه حل رفع مشکلاتی از این قبیل می باشد.
شرکت البرز میکرو سیستم با توجه به تجربه و سابقه طولانی در حوزه ی سیستم های اتوماسیون صنعتی و اسکادا توانسته است دراین حوزه به خوبی نقش ایفا کرده و راه حل های صنعت برق خود را در ۵ دسته تولید پراکنده (نیروگاه های مقیاس کوچک)، انرژی های تجدید پذیر، اتوماسیون کلیدهای هوایی، اتوماسیون پست های زمینی و شبکه های هوشمند ارائه کند.
تولید پراکنده و نیروگاه های مقیاس کوچک
در دهه های اخیر، تجدید ساختار صنعت برق و همچنین خصوصی سازی این صنعت، در برخی کشورها اعمال گشته است. طی این مدت، به خاطر بالا بردن بازده بهره برداری و تشویق سرمایه گذاران، صنعت برق دستخوش تغییرات اساسی از لحاظ مدیریت و مالکیت گردیده است، به طوری که برای ایجاد فضای رقابتی مناسب، بخش های مختلف آن از جمله تولید، انتقال و توزیع از هم مستقل گردیده اند. در محیط تجدید ساختار یافته صنعت برق، متقاعد نمودن بازیگران بازار به سرمایه گذاری در پروژه های چندین میلیارد دلاری تولید و انتقال توان آسان نیست.
این تغییر و تحولات از یک طرف و عواملی همچون آلودگی محیط زیست، مشکلات احداث خطوط انتقال جدید و پیشرفت فناوری در زمینه اقتصادی نمودن ساخت واحدهای تولیدی در مقیاس کوچک در مقایسه با واحدهای تولیدی بزرگ از طرف دیگر، باعث افزایش استفاده از واحدهای تولیدی کوچک تحت عنوان “تولیدات پراکنده (DG)” یا نیروگاه های مقیاس کوچک گردیده است که به طور عمده به شبکه های توزیع متصل شده و نیازی به خطوط انتقال ندارند. اکثر تکنولوژی های تولید پراکنده در جنبه های متعدد مانند عملکرد، اندازه و قابلیت گسترش، انعطاف پذیر هستند. ضمن اینکه استفاده از تولید پراکنده باعث یک عکس العمل قابل انعطاف به مقداردهی قیمت برق می گردد. شبکه های توزیع معمولا به صورت شعاعی طراحی می شوند که هیچ ژنراتوری در سمت بار وجود ندارد. بنابراین وجود ژنراتور در شبکه توزیع روی توان جاری شده و شرایط ولتاژ بار و تجهیزات شبکه الکتریکی تأثیر می گذارد و این می تواند روی پارامترهای عملکردی سیستم، تأثیر مثبت یا منفی داشته باشد.
طرح رویت پذیری نیروگاه های مقیاس کوچک که از الزامات توانیر می باشد امری مهم و اجتناب ناپذیر است. تا بتوان با پایش و کنترل به موقع تجهیزات تولید پراکنده پایداری بهتری برای شبکه ایجاد کرد. این طرح مستلزم نصب RTU در واحد های تولید بوده تا امکان ارسال اطلاعات نیروگاه شمال توان تولیدی، ولتاژها و جریان، میزان انرژی اکتیو و راکتیو تحویل شده، ساعات کارکرد، میزان انرژی مصرفی، وضعیت جاری، میزان آلودگی و بسیاری از پارامترهای نیروگاهی دیگر را همزمان به چندین مرکز کنترل (سرور) ارسال کند. برای مثال ارسال اطلاعات به پست فوق توزیع بالا دستی با پروتکل IEC60870-5-101 برای ارتباط با برق منطقه ای و ارسال اطلاعات با پروتکل DNP3.0 به شرکت توزیع مربوطه کمک شایانی جهت پایش و تصمیم گیری در مورد این واحد ها می نماید.
انرژی های تجدید پذیر
رویکرد استفاده از انرژی های تجدید پذیر برای تامین انرژی مورد نیاز در جهان برکسی پوشیده نیست. جهت حصول بهترین بازدهی از سیستم های انرژی تجدید پذیر مانند نیروگاه های خورشیدی یا مزرعه های بادی لازم است اطلاعات محیطی و آب و هوایی درکنار اطلاعات الکتریکی این سیستم ها جمع آوری و پردازش شوند. اطلاعاتی از قبیل توان و انرژی تولیدی، ولتاژ، جریان، فرکانس، تلفات و … نیز از جمله داده هایی است که پایش آن ها به بازدهی هر چه بهتر این سیستم هاکمک می کند. شرکت البرز میکروسیستم برای اندازه گیری، جمع آوری و کنترل ایستگاه های انرژی تجدید پذیر بهترین راه حل را در RTU های سری۴۰۰۰ پیاده سازی کرده است.
با استفاده از این RTU ها می توان به صورت سریع و ایمن داده های مربوط به پارامتر های تولید و شبکه را حتی از نقاط دور دست به صورت لحظه ای در مرکز کنترل دریافت کرده و فرامین کنترلی مناسب را اتخاذ نمود. استفاده از انواع لینک های ارتباطی نظیر مودم باند آزاد، شبکه سلولار نسل ۳ و ۴ ، ارتباط از طریق مودم های ماهواره ای، ایجاد شبکه های مش بر مبنای ZigBee بخشی از راه حل های مخابراتی ارائه شده در سیستم های انرژی تجدید پذیر می باشد. علاوه بر آن، با اتصال این سیستم به پایگاه داده هواشناسی، اطلاعات مطلوبی از شرایط جوی به دست می آید که با تجزیه و تحلیل آن توسط سیستم های SCADA می توان به پیش بینی دقیق تری نسبت به میزان تولیدات آینده جهت شرکت در بازار برق دست یافت.
اتوماسیون کلیدهای هوایی
رایج ترین مشکل در سیستم های توزیع نیروی برق رخداد خطاهای گذرا می باشد. مطالعات روی خطا در شبکه های قدرت نشان می دهد بیش از ۷۵ درصد از خطاها گذرا بوده و می توانند در کمترین زمان ممکن برطرف گردند. برخی از این خطاها بر اثر اتصال کوتاه گذرا ناشی از اتصال خطوط در اثر باد ، طوفان ، شکستن دکل های برق، پارگی سیم و … به وجود می آیند. همچنین در مناطقی با رطوبت نسبی بالا که به دفعات رعد و برق اتفاق می افتد، برخورد صاعقه باعث بالا رفتن ولتاژ لحظه ای خطوط، کاهش مقاومت عایقی و در نتیجه ایجادقوس الکتریکی بین خطوط می شود.
علاوه بر این، برخورد پرندگان، فرسودگی تجهیزات شبکه قدرت و عوامل دیگری در رخداد خطاهای گذرا نقش بسزایی دارند. بسیاری از این خطاها به خودی خود رفع خواهند شد و نیاز به سوختن فیوز و یا تریپ کردن یک بریکر ندارند، راهکار مناسب در هنگام وقوع این خطاها استفاده از ریکلوزر، سکشنالایزر و یا کنترل کلید زنی از راه دور می باشد. با استفاده از این تجهیزات و مجهز کردن آن ها به RTU و سیستم کنترل هوشمند می توان پس از وقوع خطا و تشخیص آن خط را باز و مجددا متصل نمود. در صورت رفع خطا شرایط به حالت اولیه باز می گردد در غیر این صورت با تکرار چندین مرحله ای این کار یا خطا برطرف شده یا توسط سکشنالایزر قسمت های مختلف که دارای خطا هستند از شبکه حذف می گردند. پایش و کنترل کلیدهای هوایی بصورت ایمن و سریع از مواردی است که مورد نیاز شرکت های توزیع می باشد.
برای این منظور شرکت البرز میکرو سیستم با تولید ماژول IED در کنار RTU های سری ۴۰۰۰ توانسته است جوابگوی صنعت برق کشور باشد. با استفاده از این تجهیزات میتوان میزان ولتاژ، جریان، توان، انرژی، فازور، زاویه، سنکرون بودن دو طرف کلید و بسیاری از پارامترهای دیگر الکتریکی را اندازه گیری و از راه دور پایش کرد. به علاوه می توان با ارسال فرامین قطع و وصل کلید های مختلف را از راه دور کنترل کرده و یا پیشینه اتفاقات بر روی هر کلید را بررسی نمود.
اتوماسیون پست های زمینی
اتوماسیون و تغییرات تازه ای که در پستهای توزیع ایجاد شده گوشه ای از برنامه های وزارت نیرو در سالهای آینده است. تعداد نقاط کنترلی بیشتر و بسترهای ارتباطی جدید از برنامههایی است که در ساختار این تغییرات وجود دارد. نظر به استانداردهای اتوماسیون توزیع نیروی برق تهران بزرگ در نامه شماره ۳۹۳۵/۳ در سال ۹۲ RTUهای مورد استفاده در اتوماسیون توزیع باید ویژگیهایی نظیر پشتیبانی از پروتکلهای DNP3.0، IEC60870-5-101 و Modbus ، انجام تستهای عایقی و EMC همچنین پشتیبانی از ورودی/خروجیهای ماژولار را الزاما دارا باشند. AMS-R3000 و AMS-R4000 با رعایت موارد فوق راه حلی برای ارتباط مخابراتی با مرکز اسکادا ارائه داده که بر روی بستر ۳G و ۴G و یا حتی GPRS قابل پیاده سازی است. این بستر یک ارتباط بسیار مطمئن در عین حال ارزان برای پستهای توزیع میباشد زیرا که هزینههای مربوط برای تهیه IP Static و یا نصب رادیو مودم، دکل و آنتن حذف میشود.
قابلیت اتصال دو سنسور دما بصورت داخلی از ویژگیهای دیگر AMS-R3000 بوده که برای پایش دمای ترانسفورماتور و محیط پست بسیار مناسب است. امکان تبدیل ورودیهای دیجیتال به شمارنده(Counter) برای ارتباط دستگاه با کنتورهای موجود از مواردی است که در طراحی این RTU لحاظ شده است. با توجه به اینکه در این قسمت معمولا نیازهایی چون نقاط ارتباطی متوسط، انعطاف پذیری ارتباط با مرکز کنترل، اینترفیسهای مختلف جهت برقراری ارتباط با دستگاههای اندازهگیری نظیر میتر های EDMI و… ، امنیت بالا، پشتیبانی از پروتکلهای صنعتی مختلف تعداد ورودی/خروجیهای مشخص وجود دارد. با توجه به تمامی خواسته های ذکر شده AMS-R3000 و AMS-R4000 را میتوان تجهیز مناسبی برای اجرای اتوماسیون پست دانست.
با ورود تجهیزات الکترونیکی به عرصه سیستمهای قدرت، انتظارات مصرفکنندگان برق روز به روز در حال افزایش است. با توجه به چنین توقعاتی راه حلهایی همچون اتوماسیون فیدرهای توزیع برای داشتن انرژی برق بی وقفه و کاهش زمان خاموشی در بیشتر مقالات پیشنهاد میشود. شرکتهای توزیع کشورمان نیز با اجرای طراح مکانیزاسیون سیستم توزیع گامهای نخستین را برای اتوماسیون شبکههای توزیع برداشته و اجرای اتوماسیون در برخی قسمتهای آن را به مورد اجرا گذاشته اند. موارد زیر نیازهایی است که در اتوماسیون فیدرها به شدت احساس میشود. معمولا در این سیستم ها یک RTU کامپکت با تعداد ورودی/خروجی محدود و قابلیت های ارتباطی مشخص مورد نیاز است.
تمامی این موارد توسط AMS-R4000 و ماژول های موجود در این خانواده قابل پیاده سازی و اجرا می باشد.
شبکه های هوشمند
شبکههای هوشمند توزیع انرژی الکتریکی یکی از جدیدترین تکنولوژی‌های روز دنیا و حاصل سعی و تلاش متخصصین جهت مدرنیزه نمودن شبکههای توزیع و ورود به شبکه توزیع دیجیتال است. اصلی ترین هدف، تأمین برق مطمئن و پاسخگوئی به نیازهای رو به رشد مشتریان با کمترین خسارت به محیط زیست است. اولین شبکه هوشمند جهان در مارس ۲۰۰۸ معرفی گردید و شهر بالدر ایالت کلرادو آمریکا موفق به دریافت عنوان اولین شهر با شبکه توزیع برق هوشمند گردید هدف طراحان با بکارگیری تکنولوژی هوشمند حول سه محور اصلی مشترکین، تجهیزات و ارتباطات میباشد.
تکنولوژی هوشمند توانایی ایجاد تغییرات اساسی در تولید، انتقال، توزیع و استفاده از انرژی الکتریکی به همراه منافع اقتصادی و محیطی دارد که در نهایت به برآورده نمودن نیازهای مشتریان و در دسترس بودن برق مطمئن و پایدار ختم می شود. از طرف دیگر سیستم می تواند با استفاده از اطلاعات جمع آوری شده در مواقع بحرانی، تصمیم گیری نماید و از خاموشی‌های ناخواسته جلوگیری کند. موارد زیر قابلیتهایی از AMS-R3000 است که برای استفاده در شبکههای هوشمند پیشنهاد می گردد.
