ΕΛΕΓΧΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΟΠΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (S C A D A)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΛΕΓΧΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΟΠΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (S C A D A)"

Λυσιστράτη Κεδίκογλου
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΟΠΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (S C A D A)

2 O όρος Συστήματα Εποπτικού Ελέγχου ελάχιστα χρησιμοποιείται πλέον από μόνος του και έχει αντικατασταθεί στην πράξη από τον όρο: Συστήματα Εποπτικού Ελέγχου και Συλλογής Πληροφοριών (SCADA-Supervisory Control Αnd Data Acquisition Systems). Συγκεκριμένα το Σύστημα Εποπτικού Ελέγχου είναι ένα σύνολο συσκευών, το οποίο παρέχει σε έναν ή περισσότερους χειριστές, οι οποίοι βρίσκονται σε απομακρυσμένες από το ελεγχόμενο σύστημα θέσεις, αρκετές πληροφορίες ώστε να αναγνωρίζεται από αυτούς η κατάσταση του συστήματος (μιας συγκεκριμένης συσκευής ή και μιας ολόκληρης διαδικασίας) και παρέχει την δυνατότητα αποστολής εντολών για ενέργειες σχετικά με αυτό το σύστημα, χωρίς να απαιτείται η φυσική παρουσία ανθρώπων στο χώρο του συστήματος.

Συγκεκριμένα το Σύστημα Εποπτικού Ελέγχου είναι ένα σύνολο συσκευών, το οποίο παρέχει σε έναν ή περισσότερους χειριστές, οι οποίοι βρίσκονται σε απομακρυσμένες από το ελεγχόμενο

3 Στο Σχ.8.1 παρουσιάζεται τυπικό διάγραμμα ενός Συστήματος Εποπτικού Ελέγχου ενώ στο Σχ.8.2 φαίνεται η ροή και οι λειτουργίες ελέγχου μεταξύ Η/Υ και τερματικής μονάδας. Όπως παρατηρούμε, διακρίνονται τρία Υποσυστήματα: Σχ Τυπικό Σύστημα Εποπτικού Ελέγχου.

4 Οι Τοπικές Τερματικές Μονάδες (RTU's-Remote Terminal Units) με τις αναλογικές και ψηφιακές εισόδους και εξόδους τους, τις συνδέσεις με ευφυείς ηλεκτρονικές συσκευές, και το τοπικό σύστημα επικοινωνίας ανθρώπου - μηχανής (Man - Machine Interface - MMI). Το Υποσύστημα Τηλεπικοινωνιών για ενσύρματη ή ασύρματη (modem) επικοινωνία. Το Κεντρικό Σταθμό Ελέγχου με το σύστημα επικοινωνίας ανθρώπου-μηχανής.

επικοινωνίας ανθρώπου - μηχανής (Man - Machine Interface - MMI).

5 Αναλογική είσοδος Ψηφιακή είσοδος Κύριος σταθμός M o d e m M o d e m Remote Terminal Units (R.T.U.) User Interface Εξυπνες ηλεκτρονικές Συσκευές Επικοινωνία Χρήστη Αναλογική Έξοδος Ψηφιακή Έξοδος Σχ. 8.2 Διάταξη Συλλογής Πληροφοριών σε Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας

6 Έλεγχος και διαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας. Η αξιόπιστη παροχή ηλεκτρισμού απαιτεί (μεταξύ άλλων) την παρουσία ικανοποιητικής παραγωγής για την κάλυψη των αναγκών των καταναλωτών (πελάτες) καθώς και εφεδρική παραγωγή για κάλυψη απρογραμμάτιστων απωλειών μονάδων παραγωγής και/ή γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσεως. Όμως, το επιπλέον κόστος για τη διατήρηση εφεδρικής παραγωγής σε ετοιμότητα, απαιτεί τη συνεχή εξισορρόπηση του κόστους έναντι στο όφελος της αξιόπιστης παροχής ηλεκτρισμού. Το δεύτερο κριτήριο λειτουργίας είναι η ελαχιστοποίηση του συνολικού κόστους παραγωγής, μεταφοράς και διανομής. Η ελαχιστοποίηση του κόστους παραγωγής ηλεκτρισμού επιτυγχάνεται με σειρά διαδικασιών ή ενεργειών :

για κάλυψη απρογραμμάτιστων απωλειών μονάδων παραγωγής και/ή γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσεως.

7 α) Βελτιστοποίηση της μίξης των διάφορων πηγών ενέργειας, που γίνεται μακροχρόνια με τη βοήθεια υπολογιστικών μοντέλων σε Η/Υ. Τα μοντέλα αυτά καθορίζουν τον άριστο συνδιασμό των διάφορων πηγών όπως υδάτων, ληγνίτη, πυρηνικής, γεωθερμικής και αιολικής ενέργειας και αγοράς ισχύος με χαμηλότερο ετήσιο κόστος. Η ανάλυση γίνεται βάσει προβλέψεων στις τιμές καυσίμων και τιμών ενέργειας και υδάτινου δυναμικού παραγωγής. Ηδιαδικασίααυτήεπιφέρειτην διαμόρφωση στρατηγικής σε ημερήσια, εβδομαδιαία και μηνιαία βάση, για την ελαχιστοποίηση του κόστους παραγωγής.

αγοράς ισχύος με χαμηλότερο ετήσιο κόστος.

8 β) Τέλος η βελτιστοποίηση της διαδικασίας επιτυγχάνεται με το ταίριασμα της παραγωγής με την στιγμιαία ζήτηση των καταναλωτών.αυτή η βελτιστοποίηση της παραγωγής και της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας σε πραγματικό χρόνο, είναι γνωστή σαν Αυτόματος Έλεγχος Παραγωγής (Automatic Generation Control - AGC ) και αποτελεί μέρος του Συστήματος Διαχείρησης Ενέργειας (Energy Management System - EMS ). Το EMS είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα ελέγχου SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition - SCADA) που συλλέγει πληροφορίες και εκτελεί λειτουργίες ελέγχου. Επιπλέον, περιλαμβάνει μεγάλη υπολογιστική ισχύ, δυνατότητα αποθήκευσης μεγάλης ποσότητας πληροφοριών, καταγραφικά, οθόνες και διάφορα λογισμικά προγράμματα εξομοίωσης και επεξεργασίας δεδομένων.

αποτελεί μέρος του Συστήματος Διαχείρησης Ενέργειας (Energy Management System - EMS ).

9 Μία τυπική διάταξη ενός συστήματος συλλογής πληροφοριών φαίνεται στο Σχ.8.3. Το ΕΜS είναι ένα έξυπνο σύστημα τηλελέγχου και Διαχείρησης ενέργειας με υπολογιστή πραγματικού χρόνου (real time) με τις παρακάτω λειτουργικές δυνατότητες: 1. Έλεγχος και κατανομή παραγωγής ενέργειας μεταξύ των μονάδων παραγωγής. 2. Πρόβλεψη ημερησίων και εβδομαδιαίων φορτίων κατανάλωσης και ανάπτυξης στρατηγικής για την ικανοποίηση των αναγκών με το χαμηλότερο δυνατό κόστος (βέλτιστος έλεγχος). 3. Οικονομική ανάλυση αγοράς και πώλησης (ανταλλαγή) ισχύος μεταξύ ηλεκτρικών εταιριών. 4. Ενημέρωση μιας βάσης δεδομένων με πληροφορίες. 5. Ανάλυση και επιτήρηση της ασφάλειας του δικτύου μεταφοράς.

Έλεγχος και κατανομή παραγωγής ενέργειας μεταξύ των μονάδων παραγωγής. 2.

10 Σχ.8.3 Ροή και λειτουργίες ελέγχου μεταξύ Η/Υ και τερματικής μονάδας.

11 Το σύστημα αποτελείται από Η/Υ της κατηγορίας mini (VAX 870, Workstation κ.λ.π.) και αποτελεί μέρος ενός δικτύου με πολλές τοπικές τερματικές μονάδες (R.T.U.) που χρησιμοποιούνται για τη συλλογή πληροφοριών όπως φαίνεται στο Σχ.8.3. Το EMS επεξεργάζεται χιλιάδες πληροφορίες ανά λεπτό σε πραγματικό χρόνο και εμφανίζονται στο μιμικό διάγραμμα του δικτύου, σε οθόνες CRT του Η/Υ και περιγράφουν τη στιγμιαία λειτουργική κατάσταση του δικτύου.. Οι πληροφορίες αυτές προειδοποιούν τον χειριστή για τυχόν υπερφορτώσεις στο δίκτυο ή άλλες έκτακτες καταστάσεις και επίσης προειδοποιούν για επερχόμενες ασταθείς συνθήκες. Έτσι δίνεται η ευκαιρία και η δυνατότητα στον χειριστή να επέμβει αποτελεσματικά εξ' αποστάσεως με τηλεχειρισμό για την αντιμετώπιση διαταραχών ή εκτάκτων περιστατικών στο δίκτυο για να έχουμε ένα αξιόπιστο δίκτυο.

Το EMS επεξεργάζεται χιλιάδες πληροφορίες ανά λεπτό σε πραγματικό χρόνο και εμφανίζονται στο μιμικό διάγραμμα του δικτύου, σε οθόνες CRT του Η/Υ και περιγράφουν τη στιγμιαία λειτουργική κατάσταση του

12 Η μονάδα Αυτόματου Ελέγχου Παραγωγής (AGC- Automatic Genaration Control) είναι επιφορτισμένη με τις παρακάτω λειτουργικές αρμοδιότητες : Να διατηρεί την συχνότητα του συστήματος σταθερή (50/60 Hz) Να διατηρεί τη ροή ισχύος μεταξύ αλληλοσυνδεδεμένων ηλεκτρικών δικτύων σταθερή και σύμφωνα με τις προσυμφωνημένες δεσμεύσεις ή προγραμματισμένες ποσότητες. Να διασφαλίσει ελάχιστο κόστος παραγωγής και μεταφοράς. Στο Σχ.8.5 φαίνεται μια τυπική καμπύλη ημερήσιας ζήτησης φορτίου. Βλέπουμε λοιπόν, μια μεταβολή στην ημερήσια ζήτηση της κατανάλωσης που κυμαίνεται γύρω στα 7000 MW από τις 6:00π.μ. μέχρι 6:00 μ.μ.

προσυμφωνημένες δεσμεύσεις ή προγραμματισμένες ποσότητες. Να διασφαλίσει ελάχιστο κόστος παραγωγής και μεταφοράς. Στο Σχ.8.

13 Το AGC αρχικά υπολογίζει το σφάλμα ελέγχου περιοχής (Area Control Error - ACE) που είναι το σφάλμα της συνολικής παραγωγής μείον την συνολική επιθυμητή παραγωγή. Το σφάλμα ACE είναι η αναγκαία μεταβολή στην παραγωγή, για την διατήρηση της προκαθορισμένης συχνότητας και της προγραμματισμένης καθαρής ανταλλαγής ισχύος. Οι μονάδες παραγωγής ελέγχονται από το AGC για να διατηρηθεί το ACE όσοτοδυνατό κοντά στο μηδέν. ΟποιαδήποτεάλλητιμήτουACE πλην "ΜΗΔΕΝΙΚΗΣ" σημαίνει ότι, η συνολική παραγωγή πρέπει να αυξηθεί ή να μειωθεί αντίστοιχα στην ελεγχόμενη περιοχή. Στο Σχ.8.8 παρουσιάζεται σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας του ACE σε μονάδα με AGC. Ενώ στο Σχ.8.9 δίνεται γραφική επεξήγηση της λειτουργίας της εξίσωσης του ACE για θετική ή αρνητική μεταβολή φορτίου. Ο υπολογιμός του ACE γίνεται από την εξίσωση

Οι μονάδες παραγωγής ελέγχονται από το AGC για να διατηρηθεί το ACE όσοτοδυνατό κοντά στο μηδέν.

14 ACE = ΔPnet + BΔf όπου ΔPnet = Συνολική απόλυτος ανταλλαγή ισχύος μεταξύ των περιοχών. Β = Παράγων συχνότητος (τιμή σε MW/0.1Hz--Bias--) Δf = Σφάλμα συχνότητος (απόκλιση από το 60 ή 50 Hz)= f Aν το ACE είναι αρνητικό (-), πρέπει να αυξηθεί η παραγωγή της περιοχής. Αν το ACE είναι θετικό (+), πρέπει να μειωθεί η παραγωγή της περιοχής. Αν Δf είναι αρνητικό (-), έχουμε συχνότητα κάτω από 50 Hz. Aν Δf είναι θετικό (+), έχουμε συχνότητα πάνω από 50 Hz.

Aν το ACE είναι αρνητικό (-), πρέπει να αυξηθεί η παραγωγή της περιοχής.

15 ACE Pnet BΔf Ενέργεια Ελέγχου 0 0MW 0MW Καμμία Ενέργεια -50 0MW -50MW Αύξηση Παραγωγής (50MW). Υπάρχει Ελλειψη Παραγωγής στην Περιοχή 0 50M W -50MW Καμμία Ενέργεια M W 60 10M W -50MW 50MW Αύξηση Παραγωγής (100MW) Μείωση Παραγωγής (60MW). Πλεόνασμα Παραγωγής στην Περιοχή

Υπάρχει Ελλειψη Παραγωγής στην Περιοχή 0 50M W -50MW Καμμία Ενέργεια

16 ACE Pnet BΔf Ενέργεια Ελέγχου 0 0MW 0MW Καμμία Ενέργεια -50 0MW -50MW Αύξηση Παραγωγής (50MW). Υπάρχει Ελλειψη Παραγωγής στην Περιοχή 0 50MW -50MW Καμμία Ενέργεια MW -50MW Αύξηση Παραγωγής (100MW) 60 10MW 50MW Μείωση Παραγωγής (60MW). Πλεόνασμα Παραγωγής στην Περιοχή

17 Για την εύρυθμη λειτουργία του AGC, καθορίζονται οι συνθήκες λειτουργίας που πρέπει να εφαρμόζονται από όλες τις ηλεκτρικές εταιρείες: Α. Κανονικές συνθήκες λειτουργίας. 1. Το ACE πρέπει να είναι μηδέν, τουλάχιστον μια φορά σε περίοδο 10 λεπτών. 2. ΗμέσηαπόκλισητουACE από το μηδέν, για περίοδο 10 λεπτών, πρέπει να είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια που καθορίζονται σαν ποσοστό επί της παραγωγής του συστήματος. Β. Συνθήκες διαταραχής. 1. Το ACE πρέπει να γίνει μηδέν μέσα σε 10 λεπτά. 2. Το AGC πρέπει να παρέμβει διορθωτικά μέσα σε 1 λεπτό από την εμφάνιση διαταραχής στο σύστημα. Το επιτρεπόμενο όριο Ld για κάθε Ηλεκτρικής υπό μέγιστες συνθήκες και σε περίοδο 10 λεπτών δίνεται από τη σχέση:

ΗμέσηαπόκλισητουACE από το μηδέν, για περίοδο 10 λεπτών, πρέπει να είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια που καθορίζονται σαν ποσοστό επί της παραγωγής του συστήματος. Β.

18 Ld = 0.025ΔL MW όπου ΔL=ΔP/Δt (MW/hr), είναι η μέγιστη ωριαία μεταβολή φορτίου του συστήματος (net) γιατηνημέραμε τη μέγιστη ζήτηση φορτίου. Επεξηγήσεις δίδονται στη καμπύλη του Σχ Ητιμή του ΔL υπολογίζεται ετήσια από την ημερήσια καμπύλη φορτίου και είναι διαφορετικό για κάθε ηλεκτρικό σύστημα. Ένα σύστημα θεωρείται πως βρίσκεται σε κατάσταση διαταραχής, αν το ACE είναι μεγαλύτερο των 3Ld. Αυτό μπορεί να συμβεί λόγω απώλειας μιας μονάδας παραγωγής ή ξαφνική μεταβολή στο φορτίο. Το AGC είναι επιφορτισμένο να επαναφέρει το σύστημα σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Στο Σχ.8.14 φαίνεται ένα τυπικό σήμα ACE ενός AGC που πληρεί τις (ελάχιστες) συνθήκες λειτουργίας.

Ένα σύστημα θεωρείται πως βρίσκεται σε κατάσταση διαταραχής, αν το ACE είναι μεγαλύτερο των 3Ld.

19 Σχ.8.13 Κύκλος Ημερήσιου Φορτίου για Ηλεκτρικό Δίκτυο.

20 Σχ.8.14 Τυπικό σήμα ACE μέσα σε επιτρεπόμενα όρια.

21 Σχ.8.15 Τυπικό διάγραμμα Ελέγχου με Η/Υ και Επιτήρησης Συστήματος Ενέργειας (SCADA).

Σχετικά έγγραφα

ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Ενότητα: Συστήματα Εποπτικού Ελέγχου και Συλλογής Πληροφοριών (S C A D A) Αλαφοδήμος Κωνσταντίνος