SCADA как система управления распределением (на фото: EirGrid, оператор системы электропередачи в Ирландии - SCADA (надзорный контроль и сбор данных) и DMS (система управления распределением), кредит: christiedigital.co.uk)
Элементы системы SCADA
На высоком уровне элементы системы автоматизации распределения можно разделить на три основные области:
- Приложение SCADA и сервер (ы)
- Приложения DMS и сервер (ы)
- Приложения для управления проблемами и сервер (ы)
Распространение SCADA
Как было указано в названии, система диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA) является основой архитектуры системы управления распределением (DMS).
Система SCADA должна иметь все элементы инфраструктуры для поддержки многогранного характера автоматизации распространения и приложений DMS более высокого уровня. Основная функция системы распределения SCADA заключается в поддержке телеметрии, сигнализации, регистрации событий и дистанционного управления полевым оборудованием.
Исторически сложилось так, что системы SCADA были известны своей недостаточной поддержкой импорта и, что более важно, экспортом значений данных энергосистемы.
Современная система SCADA должна поддерживать функции инженерного бюджетирования и планирования, предоставляя доступ к данным энергосистемы без необходимости владения рабочей рабочей станцией.
Основными элементами системы SCADA являются:
- Ведущее оборудование
- Коммуникационная инфраструктура (сетевая и последовательная связь)
- Полевые устройства (в достаточном количестве для поддержки операций и требований к телеметрии платформы DMS)
Рисунок 1 - Архитектура системы DA
Ведущее оборудование
Важными элементами хоста SCADA распространения являются:
- Хост-серверы (резервные серверы с возможностью резервного копирования / отказоустойчивости).
- Коммуникационные интерфейсные узлы (основанные на сети).
- Полные графические пользовательские интерфейсы.
- Сервер реляционной базы данных (для архивирования исторических значений энергосистемы) и сервера данных / веб-сервера (для доступа к значениям и событиям в реальном времени).
Элементы и компоненты типичной системы автоматизации распределения показаны на рисунке 1 выше.
Хост-компьютерная система
Серверы SCADA
Поскольку SCADA доказала свою ценность в работе в неблагоприятных погодных условиях, восстановлении обслуживания и ежедневных операциях, зависимость от SCADA создала требование для высокодоступных и высокопроизводительных систем. Для удовлетворения критериев высокой доступности требуется избыточное серверное оборудование, работающее в режиме « живой » резервной / резервной проверки.
Для современных SCADA-серверов характерны высокопроизводительные серверы с богатой физической памятью, жесткими дисками RAID и взаимосвязанные с коммутацией Ethernet 10/100 baseT.
Коммуникационные интерфейсные процессоры (CFE)
Текущее состояние хоста для связи с полевыми устройствами по-прежнему в значительной степени зависит от последовательной связи.
Это требование заполняется ДОВСЕ. CFE может иметь несколько форм на основе архитектуры шины (например, VME или PCI) и операционной системы. Местоположение ДОВСЕ по отношению к серверу SCADA может варьироваться в зависимости от требований. В некоторых конфигурациях CFE находится в локальной сети с сервером SCADA. В других случаях существующие коммуникационные узлы могут диктовать, чтобы ДОВСЕ находились в узле связи.
Для включения WAN в архитектуру требуется более надежное приложение ДОВСЕ, чтобы компенсировать менее надежную связь (по сравнению с локальной сетью).
В общем, ДОВСЕ будет включать в себя три функциональных устройства:
- Плата сети / процессора,
- Последовательные карты и
- Возможно, приемник временного кода.
Функциональность должна включать возможность загрузки таблиц конфигурации и сканирования. ДОВСЕ должен также поддерживать способность к значениям мертвой зоны (т. Е. Сообщать только те аналоговые значения, которые были изменены с помощью определенной пользователем величины).
CFE, сети и SCADA-серверы должны поддерживать самые неблагоприятные условия (т. Е. Все точки, изменяющиеся за пределами пределов мертвой зоны), которые обычно возникают при сильных возмущениях системы.
Полный графический интерфейс пользователя
Текущая тенденция в пользовательском интерфейсе (UI) направлена на полный графический интерфейс (FG). Хотя графические консоли персонажей все еще используются многими утилитами сегодня, производители SCADA активно перемещают свои платформы в полноценный графический интерфейс.
Довольно часто поставщики SCADA реализовали свой новый полный графический пользовательский интерфейс на недорогих рабочих станциях NT с использованием сторонних приложений для эмуляции оконной системы X11.
SCADA - Полный графический дисплей с использованием видеостены
Полноценные графические дисплеи обеспечивают возможность отображения данных энергосистемы вместе с электрическими распределительными устройствами в географической (или полугеографической) перспективе.
Преимущество использования полного графического интерфейса становится очевидным (в частности, для дистрибутивных утилит), поскольку SCADA развертывается за пределами подстанции, где фидерные диаграммы становятся критическими для операций распределения.
Реляционные базы данных, серверы данных и веб-серверы
Традиционные системы SCADA были плохими поставщиками данных для всех, кто не подключен к системе SCADA с помощью операционной консоли.
Это произошло из-за запатентованной базы данных производительности (в памяти) и ее оптимизации дизайна для ввода отсканированных данных и выталкивания отображаемых значений. Количество систем электропитания, таких как: загрузка банка и фидера (MW, MWH, MQH и амперная загрузка), а также напряжение в шинах предоставляют ценную информацию специалисту по планированию распределения.
Доступность данных событий (журнала) важна при посмертном анализе. Использование реляционных баз данных, серверов данных и веб-серверов корпоративными и инженерными функциями обеспечивает доступ к информации и данным энергосистемы при изоляции сервера SCADA от персонала, не обслуживающего персонал.
Хост для полевых коммуникаций
Последовательная связь с полевыми устройствами может происходить по нескольким средам: медный провод, волокно, радио и даже спутник. Телефонные сети, оптоволокно и спутники имеют относительно высокую стоимость. Новые радиотехнологии обеспечивают хорошую коммуникационную ценность.
Одной из таких технологий является многоадресная радиосистема (MAS).
MAS работает в диапазоне 900 МГц и является всенаправленным, обеспечивая радиопокрытие в области с радиусом до 20-25 миль в зависимости от местности. Одно ведущее радиостанция MAS может связываться со многими удаленными сайтами. Протокол и полоса пропускания ограничивают количество удаленных терминальных блоков, с которыми может передаваться ведущее радио. Ограничение протокола - это просто диапазон адресов, поддерживаемый протоколом.
Ограничения полосы пропускания могут быть компенсированы за счет использования эффективных протоколов или замедления скорости сканирования для включения более удаленных устройств. Спектр спектра и двухточечное радио (в сочетании с MAS) дает возможность решать конкретные проблемы связи.
В настоящее время радиостанция MAS является предпочтительной для пакетной радиосвязи (другая новая радиотехника); Радиосвязь MAS имеет тенденцию быть более детерминированной, обеспечивая меньшие значения тайм-аута для коммуникационных noresponses и элементов управления.
Полевые устройства
Полевые устройства автоматизации распределения (DA) - это многофункциональные установки, отвечающие широкому спектру задач управления, операций, планирования и производительности системы для персонала.
Каждое устройство обеспечивает определенную функциональность, поддерживает системные операции, включает обнаружение неисправностей, захватывает данные планирования и записывает информацию о качестве электроэнергии. Эти устройства находятся в распределительной подстанции и в выбранных местах вдоль линии распределения. Многофункциональная способность DA-устройства увеличивает его способность интегрироваться в электрическую распределительную систему.
Функциональные возможности и функциональные возможности дополняют друг друга в отношении управления и работы электрической распределительной системы.
Функция обнаружения неисправностей - это «глаза и уши» для обслуживающего персонала. Функция обнаружения неисправностей становится все более полезной при проникновении DA-устройств в линию распределения.
Данные в режиме реального времени, собранные системой SCADA, предоставляются инженерам по планированию для включения в исследования радиальной линии распределения. По мере того, как система распределения продолжает расти, коммунальная компания делает ежегодные инвестиции для улучшения системы электрораспределения для поддержания адекватных условий для удовлетворения растущих потребностей в нагрузке.
Использование данных в режиме реального времени позволяет инженерам по планированию оптимизировать годовые капитальные затраты, необходимые для удовлетворения растущих потребностей электрической распределительной системы.
Информация о качестве мощности включает в себя захват гармонического содержимого для 15-й гармоники и регистрацию полного гармонического искажения (% THD). Эта информация используется для контроля работы распределительной электрической системы.
Современный RTU
Современный RTU имеет модульную конструкцию с расширенными возможностями для поддержки функций, которые до сих пор не были включены в проект RTU.
Модульная конструкция поддерживает конфигурацию установки, начиная от небольшого количества точек, необходимого для распределительных линий, установленных на полюсах, до очень большого количества точек, необходимого для крупных подстанций с массовыми нагрузками и установок переключения электростанций.
Современный RTU Scada
Современные модули RTU включают в себя аналоговые блоки с 9 точками, блоки управления с 4 точками контрольной пары, блоки состояния с 16 точками и блоки связи с блоком питания.
Требования к установке RTU удовлетворяются путем накопления необходимого количества современных модулей RTU для поддержки требований к аналоговым, управляющим, статусным и коммуникационным требованиям для автоматизированного сайта. Упаковка для RTU с минимальным количеством точек доступна для требования к линии распределения.
Требование автоматизации подстанции имеет возможность установки традиционного RTU в одном корпусе с подключением к устройствам подстанции или распределения модулей RTU на устройствах подстанции с волоконно-оптической связью между модулями.
Распределенные модули RTU подключаются к блоку для сбора данных, который, в свою очередь, взаимодействует с компьютерной системой SCADA хоста.
Современный RTU принимает прямые входы переменного тока от различных измерительных устройств, включая датчики линейного положения, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, трансформаторы обслуживания станции и преобразователи. Прямые входы переменного тока с возможностью обработки в современном RTU поддерживают обнаружение тока утечки и измерение содержания гармоник. Современный RTU способен сообщать о величине, направлении и длительности тока сбоя с меткой времени события ошибки до разрешения 1 миллисекунды. Мониторинг и отчетность по гармоническому содержанию в электрической цепи распределения - это возможности, которые включены в современный RTU.
Возможность цифровой обработки сигналов современного RTU поддерживает необходимые вычисления для сообщения% THD для каждого измерения напряжения и тока на автоматизированной линии распределения или подстанции.
Современный RTU включает в себя логические возможности поддержки создания алгоритмов для удовлетворения конкретных эксплуатационных потребностей.
Автоматические схемы передачи были построены с использованием автоматических коммутаторов и современных RTU с логической возможностью. Эта возможность предоставляет другой вариант специалисту по линии распространения при разработке метода обслуживания и решении проблем с критическими нагрузками.
Логическая возможность в современном RTU была использована для создания алгоритма для управления распределительными линиями с переключаемыми конденсаторами для работы по фазе. Конденсаторы включаются при нулевом переходе напряжения и выключаются при нулевом токе.
Алгоритм может быть спроектирован для переключения конденсаторов на различные параметры системы, такие как напряжение, реактивная нагрузка, время и т. Д. Возможность дистанционного управления современным RTU затем позволяет системному оператору взять под контроль конденсаторы для удовлетворения потребностей в реактивной нагрузке системы, Современный RTU стал динамическим устройством с повышенными возможностями. Новые возможности логики и ввода используются для расширения использования и приложений современного RTU.
ПЛК и СВУ
Программируемый логический контроллер (ПЛК) и интеллектуальное электронное устройство (IED) являются компонентами системы автоматизации распространения, которые соответствуют конкретным требованиям к работе и сбору данных.
Панель PLC SCADA
Несмотря на некоторое совпадение возможностей с современным RTU, авторы знакомы с использованием ПЛК для автоматической изоляции неисправного силового трансформатора на двухбанковой подстанции и автоматической переносом нагрузки на неподходящий силовой трансформатор для поддержания повышенной степени надежности.
ПЛК связывается с современным RTU на подстанции, чтобы облегчить дистанционное управление установкой подстанции.
Типичный ПЛК может поддерживать последовательную связь с сервером SCADA. Современный RTU имеет возможность связи через интерфейс RS-232 с ПЛК.
ИЭУ включают электронные счетчики, электронные реле и средства управления на конкретном оборудовании подстанции, такие как выключатели, регуляторы, LTC на силовых трансформаторах и т. Д.
IED также могут поддерживать последовательную связь с сервером SCADA. Однако опыт авторов показывает, что СВУ обычно сообщают о современном RTU через интерфейс RS-232 или через контактные точки выхода состояния.
Поскольку его коммуникационная способность улучшает и достигает равного статуса с функциональными возможностями, IED может стать равным игроком в среде связи автоматизации.
Однако, по мнению авторов, ограниченная возможность обработки для поддержки требования связи в дополнение к ее функциональным требованиям (например, реле, счетчикам и т. Д.) Препятствует широкому использованию СВУ в системе автоматизации распределения.
Ресурс: Эксплуатация и управление энергосистемой - Джордж Л. Кларк и Саймон У. Боуэн