SCADA in energetica - productia si distributia energiei electrice
  • Obiective
  • Organizarea sarcinilor de lucru

    1. Generarea energiei electrice

        Sectorul energetic este unul din sectoarele vitale ale societatii. Functionarea lui este asigurata de sisteme de sisteme SCADA atat la nivelul generarii energiei electrice cat si la nivelul distributiei acesteia.
        Vom realiza in proiectul  Sch_alim   diverse aplicatii SCADA in domeniul de generarii si distributiei energiei electrice.
        Pornim de la proiectul  Sch_el_start  , in care sunt realizate o serie de de simboluri, pentru: separatoare, intreruptoare, transformatoare etc.
        Dupa ce s-a download-at acest fisier, din Citect Explorer->Restore se incarca acest proiect si i se atribuie numele "Sch_alim".

    Centrale electrice

        Generarea energiei electrice se realizeaza prin intermediul centralelor electrice. Exista o gama larga de centrale electrice. Cele mai raspindite sunt termocentralele, hidrocentralele, centrale nucleare, centrale eoliene si parcuri solare.
        Vom realiza cateva aplicatii din domeniul generararii energiei electrice pornind de la o schema minimalista a unei centrale nucleare.


        Centrala nucleara schitata mai sus poate fi reprezentata sub forma unei scheme monofilare astfel:



    Alimentarea cu energie a serviciilor proprii

    Anclansarea rezervei

        In centralele electrice exista o serie de servicii auxiliare care trebuiesc alimentate cu energie. De obicei energia pentru alimentarea serviciilor auxiliare este furnizata de catre centrala electrica. In cazul in care centrala este oprita din anumite motive, trebuie sa existe o sursa auxiliara pentru aceste servicii. In caz contrar, centrala electrica nu va mai putea fi pornita. De asemenea daca se produce un incident la centrala electrica, trebuie sa se declanseze automat alimentarea de rezerva. Sistemul de cuplare automata a rezervei poarta numele de AAR.
        Sistemul AAR poate fi declansat manual, sau automat cand un anumit parametru atinge o anumita valoare. De obicei sistemele SCADA nu iau decizia actionarii AAR, acestea doar constata activarea AAR si eventual iau decizii privind reconfigurarea automata a intregului sistem la avarii.
        Urmatoarea pagina grafica numita "Ancl_rez_v0" afiseaza o schema de anclansare automata a rezervei pentru alimentarea serviciilor proprii intr-o centrala electrica



        In momentul cand se apasa butonul AAR se lanseaza functia "toggle(aar)" care schimba starea tagului aar introdus special pentru aceaasta aplicatie. De data aceasta, toate comutatoarele au fost realizate folosind corespunzator obiectul "Simbol set" cu proprietatea "On symbol when" setata cu "aar", atat pentru comutatoarele normal deschise cat si pentru comutatoarele normal deschise.

    Anclansarea rezervei si reconfigurare automata la avarii

        Urmatoarea pagina grafica numita "Ancl_rez_v1" afiseaza o schema de anclansare automata a rezervei pentru alimentarea serviciilor proprii intr-o centrala electrica precum si reconfigurarea schemei in caz de avarii in diverse puncte. Simularea avariilor se face prin "click" pe elementul care intra sau iese din avarie



        Avariile pot fi simulate la fiecare din cele 4 transformatoare T1-T4 si la generatorul G1, pentru ele, s-au introdus patru variabile locale t1-t4 si o variabila g1 pentru generatorul G1. Pentru transformatoare si G1 s-au folosit simboluri special create si pentru fiecare a fost setata proprietatea "Input"-Action Up-cu comenzi diferite pentru fiecare transformator astfel:

        

    // Pentru transformatorul T1
    aar=1;
    IF t1 =0 
    THEN
      t1 = 1;
    ELSE
      t1=0;
    END
    
    // Pentru transformatorul T2
    
    aar=0;
    IF t2 =0 
    THEN
      t2 = 1;
    ELSE
      t2=0;
    END
    
    // Pentru transformatorul T3
    
    IF t3 =0 
    THEN
      t3 = 1;
    ELSE
      t3=0;
    END
    
    // Pentru transformatorul T4
    
    IF t4 =0 
    THEN
      t4 = 1;
    ELSE
      t4=0;
    END
    
    //Pentru generatorul G1
    
    IF g1 =0 
    THEN
      g1 = 1;
      aar=1;
    ELSE
      g1=0;
    END
    
    //Pentru comutatoare, s-a setat "On simbol when" astfel:
    
    // Pentru comutatorul K1
    
    NOT( aar OR g1 OR t1)
    
    // Pentru comutatorul K2
    
    aar AND  NOT(t2)
    
    // Ppentru comutatorul K4
    
    NOT(aar)
    
    // Pentru comutatorul K3 si K5
    
    aar
    
    


    Reconfigurare automata servicii proprii la avarii

        Urmatoarea pagina grafica numita "Ancl_rez_v2" afiseaza o schema de alimentare cu energie care se reconfigureaza automat la aparitia unor avarii in diverse puncte.
        S-a observat in schema anterioara ca pe masura cresterii numarului de componente, relatiile logige pentru fiecare comutator sunt destul de greu de analizat si vom incerca in aceasta aplicatie sa scriem o functie care sa trateze tot ansamblu de comutatoare si sa gandim in ansamblu intreaga schema.
        Vom introduce variabile locale pentru fiecare comutator, astfel vor f introduse variabilele k1-k5 care controleaza modul de afisare al fiecarui comutator.
        Va trebui sa scriem o functie care sa refaca starea fiecarui comutator la fiecare inprospatare a imaginii pe ecran.
        Vom plasa un obiect f(x)cu proprietatea numele functiei care va fi lansata de fiecare data cand se reinprospateaza informatia de pe ecran. Sa denumim aceasta functie comut() si sa fosim CicodEditor pentru a o scrie.

    FUNCTION comut()
    
    	IF (g1=0) AND (t1=0) THEN
    		k1= 1;
    		k2= 0;
    		k3= 0;
    		k4= 1;
    		k5= 0;
    	ELSE
    		k1= 0 ;
    		k2= 1 ;
    		k3= 1 ;
    		k4= 0 ;
    		k5= 1 ;
    	END
    	
    	IF T2 =1 THEN
    		k2=0;
    	END
    
    	IF T3 =1 THEN
    		k3=0;
    		k4=1
    	END
    	
    	IF (T4 =1) AND (K1=1) THEN
    		k2=0;
    		k5=1;
    		k4=0;
    		k3=1;
    	END
    	IF (T3 =1) AND (K2=1) THEN
    		k3=0;
    		k4=1;
    	END
    	
    END
    
    




    2. Distributia energiei electrice


    Statii electrice de transformare

        Bibliografie: https://www.academia.edu/25952537/Partea_electrica_a_centralelor_si_statiilor -Partea electrica a centralelor si statiilor

        Vom dezvolta in continuare o serie de aplicatii SCADA pentru monitorizarea si controlul statiilor de transformre in cadrul proiectului  St_trafo  
        In general statiile electrice de transformare contin bare colectoare la care sunt racordate circuitele de linie si circuitele de transformator.

    Statii electrice de transformare cu o singura bara colectoare

        Sunt folosite pentru toate treptele de tensiune din retelele de distributie, atunci cβnd aparatajul electric este fiabil.
        Urmatoarea aplicatie SCADA sch_st_10  isi propune comanda si monitorizarea unei statii electrice de transformare care contine o singura bara colectoare.


        Statiile electrice de transformare cu o singura bara colectoare au dezavantajul ca defectele(sau reviziile) la sistemul de bare sau elementele de comutare duc la scoaterea intregii statii din functiune.
        Prin sectionare longitudinala a sistemului de bare, cresterea siguranta ξn functionare a schemelor cu un sisteme de bare colectoare.

    Statii electrice de transformare cu doua bare colectoare

        Urmatoarea aplicatie SCADA sch_st_11  isi propune comanda si monitorizarea unei statii electrice de transformare care contine doua bare colectoare si separatoare de ocolire.
        Aplicatia are doua configuratii de baza. Prima configuratie se obtine alimentand bara I prin apasarea butonului "Bara I".



        La apasarea butonului "Bara I" se lanseaza functia alim_1():

    FUNCTION alim_1()
    	sep[1]=1 // SL1=on
    	intr[1]=1 // IL=on
    	sep[2]=1 // SL2=on
    	sep[3]=0 // SL3=off	
    	sep[4]=0 // SL0=off	
    	
    	sep[8]=0 // ST0=off
    	sep[7]=1 // ST1=on
    	intr[2]=1 // IT=on
    	sep[5]=0 // ST2=off
    	sep[6]=1 // ST3=on	
    END
    

        A doua configuratie se obtine prin alimentarea barei II prin apasarea butonului "Bara II".

        

        La apasarea butonului "Bara II" se lanseaza functia alim_2():

    FUNCTION alim_2()
    	sep[1]=1 // SL1=on
    	intr[1]=1 // IL=on
    	sep[2]=0 // SL2=off
    	sep[3]=1 // SL3=on	
    	sep[4]=0 // SL0=off
    		
    	sep[8]=0 // ST0=off
    	sep[7]=1 // ST1=on
    	intr[2]=1 // IT=on
    	sep[5]=1 // ST2=on
    	sep[6]=0 // ST3=off
    		
    END
    


        Colorarea corespunzatoare a liniilor se face prin utilizarea optiunii "Fill Color" in functie de tag-urile b1,b2,l1 calculate de functia ecran_11() declansata de refresh-area ecranului.

    FUNCTION ecran_11()
    
    	IF (sep[1] AND sep[2] AND intr[1]) OR (sep[4]) THEN
    		b1=1
    		b2=0
    	ELSE
    		b1=0
    	END
    	
    	IF sep[1] AND sep[3] AND intr[1] THEN
    		b1=0
    		b2=1
    	ELSE
    		b2=0
    	END
    	IF (b1 AND sep[6] AND intr[2] AND sep[7]) OR (b2 AND sep[5] AND intr[2] AND sep[7]) OR (b1 AND sep[8]) THEN
    		l1=1
    	ELSE
    		l1=0
    	END
    END
    
    

        Aplicatia trebuie sa permita si actionarea separatoarelor respectiv a intreruptoarelor pentru diverse manevre dar cu respectarea conditiilor:

        Aceste cerinte au fost implementate printr-o serie de functii declansate pe evenimentele imput astfel:

    
    // Pentru IL
    
    IF NOT sep[4] THEN
       toggle(intr[1]);
         Prompt("  ");
    ELSE
         Prompt(" Este conectat SL0 ");
    END
    
    // Pentru SL0
    
    IF NOT( intr[1] OR  intr[2] OR sep[8])THEN
          toggle(sep[4])
          Prompt(" ");
    ELSE
          Prompt("Este conectat IT IL sau ST0");
    END
    
    // Pentru SL1
    
    IF NOT intr[1] THEN
          toggle(sep[1])
          Prompt(" ");
    ELSE
          Prompt(" Este conectat IL ");
    END
    
    // Pentru SL2
    
    IF NOT( intr[1] OR sep[3]) THEN
         toggle(sep[2])
         Prompt("  ");
    ELSE
         Prompt(" Este conectat IL sau SL3 ");
    END
    
    // Pentru SL3
    
    IF NOT( intr[1] OR sep[2]) THEN
         toggle(sep[3])
         Prompt("  ");
    ELSE
         Prompt(" Este conectat IL sau SL2 ");
    END
    
    // Pentru IT
    
    IF NOT sep[8] THEN
       toggle(intr[2]);
         Prompt("  ");
    ELSE
         Prompt(" Este conectat ST0 ");
    END
    
    
    // Pentru ST0
    
    IF NOT b1 THEN
         toggle(sep[8])
         Prompt("  ");
    ELSE
         Prompt(" Este tensiune pe B I ");
    END
    
    // Pentru ST1
    
    IF NOT intr[2] THEN
        toggle(sep[7])
    END
    
    // Pentru ST2
    
    IF NOT( intr[2] OR sep[6])THEN
        toggle(sep[5])
         Prompt("  ");
    ELSE
         Prompt(" Este conectat IT sau ST3 ");
    END
    
    // Pentru ST3
    
    IF NOT( intr[2] OR sep[5])THEN
          toggle(sep[6])
         Prompt("  ");
    ELSE
         Prompt(" Este conectat IT sau ST2 ");
    END
    
    


    Statii electrice de transformare cu o singura bara colectoare sectionata longitudinal

        Vom realiza urmatoarea aplicatie SCADA sch_statie  pentru comanda si monitorizarea unei statii electrice de transformare care contine o singura bara colectoare sectionata longitudinal.



    Statii electrice de transformare cu mai multe bare colectoare cu sectionare longitudinala

        Statiile electrice de transformare care contin doua bare colectoare cu sectionare longitudinala, sunt realizate in una din configuratiile de mai jos:



    Dispecerate pentru distributia energiei electrice

        Vom dezvolta in continuare in cadrul proiectului   Sch_alim  cateva aplicatii din domeniul distributiei si alimentarii cu energie electrica.

    Alimentarea unui oras cu energie

        Alimentarea unui oras cu energie presupune existenta unor sisteme SCADA care sa monitorizeze in permanenta alimentarea cu energie, starea liniilor de alimentare, posibilitarea alimentarii diverselor obiective din mai multe surse, reconfigurarea intregului sistem la diverse avarii, asigurarea alimentarii dupa diverse scheme de prioritate in functie de importanta obiectivelor alimentate.
        Pagina grafica numita "Sch_alim" mimeaza alimentarea cu energie a diferitelor utilitati dintr-un oras. In cazul deconectarii de la sursa principala de energie, se cupleaza automat alimentarea din sursele secundare.



        In cadrul acestei scheme s-au utilizat o serie de comutatoare, realizate in diferite moduri. Cea mai simpla metoda este metoda folosita in aplicatia anterioara pentru comutatorul de alimentare si anume folosirea unui "Simbol set". Aceasta metoda este folosita pentru "Comut_alim" si comutatorul K1.
        Pentru comutatorul K5 s-a folosit aceeasi metoda ca si pentru "Comut_alim" dar cu simbolurile inversate, tinand cont ca acesta trebuie sa fie complementar lui "Comut_alim".
        Pentru comutatorul K2 si K8 s-a folosit un "Genie" din libraria "pwrdist" caruia i-a fost setat "Tag Status" cu comul_alim.
        Comutatorul K6 este independent de restul schemei de alimentare deci pentru el a fost introdus un nou tag numit "comut_1" si a fost realizat folosind un "Simbol set" cu proprietatea " Input" -Action down, "Down command" = toggle(comut_1)
        Comutoarele K3 si K4 au fost realizate din doua simboluri suprapuse in care s-a folosit proprietatea "Vizibility"-> hidden when setata cu comut_alim=0 pentru primul simbol iar pentru cel de al doilea simbol comut_alim=1
        Pentru consumatorii de dupa K6 s-au editat simboluri noi folosind metodele de editare noi simboluri.

    Monitorizarea parametrilor energiei electrice

         Monitorizeaza parametrilor energiei electrice presupune afisarea instantanee a diversilor parametri precum si fisarea evolutiei in timp a acestora.
        Vom realiza acum o pagina grafica numita "Monit_u_alim" care monitorizeaza parametrii energiei electrice livrate.


        Sistemele SCADA presupun afisarea unor paramerii de interes general. Variatia acestor parametrii este in general destul de lenta astfel incat variatia acestora, nu depaseste viteza cu care este refresh-at ecranul. Pentru parametrii cu viteza mare de variatie sunt necesare echipamente speciale care fac prelucrarea acestora si transmit datele prelucrate spre sistemele SCADA.
        Daca dorim de exemplu sa verificam calitatea energiei furnizate, acesata presupune analiza spectrala pentru detectarea principalelor armonici care apar in cazul in care forma sinusoidale ale curentului si tensiunii sunt deformate.
        Imaginea de jos afiseaza o astfel de analiza spectrala.


        Datele preluate de la analizor, vor fi afisate in pagina grafica "Monit_u_alim_v1"


        Intregul proiect poate fi descarcat aici : Download - "Sch_alim"

    Test de autoevaluare


    Rezumat


    Aplicatii SCADA in energetica

        Sectorul energetic este unul din sectoarele care necesita control si monitorizare la diverse nivele.
        Pentru a realiza scheme de alimentare, avem nevoie de o serie de simboluri cum ar fi simboluri pentru: separatoare, intreruptoare, transformatoare etc.
        Simbolutile specifice domeniului energetic pot fi luate din bibliotecile proprii sau se pot edita noi simboluri
        Domeniile care se preteaza a fi monitorizate prin intermediul sistemelor SCADA sunt:     In domeniul producerii energiei electrice problematica anclansarii automate a rezervei(AAR) poate fi reflectata in sisteme SCADA. Sistemul AAR poate fi declansat manual, sau automat cand un anumit parametru atinge o anumita valoare.
         De obicei sistemele SCADA nu iau decizia actionarii AAR, acestea doar constata activarea AAR si eventual iau decizii privind reconfigurarea automata a intregului sistem la avarii.
        Alimentarea unui oras cu energie presupune existenta unor sisteme SCADA care sa monitorizeze in permanenta alimentarea cu energie, starea liniilor de alimentare, posibilitarea alimentarii diverselor obiective din mai multe surse, reconfigurarea intregului sistem la diverse avarii, asigurarea alimentarii dupa diverse scheme de prioritate in functie de importanta obiectivelor alimentate.
         Controlul calitati energiei electrice presupune monitorizeaza permanenta a parametrilor acesteia prin afisarea instantanee a diversilor parametri precum si fisarea evolutiei in timp a acestora


  • Rezultate asteptate
  • Termeni esentiali


  • Recomandari bibliografice

  • Link-uri utile
    1. https://www.academia.edu/25952537/Partea_electrica_a_centralelor_si_statiilor -Partea electrica a centralelor si statiilor - -2021
    2. http://www.free-scada.org/ - Free SCADA - 2009.
    3. http://www.7t.dk/igss/default.asp - IGSS SCADA System - 2009
    4. http://www.7t.dk/igss/default.asp?showid=374 - IGSS Online SCADA Training - 2009
    5. http://www.7t.dk/free-scada-software/index.html- IGSS Free SCADA Software -2009
    6. http://www.indusoft.com/index.asp - INDUSOFT SCADA - 2009
    7. http://www.genlogic.com/ - Dynamic Graphics, Data Visualization, Human-Machine Interface (HMI) - 2010
    8. http://www.genlogic.com/demos.html - On-Line Java and AJAX Demos - 2010


    9. Test de evaluare