close

Enter

Log in using OpenID

Daljinski nadzor i upravljanje hidroelektranama iz centra sliva rijeke

embedDownload
HRVATSKI OGRANAK MEðUNARODNOG VIJEĆA
ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ
10. simpozij o sustavu voñenja EES-a
Opatija, 11. – 14. studenoga 2012.
X-XX
Marin Bačić
Končar KET
[email protected]
Emil Vrljičak
HEP Proizvodnja d.o.o.
[email protected]
Siniša Sekulić
Končar KET
[email protected]
Zdravko Mihaljević
HEP Proizvodnja d.o.o.
[email protected]
Luka Bitunjac
HEP Proizvodnja d.o.o.
[email protected]
DALJINSKI NADZOR I UPRAVLJANJE HIDROELEKTRANAMA
IZ CENTRA SLIVA RIJEKE CETINE
SAŽETAK
Godinama se objektima hidroelektrana (HE) hidroenergetskog sustava (HES) na slivu rijeke
Cetine upravljalo lokalno (s nivoa HE) bez automatskog daljinskog nadzora i provoñenja planova pogona.
U svrhu daljinskog nadzora i upravljanja HE na slivu rijeke Cetine iz jednog mjesta, instaliran je SCADA
sustav PROZA NET u centru sliva (CSRCE) u dijelu upravne zgrade HE ðale u Biskom dizajniran za rad
u stvarnom vremenu. Zadaća ovog SCADA sustava je omogućiti operateru u centru upravljanja, uz svu
kompleksnost i raznovrsnost objekata HES-a rijeke Cetine, jednostavan rad te efikasan nadzor i
provoñenje upravljačkih funkcija. U nastavku je opisan način uspostave komunikacije SCADA sustava u
centru upravljanja s procesno-komunikacijskim čvorovima u hidroelektranama Peruća, Orlovac, ðale,
Kraljevac, Zakučac i Buško Blato. Opisana je arhitektura sustava SCADA i način interakcije sklopovskih i
programskih komponenti.
Ključne riječi: hidroenergetski sustav rijeke Cetine, SCADA, PROZA NET, upravljanje, nadzor
HYDRO POWER PLANT REMOTE MONITORING AND CONTROL FROM THE
CETINA RIVER BASIN CENTRE
SUMMARY
Hydro power plant facilities of the Cetina River Hydro Power System were controlled locally,
without any automatic remote control and monitoring or implementation of operation plans, for years.
Real time PROZA NET SCADA system has been installed in the Cetina River Basin Control
Centre (CSRCE) in a part of the control building of ðale HPP at the settlement of Bisko for establishment
of the remote control and monitoring of all HPPs belonging to the Cetina River Basin from one point. The
main goal of the SCADA system is to provide for simple and user-friendly control functions management
regardless the complexity and variety of facilities in the Basin. This article describes communication
mechanisms between SCADA system in control centre and process/communication nodes in hydro
power plant facilities Peruća, Orlovac, ðale, Kraljevac, Zakučac and Buško Blato. It also describes
SCADA system architecture and software and hardware components interaction.
Key words: Cetina river hydropower system, SCADA, PROZA NET, control, monitoring
1
1.
UVOD
Preduvjeti daljinskog nadzora i upravljanja hidroelektranama iz centra sliva rijeke Cetine se mogu
opisati u nekoliko cjelina. Prvi korak je potrebita obnova ili prilagodba postojeće opreme procesno
informacijskih sustava (PROCIS), kako zbog dotrajalosti iste, tako i zbog nedostatka bilo kakvog
daljinskog upravljanja hidroelektranama. To se u prvom redu odnosi na zatvarače dislociranih objekata na
ustavama, zatvarače obilaznih ispusta, sondi mjerenja razine itd.
Drugi korak je uspostava procesnih i komunikacijskih čvorova (PKČ) u objektima pojedinih HE na
koje će se ti objekti povezati. Ulogu prikupljanja procesnih informacija iz pojedinih podsustava HE
izvršavaju tzv. nadreñene procesne stanice – kontroleri (NPS). NPS kontroleri prikupljaju informacije s
pojedinih hidroelektrana te ih dvosmjerno razmjenjuju sa SCADA sustavom u Biskom komunikacijskim
protokolom IEC 60870-5-104.
U trećem koraku se definiraju potrebiti signali kako bi se hidrološke objekte vjerno preslikalo na
model sustava PROZA NET u centru upravljanja i istovremeno omogućilo operateru u CSRCE jasan i
kvalitetan uvid u trenutno stanje objekta.
Posljednji korak u postupku se odnosi na obradu signala (arhiviranje podataka, trend prikazi…) i
izradu ekranskih prikaza (primjer ekranskog prikaza – slika 1.).
U ovom referatu su opisana posljednja tri navedena koraka sa svim specifičnostima i problemima
koji su se javljali u toku implementacije.
2.
USPOSTAVA PROCESNIH I KOMUNIKACIJSKIH ČVOROVA
Osim procesnih i komunikacijskih čvorova u hidroelektranama, a u svrhu planiranja prognoze
dotoka voda te izrade voznog reda, potrebno je prikupiti i podatke s postojećih hidroloških, meteoroloških
i piezometarskih postaja u slivu rijeke Cetine. U ovom poglavlju su opisana tehnička rješenja izvedbe tih
procesnih i komunikacijskih čvorova.
2.1.
Ugradnja procesnih i komunikacijskih čvorova u hidroelektranama
Hidroelektrane u slivu rijeke Cetine su:
1. HE Peruća
2. HE Orlovac
3. HE ðale
4. HE Kraljevac
5. HE Zakučac
6. CS Buško Blato (uz akumulaciju Buško jezero)
Ulogu prikupljanja procesnih informacija iz podsustava HE izvršavaju tzv. nadreñene procesne
stanice – kontroleri (NPS). Na kontroler se dovode signali iz sljedećih podsustava:
• mrežni, kućni i blok transformatori,
• rasklopište,
• brana (ulazni ureñaj, temeljni ispust, preljevna klapna)
• vlastita potrošnja
• agregati
Informacije se dvosmjerno razmjenjuju izmeñu NPS-ova i CSRCE komunikacijskim protokolom IEC
60870-5-104. Neki od navadenih podsustava hidroelektrana bili su već prije povezani s postojećim
PROCIS-om hidroelektrane, ali nisu imali nikakvu daljinsku komunikaciju te je upravljanje bilo izvedeno
samo na lokalnoj razini (ručno/automatski). Uz objekte hidromehaničkog organa ugrañeni su lokalni
kontroleri koji komuniciraju s NPS-om hidroelektrane jednim od sljedećih standardnih komunikacijskih
protokola: Profibus DP, Ethernet TCP/IP, Modbus, IEC 60870-5 (shema komunikacije prikazana je na
slici 2.).
2
Slika 1. SCADA Ekranski prikaz sliva rijeke Cetine
Slika 2. Shema komunikacije: Sustav u HE ↔ Sustav SCADA u centru upravljanja
NPS-ovi u HE rade u slave režimu u odnosu na SCADA FEP (front-end processor)
komunikacijski modul, koji im šalje zahtjeve (samostalno ili po nalogu operatera) i prihvaća promjene
3
spontano pristigle iz udaljenih procesa (FEP je komunikacijski master). Komunikacijski modul FEP
prosljeñuje podatke modulu procesnog modela (real-time bazi podataka smještenoj u radnoj memoriji)
koji ih prezentira korisniku.
Na slici 2. je prikazana shema komunikacije jedne od hidroelektrana sliva rijeke Cetine sa
centrom upravljanja.
2.2.
Uspostavljanje komunikacije sa hidrološkim i piezometarskim postajama
Podaci s hidroloških i piezometarskih postaja su integrirani u sustav SCADA korištenjem OPC
standarda (Object linking and embedding for Process Control). Sustav SCADA (FEP modul smješten na
poslužitelju) s integriranim OPC klijentom uspostavlja komunikaciju indirektno s bazom hidroloških
podataka (svakodnevno ažuriranom od strane HEP-a) putem stalne veze s OPC ODBC poslužiteljem u
Zagrebu (HEP, Sektor za održivi razvoj i unaprijeñenje kvalitete). Operateru su na ekranskom prikazu
dostupni osvježeni podaci s geografski razmještenih postaja.
2.3.
Uspostavljanje komunikacije sa meteorološkim postajama
Podaci s meteoroloških postaja pristižu periodički (u 10-minutnim i satnim intervalima) na meteo
poslužitelj u Zagrebu (HEP, Sektor za održivi razvoj i unaprijeñenje kvalitete). Informacije se sa postaja
šalju u Excel csv obliku putem elektroničke pošte. Na meteo poslužitelju je instaliran Matrikon OPC
Server za povezivanje s generičkim bazama podataka pa je tako omogućeno i čitanje podataka iz
tekstualnih datoteka. Različiti formati csv datoteka koje stižu s meteoroloških postaja, obrañuju se na
meteo poslužitelju pomoću .NET servisa (pripremljenog u HEP-u) i pripremaju za povezivanje putem
ODBC sučelja.
FEP modul (odnosno OPC klijent kao njegova podkomponenta), nadležan za prikupljanje podataka sa
hidroloških i piezometarskih postaja, na isti način prikuplja i meteorološke podatke te ih prosljeñuje prema
procesnom modelu i dispečerskim mjestima.
3.
INSTALIRANJE SCADA SUSTAVA PROZA NET U CENTRU SLIVA RIJEKE CETINE
Sklopovska i programska infrastruktura sustava SCADA izvedena je redundantno u svim kritičnim
segmentima. Arhitektura sustava je distribuirana (slika 3.) – aplikacije su smještene na različitim
poslužiteljima.
Slika 3. Programska infrastruktura sustava SCADA
4
3.1.
Arhitektura dizajnirana za rad u stvarnom vremenu
Programski moduli sustava SCADA su u meñusobnoj interakciji i obavljaju sljedeće funkcije:
a) FEP (Front-End Processor) modul – komunikacijski servis nadležan za prikupljanje informacija iz
procesno-komunikacijskih čvorova. U konkretnom se slučaju informacije izmijenjuju protokolom
IEC 60870-5-104, a podržani su i drugi standarni protokoli (IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-103,
DNP 3.0, LON, IEC 61850, ModbusRTU, ModbusTCP, OPC)
b) Modul procesnog modela (Process Server) – prihvaća informacije od FEP-a i preslikava ih u
model razumljiv i pristupačan operateru. Predstavlja real-time bazu podataka.
c) Modul za obradu liste dogañaja, alarma i kvarova (Event Server) – prikazuje informacije iz
procesnog modela u listama dogañaja, gdje su one prema korisničkoj definiciji organizirane u
stupcima te im je pridružena vremenska oznaka kako bi se mogla pratiti kronologija.
d) Modul za arhiviranje podataka (Archive Server) – pohranjuje podatke u bazu podataka na
lokalnom ili udaljenom poslužitelju. Prethodnim inženjeringom se gradi model za arhiviranje,
odreñuje se interval pohrane za pojedine ključeve i grupe ključeva, mrtve zone i tip arhiviranja
(ciklički, spontano).
e) Modul SCADA izračuna (PmBlock Server) – provodi logičke i aritmetičke operacije nad real-time
podacima, a rezultate predaje modulu procesnog modela.
Krajnji korisnik (dispečer, operater) koristi klijentsku aplikaciju za pregled procesne informacije, lista
dogañaja i trend prikaza. PROZA NET klijentska aplikacija uspostavlja vezu sa SCADA programskim
modulima čije funkcije implementira i putem grafičkog sučelja omogućuje operateru interakciju s
procesom.
3.2.
Sistemska baza podataka
U sustavu se nalaze 4 baze podataka:
a) ProcessModel – u bazi se nalaze informacije o procenom modelu – objekti sliva Cetine
organizirani su u hijerarhijsko stablo hidroelektrana, a stablo je transformirano u relacijsku bazu
podataka u kojoj svaki podatak (mjerenje, indikacija, upravljačka naredba) ima svoj jedinstveni
identifikator. Podaci se iz baze procesnog modela učitavaju u radnu memoriju modula Process
Server prilikom njegovog podizanja.
b) Events – u bazu se pohranjuju zapisi s informacijama vidljivim u listama dogañaja, alarma i
kvarova. Podaci se arhiviraju, a operater definira povijesni interval koji želi pratiti u klijentskoj
PROZA NET aplikaciji.
c) Archive – baza sadrži povijesne vrijednosti mjerenih veličina arhiviranih prema definiranim
pravilima.
d) User – baza sadrži informacije o korisnicima sustava SCADA i njihovim privilegijama (upravljanje,
nadgledanje, ureñivanje, gašenje aplikacije i slično).
3.3.
Redundantnost kritičnih funkcija
Kritične funkcije sustava SCADA izvedene su redundantno u programskom i sklopovskom smislu.
SCADA programski moduli smješteni su na dva fizički odvojena poslužitelja. Diskovni prostor na
poslužiteljima je u RAID polju, imaju dvije uparene mrežne kartice i dvostruko napajanje.
Programski moduli na vodećem SCADA poslužitelju komuniciraju s modulima na pratećem SCADA
poslužitelju. U slučaju ispada vodećeg SCADA poslužitelja, moduli na pratećem preuzimaju ulogu
voñenja, dok su u regularnom stanju u pratećem režimu rada.
5
Servisi za upravljanje bazama podataka takoñer su smješteni fizički na dva odvojena poslužitelja, koji su
zajedno sa zajedničkim diskovnim prostorom organizirani u cluster. Prekid bilo koje funkcije na vodećem
poslužitelju baza podataka nadomještaju funkcije pratećeg poslužitelja.
Operater na zasebnom ekranskom prikazu može pratiti rad SCADA modula (slika 4.) i ponašanje baza
podataka. Informacije o radu modula i sinkronizaciji baza podataka evidentirane su u listama dogañaja.
Slika 4. Ekranski prikaz komunikacije
4.
DEFINIRANJE SIGNALA
Podaci koji se prikupljaju s podsustava hidroelektrana trebaju omogućiti operateru u CSRCE
jasan i kvalitetan uvid u trenutno stanje objekta. Kako bi se ovaj zahtjev zadovoljio najprije su se definirali
potrebni signali svih podsustava da bi se potom pristupilo prikupljanju istih. Signali su se klasificirali
prema pojedinim sustavima hidroelektrane, a podijeljeni su u nekoliko skupina:
1.
Signali s pojedinih agregata hidroelektrane
2.
Signali iz rasklopišta hidroelektrane
3.
Signali vlastite potrošnje hidroelektrane
4.
Signali hidromehaničke opreme hidroelektrane
5.
Signali razmjene na razini cijele hidroelektrane (uključuju uglavnom signale grupnih upravljanja
agregatima)
Signali uključuju različita mjerenja, binarne indikacije, dvostruke indikacije, postavne vrijednosti te
komande koje operater šalje iz centra sliva prema sustavima hidroelektrane. U nastavku je prikazana
klasifikacija signala:
•
•
•
•
•
•
6
SS – Signali stanja (jednostruke ili dvostruke indikacije trenutnih stanja pojedinih objekata)
AS – Alarmni signali (jednostruki signali alarmnih stanja pojedinih objekata ili stanja)
IS – Izborni signali (komande za odabir načina i mjesta upravljanja pojedinih objekata HE)
MS – Mjereni signali (signali koji prikazuju vrijednost pojedinih mjerenja)
US – Upravljački signali (komande za upravljanje objektima HE kao npr. pokreni/zaustavi
agregat, podigni/spusti zatvarač obilaznog ispusta … )
PS – Postavni signali (komande koje postavljaju referentnu vrijednost pojedine veličine kao
npr. zadavanje postavne vrijednosti radne snage, protoka, otvorenosti pojedinog zatvarača…)
U svrhu omogućavanja jednostavnijeg tumačenja stanja objekta, neki od njegovih alarmnih stanja
grupirani su u jedan alarmni signal. Ukoliko se dogodi da neki od objekt signalizira neispravnost s točnim
opisom razloga u listi dogañaja hidroelektrane (lokalno upravljačko računalo), operater u centru sliva
dobiva samo obavijest da je taj objekt u alarmnom stanju ili da je neispravan. Na taj način se operater u
centru ne opterećuje viškom informacija budući da na raspolaganju ima više hidroelektrana, a
istovremeno može poduzeti dodatne mjere.
5.
EKRANSKI PRIKAZI I OBRADA SIGNALA RAZMJENE
Ekranski prikazi omogućuju operateru u CSRCE jednostavno snalaženje u upravljanju i nadzoru,
a podijeljeni su u cjeline prema odgovarajućim HE za koje su namijenjeni (primjeri na slikama 5 i 6).
Sadrže funkcionalne i geografske prikaze te funkcionalne prikaze tokova voda za svaku HE. Ureñuju se u
zasebnoj aplikaciji koja ima temelj u Microsoft WPF (Windows Presentation Foundation) tehnologiji.
Vizualni model je stoga baziran na vektorskoj grafici, a vizualni objekti povezuju se jednostavno s
procesnim podacima. Animirani prikazi pružaju jasan uvid u trenutno stanje objekta.
Zbog specifičnosti u načinu i mjestu upravljanja hidroelektranom gdje operater iz udaljene lokacije
upravlja agregatima, poseban trud se uložio u izradu ekranskih prikaza koji bi što vjernije predočili
operateru trenutno stanje u hidroelektrani. Kad se k tome pridoda više hidroelektrana od kojih svaka ima
različite objekte u svom sustavu i različite načine upravljanja, javila se potreba za unificiranjem prikaza
svih hidroelektrana u slivu da bi se operateru u centru upravljanja olakšao posao.
Iz tog razloga ekranski prikazi pojedinih hidroelektrana su napravljeni po precizno odreñenim
pravilima. Takoñer, svi hidromehanički objekti pojedine hidroelektrane su animirani tako da operater što
prije i jasnije dobije uvid u stanje pojedinog hidromehaničkog objekta. Animirani su položaji preljevnih
klapna, položaji zatvarača na ulaznim ureñajima, difuzorima, temeljnim ispustima, turbine, generatori,
predturbinski zatvarači, tokovi vode itd.
Ekranski prikazi dostupni su s 11 radnih mjesta. U upravljačkoj prostoriji CSRCE nalaze se 2
operaterska radna mjesta za nadzor i upravljanje sa 7 monitora i videozidom a ostalih 9 radnih mjesta
namijenjeno je samo za nadgledanje (ne i upravljanje).
Slika 5. Funkcionalni prikaz
7
Uz ekranske prikaze, operater prati procesna zbivanja pomoću liste dogañaja i trendovskih
prikaza mjerenja. Lista dogañaja je podijeljena na listu alarmnih signala, listu kvarova te listu svih
dogañaja a sadrži sve standardne funkcije (prihvat jednog ili više alarmnih signala, prihvat trube, blokadu
prikazivanja pojedinog dogañaja, odabir prikaza dogañaja u odreñenom vremenskom periodu, odabire
prikaza dogañaja po hidroelektranama, objektima itd.).
Slika 6. Ekranski prikaz animiranog hidromehaničkog objekta
6.
ZAKLJUČAK
Iz svega navedenog može se zaključiti da je projekt daljinskog nadzora i upravljanja
hidroelektranama iz centra sliva rijeke Cetine složen proces koji zahtjeva dugotrajan rad i sinergiju više
inženjerskih područja. Sustav SCADA u ovom projektu osim standardnih funkcija vrši i ulogu unificiranja
raznovrsnih objekata s ciljem da se operateru u centru omogući lakši rad i preglednost. Implementiran je
velik broj ekranskih prikaza te su animirani pojedini hidroenergetski objekti. Pronalazak rješenja mnogih
problema koji su se pojavili tokom izrade projekta zahtijevao je timski rad izmeñu Naručitelja i Izvoditelja
radova. Kvalitetna izvedba procesnih i komunikacijskih čvorova s preciznom definicijom signala olakšala
je postupak povezivanja svih podsustava u jednu cjelinu prezentiranu sustavom PROZA NET.
8
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
2
File Size
706 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content