Система адаптивной автоматизации SCO - SmartLoad

     Эффективная работа в динамичной среде
 

     Поддержание непрерывности производства, несмотря на потерю внешнего питания
 

     Сопровождение ключевых технологических процессов
 

     Снижение стоимости страховки от перерыва в производстве
 

     Повышение безопасности людей
 

     Система также может играть роль адаптивной автоматизации SCO.

 

Система адаптивной автоматизации SCO - SmartLoad

Адаптивная система автоматизации SCO SmartLoad предназначена для промышленных предприятий с установленными источниками производства. Задача системы - в случае отказа системы управляемое разделение сбалансированных островов, а затем контроль их работы по логике классической автоматизации SCO.

Суть проблемы

В химической, металлургической, горнодобывающей, энергетической и отопительной отраслях внезапное отключение электроэнергии может привести к чрезвычайно серьезным сбоям, которые в крайних случаях могут помешать дальнейшей уставной деятельности данного предприятия. Обеспечение надежности электроснабжения - одна из важнейших задач на таких предприятиях. Наиболее часто используемым решением в системах, «чувствительных» к сбоям в электроснабжении, является установка независимого источника питания во внутренней сети предприятия. Однако существует проблема «удержания» такого источника в работе в случае отказа основного источника питания системы из-за дисбаланса активной и реактивной мощности с мощностью, «потребляемой» нагрузками. Такие системы, как правило, не оснащены необходимой автоматикой, обеспечивающей бесперебойную работу систем генерации в случае отказа энергосистемы. Очень часто устаревшие системы управления турбоагрегатами не допускают резких изменений <s> y </s> нагрузки и не могут автоматически корректировать динамические параметры, возникающие при таких возмущениях. Как правило, в таких случаях генератор отключается или переходит в работу для собственных нужд, тем более что существующие решения предполагаются в случае нарушения в энергосистеме (короткое замыкание, автоматическое повторное включение, сбой питания), немедленное отключение локальных источников энергии для защиты их от повторного включения при несинхронизированном подключении к электросети.

Одним из выводов системного оператора, направленных на противодействие углублению системных отказов, является необходимость обновления настроек и работы автоматики SCO, которая в случае отказа в энергосистеме должна облегчить управление нарушениями путем немедленного отключение некоторых нагрузок, которые могут быть отключены без серьезных последствий для значительной разгрузки распределительной сети. В настоящее время эту роль играет классическая автоматическая частотно-разгрузочная автоматика, так называемая SCO, задача которого - уменьшить влияние помех, связанных с внезапным нарушением баланса активной мощности в данной части сети, путем обнаружения падения частоты, происходящего в таком случае, и соответствующего отключения нагрузок, не оказывающих значительного воздействия. о производственном процессе промышленного предприятия. В связи с тем, что мощность отключенных посредством SCO нагрузок может зависеть от скорости изменения частоты, предсказать мощность нагрузок, которые будут отключены в результате работы этой автоматики, крайне сложно.

Таким образом, на промышленном предприятии, оборудованном собственными производственными установками, использование адаптивной системы автоматизации SCO - Smart Load в случае отказа системы значительно увеличит шансы отделения и поддержания сбалансированного острова.

Структура системы

Элементы системы автоматизации SCO Smart-Load:

• система обнаружения островных операций;
• система измерения мощности во всех основных ячейках КРУ 6кВ;
• система связи;
• главный процессор;
• выходной контур - выключение;
• операторская станция

Система автоматизации разбросана с элементами, расположенными в:

• все коммутационные станции, на которые распространяется действие измерений и исключений;
• центральная электрическая диспетчерская

Коммуникация

Отдельные элементы связываются друг с другом через оптоволоконные каналы и каналы UTP 100BaseFL и 100BaseT Ethernet, дополнительное соединение - это канал RS485 с протоколом Modbus RTU с системой наблюдения и управления, существующей на объекте. По каналам Ethernet центральный блок получает от измерительных систем данные о текущих значениях напряжений, токов и мощности в каждом поле распределительного устройства, а также по каналам Ethernet центральный блок выдает команды на отключение обозначенных им полей и общается с операторской станцией, на которой отображается состояние контролируемой системы, состояние работы автоматики, текущие значения измерений и список нагрузок, которые должны быть отключены в случае сбоя. С помощью операторской станции также можно изменять настройки и анализировать список событий и список аварийных сигналов. Для корректной работы алгоритмов определения полей, которые следует исключить, необходима информация о текущем состоянии переключателей.

коммутационные станции, охваченные автоматикой. Чтобы упростить подключение автоматизации к объекту, эти данные поступают из системы контроля и управления по каналу RS485.

Адаптивные алгоритмы разгрузки

Реле защиты, удовлетворяющие критериям df / dt, dU / dt, используются в качестве систем обнаружения автономной работы, а дополнительным контролируемым параметром является значение и направление активной мощности в ячейках, питаемых от трансформаторов 110 кВ / 6 кВ. В случае одновременной активации этих критериев, отключения выполняются, чтобы изолировать островок и поля, которые были определены с помощью непрерывного алгоритма, балансирующего мощность в стабильном состоянии непосредственно перед возникновением возмущения.

Фазные токи подключаются к измерительной системе от каждого отсека в распределительных щитах, а межфазные напряжения - от измерительных отсеков. Измерительные системы непрерывно измеряют активную и реактивную мощность в каждом поле и передают эти значения в центральный блок несколько раз в секунду, чтобы реализовать алгоритмы выбора полей для отключения. Измерительные системы также оснащены релейными выходами, которые должным образом связаны со схемами управления всех ячеек, чтобы реализовать отключения, определенные в результате расчетов алгоритма.

Ядром системы является алгоритм, который анализирует конфигурацию системы и определяет в данной сетевой ситуации возможные автономные операционные системы. На основе приоритетов, установленных персоналом, и текущих нагрузок на поле, поле должно быть отключено таким образом, чтобы созданные островные операционные системы включали в себя наиболее важные нагрузки с точки зрения безопасности завода и чтобы сумма нагрузки максимально приближена к мощности генераторов, работающих на данном острове с момента непосредственно перед возмущением. Этот алгоритм реализован на промышленном ПК. Из соображений надежности был использован современный безвентиляторный блок класса Pentium Centrino, что гарантирует максимально возможную надежность алгоритма.

Преимуществом системы SmartLoad является возможность динамически изменять нагрузки, выбранные для отключения. Поля, которые должны быть отключены «активным» алгоритмом, выбираются таким образом, чтобы после их отключения максимальная степень сбалансированности генерируемой и потребляемой мощности для отдельного острова. Работу активного алгоритма можно разделить на несколько процессов, реализуемых одновременно, это:

• анализ текущей конфигурации сети;
• обозначение островов, которые могут образовываться;
• баланс сил для каждого из потенциальных островов;
• разграничение полей, которые должны быть исключены в случае острова;
• обнаружение работы острова в системе и определение размеров образовавшегося острова;
• «Отрезать» остров от системы, открыв соответствующие разъемы;
• отключение нагрузок на основании таблицы исключений для конкретного острова, подготовленной непосредственно перед аварией;
• наблюдение за созданным таким образом островом по классическому алгоритму SCO с возможностью ручного назначения приоритетов переключения на текущей основе

Важнейшим условием успеха такого алгоритма является скорость его реакции на сетевые нарушения. Быстрое и точное отключение в случае образования островков снижает глубину нарушения и, таким образом, увеличивает стабильность работы и вероятность сохранения хрупкого баланса в новой системе. При построении системы 10 с принимались за максимальное время определения полей, которые должны быть отключены после изменения конфигурации сети, и максимум 1 с как время от обнаружения острова до выполнения соответствующих отключений.

Используемый алгоритм определяет нагрузку, которую нужно отключить, по нескольким критериям для каждого потенциального острова. Учитываются такие факторы, как баланс активной и реактивной мощности, приоритеты нагрузки и наименьшее количество отключений. После того, как потенциальные отключения были оптимизированы, эта информация отправляется исполнительному блоку. Задача этого устройства - контролировать напряжение в данном узле сети и определять состояние работы острова. Для этого используются критерии пониженного напряжения и пониженной частоты, скорость изменения этих параметров и критерии направления потока мощности в узле. После того, как контроллер интерпретирует нарушение как «автономный режим», немедленно выполняются соответствующие отключения, чтобы сбалансировать мощность на отдельном острове. Такой активный алгоритм позволяет с максимальной степенью успеха поддерживать «живой» собственный источник энергии.

В отличие от этого, стандартный алгоритм SCO не уравновешивает мощность после извлечения острова, что является его основным недостатком. Причина этого - жестко закрепленные отключения для отдельных ступеней SCO, что не позволяет контролировать мощность отключения.

Возможность расширения системы за счет распределительного щита нижнего уровня.

Если система ICT охватывает распределительное устройство нижнего уровня, можно определить приоритеты для большего числа нагрузок и, таким образом, уменьшить отдельные количества отключенной мощности. Это увеличивает разрешающую способность системы, что приводит к более точным балансам острова. Это позволяет o также делать больше «хирургических разрезов» сети, оставляя подачу важных, «не потребляющих энергии» частей, связанных с контролем. Информация с нижних уровней сети также позволяет оптимизировать работу автоматизации АВР, заключающуюся в выборочном выборе только значительных систем переключения с шансами на успех.

Возможность расширения системы за счет извлечения информации из глубины энергосистемы желательна для более однозначного обнаружения работы островка. Это достигается за счет дополнительной информации о состоянии выключателей, а также о потоках мощности и уровнях напряжения в непосредственной близости от точки электроснабжения компании.

Информация от системного оператора

Самым далеко идущим расширением является получение от системного оператора текущей информации о состоянии сети, в частности информации о крупных развивающихся сбоях системы, разделении больших островов, дефиците мощности и т. Д. Это позволяет оператору быстрее реагировать, подготовка соответствующей системы работы и возможная безопасная остановка производства.

Пример применения

Ниже представлен пример приложения Smart-Load, установленного на крупном металлургическом заводе с двумя главными двухсекционными распределительными станциями (ГПЗ) на 6 кВ, питаемыми от пяти линий 110 кВ через 5 трансформаторов 110/6 кВ. На станции имеется собственная теплоэлектроцентраль с пятью генераторами, три из которых постоянно работают. Отводные распределительные щиты, питаемые от главных распределительных щитов, имеют 3 отсека питания, а наиболее важные распределительные щиты оснащены автоматикой переключения питания, обеспечивающей необходимую непрерывность их электроснабжения.

В случае отсутствия электроснабжения важных коммутационных станций, питающих металлургические устройства, существует серьезная вероятность выхода этих устройств из строя, что повлечет за собой значительные финансовые потери и дорогостоящий длительный простой завода, поэтому при эксплуатации завода особое внимание уделяется по поддержанию такой системы работы, чтобы эти коммутационные станции запитывались одновременно с АЭС через трансформаторы 110/6 кВ и от работающих генераторов. В случае сбоя питания со стороны NPS автоматика Smart-Load определяет факт потери мощности в сети и отключает автоматические выключатели в отсеках фидеров со стороны энергосистемы, чтобы предотвратить подключение других получателей к сети. Сеть 110 кВ от подачи электроэнергии действующими генераторами.

Затем система выполняет такие отключения, чтобы в островке, созданном в результате ее работы, разница между подаваемой и полученной мощностью была как можно меньше. Очень важным элементом, который необходимо учитывать, является тот факт, что, как правило, рабочие конфигурации сети 6 кВ на заводе оптимизированы с точки зрения равномерности нагрузок, что затрудняет постоянное поддержание конфигурации сети таким образом. что секции, на которых работают генераторы, мощности, производимые генераторами и потребляемые нагрузками, были одинаковыми.

После выбора островков с балансировкой мощности следующей задачей автоматизации является наблюдение за работой созданных островных систем. При работе генераторного острова высока вероятность возникновения в дальнейшем нарушений, связанных со скачкообразным изменением мощности, возникающих в результате работы автоматики технологических систем, а также нарушений в работе самих турбоагрегатов. На этом этапе рассматриваемая автоматика выполняет функции классического SCO, который в случае понижения частоты внутри островной системы производит последующие отключения, чтобы поддерживать работу «острова» в течение максимально длительного времени - т.е. до тех пор, пока восстановление электроснабжения от сети 110кВ или до возникновения аварийной ситуации остановка технологических линий на предприятии.