System Axioline F I/O dla sektora energetycznego

fot. Phoenix Contact

Ukierunkowanie się na zieloną energię oraz globalne wymogi w zakresie ochrony środowiska i zasobów naturalnych stanowią główne wyzwania zarówno dla społeczeństwa, jak i przemysłu energetycznego

Stworzenie standardu IEC 61850 oznacza powstanie międzynarodowej normy umożliwiającej jednolite projektowanie sieci i systemów komunikacyjnych, w tym także systemu Axioline F I/O produkowanego przez Phoenix Contact.

Czynniki takie jak rosnące koszty energii, niedobór ważnych zasobów oraz zwiększające się emisje CO2 nabierają coraz większego znaczenia w skali globalnej. Aby zapewnić ludności oraz przedsiębiorstwom dostęp do zrównoważonej i bezpiecznej energii w przyszłości, potrzebujemy nowych koncepcji i podejścia systemowego. Jedną z nich jest inteligentna sieć. Ten rodzaj sieci umożliwia optymalne zsynchronizowanie produkcji energii, jej zużycia i magazynowania. Jednakże, wdrożenie inteligentnej sieci wymaga zastosowania najnowszych technologii. Tylko wtedy możliwe będzie zagwarantowanie elastycznego i niezawodnego sposobu zapewnienia energii zgodnie z bieżącym zapotrzebowaniem. Rosnący udział energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych, oraz stały wzrost ilości niewielkich, zdecentralizowanych elektrowni, sprawia, że konieczność posiadania szerokiego, jednolitego systemu komunikacji staje się oczywista.

System ten opiera się na niezależności producenta i interoperacyjności.

W tym kontekście międzynarodowa norma IEC 61850, “Systemy i sieci komunikacyjne w automatyce sieci zasilania,” odgrywa decydującą rolę. Norma jak i określone przez nią obiektowe transmisje danych po raz pierwszy umożliwiają opisanie złożonych procesów i urządzeń w sposób jednolity dla wszystkich uczestników sieci komunikacyjnej. Dwiema głównymi zasadami IEC 61850 są niezależność producenta oraz interoperacyjność urządzeń. Znacząco zmniejsza to różnorodność istniejących do tej pory przyłączy. Ponadto, użytkownicy nie muszą już zależeć od jednego tylko producenta i zastrzeżonych rozwiązań automatyki sieci.

Interoperacyjność nie ogranicza się tylko do wymiany danych w oparciu o standardową technologię Ethernetu. Także proces technologiczny jest tutaj jasno określony. Użytkownik ma dostęp do wstępnie określonych jednostek funkcyjnych, które w hierarchicznym modelu danych są opisane jako czytelny plik tekstowy. Te pliki SCL (Substation Configuration Language - Język Opisu Konfiguracji Stacji) tworzą podstawę dla wydajnej inżynierii systemów. IEC 61850 określa też wymagania dla urządzeń. Komponenty używane w systemach energetycznych muszą być w stanie spełniać warunki środowiskowe panujące na danych obszarach oraz być stale dostępne. Tylko tak będzie możliwe zapewnienie stabilnego zasilania. Oprócz zwiększonej odporności na zakłócenia, urządzenia te muszą charakteryzować się wysoką wytrzymałością przepięciową, sprawdzaną w badaniach ESD (wyładowanie elektrostatyczne), badaniach na rozerwanie i przepięcie.

Wsparcie dla komunikacji MMS i GOOSE

Jeżeli zapewnienie komunikacji odbywa się zgodnie z IEC 61850, to systemy I/O mają do odegrania ważną rolę. Jeszcze przed planowaniem systemu należy zadać sobie ważne pytania, takie jak: w jaki sposób sygnały będą rejestrowane oraz w prosty i wydajny sposób przesyłane. Ponadto, musi być jasne w jaki sposób korzyści wynikające z obiektowego charakteru standardu mogą zostać zintegrowane w inżynieryjny projekt całej stacji. Phoenix Contact rozwiązuje ten problem prezentując swój system Axioline F I/O, zaprojektowany do komunikacji zgodnej z IEC 61850. Moduł I/O opracowany specjalnie dla tych zastosowań w pełni to udowadnia. Dzieje się tak dlatego, że system I/O wyróżnia się szybką transmisją danych, niezawodnością działania oraz łatwością obsługi podczas jego budowy i uruchomienia.

Rys. 1. System Axioline F I/O doskonale nadaje się dla technologii energetycznych.

Krótkie czasy reakcji są podstawowym warunkiem stabilnego zaopatrzenia w energię. Dlatego Axioline F obsługuje zarówno komunikację z systemem sterowania MMS (Manufacturing Message Specification) a także szybki, inicjowany przez zdarzenia protokół GOOSE (Szybka międzypolowa wymiana danych - Generic Object Oriented System Event) dla bezpośredniej wymiany danych pomiędzy urządzeniami końcowymi (serwerami). Oznacza to, że sygnały o wysokim priorytecie są przesyłane bezpośrednio przez system sterowania do wszystkich uczestników, tak szybko jak to tylko możliwe.

Inżynieria bez specjalnych narzędzi

Jednakże największą zaletą Axioline F jest łatwa obsługa systemu, która nie wpływa na jego wymaganą niezawodność. Moduły I/O dla cyfrowego wejścia oraz wyjść przekaźnikowych przy znamionowym napięciu do 220 V DC, zaprojektowane specjalnie dla środowiska przemysłowego, posiadają wytrzymałość przepięciową 5 kV. Niemniej jednak, moduły te mogą być organizowane zgodnie z potrzebami w ramach stacji I/O bez konieczności budowy specjalnych segmentów, takich jak płyty rozdzielające. Umożliwia to elastyczność budowy stacji i dowolne ustawienie modułów sterowania, sygnalizacji i analogowych.

Rys. 2. Parametryzacja stacji I/O jest bardzo prosta przy zastosowaniu interfejsu sieciowego.

Rozmieszczenie terminali w IEC 61850 jest równie elastyczne, czy to przez interfejs sieciowy czy też, jak w przypadku innych plików konfiguracyjnych, za pomocą prostego pliku tekstowego. Dla stworzenia kompletnej stacji I/O nie są wymagane żadne specjalne narzędzia. Cała parametryzacja odbywa się poprzez wymianę plików konfiguracyjnych IEC 61850 W tym celu można też stosować interfejs sieciowy. Oznacza to, że użytkownik nie musi dokonywać / kupować żadnego, dodatkowego programowania.

Certyfikat zgodności z normą komunikacyjną zapewnia bezpieczeństwo korzystania z poszczególnych urządzeń lub systemów. Jest to jedyny sposób umożliwienia wszystkim uczestnikom systemu bezproblemowej wymiany danych. Centrum certyfikacji badań KEMA dokumentuje tę zgodność dla Axioline F. Dzięki temu użytkownik uzyskuje potwierdzenie, że system Axioline F posiada 100% inter-operacyjność zgodnie z normą IEC 61850.

Zastosowanie we wszystkich obszarach produkcji energii

IEC 61850 znajduje zastosowanie na wszystkich poziomach dostarczania energii elektrycznej. Obejmuje to również wytwarzanie energii – bez względu na to czy energia elektryczna pochodzi z dużych konwencjonalnych elektrowni czy też ze źródeł odnawialnych, takich jak systemy wiatrowe czy fotowoltaiczne. Zastosowanie cyfrowej technologii ochrony zapewnia możliwość przesyłania zdarzenia oraz czasu jego powstania za pomocą komunikacji w ramach IEC 61850 do głównego systemu I&C oraz zastosowanie analizy błędów dającej dokładne wyniki w ciągu milisekund.

Jest to bardzo ważne, gdyż źródło zakłóceń może być szybko i dokładnie określone. Jeśli chodzi o niskonapięciowe urządzenia rozdzielcze, to istnieje szeroki zakres sygnałów do sterowania szynami. Ponadto, jest też wiele możliwości zastosowań w sieciach przesyłowych i dystrybucyjnych. Możliwy jest monitoring transformatorów w celu planowania konserwacji, ostrzeżeń procesowych lub raportów o błędach. 

Rys. 3. Systemy I/O pomagają, między innymi, przy monitorowaniu i sterowaniu transformatorami.

Lokalne stacje zasilające mają też za zadanie dostarczać do sieci energię elektryczną produkowaną przez zdecentralizowane elektrownie korzystające ze źródeł odnawianych. Transformator lokalnej sieci zasilania z możliwością jego sterowania zapewnia, że napięcie utrzymywane jest w zakresie ±10 procent. Może on być też sterowany poprzez system I/O certyfikowany zgodnie z IEC 61850.

Podsumowanie

IEC 61850 stworzyło międzynarodową normę dla wszystkich poziomów dostarczania energii elektrycznej. Solidny, szybki i łatwy w obsłudze system Axioline F firmy Phoenix Contact oferuje zgodne z normą rejestrację i przesyłanie odpowiednich danych do centrum sterowania. Stanowi to ważny wkład w tworzenie stabilnej sieci elektrycznej o wysokiej dostępności.

Zobacz parametryzację aplikacji Axioline F

Rys. 4. System Axioline F I/O, opracowany dla komunikacji zgodnej z normą IEC 61850, jest wyposażony w odpowiednie komponenty infrastrukturalne.