ماژول APAS سیستم iSCADA به عنوان یک راهکار فوق‌العاده EMS و تحلیل شبکه
مقدمه
از جمله مزایای به‌کارگیری سیستم‌های (Advanced Power Application Software) APAS، افزایش سرعت تصمیم‌گیری توسط دیسپاچرهای مرکز کنترل در حوادث احتمالی و در نتیجه افزایش پایداری شبکه برق است. این مهم با اصلاح پارامترهای استاتیکی المان‌های موجود در شبکه و نیز یافتن مدل بهینه جهت مرزهای تبادلی با شبکه‌های همجوار می‌تواند به صورت کارآمد و عملیاتی به مدد واحدهای دیسپاچینگ‌های توزیع انرژی به ویژه در صنعت برق بیاید.
سیستم CTP و قابلیت‌های آن
ماژول CTP که با عناوین دیگری همچون DNC (Dynamic Network Coloring) نیز در صنعت اتوماسیون و اسکادا شناخته می‌شود به دو صورت در iSCADA پیاده‌سازی شده است. ماژول CTP برای هر SLD یا P&ID در یک نقشه تک خطی قابل پیاده‌سازی و بهره‌برداری می‌باشد. حالت دیگر استفاده از ماژول CTP می‌باشد که با تامین لایسنس این Plugin به سیستم اضافه شده و قابل بهره‌برداری می‌باشد. این قابلیت با توجه به فلسفه بهره‌برداری مشتریان به طور ویژه مناسب برای شرکت‌های توزیع برق و شبکه‌های گسترده تحت کنترل آنها می‌باشد.
از آنجایی که در ماژول CTP توپولوژی شبکه و نیز اطلاعات قدرتی ترانس‌ها و سایر تجهیزات شبکه ثبت و در محاسبات از آنها استفاده می‌گردد به نوعی در حوزه EMS و DMS نیز اشتراکاتی دارد. در ادامه به ویژگی‌های این ماژول بیشتر اشاره خواهد شد.
در خصوص ویژگی‌های این قابلیت باید متذکر شد این سیستم قادر است نقشه‌های شبکه را از نرمافزار AutoCAD (که در بسیاری از شرکت‌ها از این نرمافزار برای ترسیم نقشه‌های شبکه‌های بزرگ استفاده می‌شود و غالبا موجود است) دریافت نموده و در CTP اجرا نماید. اینکار به سادگی و با اصلاح و اعمال Blockها و Layerها در نقشه‌های موجود قابل انجام می‌باشد. نمایی از ماژول CTP در شکل زیر آمده است.
ویژگی‌های ماژول CTP
-
Nominal Load Flow: محاسبه ظرفیت اسمی ترانس‌ها و نمایش Load هر سوئیچ یا کلید و مشاهده سریع آن، جهت انجام امور مانور و کلیدزنی، که در نقشه‌های SLD وسیع بسیار کمک کننده است.
-
Navigation to View: قابلیت Navigate کردن از محیط CTP به Popup کلیدها و یا نقشه SLD پست‌ها و بلعکس که توسط مهندس سیستم قابل تعریف می‌باشد.
-
Navigation Bar: ابزاری برای جستجوی سریع تمامی مناطق، پست‌ها، فیدرها، کلیدها، سوئیچ‌ها و هر المانی که در CTP نمایش داده شده است و یافتن تمامی آنها در ساختار درختی
-
Feeder Visibility: این قابلیت وجود دارد تا شبکه متعلق به یک یا چندین فیدر خاص نمایش داده شود و مابقی شبکه Hidden شود.
-
اعمال فرامین: در محیط CTP این امکان وجود دارد تا هر المانی به دیتابیس پروژه Bind شده و متعاقبا امکان ارسال فرمان برای نقاط فرمانپذیر در محیط CTP مهیا می‌باشد.
-
نمایش تجهیزات: این قابلیت در ماژول CTP وجود دارد تا تمامی المان‌ها و تجهیزات شبکه بر اساس سلیقه مشتری طراحی و نمایش داده شود. تجهیزات در اتوکد و به صورت Block طراحی شده و به ازای Stateهای مختلف آن تجهیز (مانند باز یا بسته بودن یک کلید) می‌توان Block مستقلی را تعریف کرده و در سیستم و در زمان اجرا با توجه به اطلاعاتی که از شبکه دریافت می‌گردد به دیسپاچر نمایش داده شود.
-
Real-time Mode: در این حالت اپراتور می‌تواند به هر کلید و یا تجهیزی که زیرساخت آن فراهم شده فرمان داده و شبکه را در حالت واقعی کنترل نماید.
-
Study Mode: حالتی است که اپراتور می‌تواند در آن کلید‌هایی را بدون اعمال در شبکه واقعی باز و بسته نماید و در صورت عدم مشکل در حالت Real-time فرمان بدهد.
-
Dynamic Analysis: رنگ‌های خطوط و لاین‌ها به صورت داینامیک و معنادار با هر تغییری در شبکه اعم از باز و بسته شدن کلیدها و تغییر در منشاء انرژی تغییر می‌نماید. همچنین در این محیط Energized بودن (با رنگ منشاء انرژی) و De-Energized بودن (با رنگ سفید) برای تمام خطوط نمایش داده می‌شود.
-
Source Analysis: خطوط، Objectها و Sectionهایی که از یک منشاء در شبکه Energized شده‌اند در ماژول CTP به رنگ منشاء خط نمایش داده می‌شود.
-
Loop Analysis: با توجه به طراحی شعاعی در شبکه توزیع برق، تمامی حلقه‌ها (Loop) در شبکه با محاسبات ریاضی محاسبه، شناسایی و با چشمک زدن به اپراتور اعلام می‌گردد.
-
Parallel Analysis: در CTP زمانی که یک مسیر در شبکه از دو منشاء انرژی (به عنوان مثال از دو فیدر) تغذیه بشود این رویداد با چشمک زدن بین دو رنگ از شبکه به اپراتور اعلام می‌گردد.
-
Search: در محیط CTP قابلیت جستجو هم به زبان فارسی و هم به زبان انگلیسی وجود دارد.
قابلیت Load Flow یا پخش بار در ماژول CTP
در سیستم iSCADA و ماژول CTP این امکان وجود خواهد داشت که هنگام طراحی و ترسیم نقشه‌های تک خطی (SLD) و تمامی المان‌های شبکه برای هر المان توان ظاهری به صورت یک Attribute ثبت شود و در سیستم iSCADA با توجه به حل معادلات شبکه برق قابلیت Load Flow یا پخش بار به دیسپاچر نمایش داده شود و با توجه به مانورها و تغییرات در شبکه تصمیم مناسب اتخاذ شود. به این ترتیب علاوه بر تعیین توپولوژی ارتباطی در شبکه و اطلاعات قدرتی تجهیزات، محاسبات در حوزه DMS انجام شده که یکی از متدول‌ترین آنها Load Flow یا پخش بار می‌باشد.
در شرکت‌های توزیع برق به دلیل وجود ظرفیت نامی ترانس‌ها و سایر تجهیزات، این ویژگی تحت عنوان Nominal Load Flow نامگذاری شده است.
عملکرد ماژول APAS در سیستم iSCADA
ماژول APAS با سیستم iSCADA بر اساس توپولوژی زیر ارتباط برقرار می‌نماید و این ماژول تمامی اطلاعات Real-Time را در لحظه از اسکادا دریافت نموده، محاسبات انجام می‌شود و سپس پاسخ به سیستم اسکادا برمی‌گردد و در نرمافزار HMI به سرعت نمایش داده می‌شود. دیتا مدل پیاده‌سازی شده برای اطلاعات استاتیک در نرمافزار DIgSILENT بر اساس CIM بوده و سیستم iSCADA به طور کامل از آن پشتیبانی می‌نماید.
استفاده از Engine نرمافزار DIgSILENT در سیستم iSCADA
جهت پیاده‌سازی توابع دیگر PAS در شبکه‌های انتقال برق، سیستم iSCADA از محصول شرکت PowerFactory تحت عنوان نرمافزار DIgSILENT به عنوان سیستم APAS برای دستیابی به قابلیت‌های تحلیل شبکه‌های قدرت استفاده می‌کند.
نرم افزار DIgSILENT که مخفف DIgital SImuLator for Electrical NeTwork می‌باشد، یکی از قوی‌ترین نرم‌افزارهای تحلیل شبکه است که در هر سه حوزه تولید، انتقال و توزیع کاربرد دارد. امروزه در اکثر شرکت‌ها و ادارات برق از این نرمافزار به عنوان یک نرمافزار پایه در محاسبه و تحلیل شبکه‌های قدرت استفاده می‌گردد.
با بهره‌گیری از این نرمافزار قادر خواهیم بود یک شبکه گسترده را با تمام تجهیزات آن شبیه‌سازی نموده و محاسباتی همچون:
-
محاسبات پخش بار
-
محاسبات اتصال کوتاه
-
تخمین حالت
-
تحلیل و محاسبات خطا و حوادث
-
محاسبات شبیه‌سازی دینامیکی
-
شبیه‌سازی حالت‌های گذرا الکترومغناطیسی
-
محاسبات و تحلیل مقادیر ویژه
-
کاهش شبکه
-
هماهنگی رله‌ها
-
وارسی عملکرد تجهیزات حفاظتی
-
تحلیل هارمونیکی
-
محاسبات قابلیت اطمینان
-
پخش بار اقتصادی
-
اینترفیس اسکادا
-
دیاگرام تک خطی
و ده‌ها موارد دیگر را مورد محاسبه قرار دهیم.
سیستم DIgSILENT یک ابزار شبیه‌سازی برای محاسبه و تحلیل رفتار سیستم‌های قدرت با اهداف طراحی و بهره‌برداری می‌باشد. طراحی و توسعه این نرمافزار از سال ۱۹۷۶ توسط مهندسین و برنامه‌نویسان با تجربه در شرکت DIgSILENT GmbH آلمان آغاز شده است. آخرین ویرایش این نرم افزار بر اساس تجربیات موفق نسخه های قبل و در محیط C ++ ایجاد گردیده است.
از ویژگی‌های نرمافزار DIgSILENT می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.
-
محیط مدیریت اطلاعات پروژه به صورت تک و چند کاربره
-
دارای بانک اطلاعات با ذخیره‌سازی داده های تاریخی و عملکرد حسابرسی
-
مدل اطلاعات Time-stamped
-
امکان Baselining, Versioning و Publishing مدل‌ها
-
نمودارهای مروری یکپارچه، نمودار خط ساده و دقیق
-
ابزارهای احتمالی تجزیه و تحلیل سریع
-
توزیع و جاسازی مدل سازی قدرت
-
مدل‌های جدید برای قدرت باد و نیروگاه‌های مجازی
-
طراحی عمومی نرمافزار و ساختار اطلاعاتی آن
-
قابلیت تعریف دقیق موضوعات و سناریوها
-
معادلات ریاضی و تکنیک‌های حل
-
برنامه نویسی و نگهداری نرمافزار و نحوه ارتباط و تعامل توابع محاسباتی نرم افزار با یکدیگر
-
نوع امکانات و قابلیت‌های نرمافزار و ساختار ارتباطی کاربر – ماشین و تکنیک‌های آن
الگوریتم و تکنیک‌های مدلسازی این نرمافزار، مطمئن و قابل انعطاف می‌باشد به گونه‌ای که قادر است طیف وسیعی از رفتارهای سیستم قدرت را در حالت‌های ماندگار و یا گذرا شبیه‌سازی و محاسبه نماید. دقت و اعتبار این نرمافزار به حدی است که از آن در اکثر کشور‌ها از جمله ایران برای آنالیز و طراحی شبکه‌های تولید، انتقال و توزیع استفاده می‌شود.
کاربرد DIgSILENT در حوزههای مرتبط با نیرو
نرمافزار DIgSILENT قابل استفاده با نسخه‌های مختلف و در حوزههای متنوع می‌باشد. از جمله حوزه‌‌هایی که از این سیستم می‌توان بهره برد، شامل موارد ذیل است.
انتقال نیرو (Power Transmission)
شبکه های انتقال در حال حاضر دستخوش تغییرات قابل توجهی می‌شوند تا با عدم تحمیل هزینه‌های زیاد، بتوانند با قابلیت اطمینان بالا و با حفظ راندمان عملیاتی به کار خود ادامه دهند. DIgSILENT مجموعه کامل توابع را برای مطالعه شبکه بزرگ ارائه می‌دهد. سیستم‌های برق به هم پیوسته و پیچیده هستند و ضرورت پرداختن به این موارد در حال حاظر، بیش از پیش احساس می‌شود. الگوریتم‌های شبیه‌سازی سریع و قوی آن برای هر توپولوژی شبکه AC یا DC قابل استفاده است و از فناوری‌هایی جدید مانند تولید برق مبتنی بر مبدل، FACTS ، مبدل ولتاژ (VSC)، کابل HVDC و سربار خطوط، قطع کننده‌های DC ، فیلترها و انواع کنترلرهای MW و Mvar و نیروگاه‌های مجازی پشتیبانی می‌کند.
توزیع نیرو (Power Distribution)
چالش‌های جدیدی مانند جریان برق معکوس و افزایش ولتاژ از طریق نیروگاه‌های تولید پراکنده، پیچیدگی در برنامه‌ریزی و عملیات در شبکه‌های توزیع را بسیار افزایش داده است. نیاز این موضوع بیشتر احساس می‌شود زمانی که قصد بهینه‌سازی یک شبکه با پیچیدگی بیشتر را داشته باشیم. برای مقابله با این چالش‌ها، DIgSILENT ابزار قدرتمند و مناسبی ارائه می‌دهد. با استفاده از ابزار داخلی شبکه مد نظر ایجاد و با استفاده از داده‌های موجود در سیستم SCADA ورودی مقادیر اندازه‌گیری شده تامین می‌گردد. بر اساس این داده‌ها، وضعیت فعلی شبکه را می توان ارزیابی کرد. به عنوان مثال ظرفیت تولید و بار قابل ارزیابی است. برای بهینه‌سازی بیشتر شبکه، تعداد زیادی توابع و ابزار وجود دارد، مانند بهینه‌سازی Tie Open Point، بهینه‌سازی پروفایل ولتاژ و بهینه‌سازی بالانس فاز.
با استفاده از شبیه‌سازی پویا، اثرات مختلف و واکنش به رفتار نیروگاه‌های تولید پراکنده با زیرساخت‌های شبکه جدید، مانند سیستم‌های ذخیره باتری با کنترل‌های تعریف شده توسط کاربر را می‌توان در مطالعات imesweep تجزیه و تحلیل کرد.
سیستم‌های صنعتی (Industrial Systems)
برای اطمینان از تداوم تولید و ایمنی پرسنل، عملکرد مناسب شبکه‌های صنعتی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. با الگوریتم‌های جریان بار با دقت بالا، ویژگی‌های محاسبه اتصال کوتاه انعطاف پذیر، مدلسازی ۴ سیم، مدلسازی سیستم حفاظت، آنالیز هارمونیک و گزینه‌های طراحی فیلتر ، DIgSILENT توابع گسترده‌ای مناسب با نیازمندیهای کاربری صنعتی، پیشنهاد می‌دهد. علاوه بر این، DIgSILENT دقت محاسبه، استانداردهای مناسب، نتایج به وضوح ارائه شده و یک رابط کاربری جامع و کاربر پسند را فراهم می‌سازد.
نیروگاه‌ها (Power Generation)
نیروگاه‌ها هسته اصلی هر سیستم قدرت را نشان می‌دهند. کارآیی، قابلیت اطمینان و ثبات آنها امری بسیار ضروری و حائز اهمیت است. DIgSILENT ابزاری برای تجزیه و تحلیل کلیه جنبه‌های المان‌های الکتریکال آنها ارائه می‌دهد.
نیروگاه‌های تولید پراکنده (Distributed Generation)
پدیده های سیستم برق مانند جریان برق معکوس، افت ولتاژ و تورم، سطح خطا و بارگیری تجهیزات متفاوت، از چالش‌های ناشی از نیروگاه‌های تولید پراکنده در شبکه‌های برق است. نکته ویژه، چالش پیش‌بینی تولید انرژی تجدید پذیر با توجه به ظرفیت انتقال فیدر توزیع است. DIgSILENT برای تجزیه و تحلیل این چالش کاملاً مناسب است. این توابع با مطالعه سیستم توزیع کلاسیک مانند محاسبه افت یا افزایش ولتاژ، ارزیابی نامتعادل بودن شبکه، محاسبه جریان اتصال کوتاه (شامل استاندارد IEC 60909: 2016) و تجزیه و تحلیل حفاظت انتخابی، با ابزار تجزیه و تحلیل مدرن از جمله شبیه‌سازی شبه دینامیکی، بهینه‌سازی ولتاژ، تجزیه و تحلیل ظرفیت، ارزیابی تصادفی با جریان بار احتمالی یا تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان، و ارزیابی کیفیت قدرت ترکیب می‌شوند. همچنین کتابخانه مدل جامع در DIgSILENT امکان استفاده از اشیاء آماده را برای بارهای تک‌فاز و سه‌فاز، پروفایل‌های انرژی مصرفی، ژنراتورها و مبدل‌ها، تاسیسات PV با محاسبه توان یکپارچه بر اساس تابش خورشیدی، سلول‌های سوختی، ژنراتورهای بادی، میکروتوربین‌ها، باطری و غیره فراهم می‌نماید.
انرژی‌های تجدیدپذیر (Renewables)
در حال حاضر اقدانات و مطالعات پیچیده برای ادغام نسل‌های مختلف انرژی‌های تجدید پذیر در شبکه های برقی یک نیاز اساسی در برنامه ریزی و تجزیه و تحلیل شبکه هستند. DIgSILENT قابلیت‌های مدلسازی گسترده را با الگوریتم‌های حل پیشرفته ترکیب می‌کند و از این طریق ابزارهایی را برای انجام طیف کاملی از مطالعات مورد نیاز برای اتصال به شبکه و آنالیز تأثیر شبکه پارک‌های بادی، کارخانه‌های PV و سایر انواع ماژول‌های انرژی‌های تجدیدپذیر فراهم می‌کند.
