سیستم مدیریت توان، بار، انرژی و وظیفه آن در شبکه، نیروگاه، پلنت ها و پارامترهای آن

سیستم مدیریت توان در شبکه، پالایشگاه، نیروگاه و مطالعات و پارامترهای ان

هدف سیستم مدیریت توان یا انرژی یا (power management system (PMS افزایش ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم انرژی الکتریکی بر اساس مطالعات سیستم برق است. سیستم از اتوماسیون و فن آوری شبکه برای تقویت ایمنی ، قابلیت اطمینان و قابلیت نگهداری سیستم الکتریکی کارخانه استفاده می کند.

هدف طراحی

هدف از این طرح دستیابی به موارد زیر خواهد بود:

• ایمنی پرسنل
• انطباق کد
• قابلیت اطمینان و پایداری شبکه و جلوگیری از شات داون پلنت
• مدیریت صحیح بارها و حفظ پارامترهای شبکه
• عملکرد صحیح و ایمن
• تعمیر و نگهداری کم
• کدهای طراحی

طرح مطابق با استانداردهای مربوط به IEC ، مقررات ملی و محلی خواهد بود. ایمنی و افزایش قابلیت اطمینان سیستم الکتریکی باید با افزایش نظارت ، به هم بستن و کنترل و حفاظت توزیع شده حاصل شود.

با ارائه کمک به اپراتور برای بهره برداری صحیح و ایمن (بدون خطا) سیستم برقی کارخانه ، می توان عملکرد پلنت را افزایش داد. کنترل های خودکار در صورت لزوم ارائه می شود که به بهبودی و پایداری سریعتر کمک می کند. PMS شامل عملکردی برای بهره برداری با کمترین خطا و قطعی و تولید خودکار و دستی گزارش ها و نگهداری پایدار شبکه برای کاهش بار کاری اپراتور و هزینه های ناشی و ممانعت از قطعی است.

سیستم مدیریت توان در شبکه چیست؟

PMS شامل تجزیه و تحلیل مهندسی خارج از خط، برای پیش بینی عملکرد سیستم الکتریکی بر اساس داده های کارخانه، شبکه و تجهیزات است. از ابزارها و نرم افزارهای آنالیز مهندسی برای مطالعه و تقویت بیشتر قابلیت اطمینان سیستم الکتریکی با تنظیم دقیق تجهیزات کنترل سیستمهای الکتریکی (همانند رله های حفاظتی)، تنظیمات ژنراتورها و نقاط و تجهیزات حفاظت شده و همچنین کمک به گسترشها و ارتقاء سیستمهای الکتریکی آینده استفاده شده است. PMS همچنین امکان دسترسی مهندسی به تجهیزات الکترونیکی هوشمند (IED) را برای تنظیمات ، پیکربندی و سایر داده های غیر عملیاتی مانند سوابق خطا فراهم می کند.

شات داون و ریزش بار (load shedding)به عنوان بخشی از سیستم تولید و توزیع کلی ارائه شده و مانع از شروع موتور و یا حذف بار بالقوه اضافی برای جلوگیری از از بین رفتن ثبات و فروپاشی سیستم انرژی می شوند. ریزش بار و مسدود کردن بار نباید باعث ایجاد مزاحمت برای در بارهای در حال کار شود. ورودی های سیستم ریزش بار شامل وضعیت کلید های قطع کننده مدار و جریان انرژی می شود که پیکربندی شده است که تا به موارد زیر پاسخ دهد:

• تغییرات سریع در هنگام خطا، به عنوان مثال تریپ برقی یا تریپ ژنراتور.
• در صورت لزوم ، فرکانس پایینتر در کمتر از مدت زمان از پیش تعیین شده
• در صورت لزوم ، بارگذاری تدریجی به سمت / حداکثر قابلیت تولید. ریزش بار  یا لود شدینگ تدریجی برای ژنراتورهای توربینی احتراق (CTG) برای اطمینان از عدم ایجاد بار اضافی در ظرفیت تولید بدلیل بارگذاری پلنت. در صورت لزوم پایداری سیستم ، ریزش بار به سطوح مناسب افزایش می یابد.

پس از ترمیم واحدها ، سیستم برق باید به حالت طبیعی بازگردد. بارهای قطع شده از طریق ریختن خودکار بارها و بارهای مسدود شده توسط سیستم انسداد بار باید دوباره به سیستم بازگردند. PMS اطلاعات مربوط به مسدود کردن سیگنالهای صادر شده / حذف شده و ظرفیت تولید لوازم یدکی موجود را برای کمک به این فرآیند به PCS یا power control system ارائه می دهد.

ریزش بار در یک PLC مستقل با سیگنال های تریپ به صورت هارد وایر ( hard wire) پیاده سازی می شود. سیستم های ریزش بار و انسداد بار در مرحله مهندسی تفضیلی توسعه داده می شود.

ریزش سریع در لود شدینگ

در صورت از بین رفتن یک یا چند CTG یا وقوع سایر شرایط احتمالی ، در صورت انجام چنین عملیاتی باعث می شود توان در حال کار بیش از حد تولید شود، در این صورت بایستی بار کافی، مطابق جداول اولویت بار، ریزش شود تا از ادامه کار واحدهای باقیمانده اطمینان حاصل شود. تصمیم ریزش بارگذاری نیز باید قابلیت بارگذاری مرحله باقیمانده از CTG های را در نظر بگیرد.

ریختن بار سریع، نباید بیش از ۲۰۰ میلی ثانیه از وقوع احتمالی تا باز شدن کلیدها ، از جمله زمان باز شدن مدار انجام شود. اگر تجزیه و تحلیل پایداری برای جلوگیری از ریزش سیستم الکتریکی به عملکرد سریعتر ریختن بار (۲۰۰ میلی ثانیه) نیاز داشته باشد ، باید سیستم ریختن بار برای رفع این نیاز طراحی شود.

ریزش بار / کاهش بار

PMS باید از قطع فیدرهای بار برای جلوگیری از خرابی آبشاری سیستم تولید استفاده کند. ریختن بار در شرایط زیر فعال می شود:

• از بین رفتن ناگهانی یک ژنراتور و منجر شدن به اضافه بار ژنراتورهای باقیمانده در خط.

بارها به طور خودکار بر اساس اولویت از پیش تعیین شده انتخاب می شوند. تغییر در لیست بار اولویتی فقط توسط اپراتورهای مجاز انجام می شود.

بارگیری کیلووات از کلیه بارهای قابل لمس از طریق سیگنالهای KW هارد وایر از سوئیچگیرهای HV مربوطه کنترل می شود.

قطع برق PMS نباید سیستم برق را خاموش کرده یا مانع از کنترل PCS شود.

خرابی هر یک از مؤلفه های سیستم واحد، از جمله IED ، سوئیچ های اترنت ، مبدل های پروتکل ، کابل ها و غیره نباید باعث از بین رفتن ارتباط با چندین IED شود.

رویه های امنیتی ، کنترل دسترسی ، فایروال ها با استانداردها و رویه های فناوری اطلاعات پروژه مطابقت داشته باشند.

الزامات عملکرد ، قابلیت گسترش و نیازهای تست، در مشخصات ، نقشه ها و اسناد PMS ایجاد می شود.

لود شدینگ یا ریزش بار

ریزش بار در صورت تریپ یک ژنراتور بر روی خط که منجر به اضافه بار روی ژنراتورهای باقی مانده می شود، انجام خواهد شد.

نرم افزار سیستم مدیریت توان عملکردهای زیر را انجام دهد:

• حداکثر توان مصرفی یک نیروگاه تولید برق آنلاین را با استفاده از توان موجود ژنراتور تعیین کند.
• بطور مداوم بار ریخته شده مورد نیاز را بر اساس بار اندازه گیری شده (KW) محاسبه کند. کل بار ریخته شده باید بارگیری ژنراتورهای باقیمانده را به یک مقدار قابل تنظیم کاهش دهد – به عنوان مثال. ۹۵٪ در موارد خاص ، کاهش بار به جای ریختن بار اعمال می شود.
• نتایج محاسبه شده فوق باید در زمان واقعی در PMS HMI نمایش داده شود و رنگهای متفاوتی از مصرف کننده را نشان دهد که اگر یک ژنراتور قصد تریپ داشته باشد ، باعث ریزش یا کاهش بار خواهد شد.
• ریختن بار نیز با استفاده از باز کردن bus tie و بی برق کردن یک باس خواهد بود. PMS برای عملکرد جداگانه باسها طراحی نشده است.
• در صورت تریپ ژنراتور ، نیاز ریزش بار فوراً فعال می شود. کاهش بار آغاز شده است و ممکن است مدت کوتاهی برای دستیابی به آن لازم شود. اگر کاهش بار در یک تأخیر کوتاه مدت به دلیل نقص در پیوندهای ارتباطی حاصل نشود ، PMS به ریختن مصرف کنندگان بعدی در لیست اقدام می کند. پس از دستیابی به مقدار قابل تنظیم قدرت، توالی باید متوقف شده و در صورت بروز خطای ژنراتور دوم، از آن نقطه مجدداً شروع شود.

عملکردهای کنترل سیستم مدیرت توان

PMS توابع کنترل زیر را ارائه می دهد:

• تقسیم بار kW ژنراتور با درصد مساوی یا بار پایه.
• تقسیم بار kVAr ژنراتور یا با درصد مساوی یا بار پایه.
• ریختن بار
• کاهش بار
• جلوگیری از استار موتور بزرگ HV در صورت عدم داشتن چرخش کافی
• محدودیت افزایش بار
• توصیه در مورد شرایط بار زیاد و کم به گونه ای که پلنت می تواند توسط اپراتور تنظیم شود (به عنوان مثال استارت/ توقف ژنراتورهای یا کاهش بار).
• استارت، سنکرون سازی و موازی کردن متوالی ژنراتور ضروری با ترانسفورماتورها

فرکانس توسط PMS با استفاده از دستورات افزایش / کاهش به گاورنر توربین تنظیم می شود.

ولتاژ توسط AVR ها کنترل می شود. تنظیم ولتاژ توسط PMS با استفاده از دستورات افزایش / کاهش به AVR تنظیم می شود.

 لود شرینگ یا اشتراک بار kW ژنراتور ( kW load sharing )

به اشتراک گذاری بار واقعی توان توسط PMS ، با اندازه گیری توان فعال (کیلو وات) تحویل شده توسط واحد و تنظیم سرعت در صورت نیاز برای دستیابی به یک تقسیم بار برابر یا بارگذاری پایه انجام می شود.

اشتراک بار kVAr ژنراتور

تقسیم توان راکتیو توسط PMS ، با اندازه گیری توان راکتیو (kVAR) تحویل شده توسط واحد و تنظیم ولتاژ در صورت نیاز برای دستیابی به یک تقسیم بار راکتیو مساوی یا ثابت نگه داشتن توان راکتیو مجموعه بارگیری شده پایه (kWAR) انجام می شود. در صورت سقوط کوتاه مدت در ظرفیت ژنراتور به دلیل تریپ یک ژنراتور، سیستم مدیریت توان (PMS) ظرفیت سیستم انرژی را مجدداً محاسبه  و بارهای کافی را بر اساس KW در حال اجرا و اولویت آن محاسبه می کند.

اضافه بار تدریجی یک ژنراتور، به ایستگاه اپراتور هشدار می دهد. اگر بار اضافی تدریجی رخ دهد و برای یک بازه زمانی که متناسب با معکوس درصد بار اضافی  است، حفظ شود ، آلارم اضافه بار صادر می شود.

PMS، توان موجود را از تعداد ژنراتورهای موازی و توانایی های فردی آنها که از UCP های توربین دریافت مینماید، محاسبه می کند. بار جذب شده از هر مصرف کننده با استفاده از سیگنال هایی از تابلوهای برق اندازه گیری و جمع می شود تا مصرف بار را تأمین کند.

اگر ذخیره توان یعنی تفاوت بین قدرت موجود و توان مصرفی زیر مقدار از پیش تعیین شده باشد ، استارت موتورهای بزرگ مهار می شود.

برای استارت موتور بزرگ ، علاوه بر معیارهای ذخیره چرخش ، حداقل تعداد ژنراتورها قبل از استارت بار باید کار کنند.

توابع وضعیت و هشدار

PMS وضعیت پارامترهای مختلف شبکه مانند:

• وضعیت (باز ، بستن ، تریپ) همه کلیدهای بریکر مربوطه (فری کنتاکت از سوئیچگیرها)
• قدرت موجود در توربین گازی (سیگنال ۴-۲۰mA) از UCP مربوطه
• کیلووات ژنراتور ، kVAR و جریان
• کیلو وات مصرف کننده ها
• ولتاژ سوئیچگیرها

آلارم ها برای نشان دادن مشکلات احتمالی در سیسم برق که pms کنترل می کند نیز شامل می شوند. هشدارها برای مدت زمان مشکل فعال هستند و به ICSS منتقل می شوند.

حالت های عملیاتی

این سیستم دارای دو حالت عامل ، خودکار و دستی خواهد بود که از HMI انتخاب می شوند.

• در حالت خودکار ، توالی شروع خودکار بطور اتوماتیک ارائه می شود.
• در حالت دستی ، اپراتور کنترل و اجرای همه عملیات دستی را انجام می دهد.

توابع و امکانات اصلی

وطایف زیر بایستی در سیستم مدیریت توان ارائه شود:

• شروع اتوماتیک / متوالی ژنراتور و موازی شدن آنها در صورت قطع برق اصلی.
• شروع دستی ژنراتور و موازی برای حالت تست.

امکانات زیر برای هر ژنراتور اصلی فراهم می شود:

• پوش باتون های استارت ، استاپ و توقف اضطراری ژنراتور
• نشانگر وضعیت ژنراتور
• نمایشگر چند منظوره ژنراتور (kW ، kVAr ، ect)
• سنکرون کننده خودکار ژنراتور
• انتخابگر عملکرد دستی / خودکار
• نمایشگر ولتاژ تامین و فرکانس
• تنظیم دستی ولتاژ و سرعت ژنراتور (شامل پتانسیومتر موتوری)
• پوش باتونهای باز و بسته بریکرهای ژنراتور،  لامپهای وضعیت مربوط به باز و بسته مربوط

امکانات زیر برای کلیه CB فراهم میشود:

• نمایش mimic (در HMI)
• پوش باتون های باز ، بسته و لامپ های وضعیت مرتبط
• سلکتور سوئیچ سنکرون دستی / خودکار
• فرمان سنکرونیزاسیون (سنکرون کردن و بستن CB مربوطه)
• سنکروسکوپها با نمایشگرهای دوگانه V & F و لامپهای نشانگر
• سلکتور سوئیچ سنکرون

جزئیات توالی استارت اتوماتیک ژنراتورهای اصلی

شروع خودکار ژنراتورها در حالت وضعیت باس بی برق انجام می شود. این شرایط با در نظر گرفتن وضعیت کلیه بریکرهای متصل به منبع قدرت که می توانند تابلوی اصلی را تغذیه کنند تعیین می شود. اگر همه قطع کننده های مدار ژنراتور ، همه قطع کننده های مدار ترانسفورماتور و لینک به کلید اضطراری همه باز باشند ، باس بی برق است.

شرط “بدون برق” که توسط پنل PMS در تابلوی اصلی تشخیص داده شده است ، باعث می شود که یک سیگنال خروجی بتواند شیر هوای استارت مورد نیاز را تحریک کند ، با این عنوان که ژنراتور “آماده استارت” می باشد.

PMS سپس به این ترتیب ارسال می کند:

• یک فرمان شروع همزمان به ژنراتور ها، آماده استارت بودن برای هر دستگاه بایستی رسیده باشد.
• یک دستور بسته شدن برای کلید باس تای تابلو اصلی
• دستور بسته شدن به بریکر اولین دیزل.

سپس مجموعه های دیزل ژنراتور باقی مانده باید بصورت اتوماتیک سنکرون شده و بر روی تابلو مطابق با توالی انتخاب شده، بسته شوند. در صورت عدم در دسترس بودن یا عدم موفقیت تمامی مجموعه های دیزلی ، یک آلارم برای ICSS پس از اتمام دوره زمانی فراهم می شود.

ثبت خطاها و وقایع

PMS از یک برنامه کاربردی برای ثبت وقایع متوالی و زمان وقایع استفاده می کند. اگر برنامه آنلاین باشد ، رویداد و زمان وقوع نمایش داده می شود.

هر تغییر وضعیت ورودی دیجیتال و زمان آن ثبت و مهر می شود.

تمام ورودی های آنالوگ ، خروجی های آنالوگ و ورودی دیجیتالی در فاصله زمانی ۱ ثانیه ثبت می شوند.

حافظه کافی برای ضبط ثبت وقایع  در تعداد روزهای گذشته مشخص و پخش زیر مجموعه های از پیش تعریف شده پارامترها خواهد داشت.

می توان رویدادهای زمان را با مقادیر روند ادغام کرد و برای تجزیه و تحلیل بیشتر آنها را صادر کرد.

رابط ماشین انسان (Human Machine Interface)

رابط دستگاه انسان (HMI) از واحد نمایش تصویری (VDU) و نرم افزار نمایشگر لازم تشکیل شده است. نرم افزار VDU HMI وظایف اصلی را برای تسهیل عملکرد سیستم توزیع و تجهیزات توربو ماشین آلات از طریق رابط کاربر پسند فراهم می کند.

HMI ولتاژ سیستم تولید ، فرکانس ، بار ، ذخیره چرخش ، وضعیت فیدر ، آلارم های سیستم اعلام کننده ، پارامترهای تجهیزات توربین و محرکه، محاسبه عوامل عملکرد ، گزارش وضعیت عملکرد تجهیزات ، داده های ذخیره و ارائه مجموعه ای کامل از ابزارهای تحلیل را مانیتور می نماید.

صرف نظر از صفحات نمایش ، نمایشگر تمام وقت شرایط خطا نیز نمایش داده می شود. در صورت حضور بیش از چهار هشدار ، اپراتور پلنت باید برای یک لیست متوالی کامل به صفحه خلاصه هشدار هدایت شود.

به عنوان حداقل ، صفحه نمایش باید موارد مشخص شده در زیر را درج کند.

• نمودار تک خطی ( single line diagram )
• جدول اولویت ریزش بار
• خلاصه عملیات
• وضعیت کلید قطع کننده ژنراتور
• وضعیت بریکر فیدرها
• وضعیت کنتاکتور خلاء فیوزدار
• نمایش روندهای تاریخی
• نمودار نواری زمان واقعی
• ثبت رویدادهای گسسته
• خلاصه هشدار
• ثابتهای برنامه

دیاگرام تک خطی – single line diagram

صفحه دیاگرام تک خطی باید نمایی از سیستم های تولید و توزیع برق را نشان دهد. در دیاگرام تک خطی باید موارد ذیل نمایش داده شود:

• داده های عملیاتی ژنراتور در زمان واقعی
• مقادیر محاسبه  شده و مانیتور شده ژنراتور
• وضعیت کلید های قطع کننده (باز یا بسته)

صفحه نمایش روند تاریخی

هدف از نظارت بر داده های تاریخی، ارائه اطلاعاتی از نوع و به صورت فرمت است که به تصمیم گیری آگاهانه در زمینه های کار ، نگهداری و بهینه سازی توربو ماشین آلات و تجهیزات مرتبط می پردازد. پایش داده های تاریخی شامل گروه ذکر شده در زیر می باشد:

• وقایع ساعتی – داده ها باید در فواصل یک ساعته بصورت اولیه خوانده شده و با تهیه یک بانک اطلاعاتی برای هر ماه ذخیره شوند. این گزارش باید یک ویژگی “زمان سپری شده” را شامل شود ، که داده ها را درمورد کار یا نبود تجهیزات ضبط می کند.
• ثبت ۲ دقیقه – ۱ ماه پرونده روزانه با نقاط داده هر ۲ دقیقه یکبار گرفته می شود.