Kaikki aineistot
Lisää
Maailmanlaajuisten markkinoiden avautuminen ja sähkömarkkinoiden vapautuminen on pakottanut voimayhtiöt olemaan entistä kilpailukykyisempiä ja innovatiivisempia. Menestystä liiketoiminnassa ei voida enää taata alueellisella ja valtion monopolilla eikä edes korkealaatuisella sähköllä (esim. vähemmän ei-toimitettua energiaa ja parannettu sähkön laatu). Myös ympäristökysymykset, energian hinta ja järjestelmän ylläpitokustannukset ovat avaintekijöitä menestykselle tulevaisuudessa. Jotta selvitään uusista asiakasvaatimuksista on sähkönjakelujärjestelmää muutettava ja parannettava. Tätä voidaan tehdä nostamalla tämän hetkisten järjestelmien suorituskykyä uusilla ohjaus- ja suojausjärjestelmillä, jotka parantavat järjestelmien automatisointia. Jakeluautomaatiojärjestelmä sisältää laitteita (Remote Terminal Unit, RTU) ala-asemien ja primäärilaitteiden kaukovalvontaa ja -ohjausta varten. Tietoliikenne RTU:n ja kauko-ohjausjärjestelmän välillä on tavallisesti perustunut suljettuihin tiedonsiirtoyhteyksiin ja protokolliin, jotta pystyttäisiin alentamaan järjestelmän kustannuksia, avoimia standardeja tietoliikenteessä on kuitenkin käytettävä. Yksi ratkaisumahdollisuus voidaan löytää tietoliikennealalta. Teleoperaattorit ja tietoliikennetekniikkaan keskittävät yhtiöt rakentavat tietoliikenteeseen tarvittavaa infrastruktuuria ja ne osallistuvat aktiivisesti protokollien ja tiedon esitysmuodon standardisointityöhön. Jos niiden tekemää työtä voidaan käyttää hyväksi jakeluautomaatiossa, työtä ja paljon rahaa voidaan säästää. Erityisen houkuttelevilta standardeilta tuntuvat TCP/IP, WWW ja internet teknologiat. Jos TCP/IP:tä ja WWW:tä tuetaan kaukovalvonta- ja ohjausprosessissa, löytyy myös uusia mahdollisuuksia valvomoaseman puolella (client/master station). Ei enää tarvitse käyttää pelkästään tavallisia SCADA-järjestelmiä vaan myös matkaviestintäjärjestelmien laitteiden, kannettavien tietokoneiden, ym. Web-selaimista voidaan kaikkialta maailmalta ottaa yhteys RTU:hun tarvittavien toimenpiteiden (valvonta, ohjaus, ym.) suorittamiseksi. Tämän projektin tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa WWW-palvelurajapinta ABB Transmit Oy:llä kaukovalvontaa ja ohjausta varten tehtyyn RTU:hun. Sulautettu TCP/IP protokolla ja sulautettu Web-palvelin integroitiin RTU:hun ja lisäksi suunniteltiin ja toteutettiin ohjelmistomoduuleita, jotka mahdollistavat prosessitietojen ja tapahtumien valvonnan, laitteen toimintojen ohjauksen ja konfiguroinnin, parametrisoinnin ja ylläpidon suorittamisen tavallisen Web-selaimen kautta. Tämä tutkielma esittelee REC 523 RTU:n uuden protokollaohjelmiston. Ohjelmisto on rakennettu protokollamoduulista CPAProtocol ja kommunikointia laitteen tietokannan ja sovelluksien välillä hallitsevasta moduulista CPAManager. TCP/IP ohjelmiston sovelluskerros koostuu Web-palvelimesta ja tiedon esitystä käsittelevä ohjausmoduulista, joka myös mahdollistaa prosessitiedon saannin laitteen tietokannasta.
Keskeytyksestä aiheutuva haitta muodostuu nyky-yhteiskunnassa huomattavan suureksi. Tästä syystä keskeytyksien laajuutta pyritään vähentämään keinolla millä hyvänsä. Vaikeana vikana on pidetty maasulkuja. Maasuluissa vikavirta ei välttämättä nouse kovin korkeaksi, jolloin sitä ei voida havaita sähköasemalla reletiedoista nykyisillä menetelmillä. Oikosuluissa vikavirrat kasvavat niin korkeiksi, että ne laukaisevat vikaantuneen johtolähdön automaattisesti pois päältä. Vianilmaisimet ovat yksi hyvä keino pienentää vikojen laajuutta. Suurin osa keskeytyksien haitoista tulee vian etsinnästä, jolloin koko johtolähtö on sähköttä. Itse vian korjaus saattaa kestää kauemmin ajallisesti, mutta se koskettaa yleensä vain muutamia kymmeniä asiakkaita. Vianilmaisimilla saavutettu säästö kohdistuu juuri nimenomaan vian etsinnästä koituviin kustannuksiin. Keskeytysten taloudellinen merkitys tulee tulevaisuudessa vain kasvamaan Energiamarkkina viranomaisten tiukentaessa lainsäädäntöä, erityisesti tehokkuusluvun kautta. Tehokkuusluku vaikuttaa sähkönjakeluverkkoyhtiöiden suurimpaan sallittuun tuottoon. Tehokkuutta mitataan niin sanotulla DEA - menetelmällä, missä yhtiöitä verrataan tehokkaiden yhtiöiden muodostamaan rintamaan. Lisäksi yhtiöitä koskee yleinen tehokkuusvaatimus, mikä tarkoittaa, että yhtiöiden on tehostettava toimintaansa vuosi vuodelta pitääkseen tuottonsa samana tai kasvattavansa sitä. Kaiken tämän takana on monopoliasemassa olevien yhtiöiden kansantaloudellisesti järkevän toiminnan turvaaminen. Vianilmaisimista ei aikaisemmin ole saatu rohkaisevia tuloksia. Tässä työssä tutkittavana ollut uusi tekniikka antoi kuitenkin lupaavia tuloksia myös vaikeasti havaittavien maasulkujenkin tapauksissa. Yhdistettynä perinteisiin luotettavuutta parantaviin järjestelyihin, vianilmaisimet muodostavat taloudellisia säästöjä häiriötilanteissa.
Vuonna 2003 voimaan astunut laki sähköyhtiöiden korvausvelvollisuudesta pitkien jakelukatkosten sattuessa motivoi sähköyhtiöitä kiinnittämään entistä enemmän huomiota katkosten ennaltaehkäisyyn. Toisaalta tekniikan kehittyminen ja halpeneminen mahdollistavat jakeluverkon automaatioasteen nostamisen. Erilaiset sähköverkon toimintaa valvovat anturit ovat olennainen osa sähkönjakelun automaatiojärjestelmiä. Antureita käytetään tarkkailemaan sähköverkoissa esiintyviä suureita ja keräämään tietoa verkon tilanseurantaa, kunnonvalvontaa ja vikojen paikallistamista varten. Sähkönjakeluverkon automaatioratkaisuja varten tarvitaan halpa ja pieni- kokoinen langaton anturi, joka toimii myös vikailmaisimena. Tämän työn tarkoituksena on selvittää, kuinka ASIC-piiriin pohjautuva anturi soveltuu jakeluverkon automaation tarpeisiin. Jakeluverkon automaatiosovelluksissa käytettäviä antureita tullaan integroimaan osaksi jotain jakeluverkon komponenttia ja asentamaan suuria määriä maantieteellisesti laajalle alueelle. Anturin tulee olla fyysiseltä kooltaan pieni, langaton, pienivirtainen, luotettava ja halpa. Jotta yksikköhinta saadaan alas, anturista suunnitellaan mahdollisimman yleiskäyttöinen. Työssä suunniteltu anturi koostuu riippumattomista toiminnallisista piirilohkoista, joiden avulla anturin toiminnallisuutta voidaan laajentaa. Anturin virrankulutuksen minimointi perustuu toiminnallisuuden pelkistämiseen ja asynkroniseen logiikkaan. Työn tuloksena voidaan todeta, että ASIC-pohjainen ratkaisu soveltuu pienin varauksin jakeluautomaation anturiksi. ASIC-anturi täyttää kaikki sille asetetut vaatimukset. Huomattavat suunnittelu- ja aloituskustannukset sekä alhaisen yksikköhinnan edellyttämät suuret tuotantomäärät kuitenkin johtanevat siihen, että ensimmäinen jakeluautomaation anturisukupolvi toteutetaan erilliskomponenteilla, ja ASIC-ratkaisuun siirrytään toisen tai kolmannen sukupolven antureissa.
Suomen sähkönjakeluverkko on ikääntymässä ja tulevina vuosina ja vuosikymmeninä siihen tullaan investoimaan mittavasti. Samaan aikaan vaatimukset sähkönlaadun ja toimitusvarmuuden suhteen ovat kasvaneet jatkuvasti. Uusia ja innovatiivisia ratkaisuja, joilla näihin seikkoihin saadaan parannusta, haetaan monella rintamalla. Tässä työssä tutkittiin langattomien anturien liittämistä keskijännitteisiin avojohtoihin. Tällaisten antureiden pääasiallisena tarkoituksena olisi vastata kiristyneisiin vaatimuksiin tarjoamalla työkalu vikojen havaitsemiseen ja -paikannukseen. Työssä kehitettiin Rogowskin kelaan perustuva langaton anturi, sekä siihen liittyvä tukiasema ja tarvittavat tiedonsiirto- ja datakäsittelyratkaisut. Anturin pääosat ovat teholähde, varateholähde, mittauselektroniikka, prosessori sekä radio. Anturi ja siihen liitetty mittauselektroniikka havaitsee kelan läpi kulkevan virran. Lisäksi omakäyttöteho otetaan toisen rautasydämisen kelan kautta. Varateholähteenä käytetään superkondensaattoria, joka tarjoaa tarvittavan tehon vian aiheuttaman virrattoman ajanjakson ylitse. Radion tehtävänä on toimia tiedonsiirtotienä tukiasemalle, joka edelleen käsittelee ja välittää tiedot mittauksista ja havainnoista eteenpäin. Prosessorina käytettiin MSP430 sarjan mikrokontrolleria, joka hoitaa vaadittavat mittaukset, laskennat ja muut toimenpiteet. Antureista valmistettiin kolmen kehitysversion prototyyppiä. Näistä kahta ensimmäistä testattiin kenttäkokeissa Helsingin Energian sähköverkossa. Toista versiota testattiin lisäksi laboratoriossa Teknisellä korkeakoululla sekä Enston tiloissa. Kolmas ja viimeinen prototyyppi valmistutettiin alihankintana elektroniikkaa valmistavassa yrityksessä. Ensimmäisen ja toisen prototyypin osalta, joiden testaus olosuhteet olivat helpot, kuuluvuus ja yleiset mittaukset olivat erittäin hyviä. Sen sijaan kolmatta prototyyppiä testattiin vaativammissa olosuhteissa. Referenssitiedon puutteessa varsinaista vianhavaitsemis ominaisuutta ei voitu tässä työssä arvioida. Yleisesti anturit kuitenkin havaitsivat vikoja.
Kieli: | fin eng deu swe |
---|---|
Julkaisija: | [Jyväskylä] : AFinLA 2015- |
ISSN: |
2343-2608 |
Tallennettuna: |
|