-
ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
Anıl ġAHĠN
Anabilim Dalı : Elektrik Mühendisliği
Programı : Elektrik Mühendisliği
HAZĠRAN 2010
ELEKTRĠK DAĞITIM TESĠSLERĠNDE
ENERJĠ ĠZLEME SĠSTEMLERĠ
Tez DanıĢmanı: Prof. Dr. Serhat ġEKER
-
HAZĠRAN 2010
ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
Anıl ġAHĠN
(504061003)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 07 Mayıs 2010
Tezin Savunulduğu Tarih : 07 Haziran 2010
Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. Serhat ġEKER (ĠTÜ)
Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Canbolat UÇAK (Yeditepe)
Yrd. Doç. Dr. Ramazan ÇAĞLAR (ĠTÜ)
ELEKTRĠK TESĠSLERĠNDE
ENERJĠ ĠZLEME SĠSTEMLERĠ
-
iii
Aileme,
-
iv
-
v
ÖNSÖZ
Yapmış olduğum bu çalışma süresince benden yardımlarını
esirgemeyen sayın
hocam Prof. Dr. Serhat ŞEKER’e, bu çalışmanın oluşması sırasında
dahil olduğum
projeler boyunca bilgi ve emeklerini esirgemeden paylaşan OKOSİS
Otomasyon ve
Kontrol Sistemleri’ndeki patronlarım sayın Murat CİNAKLI’ya ve
sayın Bilal
OTU’ya, çalışma arkadaşlarım Nusret KARACA’ya, Cihan Efe
GÜRSES’e,
Muhammet KALDIRIM’a ve İnanç SÖNMEZ’e, yurtdışı projelerinde
birlikte görev
yaptığım SIEMENS AG’den Paul LÖWEN’e teşekkürü bir borç
bilirim.
Haziran 2010
Anıl Şahin
(Elektrik Mühendisi)
-
vi
-
vii
ĠÇĠNDEKĠLER
Sayfa
ÖNSÖZ
........................................................................................................................
v ĠÇĠNDEKĠLER
........................................................................................................
vii KISALTMALAR
......................................................................................................
xi
ġEKĠL LĠSTESĠ
......................................................................................................
xiii
ÖZET
.........................................................................................................................
xv
SUMMARY
............................................................................................................
xvii 1. GĠRĠġ
......................................................................................................................
1
1.1 Enerji Otomasyon Sisteminin Getirileri
............................................................. 2
1.1.1 Tasarım getirileri
.........................................................................................
2 1.1.2 İşletme getirileri
..........................................................................................
3
1.1.3 Dayanım getirileri
.......................................................................................
3
2. ENERJĠ TESĠSLERĠNDE BULUNAN EKĠPMANLAR
................................... 5 2.1 Enerji Tesislerinde
Bulunan Birincil Ekipmanlar
.............................................. 5
2.1.1 Devre kesicileri
...........................................................................................
5 2.1.2 Ayırıcı ve topraklama ayırıcısı
....................................................................
6
2.1.3 Güç Transformatörleri
.................................................................................
6 2.1.4 Yük altında kademe değiştiriciler
...............................................................
7
2.1.5 Ölçüm transformatörleri
..............................................................................
7 2.2 . Enerji Otomasyon Sistem Mimarısı ve Ekipmanlar
......................................... 8
3. ENERJĠ OTOMASYONUNDA VERĠ TEKNĠĞĠ VE HABERLEġME ........ 11
3.1 Geleneksel Sensör ve Aktüatörler
....................................................................
11
3.1.1 Akım ve gerilim bilgileri
...........................................................................
11 3.1.2 Şalt ekipmanlarının pozisyon bilgileri
...................................................... 12
3.1.3 Diğer durum bilgileri ve alarmlar
............................................................. 12
3.1.4 Komutlar
...................................................................................................
12
3.2 Dijital Sinyaller
................................................................................................
13 3.2.1 Dijital sinyallerin ön işlenmesi
.................................................................
13
3.2.1.1 Anlık sıçramaların filtrelenmesi (Debouncing) 14
3.2.1.2 Dalgalanma ve titreşimlerin filtrelemesi 14 3.3 Analog
Sinyaller
...............................................................................................
14
3.3.1 Analog sinyallerin ön işlenmesi
................................................................ 15
3.3.1.1 Ölçekleme (Scaling) 15 3.3.1.2 Eşik değer uygulaması
(Threshold) 15 3.3.1.3 Sıfır değer baskılama (Zero value
suppression) 16
3.4 Enerji Otomasyon Sistemlerinde Haberleşme
.................................................. 16
3.4.1 Haberleşme protokolleri
............................................................................
16 3.4.1.1 IEC60870-5-101 17 3.4.1.2 IEC60870-5-103 19 3.4.1.3
IEC60870-5-104 20
-
viii
4. ENERJĠ OTOMASYON SĠSTEMLERĠNĠN ĠġLETME FONKSĠYONLARI
....................................................................................................................................
21 4.1 Görüntüleme Fonksiyonları
..............................................................................
21
4.1.1 Genel görünüm ve detay ekran sayfaları
................................................... 21
4.1.2 Olaylar
listesi.............................................................................................
23 4.1.3 Alarm Listesi
.............................................................................................
23
4.2 Engelleme Fonksiyonu
.....................................................................................
25 4.3 Trend Kaydı Ve Arşivleme
..............................................................................
25 4.4 Komut Fonksiyonları
........................................................................................
26
4.5 Senkronizasyon Kontrollü Kapama Fonksiyonu
.............................................. 26 4.6 Yazılımsal
Kilitleme Fonksiyonu
.....................................................................
26 4.7 Sıralı Operasyonlar (Sequential Switching)
..................................................... 27 4.8 Yük
Atma Fonksiyonu
.....................................................................................
27 4.9 Veri Alışverişi
..................................................................................................
29
5. ENERJĠ OTOMASYON FONKSĠYONLARININ UYGULAMALARI ........ 31
5.1 Kontrolör Yük Atma Uygulaması
....................................................................
31
5.1.1 Tesis yapısı
................................................................................................
31 5.1.2 Enerji sisteminin çalışma şekilleri ve yük atma sistem
gereksinimleri ..... 31
5.1.2.1 Şebeke ile paralel çalışma 33 5.1.2.2 Şebekeden ayrılma
33
5.1.2.3 Şebekede oluşan düşük gerilim nedeni ile şebekeden
ayrılma 33 5.1.2.4 Şebekede oluşan düşük frekans nedeni ile
şebekeden ayrılma 33
5.1.2.5 Ana dağıtım merkezi giriş fiderlerinin açması nedeni ile
şebekeden
ayrılma 33 5.1.2.6 Ada modunda çalışma 33
5.1.3 Yük atma otomasyon
yazılımı...................................................................
34 5.1.3.1 Ana organizasyon bloğu 34
5.1.3.2 Giriş çıkış modüllerinin kontolü 35 5.1.3.3 Kesici ara
pozisyon ve arıza durumu kontrol bloğu 36
5.1.3.4 Generatör kesicilerinin ara pozisyon ve arıza durum
kontrol bloğu 36 5.1.3.5 Ana dağıtım merkezi giriş fiderlerinin
açtırılması durumu kontrol
bloğu 37
5.1.3.6 Yük atma tespit bloğu 37 5.1.3.7 Enerji izleme sistemi
ada modu ihbar bloğu 37
5.1.3.8 Yük atma yazılımı ile enerji izleme sistemi arası veri
alışveriş bloğu
37 5.1.3.9 Yük atma yazılımı reçete aktivasyon bloğu 38
5.1.3.10 Rezerv güç hesaplama bloğu 38 5.1.3.11 Atılacak yük
listesi bloğu 39
5.1.3.12 İstasyon çalışma durum tespit bloğu 42
5.1.3.13 Generatör ve giriş fiderlerindeki dönüştürücüleri okuma
bloğu 43
5.1.3.14 Sayısal değer hesap bloğu 43 5.1.3.15 Aktif güç ara
bellek saklama bloğu 43 5.1.3.16 Yük güç kontrol bloğu 44 5.1.3.17
Kesici yük atmaya dahil bloğu 44
5.1.4 Yük atma senaryoları
................................................................................
44
5.1.4.1 Kuplaj kesicisi kapalı ada moda geçiş 44 5.1.4.2 Kuplaj
kesicisi açık ada moda geçiş 44 5.1.4.3 Kuplaj kesicisi kapalı ada
modu çalışmada generatör arızası 45 5.1.4.4 Kuplaj kesicisi açık
ada modu çalışmada generatör arızası 45
-
ix
5.1.4.5 Ada modu çalışmada kuplaj kesicisinin açması 45
5.1.4.6 Ada modu çalışmada düşük frekans durumu 45 5.1.4.7 Yük
atma bloğu 46 5.1.4.8 Yük atma çıkışlarının aktivasyon bloğu 47
5.1.4.9 Eksik yük atma ihbar bloğu 47 5.1.4.10 Çıkışları ve
ölçümleri sıfırlama bloğu 47
5.2 Transformatör Paralel Çalışma Uygulaması
.................................................... 48 5.2.1
Enerji sisteminin yapısı
.............................................................................
48 5.2.2 Transformatör paralel çalışma gereksinimleri
.......................................... 50
5.2.3 Fonksiyonun basamakları
.........................................................................
50 5.2.3.1 Transformatör devrede sinyal bloğu 51 5.2.3.2 Fider
devrede sinyal bloğu 51 5.2.3.3 Transformatör kademeleri eşit
sinyal bloğu 51 5.2.3.4 Transformatör paralellik kilitlemelerinin
aktivason bloğu 52
5.2.3.5 Transformatör paralelde sinyal bloğu 52 5.2.3.6
Transformatör paralellik izin sinyal bloğu 53
5.2.3.7 Paralellik operasyonu kesici kapama izni sinyal bloğu 54
5.2.3.8 Paralelliğin yüksek gerilim tarafında açtırma ile
bozulması
durumunda alçak gerilim bara kuplaj kesicisinin açtırılması 54
5.2.3.9 Paralel çalışmada yüksek gerilim kuplaj kesicisi açma
kilitlemesi 55
5.2.3.10 Otomatik paralele alma fonksiyon bloğu 55
6. SONUÇ VE ÖNERĠLER
.....................................................................................
57 6.1 Yazılım Kontrollü Yük Atma
...........................................................................
57 6.2 Yazılım Kontrollü Transformatör Paralellik
.................................................... 58
KAYNAKLAR
.........................................................................................................
61
-
x
-
xi
KISALTMALAR
AC : Alternating Current
APCI : Application Protocol Control Information
APDU : Application Protocol Data Unit
ASDU : Application Service Data Unit
BCD : Binary-coded Decimal
BCU : Bay Control Unit
COMIED : Common Intelligent Electronic Device
DC : Direct Current
DPI : Double Point Indication
EPA : Enhanced Performance Architecture
GPS : Global Positioning System
IEC : International Electrotechnical Commission
IOA : Information Object Address
LPCI : Link Protocol Control Information
LPDU : Link Protocol Data Unit
RMS : Root Mean Square
SPI : Single Point Indication
-
xii
-
xiii
ġEKĠL LĠSTESĠ
Sayfa
ġekil 3.1 : Geliştirilmiş performans mimari modeli.
................................................. 17 ġekil 3.2 :
IEC mesaj yapısı.
......................................................................................
18 ġekil 3.3 : IEC telegram yapısı.
.................................................................................
19
ġekil 4.1 : Genel görünüm sayfası.
............................................................................
22
ġekil 4.2 : Alarm ve olaylar sayfası.
..........................................................................
24
ġekil 4.3 : Yük atma sistem sayfası.
..........................................................................
28
ġekil 5.1 : Yük atma kontrolü uygulanan tesisin sistem yapısı.
................................ 32 ġekil 5.2 : Yük atma ana
organizasyon bloğu.
.......................................................... 35 ġekil
5.3 : Aktif güçlerin veri tabanına yazılması .
................................................... 38 ġekil 5.4 :
Yük atma kullancı arayüzü ana sayfa.
...................................................... 40
ġekil 5.5 : Yük atma kullancı arayüzü atılacak yükler listesi.
................................... 41 ġekil 5.6 : Transformatör
paralellik yazılımı uygulanan enerji sisteminin yapısı. .... 49
ġekil 5.7 : Transformatör devrede sinyal
bloğu......................................................... 51
ġekil 5.8 : Transformatör paralellik lojiği aktivasyon bloğu.
.................................... 52 ġekil 5.9 :
Transformatörler paralelde sinyal bloğu.
................................................. 53
ġekil 5.10 : Transformatör paralellik izin bloğu.
....................................................... 54
-
xiv
-
xv
ELEKTRĠK TESĠSLERĠNDE ENERJĠ ĠZLEME SĠSTEMLERĠ
ÖZET
Enerji sistemlerinde, enerji kalitesi ve süreklilik oldukça
önemlidir. Bu nedenle
enerji tesislerinin işletme, bakım ve arıza durumlarında
arızanın çabuk analiz
edilebilmesi ve çözülmesi büyük bir önem taşımaktadır. Enerji
otomasyon sistemleri,
enerji tesisinde ya da uzak merkezdeki kontrol sisteminde
bulunan görüntüleme,
kumanda gibi fonksiyonlar sayesinde, enerji sistemlerinin
işletme, bakım ve arıza
tespit işlemlerinin hızlı ve güvenli şekilde
gerçekleştirilebilmesini sağlar. Özellikle
son yıllarda hızlı bir şekilde gelişen haberleşme ve elektronik
teknolojilerinin
yardımıyla, enerji otomasyon sistemleri oldukça yaygın bir
şekilde kullanılmaya
başlanmıştır. Günümüzde dağıtım şebekesindeki bir istasyon
izleme sisteminden,
şehirlerin, ülkelerin enerji dağıtım şebekelerinin izleme
sistemlerine kadar geniş bir
yelpazede enerji izleme ve kumanda sistemleri
kullanılmaktadır.
Standart olarak bir çok enerji otomasyon sistemi, enerji tesisi
içerisindeki şalt
ekipmanlarının anlık pozisyonlarının görüntülenmesi, kumanda
edilmesi, fiderlere ait
akım, gerilim, güç, frekans gibi ölçüm, enerji gibi hesaplama
değerlerinin
görüntülenmesi, istasyonda gerçekleşen olayların kronolojik
olarak listelenerek
kayıtlı tutulması ve görüntülenmesi görevlerini yerine
getirmektedir. Bunlara ek
olarak enerji otomasyon sistemleri, yük atma, otomatik
operasyon, sıralı operasyon,
transformatör paralel çalışma, otomatik regülasyon gibi çeşitli
özelleşmiş
fonksiyonları da yerine getirebilmektedir.
Bu çalışmada genel olarak bir enerji otomasyon sisteminde
bulunan özellikler, enerji
otomasyon sistemlerinde sinyal ve haberleşme tekniği, sistemin
işletme fonksiyonları
detaylı olarak incelenmiştir. Farklı iki tesiste gerçeklenmiş
olan yük atma ve
transformatör paralellik yazılımları ile ilgili bilgiler
verilmiştir.
-
xvi
-
xvii
ENERGY AUTOMATION SYSTEMS IN ELECTRIC STATIONS
SUMMARY
Quality and continuity of energy is very important for energy
systems. Therefore,
management of operation, maintenance and troubleshooting in the
case of failure and
solving problem as fast as possible has a great importantance.
Energy automation
systems are providing to carry out energy system operation,
maintenance and failure
troubleshooting procedures in a fast and secure way, by using
its functions such as
monitoring, control from local station, remote control centers
as well. Especially in
last years, with the help of developments in electronic and
communication
technologies, energy automation systems have been used quite
widely. Today, in
distribution network, energy automation systems are used in a
wide range such as
stations, cities, regions and countries.
Energy automation systems includes a variety of standart
functions like monitoring
and control of switchgear equipment, monitoring of measurement
values such as
current, voltage, power and frequency, metering values such as
energy and
monitoring and storage of all events and alarms at station in a
chronological order.
Moreover, energy automation system can be equipped with some
specific functions
for example; load shedding, automatic operation, sequential
command, transformer
paralleling, automatic voltage regulation.
In this study, general and specific functions of energy
automation systems, signal
processing and communication in energy automation systems have
been examined.
Two specific functions of energy automation systems, processor
controlled load
shedding and transformer paralleling, implemented in different
substation automation
systems have been examined in detail. Requirement of functions
and substations,
method of controlling have been inspected as well.
-
xviii
-
1
1. GĠRĠġ
Günümüzde enerji, hayatımızın vazgeçilmez bir parçası haline
gelmiştir. Özellikle
21. yüzyılda yaşanan teknolojik gelişmeler, nüfus artışı ve
tüketim alışkanlıklarının
değişmesi sonucu enerjiye olan ihtiyacın günden güne artmasıyla
birlikte, enerjinin
sürekliliği ve kalitesi oldukça büyük bir öneme sahip hale
gelmiştir. Enerjinin
sürekliliğinin ve kalitesinin korunması için, üretim, iletim ve
dağıtım noktalarının
sağlıklı bir şekilde işletilmesi gerekmektedir. Bu noktalardan
herhangi birisinde
yaşanacak arıza durumunda sistemin mümkün olan en kısa sürede
yedeklenmesi ile
yada hataya hızlı müdahele edilerek sistemin normal çalışmaya
döndürülmesi
gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Bu gerekliliğin ortaya çıkması
üzerine, enerji izleme
ve kumanda sistemleri geliştirilmiş ve yaygın bir şekilde
kullanılır hale gelmiştir.
Elektronik ve haberleşme alanlarındaki gelişmeler sayesinde
günümüzde bir şehrin,
bir ülkenin, hatta ülkeler birliğinin enerji sistemlerinin
izlemesi yada kumanda
edilmesi tek merkezden ve kilometrelerce uzaktan
yapılabilmektedir. Hata analizinin
oldukça hızlı bir biçimde ve net olarak yapılabilmesinin
yanında, hata durumuna
göre senaryolar dahilinde çeşitli otomatik operasyonlar
yaptırılarak sistemin hataya
toleransı arttırılabilmektedir[1].
Ayrıca, manevra veya operasyonların uzaktaki kontrol
merkezinden, bilgisayar
başında yapılması, olası bir probleme karşı can güvenliğini
arttırdığı gibi
operasyonların hızlı bir şekilde yapılabilmesini sağlar.
Bunların yanında enerji
otomasyon sistemleri hata durumlarında arıza raporlamaları yada
endeks
raporlamaları yapabilecek şekilde donanımlandırılabilir[2].
Bu tez çalışmasında, uygulaması gerçekleştirilmiş olan enerji
izleme sistemlerine ait
özelleştirilmiş iki ayrı fonksiyon incelenmiştir.
İkinci kısımda, enerji istasyonlarında bulunan ekipmanlar ve bu
ekipmanların enerji
otomasyonundaki rolleri irdelenmiştir.
-
2
Üçüncü kısımda, enerji otomasyon sistemlerinde saha bilgilerinin
toplanması ve
gerekli yerlere iletilmesini sağlayan, veri tekniği ve
haberleşme sistemleri
incelenmiştir.
Dördüncü bölümde, enerji izleme sistemlerinin gerçekleştirilmesi
gereken temel
işletme fonksiyonları ve yardımcı fonksiyonlar ile ilgili
bilgiler verilmiş, Bu
fonksiyonların kullanım amaçları ve uygulama teknikleri ile
detaylar verilmiştir.
Son kısımda, uygulaması yapılmış olan iki ayrı enerji sisteminde
kullanılmış iki
özelleştirilmiş fonksiyon detaylı olarak incelenmiştir.
Kontrolör yazılımı ile yük
atma fonksiyonunun kullanıldığı bir tesiste sistem yapısı, yük
atma sistem
gereksinimleri ve yük atma yazılımının alt basamakları ve
görevleri anlatılmıştır.
Bunun yanında transformatör paralel çalışma durumunu kontrol
eden ve gerekli
durumlarda otomatik olarak paralelleme yapan yazılımın
detaylarına yer verilmiştir.
1.1 Enerji Otomasyon Sisteminin Getirileri
Enerji otomasyon sistemleri, fonksiyonellik, tasarım, işletme ve
dayanıklılık gibi
konularda gelişim sağlar. Mimarisi içerisinde birçok akıllı
cihaz ve hızlı haberleşme
altyapısı barındıran enerji otomasyon sistemlerinin enerji
tesislerine getirileri detaylı
olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir[3].
1.1.1 Tasarım getirileri
Enerji otomasyon sistemleri, standartlaştırılmış arayüzler ve
mimari sayesinde,
kullanılabilirliği kolay ve genişletilebilirliğe açık
sistemlerdir. Gelişmiş kullanıcı
erişim özellikleri, sistemin her noktasında yetkilendirme
yapılabilmesini olanaklı
kılmaktadır. Sistemin sürekli olarak izlenebilir olması,
gereksiz yedekleme
teçhizatının azaltılmasını sağladığı gibi, mimarisi gereği;
kablo ve kablo taşıyıcı
ekipmanların kullanımının azaltılmasını sağlar.
-
3
1.1.2 ĠĢletme getirileri
Enerji otomasyon sistemlerinde, tesiste bulunan ve
parametrelendirilmiş bütün
bilgiler, olaylar listelerinde; alarm olarak tanımlananlar ise
alarm listelerinde
kronolojik sıraya göre görüntülenebilir ve arşivlenebilir. Bu
listeler; tarih aralığı,
önemlilik, fider yada cihaz isimlerine göre filtrelenerek
incelenmek istenen verilere
kolaylıkla ulaşılabilir. Şalt ekipmanlarının açma-kapama
sayıları ve ölçüm değerleri
gibi büyüklükler arşivlenerek ekipmanların geçmişleri sistemden
incelenebilir. Buna
bağlı olarak bakım istatistikleri ve raporlamalar
oluşturulabilir. Bunların yanında,
uzaktan yada lokal erişim ile ölçüm değerlerinin ve şalt
elemanlarının
posizyonlarının görüntülenebilmesinin yanında şalt ekipmanları
yada kademe
değiştirici gibi elemanların uzaktan kumanda edilebilmesi
sayesinde bakım ve
testlerin hızlı ve güvenli bir şekilde yapılması sağlanır.
Ayrıca mühendislik
yazılımları sayesinde uzaktan parametrelendirme ve koruma
ayarlarının
değiştirilmesi gibi operasyonlar kolaylıkla tek merkezden
gerçekleştirilebilir.
1.1.3 Dayanım getirileri
Çeşitli yazılımsal kilitlemeler yada fonksiyonlar sayesinde
işletme hataları
azaltılabilir, arıza durumunda arızanın kaynağı hızlı ve doğru
bir şekilde saptanabilir,
bu sayede ekipman dayanıklılığı arttırılabilir.
-
5
2. ENERJĠ TESĠSLERĠNDE BULUNAN EKĠPMANLAR
2.1 Enerji Tesislerinde Bulunan Birincil Ekipmanlar
Elektrik enerji sistemleri; üretim, iletim ve dağıtım sistemleri
olarak
sınıflandırılabilir. Bu sistemlerde ortak ekipmanlar bulunmakla
birlikte yaptıkları
görevlere göre sisteme özgü ekipmanlar da bulunmaktadır. Genel
olarak enerji
sistemlerinde kesici, ayırıcı ve toprak ayırıcıları gibi şalt
ekipmanları,
transformatörler, generatörler, ölçüm transformatörleri yada
çeviricileri, parafudrlar,
SF6 gas izoleli yada vakumlu tip şalt ekipmanları vs. gibi
ekipmanlar yer
almaktadır[4].
2.1.1 Devre kesicileri
Kesiciler, otomatik olarak yada elektronik cihaz yardımı ile
elektriksel arızayı
algılayarak açtırma yapan, elektrik devresini kısa devre, aşırı
akım gibi durumlarda
hasara karşı koruyan elektrik anahtar elemanlardır. Ana
fonksiyonu, devrenin
devamlılığını keserek elektriksel akışı durdurmaktır. Sigortalar
gibi bir kereye
mahsus koruma yapıp, değiştirilmesi gerekmez, otomatik olarak
yada elle tekrar
kurularak, normal işletmesine devam edebilirler. Kesiciler,
evlerde küçük cihazları
korumada kullanılabilir boyutlardan, şehirleri yada bölgeleri
besleyen tesislerde
yüksek gerilim devrelerinin korunmasında kullanılabilecek
boyutlara kadar çeşitli
ebatlarda üretilebilirler. Kesicilerin, nominal çalışma akımını
taşıması ve kısa devre
anında oluşacak en yüksek akım değerlerinde açma yapabilmesi,
açma anında akan
akım nedeniyle oluşan arkları güvenli bir şekilde
sönümlendirmesi temel
boyutlandırma kriterleridir. Ark sönümlendirilmesi için
kesicinin kontaklarının
bulunduğu hücrenin vakumlanması, hava izolasyonu, yağ izolasyonu
veya SF6 gibi
dielektrik gücü yüksek gazlar ile doldurulması gibi çeşitli
uygulamalar
kullanılmaktadır.
-
6
2.1.2 Ayırıcı ve topraklama ayırıcısı
Ayırıcı ve topraklama ayırıcıları devre yük altında değilken
iken açma kapama
yapabilen güvenlik ekipmanlarıdır. Ayırıcılar, devrenin,
makinanın, iletim hattının
yalıtılmasını, bu sayede bakım işleminin güvenli bir biçimde
yapılabilmesini
sağlarlar. Yalnızca hat yada bara ayırıcısının açılması güvenlik
için gerekli ancak
yeterli değildir. Aynı zamanda bakım veya çalışma esnasında
cihaz yada hat çift
taraflı olarak topraklama ayırıcısı vasıtasıyla
topraklanmalıdır. Prensip olarak ayırıcı
ekipmanları enerjisiz devrelerde kullanılmak için tasarlanmasına
rağmen pratikte
bazı ayırıcılar 300V gerilim altında 1600A’e kadar açma
yapabilir kapasitededir.
Ayrıca bazı topraklama ayırıcıları, yakınındaki diğer hatların
endüktif ve kapasitif
etkileri ile enerjisiz hatta oluşabilen 20kV altında 160A’e
kadar endüklenme
akımlarını kesebilecek kapasitede tasarlanmaktadır[5].
2.1.3 Güç Transformatörleri
Transformatörler, alternatif gerilimle iletimin anahtar
elemanıdır. Gerilimin genlik
değerinin çok yüksek bir verimle yükseltilmesini yada
düşürülmesini sağlarlar.
Üretim noktalarından tüketim noktalarına, aynı gücün daha yüksek
gerilim ve düşük
akımla iletilebilmesini, dağıtım sisteminde ise kullanıma uygun
gerilim seviyesine
düşürülmesini, bu sayede iletim hatlarındaki kaybın
düşürülmesini sağlarlar.
Gerilimin dönüşüm oranı, primer ve sekonder sargılarda bulunan
sarım sayısı ile
orantılıdır. Dağıtım transformatörlerinde sarım sayısı, sargı
bağlantı tipi gerilimin
değerini, topraklama bağlantısı ise sistemin topraklama yapısını
belirler. Dağıtım
transformatörleri genellikle birkaç KVA ile MVA’lar arasında
kullanılırlar. Dağıtım
şebekesinde gerilimin kalitesini gerilim genliği, frekansı ve
dalga şekli belirler. Yük
değişimlerinde gerilimin düşmesi veya yükselmesi gibi
durumlarda, dağıtım
transformatörlerinin sargılarında bulunan ve gerilim regülasyonu
yapabilen yük
altında kademe değiştiriciler kullanılarak çıkış gerilimi sabit
tutulur.
-
7
2.1.4 Yük altında kademe değiĢtiriciler
Bir güç transformatörü için en önemli gereksinimlerden birisi
çevirme oranının yük
durumuna göre değiştirilebilir olmasını sağlayan yük altında
kademe değiştiricisi
(on-load tap changer) barındırmasıdır. Bu tip transformatörler
sayesinde sistem
gerilimi belirli bir aralık içerisinde değiştirilebilir, şebeke
içerisinde aktif-reaktif yük
akışı ayarlanabilir, elektrik ocakları ve doğrultucu tesisleri
için gerilim regülasyonu
yapılabilir.
Kademe değiştiriciler, manivela yardımıyla yerinde elle
değiştirilebileceği gibi,
mekanik operasyonun yanı sıra elektriksel olarak bir buton
yardımı ile de kontrol
edilebilir. Her bir kademe değişimi için ayrı ayrı komut
uygulanmalıdır. Bu sayede
tek bir komutla birden fazla kademe değişimi önlenmiş, gerilim
regülasyonu adım
adım kontrollü bir biçimde yapılmış olur. Lokal kontrole ek
olarak kademe
değiştirici kontrolü istasyon kontrol odasından veya dağıtım
şebekesinin kontrol
merkezinden de yapılabilmektedir. Eğer uzaktan kontrol
uygulanacaksa, komutların
farklı kontrol seviyelerinden aynı anda gönderilmesini önlemek
için lokal yada
uzaktan kontrol seçimi için bir anahtar kullanılır. Kademe
değiştiricinin çalıştığı
esnada kontrol odasında ve uzaktan kontrol merkezindeki ekranda
kademe
değiştiricinin çalıştığına dair ibare yada uyarı gösterilir.
Kademe değiştirici ile
gerilim regülasyonu otomatik olarak da yaptırılabilir. Yük
değişimine karşılık gelen
önceden girilmiş olan kademe değerlerine göre otomatik kademe
değiştirici cihazlar
tarafından kademe değiştirilebilir[6].
2.1.5 Ölçüm transformatörleri
Akım ve gerilim ölçü transformatörleri, elektrik sistemindeki
akımı ve gerilimi
sürekli olarak ölçerek koruma yada ölçüm cihazına geri besleme
verirler. Modern
dağıtım sistemlerinde akım değeri kullanıldığı yere göre birkaç
amperden yüzlerce
ampere kadar çeşitlilik göstermektedir. Benzer şekilde gerilim
değeri de yüzlerde
volttan kilovoltlara kadar değişik seviyelerde kullanılmaktadır.
Her gerilim yada
akım seviyesindeki sisteme özgü biçimde bir koruma yada ölçüm
cihazı üretimi
oldukça zordur. Bu nedenle akım ve gerilim transformatörlerinin
sekonder çıkışları
belli değerlerde standartlaştırılmıştır. Ölçüm
transformatörlerinin temel amacı; güç
devresindeki yüksek akım ve gerilim değerlerinin elektronik
cihazlar tarafından
kolayca ölçülebilir düzeye düşürülmesi, kontrol ve güç
devrelerinin elektriksel olarak
-
8
yalıtımı ve standart çıkış büyüklükleri sayesinde
standartlaştırılmış koruma ve ölçüm
cihazı üretebilme imkanıdır[7].
2.2 . Enerji Otomasyon Sistem Mimarısı ve Ekipmanlar
Enerji izleme sisteminin en alt katmanını oluşturan fider
katmanında, akım ve
gerilim transformatörlerinin ve fider durum bilgilerinin fider
kontrol ünitesine (BCU)
bağlantıları, koruma rölelerinin izleme sistem bağlantıları
bulunmaktadır. Ayrıca
istasyona ait genel durum bilgilerinin alındığı COMIED üniteleri
de bu katmanda yer
alır. Fider ünitesi, fiderde bulunan şalt ekipmanlarının durum,
ölçüm ve hesaplama
bilgileri ile hata kayıtlarını toplar ve izleme sistemine
gönderir. Yangın ihbar ve
söndürme sistemi, havalandırma sistemi, kesintisiz güç kaynağı,
akü ve şarj sistemi,
istasyonun iç ihtiyacı için alçak gerilim alternatif ve doğru
gerilim dağıtım sistemi,
transformatörlerden alınan sıcaklık, basınç gibi analog değerler
gibi istasyonun genel
durum bilgileri COM-IED cihazınının ilgili girişlerine
bağlanır.
İstasyon katmanında, izleme sisteminde sahadaki cihazlardan
gelen verileri toplayan
istasyon kontrolörleri, zaman senkronizasyonu bilgisini alan GPS
cihazları ve
istasyon katmanındaki cihazları bağlayan yerel ağ bağlantıları
bulunmaktadır.
İstasyon katmanında bulunan cihazlardan genellikle ikişer adet
kullanılır ve her ikili
grup birbirinin yedeği olarak çalışır. Özellikle kontrolörlerde
yedekleme önemlidir.
Her iki kontrolör de eşzamanlı olarak saha verilerini toplar
ancak yalnızca birisi üst
katman olan kullanıcı arayüzüne bilgileri gönderir. Kullanıcı
arayüzüne verileri
gönderen kontrolör, master server olarak nitelendirilirken,
yedekte bekleyen
kontrolör ise standby server olarak tanımlanır. Master server da
meydana gelecek bir
arıza durumunda, stand-by server olarak bekleyen kontrolör
kullanıcı arayüzüne
bağlanır ve yeni master server olur. Master server değişimi
yalnızca arıza durumu ile
sınırlı değildir. Kontrolörler, haberleşme linklerinin sağlık
durumu gibi koşulları
karşılaştırılacak ve bu karşılaştırma sonucunda master değişimi
yapabilecek şekilde
parametrelendirilebilirler.
Kullanıcı arayüz katmanında, istasyon kontrol ünitesinden gelen
veriler kullanıcı
arayüz bilgisayarı tarafından alınır ve görsel olarak
düzenlenerek çeşitli sayfa
düzenleri halinde gösterilir. Tıpkı istasyon katmanındaki
cihazlar gibi kullanıcı
arayüz bilgisayarları da genellikle yedekli olarak çalıştırılır.
Her iki bilgisayar da eş
zamanlı olarak master server olan kontrol ünitesinden bilgileri
alırlar. Her iki arayüz
-
9
server bilgisayarı da master olmasına bakılmaksızın aynı
fonksiyonları yerine
getirebildiği gibi, istendiği takdirde komutlar ve yetkilendirme
yalnızca master olan
arayüz bilgisayarı üzerinden yapılacak şekilde de
parametrelendirilebilir. Eğer uzakta
konumlandırılacak ve arayüz server bilgisayarlarına bağlanacak
olan izleme
bilgisayarları var ise, bu bilgisayarlar master olan arayüz
server bilgisayarına
bağlıdır. Master arayüz server ile bir arıza sonucu
haberleşmenin kesilmesi halinde
master değişimi gerçekleşir ve stand-by arayüz server master
modunda çalışmaya
başlar.
-
10
-
11
3. ENERJĠ OTOMASYONUNDA VERĠ TEKNĠĞĠ VE HABERLEġME
3.1 Geleneksel Sensör ve Aktüatörler
Enerji otomasyonunda şalt sahasındaki çeşitli fiderlerden gelen
akım, gerilim, şalt
elemanlarının pozisyonları, transformatör kademe değiştirici
pozisyonları, koruma
fonksiyon alarm ve açma sinyalleri oldukça önemlidir. En önemli
kumanda sinyalleri
ise şalt elemanlarına giden açma, kapama komutları ile
transformatör kademe
değiştirici komutlarıdır. Bunlara ek olarak cihaz hataları,
sıcaklık, gaz basıncı gibi
ölçümler de görüntülenebilmektedir. Gerekli olduğu durumlarda
dijital komutların
yanında analog komutlar da kullanılabilir.
3.1.1 Akım ve gerilim bilgileri
Akım ve gerilim bilgilerinin alınması için gerekli olan akım ve
gerilim ölçü
transformatörleri şalt sahasında konumlandırılmıştır. Akım
transformatörleri 0-1A
veya 0-5A'lik bir aralıkta çıkış verirken, gerilim
transformatörleri 100V-200V AC
civarı gerilim çıkışı verecek şekilde seçilir. Bunlar dışında
özel bazı fiziksel analog
büyüklüklerin okunması için genellikle 4-20 mA akım yada -+10V
DC gerilim
skalasında girişler kullanılır. 0-20mA akım, 0-20V gerilim
aralıkları da bazı
durumlarda kullanılmakla birlikte, en yaygın kullanılan 4-20mA
akım bilgisidir.
4mA akım değeri fiziksel olarak sıfırı gösterirken, 0-4 mA
aralığı çeviricide yada
kablo bağlantısında problem olduğunu gösterir. Enerji otomasyon
sistemlerinde cihaz
hatalarının operatöre bildirilmesi sistemin çalışma güvenirliği
açısından oldukça
önemlidir.
-
12
3.1.2 ġalt ekipmanlarının pozisyon bilgileri
Şalt elemanlarının pozisyonları genel olarak birisi açık, diğeri
kapalı pozisyon
kontaklarından olmak üzere iki ayrı kontaktan alınır. Bu "iki
noktalı durum bilgisi"
(DPI) anahtar elemanın ara pozisyon bilgisinin görüntülenmesini
yani anahtarın
pozisyonun tam olarak doğru görüntülenmesini sağlar. Her iki
kontağın da açık
gelmesi durumu ara pozisyon olarak nitelendirilir. Kesici,
ayırıcı yada toprak
ayırıcılarında fiziksel olarak iki kontağın aynı anda kapalı
olması durumu mümkün
değildir. Bu durum "arıza" anlamına gelir. Anahtar pozisyonunun
değişmesi
sırasında hareketin tamamlanması için geçen sürede kontakların
her ikisi de açık
konumda olacağından geçici bir ara pozisyon durumu söz
konusudur. Her
operasyonda bu geçici durumun sisteme iletilmesinin engellenmesi
için anahtar
cihazın tipine göre ara pozisyon sinyali belirli bir süre
baskılanır. Süre bitiminde ara
pozisyon durumu devam ediyorsa sistemde ara pozisyon sinyali
üretilir.
3.1.3 Diğer durum bilgileri ve alarmlar
Harici kontaklar kullanılarak sahadan çeşitli durum bilgileri
yada alarm sinyalleri
toplanabilir. Bu sinyaller genellikle tek bir kontaktan gelir ve
"tek noktalı durum
bilgisi" (SPI) olarak isimlendirilir.
3.1.4 Komutlar
Şalt elemanlarına açma kapama yaptırmak için açma ve kapama
devrelerinin
enerjilendirilmesi gerekmektedir. Bunun için harici röleler
yardımı ile açma ve
kapama bobinleri enerjilendirilir.
-
13
3.2 Dijital Sinyaller
Dijital sinyaller genel olarak optokuplörler vasıtasıyla izleme
sistemine bağlıdır.
Girişlere gelen kumanda gerilimi kontağın takılı olduğu durum
bilgisi ile ilgili bilgi
alınmasını sağlar. Normalde açık yada normalde kapalı kontaklar
kullanımlarına göre
"0" yada "1" gelmesi durumları için açık/normal ve kapalı/alarm
gibi tanımlanabilir.
Bunlarla birlikte bu sinyaller bir anahtar elemanın durum
bilgisini göstermek için çift
noktalı durum bilgisi olarak gruplanmış olarak da
kullanılabilir. Benzer şekilde dijital
girişler transformatörün kademe pozisyonu gibi sayısal kod
olarak gelen BCD
kodlamasına göre gruplanmış olabilir. Bu durumlarda gerekli
parametrelendirme
enerji otomasyon sisteminde yapılmalıdır.
3.2.1 Dijital sinyallerin ön iĢlenmesi
Enerji otomasyon sistemlerinde ikili (binary) düzende sinyaller
iki şekilde
kullanılabilir. Bunlardan ilki şalt sahasındaki elemanların
pozisyonlarının yada
alarmların görsel olarak gösterilmesi, diğeri ise hata durumunda
analiz yapılmasını
sağlayacak şekilde olaylar yada alarmlar listelerine kronolojik
sıra ile dizilerek
gösterilmesidir. Verilerin kronolojik sıra ile dizilmesinin
sağlanması hata analizinin
doğru bir şekilde yapılmasında büyük önem taşır ve bu sıralama
en fazla bir
milisaniye hassasiyetle etiketleme yapılarak sağlanır.
Hassasiyetin sağlanması için
sinyali üreten cihaz doğrudan zaman etiketlemesini yapar.
Kronolojik sıralamanın doğru ve gerekli hassasiyete sahip olması
için tüm cihazların
sistem zamanları aynı olmalıdır. Bu da zaman senkronizasyonunun
yapılması ile
sağlanır. Sisteme bağlanan bir zaman sunucusu (time server)
vasıtasıyla zaman
bilgisi uydudan yada başka bir zaman sunucusundan sahadaki tüm
cihazlara
gönderilerek zaman senkronizasyonu yapılabilir.
-
14
3.2.1.1 Anlık sıçramaların filtrelenmesi (Debouncing)
Dijital verilerin alındığı kontaklar titreşim yaratarak birkaç
milisaniyelik sıçramalara
neden olabilirler. Bunun yanında kesici operasyonu sırasında
mekanik titreşimler
nedeniyle sinyalde sıçramalar olabilir. Bu titreşim esnasında
yanlış durum bilgisinin
gelmesinin önlenmesi için sinyal baskılanır. Ancak bu baskılama
esnasında zaman
etiketinde oluşabilecek gecikmelerin önlenmesi gerekmektedir. Bu
nedenle
sıçramanın başladığı ilk andaki zaman etiketi korunur, baskılama
sonucunda durum
bilgisinde bir değişiklik olmuş ise sinyal bu zaman etiketi ile
gönderilir[3].
3.2.1.2 Dalgalanma ve titreĢimlerin filtrelemesi
Kontak arızası yada temassızlık yaratabilecek bağlantı gibi
nedenlerle bazı sinyaller
sürekli olarak ve sık bir şekilde konum bilgilerini
değiştiriyorlarmış gibi görünür ve
giriş sinyali açık ve kapalı durum bilgisi arasında sürekli
olarak değişim gösterir.Bu
durumun haberleşme sisteminde ve çeşitli lojik fonksiyonlarda
gereksiz bir
yüklenmeye neden olmasını önlemek için bu tip titreşimler
baskılanır. Eğer sinyal
belli bir süre boyunca belli bir sayıdan fazla değişim
gösteriyorsa belli bir süre
boyunca baskılanır. Bu süre sonunda titreşim devam ediyorsa
baskılama devam eder.
3.3 Analog Sinyaller
Anlık okunan analog sinyallerin, akıllı elektronik cihazlar
tarafından okunabilir
makul bir seviyede akım veya gerilime dönüştürülebilmesini
sağlamak için ölçüm
transformatörleri kullanılır. Bu transformatörler aynı zamanda
güç devresi ile kontrol
sistemi arasında galvanik bir yalıtım da sağlarlar. Daha sonra
bu analog sinyaller
örneklenen akım yada gerilimin frekansının katlarını filtreleyen
bir girişim
filtresinden geçerek analog / dijital dönüştürücüden geçer. Bazı
durumlarda bu
dönüşüm sonucundaki dijital sinyal için de filtrelemeler
kullanılabilir.
-
15
3.3.1 Analog sinyallerin ön iĢlenmesi
Analogtan sayısala dönüştürülen verilerin ön işlemesi, değere ve
amacına bağlı
olarak yapılır. Akım ve gerilim örneklemeleri, arabellekte
tutulur. Kullanılacakları
fonksiyona bağlı olarak çeşitli filtreleme yapıları uygulanır.
Filtrelenmiş bu değerler
daha sonra çeşitli fonksiyonlar tarafından kullanılabilir. Genel
olarak ölçüm
değerleri, gerilim ve akımın RMS değerlerinin, frekansın, aktif
ve reaktif güç ile güç
faktörünün hesaplanmasında kullanılır.
3.3.1.1 Ölçekleme (Scaling)
Analog/sayısal dönüştürücüden gelen ölçüm değerleri,
dönüştürücünün hassasiyetine
bağlı olarak 8, 12 veya 16 bit genişliğinde bir tam sayıdır. Bu
tam sayı değerlerin,
uygulama fonksiyonları tarafından ihtiyaç duyulan mühendislik
birimlerine (Volt,
Megawatt v.b.) dönüştürülmesi işlemine ölçekleme denir. Sonuç
değeri, ondalıklı
veri tipindedir. Bazı durumlarda hesaplanan değerlerde de
ölçekleme gerekli
olabilir[3].
3.3.1.2 EĢik değer uygulaması (Threshold)
Enerji izleme sistemlerinde değerler periyodik olarak
gönderilmesinin yanında
değişim bazlı da gönderilebilir. Özellikle hassas ölçüm yapılan
akım, gerilim,
sıcaklık, basınç gibi analog ölçüm değerleri sürekli olarak
sabit bir seyir izlemez.
Sürekli olarak değişen bu tip değerlerin en ufak değişikliklerde
bile enerji izleme
sistemine iletilmesi durumunda haberleşme akışı oldukça yoğun
olacağı için diğer
önemli sinyallerin mümkün olan en kısa sürede sisteme ulaşması
gerçekleşemez.
Bunu önlemek için analog değerler eğer değişim bazlı gönderilmek
isteniyorsa ilgili
analog değer için yüzde eşik değeri tanımlanır. Son gönderilen
analog değerden
sonra değişimin integrali alınarak, bu değerin atanan yüzde eşik
değeri kadardan
fazla aşağı yada yukarı yönde bir değişim gerçekleştirmesi
durumunda analog değer
sisteme iletilir. Aksi takdirde baskılanır. İntegral alınması
nedeniyle çok fazla öneme
sahip olmayan küçük değişimler büyük zaman aralıkları ile büyük
değişimler ise
oldukça hızlı bir şekilde sisteme iletilir. Bu sayede sistemin
ölçüm hassasiyetinde
önemli bir kayıp yaşanmamış olur.
-
16
Yüzde eşik değer atanırken ilgili analog sinyalin değişim hızı
göz önünde
bulundurulmalıdır. Değişim hızı ve büyüklüğü çok olan analog
sinyallere daha
yüksek yüzde eşik değeri atanırken, değişim hızı ve büyüklüğü
düşük olan
sinyallerde hassasiyetin korunması için daha düşük eşik değer
atanmalıdır.
3.3.1.3 Sıfır değer baskılama (Zero value suppression)
Analog sinyaller için kullanılmakta olan diğer bir filtreleme
ise sıfır değer
baskılamasıdır. Ölçümün çeviriciler ve elektronik cihazlar
üzerinden yapılması ve
ölçüm noktası ile cihaz arasındaki bağlantı üzerinde
oluşabilecek elektromanyetik
girişimler nedeniyle gerçekte sıfır olması gereken analog
sinyaller, sıfır etrafında
salınım yapıyormuş gibi algılanabilir ve enerji izleme sistemine
çeşitli değerler
gönderilebilir. Bunu engellemek için sıfır civarında belirli bir
limit aralık atanır ve bu
aralık içerisinde gelen analog değerlerin tamamı sıfır kabul
edilir. Bu aralığın
büyüklüğü, küçük değerlerin de okunabilmesi açısından mümkün
olduğunca küçük,
analog sinyalin sıfır noktası civarında gösterdiği
karakteristiği baskılayabilmesi
açısından ise yeterli büyüklükte seçilmelidir.
3.4 Enerji Otomasyon Sistemlerinde HaberleĢme
Haberleşme enerji izleme ve kontrol sistemlerinin en önemli
parçalarındandır.
Özellikle büyük çaplı izleme ve kontrol sistemlerinde
telekontrol merkezi, merkezi
kontrol istasyonuna durum bilgilerinin gönderimi ve komutların
alınması
gerekmektedir. En basit tanımı ile haberleşme linkleri gönderici
(transmitter) ile alıcı
(receiver) arasında fiziksel bağlantıyı sağlar. Bakır
iletkenlerin yanı sıra fiber optik,
mikrodalga, radyo dalgaları ve uydu haberleşmesi gibi çeşitli
fiziksel altyapıya sahip
haberleşme hatları bulunmaktadır. Enerji izleme sistemlerinde
fiziksel altyapı olarak
genellikle bakır iletkenler, fiber optik ve kablosuz ağ
haberleşmesi kullanılır.
3.4.1 HaberleĢme protokolleri
Haberleşme protokolleri, haberleşme cihazları arasındaki veri
iletişiminin kurallarını
ve düzenini tanımlarlar. En basit tanımlama ile haberleşme
protokolleri alıcı ile
verici sistem arasındaki “lisan” görevi görürler.
-
17
3.4.1.1 IEC60870-5-101
IEC 60870-5-101, Uluslararası Elektroteknik Komisyonu Teknik
Komite 57 (IEC-
TC57) tarafından oluşturulmuş genel bir protokoldür. IEC 60870-5
standart doküman
serisi olup, içeriği temel standart bölümlerinden ve ilgili
standartlardan oluşmaktadır.
IEC 60870-5 standardının 101 numaralı bölümü, uzak terminal
birimi – akıllı
elektronik cihaz haberleşmesi için mesaj yapısını tanımlar.
Temel referans model yedi katmandan oluşmaktadır. Bununla
birlikte, 101 profilinde
kullanılan basitleştirilmiş modelde ise daha az katman bulunur
ve geliştirilmiş
performans mimari (EPA) modeli olarak isimlendirilir.
A İstasyonu
Bağlantı katmanı
Bağlantı arayüzü
Uygulama katmanı
Fiziksel katman
Fiziksel arayüz
HABERLEŞME HATTI
B İstasyonu
Bağlantı katmanı
Bağlantı arayüzü
Uygulama katmanı
Fiziksel katman
Fiziksel arayüz
ġekil 3.1 : Geliştirilmiş performans mimari modeli.
Şekil 3.1’de geliştirilmiş performans mimari modelinin iki
istasyon arasındaki
haberleşmeye uygulanışı gösterilmiştir. Bu şekle göre, A
istasyonu ve B istasyonları
arasındaki haberleşme uygulaması, A istasyonunun katman
dizisinin en üst
basamağındaki uygulama verisinin kabulü ile başlar. Uygulama
verisi tüm
katmanlardan geçerek protokolun çalışması için gerekli olan
verileri toplar. Mesaj A
istasyonunun en alt katmanından haberleşme alt yapısı üzerinden
gönderilir, B
istasyonunun en alt katmanı tarafından alınır. Mesaj orjinal
uygulama verisi en üst
katman tarafından alınıncaya kadar, yukarı doğru tüm katmanları
geçerek ilgili
kontrol verileri dağıtılır.
-
18
Şekil 3.2’de katmanlama düzeninden türetilmiş olan IEC
mesajlaşma yapısını
göstermektedir. Şekilde görüldüğü gibi tüm veri alanları, bir
yada daha fazla bayttan
oluşan bayt dizilerinden meydana gelmektedir. Uygulama servis
veri birimi (ASDU),
bir istasyonun uygulama işleminden diğer istasyonun uygulama
işlemine giden bir
veri bloğudur. IEC60870-5-101 protokolünde uygulama protokol
kontrol bilgisi
(APCI) bulunmadığından, uygulama servis birimi (ASDU) uygulama
protokol veri
birimine (APDU) eşittir.
S L L S C A ASDU CS E
BAŞLANGIÇ BİTİŞ
LPCI APDU LPCI
LPDU
ġekil 3.2 : IEC mesaj yapısı.
.
Link katmanı, link protokol veri birimini (LPDU) oluşturmak
üzere kendi link
protokol kontrol bilgisini (LPCI) uygulama protokol veri
birimine (APDU) ekler.
Link protokol veri birimi (LPDU), asenkron karakterler arasında
boş sıra yada aralık
olmadan komşu yapı olarak gönderilir. IEC60870-5-101 iskeleti,
başlık ve gövde
olarak bölünebilir. Başlık kısmı S+L+L+S karakterlerinden, gövde
kısmı ise geri
kalan karakterlerden oluşur. Link protokol kontrol bilgisi
(LPCI),
CS+E+L+S+C+A+LPCI = S+L ........ (1.1)
yapısındadır (1.1). S= Sabit tanımlı bit modelinin başlangıç
karakteri, L =
“ASDU+C+A” yapısının uzunluğunu bayt cinsinden belirten uzunluk
karakteri, C=
link kontrol karakteri, A= link adres alanı, CS= doğrulama
karakteri ve E= Sabit
tanımlı bit modelinin bitiş karakteri şeklinde tanımlanır.
IEC60870-5-101 uygulama protokolü, uygulama fonksiyonları ve
uygulama servis
veri birimi olmak üzere iki hazırlık grubunu tanımlar.
IEC60870-5-101
protokolünde; istasyonun başlatılması, sorgulama ile veri
toplama, döngüsel veri
iletimi, olayların toplanması, genel sorgulama, zaman
senkronizasyonu, komut
iletimi, tümleşik toplamların iletimi, parametre yükleme, test
prosedürü, dosya
transferi, iletim zaman gecikmesinin kazanımı gibi uygulama
fonksiyonları bulunur.
-
19
T Q C CA OA IE TT OA IE TT..............................
I0 1 I0 n
ġekil 3.3 : IEC telegram yapısı.
Uygulama için uygun olan ASDU’nun değişik tipleri için genel
düzenleme şekil
3.3’de gösterilmiştir. Veri alanlarında gösterilen, T alanı
sinyal tip tanımlamasını (bir
veri baytı), Q alanı bilgi eleman yada nesnelerinin sayısına
karşılık gelen değişken
yapı sınıflandırıcıyı (bir veri baytı), C alanı döngüsel olarak,
kendiliğinden, talep
üzerine, etkinleşme gibi iletim neden bilgilerini (bir yada iki
veri baytı), CA alanı
istasyon yada istasyon bölgesi için belirlenmiş olan ortak
adresi (bir yada iki veri
baytı), OA alanı bilgi nesne adresini (bir, iki yada üç veri
baytı), IE alanı bilgi sinyal
değerini ve TT alanı da zaman etiketi bilgi nesnesini
tanımlamaktadır[2].
3.4.1.2 IEC60870-5-103
IEC 60870-5-103 protokolü istasyondaki kontrol sistemi ile
koruma cihazları
arasındaki haberleşme yapısını tanımlayan protokoldür. Bu
protokolde veri iletimi
için uygulama servis veri ünitesi (ASDU) yada mümkün olan tüm
verilerin iletimi
için genel servisler olmak üzere iki methot kullanılır. IEC
60870-5-103 protokolü,
belirli koruma fonksiyonlarını desteklemekle ve üreticiye kendi
özel koruma
fonksiyonları için özel veri aralığı kullanımı sunmaktadır.
IEC 60870-5-103 protokolü, telegram yapısı olarak IEC
60870-5-101 protokolünde
belirtilen FT1.2 telegram formatını kullanmaktadır. Bu formatta
IEC 60870-5-101
protokolündeki gibi değişken uzunlukta telegram, sabit uzunlukta
telegram ve tek
karakter telegram seçenekleri bulunmaktadır. Tek karekter
onaylama için, sabit
uzunlukta karakter telegramlar komutlar için ve değişken
uzunlukta telegramlar ise
veri gönderimi için kullanılır. IEC 60870-5-101 protokolünden
farklı olarak bilgi
nesne adresi (IOA), IEC 60870-5-103 protokolünde fonksiyon tipi
(ftype) ve bilgi
numarası şeklinde ayrık olarak kullanılır. IEC 60870-5-101
protokolündeki gibi
çoklu bilgi nesneleri kullanılabiliyorken IEC 60870-5-103
protokolünde yalnızca tek
bilgi nesneleri kullanılabilir.
-
20
3.4.1.3 IEC60870-5-104
IEC60870-5-104 protokolü, IEC 101 haberleşme protokolünün
iletim, ağ, link ve
fiziksel katman servislerinin network sistemlerine uyarlanmış
bir uzantısıdır.
Protokol, TCP/IP arayüzü ile yerel ağ bağlantısına, yönlendirici
(router) yardımı ile
geniş alan ağlarına bağlanarak kullanılır. Uygulama katman
yapısı, IEC 101
protokolü ile aynı olmakla birlikte, IEC 101 protokolünde
bulunan bazı veri tipleri
ve özellikler IEC 104 protokolünde kullanılmamaktadır.
Standartta, eternet ve seri
hat (Point-to-Point) olmak üzere veri iletişimine uygun olan iki
ayrı bağlantı
katmanı tanımlanmıştır.
-
21
4. ENERJĠ OTOMASYON SĠSTEMLERĠNĠN ĠġLETME FONKSĠYONLARI
Enerji otomasyon sistemlerinde işletme fonksiyonları, enerji
sisteminin
görüntülenmesi, kontrolü, veri depolama ve veri analizi gibi
konuları kapsar.
Kontrolün uzaktaki merkez istasyonundan yapıldığı durumlarda
bazen yerel
otomasyon sistemi yalnızca görüntüleme, veri toplama ve
raporlama gibi amaçlarla
kullanılabilir[8].
4.1 Görüntüleme Fonksiyonları
Görüntüleme fonksiyonlarının temel amacı, istasyondaki durum
bilgilerinin
gösterilmesi, operatörün istasyonda oluşan yada oluşmakta olan
tehlikeli bir durum
hakkında bilgilendirmesi yapılmaktadır.
4.1.1 Genel görünüm ve detay ekran sayfaları
Genel görünüm ekranları tüm istasyona ait yada bara bazında tek
hat şemalarından
ve haberleşme sistem sayfalarından oluşur (Şekil4.1). Detay
ekranları ise fider,
transformatör, generatör, gaz izleme, sıcaklık izleme gibi
ekranlardan oluşur. Bu
ekranlarda şalt ekipmanlarına ait pozisyon bilgileri, bara, hat
ve transformatör ile
ilgili akım, gerilim gibi ölçüm bilgileri, ayrıca aktif ve
reaktif güç ve cos(fi) gibi
hesaplama bilgileri gösterilir. Tek hat şemasının bulunduğu
resimlerde
enerjilendirilmiş, enerjisiz ve topraklanmış olma durumlarına
göre bara ve hat
renklendirmesi yapılabilir. Bunun yanında farklı gerilim
seviyeleri için farklı renk
seçimleri yapılabilir.
Haberleşme ekranlarında, sistemde bulunan cihazlar ve
aralarındaki fiziksel
haberleşme bağlantıları gösterilir. Cihazda veya haberleşme
bağlantısında oluşacak
bir hata çeşitli şekillerde (yanıp-sönme, renk değişimi vb.)
uyarı olarak gösterilir.[9]
-
22
ġekil 4.1 : Genel görünüm sayfası.
-
23
4.1.2 Olaylar listesi
Olaylar listesinde durum değişiklikleri, gelip-giden alarmlar,
limit aşımları ve komut,
onaylama gibi sahada gerçekleşen olaylar zaman etiketine göre
kronolojik sıra ile
listelenir (Şekil 4.2). Her bir olay, cihaz ve sinyal
tanımlamasının yanında
gönderilme nedeni (cause of transmission), sinyalin doğruluk
durum bilgisi (state) ve
oluşma zamanı gibi verilerle birlikte yer alır. Bütün olaylar,
anlık olarak olay
yazıcısından (event printer) çıktı olarak alınabilir.
4.1.3 Alarm Listesi
Enerji otomasyonunda genellikle bir alarmın normal ve onaylanmış
(acknowledged),
alarm aktif ve onaylanmamış, alarm aktif ve onaylanmış (aktif
alarm), normal ve
onaylanmamış (normale dönmüş alarm) olmak üzere dört durumu
bulunur. Bir alarm
geldiğinde onaylama komutu verilene kadar onaylanmamış alarm
olarak kalır, ses ve
ışıklı uyarılar yardımı ile operatör uyarılır. Alarm aktif
olmasına rağmen onaylama
komutu verilmesi durumunda uyarılar durur ve alarm listesinde
alarm kalır. Alarm
durumunun onaylama komutu verilmeden ortadan kalkması durumunda
alarm
onylama komutu verilene kadar listede kalmaya devam eder,
onaylandıktan sonra
listeden temizlenir. Normal ve onaylanmış olan alarmlar alarm
listesinde yer
almazlar. Alarmlar, normal duruma dönmeleri ve onaylama
komutlarının tamamı
olaylar listesinde bulunur ve veri olarak arşivlenmelidir.
Onaylama komut işlemi
yetkilendirilmiş kullanıcılar tarafından yapılmalıdır. Alarm
listesinde alarmın cinsine
göre öncelik kodu tanımlanabilir ve bu koda göre filtreleme
yapılabilir. Bu sayede
operatör, herhangi bir arıza durumunda gelecek olan çok sayıda
alarm arasından
önemli olanları filtreleyebilir ve daha önemli olan alarmlara
odaklanabilir[9].
-
24
ġekil 4.2 : Alarm ve olaylar sayfası.
-
25
4.2 Engelleme Fonksiyonu
Enerji otomasyon sistemlerinde cihaz yada haberleşme linklerinin
engellenmesini
gerektirecek durumlar olabilir. Haberleşme linklerinin
engellenmesini gerektirecek
başlıca durumlar bakım çalışması esnasında gönderilen komutların
engellenmesi,
bazı özel arıza durumlarında izleme sistemine gidecek olan durum
bilgilerinin ve
ölçüm değerlerinin gönderiminin engellenmesi, istasyonda
yapılacak bir çalışma
esnasında uzak merkez istasyona gereksiz durum bilgilerinin veya
oradan
gönderilebilecek olan komutların engellemesidir.
4.3 Trend Kaydı Ve ArĢivleme
Akım, gerilim, aktif-reaktif güç, güç faktörü, sıcaklık gaz
basıncı gibi çeşitli yollarla
sahadan toplanan analog veriler bilgisayar sabit sürücüleri
üzerinde veritabanında
tutularak grafik yada istatistiki olarak trend sayfalarında
gösterilebilir. Günlük,
haftalık, aylık, yıllık trendler incelenerek istasyonun
istatistiki verileri görsel olarak
kolaylıkla görüntülenebilir. Bu veriler, performans analizi ve
planlama gibi alanlarda
kullanılabilir.
Trendlerin kayıtlanması sırasında en önemli noktalardan birisi
örnekleme zamanı
yada döngüsüdür. Döngünün hızlı olması verilerin hassasiyetini
arttırırken,
haberleşme ağı ve veritabanı için aşırı yüklenmeye neden
olabilir. Döngü süresi
ayarlanırken istasyonda bulunan kayıtlanacak verilerin sayısı,
değişim sıklığı ve
kayıt edileceği sabit bellek sürücüsünün büyüklüğü gibi detaylar
hesaba katılmalıdır.
Veri depolaması yalnızca analog değerler için yapılmaz. Bunun
yanında olaylar
listesinin de kaydı tutulmalıdır. Bu sayede geçmişe dönük arıza
analizleri ve çeşitli
bakım istatistikleri çıkartılabilir.
-
26
4.4 Komut Fonksiyonları
Kumanda fonksiyonları enerji otomasyon sistemlerinde çeşitli
operasyonlarda
kullanılır. Bu komutlar istasyondaki bir izleme sisteminden,
uzak merkezdeki izleme
istasyonundan yada lokal olarak cihaz üzerinden yapılabilir.
Komutlar doğrudan
sahadaki ekipmanlara gönderildiği için hatalı yapılacak
operasyonlar tehlikeli ve
hasara yol açacak kazalara neden olabilir. Bu nedenle komutlar
kullanıcı
tanımlamaları ve yetkileri, kontrol modu, anahtar eleman
pozisyonları, transformatör
kademe pozisyonları, ve bunlardaki anlık değişim yönetimi gibi
yöntemlerle
sınırlandırılmış ve korunmuştur.
Komutun uygulanması; doğru cihaz seçiminin yapılması, kilitleme
durumu,
senkronizasyon durumu, cihaz engellenme durumu (bay blocking),
kumanda yetki
durumunun uygun koşullarda olması neticesinde gerçekleştirilir.
Güvenlik unsurları
nedeniyle, “uygula” komutundan önce komutun geçerliliğini
kontrol eden ve doğru
cihaz seçiminin yapıldığını onaylayan “seçme” basamağı (Select
before Operate /
Execute) sonra ise uygulama basamağından geçerek komut işlemi
uygulanır.
4.5 Senkronizasyon Kontrollü Kapama Fonksiyonu
Senkronizasyon kontrolü, bara ve hattın enerjili olması
durumunda; kesicilerin ana
kontaklarının kapama operasyonunun kontakların iki tarafı
arasındaki farklı gerilimin
olması dolayısıyla kapama sırasında oluşacak arkın yok edilmesi
yada mümkün
olduğunca azaltılması işini yerine getirir. Senkronizasyon
kontrolü için kesicinin
bara ve hat tarafında ölçüm yapan gerilim transformatörlerinin
sağlıklı olması
gerekir.
4.6 Yazılımsal Kilitleme Fonksiyonu
Kilitlemelerin amacı, hatalı bir operasyon yapılması sonucunda
oluşabilecek olan
maddi zararları ve can kaybı, yaralanma durumlarını önlemektir.
Kilitlemeler
temelde mekanik olarak bunun yanında elektriksel olarak ve
günümüzde akıllı
cihazlar sayesinde yazılımsal olarak yapılabilmektedir.
-
27
4.7 Sıralı Operasyonlar (Sequential Switching)
Bakım durumları hariç olmak üzere bir enerji sisteminin
işletmesinde genellikle
operasyon yalnızca bir şalt anahtarında yapılmaz. Bir fiderin
enerjilenmesi,
topraklanması, kesintisiz bara transferi, bara kuplaj kapama
gibi çeşitli
operasyonların herbiri sırasıyla uygulanması gereken ve
kendilerine özgü bir dizi
operasyon grubu içerirler. Bu işlemler sırasında herhangi bir
operasyonel sıralama
hatasının önlenmesi, operasyonun akışında oluşan bir hatanın
gözden kaçması gibi
durumları ortadan kaldırmak için sıralı operasyonlar otomatik
olarak yaptırılabilir.
Sıralı operasyon başlamadan önce o operasyon için gerekli olan
koşullar kontrol
edilir, her bir basamak kendinden öncekinin tamamlanmasından ve
ilgili geri
besleme alınmasından sonra işleme konur. Operasyonun herhangi
bir noktasında
oluşacak olan hata, uygulanmayan işlem yada kilitleme koşulu
gerçekleşirse
operasyon otomatik olarak durdurulur. İstendiği durumlarda
operason sırası sorunsuz
olarak devam etmesine rağmen, her basamak öncesinde operatör
onayı alınabilir,
operatör istediği basamakta işlemi durdurma yetkisine sahip
olabilir[10].
4.8 Yük Atma Fonksiyonu
Üretim kaynağının kaybı yada büyük bir yükün beslenmesi
sırasında sistemin çeşitli
dinamik etmenlerine bağlı olarak gerilim veya frekans
değişimleri ortaya çıkar. Bu
durum, özellikle enerji şebekesinden tamamen bağımsız yada
kısmen bağımlı olan,
ihtiyaç duyulan üretimin tamamını yada büyük bir kısmını kendisi
yapan tesislerde
enerji sisteminin çökmesine neden olabilir. Bunun önlenmesi için
yük atma
sistemleri entegre edilir. Yük atma temel olarak, frekans veya
gerilimde oluşacak
değişim durumlarında yükün belirli bir kısmının beslemeden
ayrılarak regülasyonun
sağlanması ve geriye kalan yüklerin enerjisiz kalmasının
önlenmesini sağlar.
Yük atma mantığında en önemli veriler, yüklerin atılma önceliği
yada atılmaya izni
olup olmamasıdır. Tesisin işletme mantığında yapılacak
değişikliklerin yük atma
sistemine de uygulanabilir olması için bu parametreler yetkili
kullanıcı girişi ile
değiştirilebilir olmalıdır (Şekil 4.3). Yük atma tetiklendiğinde
ilgili senaryo ve yük
durumuna göre hesaplanmış olan yük miktarı kadar yük beslemeden
ayrılır.
-
28
ġekil 4.3 : Yük atma sistem sayfası.
-
29
4.9 Veri AlıĢveriĢi
İstasyon içerisinde bulunan enerji izleme sistemi ile güç
yönetim sistemleri, yük
atma sistemleri vb. gibi ayrık kontrol sistemleri arasında veri
alışverişi olabilir.
Bunlara ek olarak enerji izleme sistemleri genellike uzaktaki
merkez istasyon,
telekontrol merkezi, şebeke kontrol merkezi gibi üst
merkezlerdeki izleme sistemleri
ile veri alışverişinde bulunurlar. Günümüzde üst kontrol
merkezleri ile veri
iletişiminde çoğunlukla kullanılmakta olan haberleşme protokolü
IEC60870-5-101
protokolüdür. Yüksek hızlı bir yerel ağ bulunan sistemlerde
kullanılan protokol,
IEC60870-5-101 protokolünün TCP/IP tabanlı versiyonu olan
IEC60870-5-104
protokolüne doğru bir kayma gösterir.
-
30
-
31
5. ENERJĠ OTOMASYON FONKSĠYONLARININ UYGULAMALARI
Bu çalışmada enerji izleme sistemi entegre edilmiş olan iki ayrı
enerji tesisinde
uygulanan özelleşmiş akıllı kontrolör yazılımları
gerçeklenmiştir.
5.1 Kontrolör Yük Atma Uygulaması
Enerji tesisinde kontrolör yazılımı ile kontrollü yük atma
uygulaması
gerçeklenmiştir. Yük atma, saha verileri incenelerek, tesis
çalışmasına göre
oluşturulmuş çeşitli senaryolar değerlendirilerek
gerçekleştirilmektedir. Aşağıda
tesisin yapısı, yük atma ile ilgili gereksinimleri ve bu
gereksinimleri karşılamak için
gerçeklenmiş olan yük atma yazılımına ait detaylar
incelenmiştir.
5.1.1 Tesis yapısı
Tesisin enerji sistemi, dağıtım şebekesinden gelmekte olan iki
ayrı fider üzerinden
beslenmektedir. Dağıtım şebekesinden gelen fiderler tesisin ana
dağıtım merkezinde
bulunmakta olan iki ayrı baraya ayrı ayrı bağlanabilmektedir.
Tesiste bulunan beş
adet generatör, tesisi ada modunda dağıtım şebekesinden bağımsız
olarak
çalıştırabilecek güçte olup, giriş fiderleri gibi her iki baraya
da ayrı ayrı bağlanabilir
özelliktedir. Ana dağıtım merkezindeki iki bara kuplaj kesicisi
üzerinden birbirlerine
bağlanabilirler. Tesiste bulunan alt dağıtım merkezlerine giden
beslemeler de
kaynaklar gibi iki ayrı baraya da bağlanabilir
durumdadır[11].
5.1.2 Enerji sisteminin çalıĢma Ģekilleri ve yük atma sistem
gereksinimleri
Tesis, dağıtım şebekesi ve beş adet generatör tarafından
beslenmektedir. Ana dağıtım
merkezinde bulunan iki ayrı bara kuplaj üzerinden birbirine
bağlanabilmektedir. Bu
sistem yapısı sayesinde ana dağıtım merkezi işletmesi çeşitli
çalışma şekillerinde
yapılabilmektedir. Her ayrı çalışma şekli yapısı gereği farklı
bir yük atma
gereksinimi taşır. Bu kısımda, çalışma şekilleri ve ilgili yük
atma gereksinimlerinden
bahsedilmiştir.
-
32
Şebeke
Giriş 1
Şebeke
Giriş 2
Gen1 Gen2 Gen3 Gen4 Gen5 DM1 DM2 DM3 DM4 DMnBARA
KUPLAJ
ġekil 5.1 : Yük atma kontrolü uygulanan tesisin sistem
yapısı.
-
33
5.1.2.1 ġebeke ile paralel çalıĢma
Sistem dağıtım şebekesinden beslenirken yük atma
yapılmamalıdır.
5.1.2.2 ġebekeden ayrılma
Şebekede oluşan kısa devre, düşük frekans veya ana dağıtım
merkezi giriş
kesicilerinin açması gibi durumlar sonucu şebekeden ada moduna
geçiş sırasında,
stabilite hesaplarına göre belirlenmiş olan rezerv güç miktarı
kadar yük devredışı
bırakılır. Bu yük atma esnasında generatörlere ait üretim
kapasitesine bağlı rezervler
dikkate alınmaz.
5.1.2.3 ġebekede oluĢan düĢük gerilim nedeni ile Ģebekeden
ayrılma
Dağıtım şebekesi tarafında arıza olması ve arızanın standart
değerler olan 200ms ile
600ms süreleri içerisinde giderilmesi durumunda şebekeden
ayrılma ve yük atma
yapılmayacaktır. Dağıtım şebekesindeki bara gerilimi %65
mertebesine ulaşmadan
rezerv yük atılmayacak yalnızca üretim tüketim farkı kadar yük
atılacaktır.
Şebekeden ayrılma durumu için %45 ve %65 mertebesinde gerilim
değerlerine göre
hesaplanmış miktarda rezerv yük atılacaktır.
5.1.2.4 ġebekede oluĢan düĢük frekans nedeni ile Ģebekeden
ayrılma
Dağıtım şebekesi tarafında frekans belirlenmiş değerlerin dışına
çıkacak olursa,
decoupling rölesi giriş fiderlerini açtıracak, düşük frekans
değerlerine göre
belirlenmiş miktarlarda yük atılacaktır.
5.1.2.5 Ana dağıtım merkezi giriĢ fiderlerinin açması nedeni ile
Ģebekeden
ayrılma
Ana dağıtım merkezi giriş fiderlerinin açması durumunda yük atma
senaryosu düşük
frekanstan dolayı şebekeden ayrılma gerçekleşmiş gibi
çalışmalıdır.
5.1.2.6 Ada modunda çalıĢma
Sistemin şebekeden ayrıldıktan sonraki çalışma durumu, ada modu
çalışma olarak
nitelendirilir. Ada modu çalışma esnasında tüm sistem
generatörler tarafından
beslenir. Generatörlerden herhangi birinin devreden çıkması
kalan generatörlerin
-
34
üzerine daha çok yük bindirecek ve sistem frekansı düşecektir.
Bu düşüşün önüne
geçebilmek için yük atma yapılması gerekir.
Başka bir olasılık da tesis ada modunda ana dağıtım merkezindeki
bara kuplaj
kesicisi kapalı çalışırken iki barayı birleştiren kuplaj
kesicisinin açmasıdır. Bu
durumda yük atma sisteminin çalışması ve baralarda bulunan
türbinlerin aşırı
yüklenme olasılığının önlemesi gerekir. Yük atma sistemi,
baraların üretim ve
tüketim miktarlarını kontrol ettiği için bu esnada ihtiyaç olan
barada yük atma işlemi
gerçekleştirilir.
Ayrıca ada modunda çalışma esnasında herhangi bir arıza
olmaksızın frekansın
belirli bir eşik değerinin altına düşmesi durumunda da yük atma
sistemi devreye
girecek ve belirlenmiş güç değeri üzerinden yük atma işlemini
gerçekleştirecektir.
Dağıtım şebekesinden beslenirken yük atma yapılmamalıdır.
5.1.3 Yük atma otomasyon yazılımı
Yük atma yazılımının en önemli gereksinimi hızlı ve doğru bir
şekilde yük atma
yapabilmesidir. Bu nedenle işlemlerin tamamı sürekli olarak
incelenmez. Ana bir
döngü içerisinde yalnızca gerekli blok yada fonksiyonlar
çağırılarak, gerekli olan
değerler üzerinden hesaplamalar yapılmaktadır. Bu kısımda yük
atma yazılımının
ana döngüsü ve kullanılmakta olan fonksiyon bloklarının
görevleri incelenmiştir.[11]
5.1.3.1 Ana organizasyon bloğu
Yük atma yazılımın döngüsünün gerçekleştiği bloktur. Tüm yazılım
bu blok
içerisinde çalışırlar. Organizasyon bloğu içinde yer almayan
fonksiyonlar işlenmez.
Her fonksiyon belirli bir sırayla organizasyon bloğu tarafından
çağırılır ve sırayla
işlenir. Oraganizyon bloğu tarafından çağrılan her bir fonksiyon
yük atma yazılımı
içerisinde farklı görevler gerçekleştirirler.
-
35
I/O Modül Sağlıklı Kontrol
Fonksiyonu
Generatör Pozisyon Bilgileri
Ara Pozisyon Kontrol
Fonksiyonu
Şebeke Giriş Fiderleri Ara
Pozisyon Kontrol Fonksiyonu
Yük Atma Tespit Fonksiyonu
Aktif Güç Değerlerinin
Alınması
Kesici Yük Atmaya Dahil
Döngüsü
Yük Atma Biti KontrolüKesici Açtırma Çıkışlarının
Aktif EdilmesiEVET
Aktif Güç Değerlerinin
Bufferda ilgili yerlere yazılması
HAYIR
Senaryolar İçin Rezerv Güç
Hesap Fonksiyonu
Çalışma Durum Tespit
Fonksiyonu
Çalışma Durumu İçin İlgili
Senaryolarla İlgili Hesaplar
Yük Atma Geri Beslemeleri ve
Eksik Yük Atma Kontrol
Fonksiyonları
Çıkışların ve İlgili Senaryo
Hesaplarının Sıfırlanması
ġekil 5.2 : Yük atma ana organizasyon bloğu.
5.1.3.2 GiriĢ çıkıĢ modüllerinin kontolü
İstasyonlar’da bulunan input/output modül gruplarına takılmış
olan output kartlarının
her biri için kontrolörden bir adet “giriş/çıkış modülü
sağlıklı” çıkış sinyali sürekli
olarak aktif halde tutulmaktadır. Bu çıkış sinyali ilgili giriş
modülüne bağlanmıştır.
Kontrolör bu giriş sinyalini sürekli izlemektedir. Sinyalde bir
kesilme olursa kesilme
süresince sinyalin geldiği kartlara bağlı olan yükler otomatik
olarak yük atma
hesaplarından çıkartılmakta ve yük atma otomasyon arayüz
bilgisayar (HMI)
ekranına alarm bilgisi gönderilmektedir. Arıza durumu ortadan
kalktığında operatör
onayı beklenmeksizin yükler tekrar hesaplamalara dahil
edilmektedir.
-
36
5.1.3.3 Kesici ara pozisyon ve arıza durumu kontrol bloğu
Yük atma işlemi sadece sistemin içinde bulunduğu duruma ait yük
atma
senaryolarını çalıştırır. Durum tespiti ana dağıtım merkezi ve
diğer dağıtım
merkezlerinde bulunan kesicilerinin pozisyonları dikkate
alınarak yapılır. Bu
kesicilere ait pozisyon bilgilerindeki bir belirsizlik hatalı
hesaplamalara neden
olabilir. Kesici pozisyon bilgilerinde ara pozisyon ve arıza
durumu olmak üzere iki
farklı arıza durumu söz konusudur.
Ara pozisyon normalde geçici durumdur. Kesicinin açma veya
kapama süresi içinde
oluşur. Süre aşıldığında hala sisteme 0-0 bilgisi geliyor ise
kesici ara pozisyonda
demektir. Bu arıza kontrolör tarafından tespit edilir ve arıza
noktası operatöre
bildirilir.
Arıza pozisyonu oluştuğunda kontrolör herhangi bir gecikme
oluşturmadan arızayı
tespit eder ve arıza noktasını operatöre bildirir.
Her iki arıza durumunda da kontrolör yük atma işlemini, yük atma
tespit bloğunu
atlayarak iptal eder, gerekli alarmları üretir. Yazılıma ait tüm
fonksiyonlar çalışmaya
devam eder, ancak yük atma tespit bloğu arıza süresince
çalıştırılmadığı için yük
atma senaryoları tetiklenemez.
Arızanın giderilmesi durumunda operatörün yük atma otomasyon
arayüz bilgisayar
ekranından vereceği arıza giderildi onayı ile ilgili fider yada
fiderler için yük atma
tekrar aktif hale gelir. Arıza giderilmeden onay verilse bile
kontrolör yük atma
sisteminin aktif hale geçmesine izin vermez.
5.1.3.4 Generatör kesicilerinin ara pozisyon ve arıza durum
kontrol bloğu
Generatörlere ait kesicilerden herhangi birinden ara pozisyon
arızası geldiği sürece
ilgili generatöre ait yük atma senaryosu devredışı edilir. Ara
pozisyon arızası ortadan
kalktığı anda generatöre ait yük atma senaryosu operatör onayı
beklenmeden
kontrolör tarafından otomatik olarak tekrar aktif edilir.
Generatör kesicilerinde ara
pozisyon yada arıza poziyonu oluşması durumunda fider
kesicilerindeki gibi
kullanıcı arayüzünde alarm bilgisi gönderilir.
-
37
5.1.3.5 Ana dağıtım merkezi giriĢ fiderlerinin açtırılması
durumu kontrol bloğu
Sistem decoupling rölesinden bağımsız olarak ana dağıtım merkezi
giriş yada
dağıtım şebekesi çıkış kesicilerin açması sonucu da şebekeden
ayrılabilir. Bu esnada
yük atma sistemi bu ayrılmayı frekans yük atması gibi
değerlendirecektir. Bu blok
yardımı ile ayrılma tespit edilir. Bu bilgi yük atma tespit
bloğuna iletilerek frekans
yük atma senaryosu çalıştırılır.
5.1.3.6 Yük atma tespit bloğu
Yük atma yazılımında yer alan bütün senaryoların
değerlendirilidiği bloktur. Bu
değerlendirmeler sonucu şartların oluştuğu durumda blok
içerisinde ilgili senaryoya
ait yük atma kararı verilir. Yük atma kararı verilmesi ile
birlikte senaryoya ait
zamanlayıcı çalışır ve ilgili senaryonun yük atma bit’i
setlenir. Bu bit hem blok
içerisinde yer alan yazılımın sonraki kısımlarının atlanmasını
hem de ana
organizasyon bloğunun içindeki programın hesaplama bölümlerinin
atlanarak
parogramın çıkış bloklarına atlamasını sağlar. Çıkış bloklarında
daha önceden
belirlenmiş yüklerin devre dışı edilmesi için gerekli çıkış
sinyalleri aktif edilerek yük
atma işlemi gerçekleştirilir.
5.1.3.7 Enerji izleme sistemi ada modu ihbar bloğu
Yük atma sisteminin oluşturduğu “Yük Atma yapıldı”, “Yük atma
başarısız” gibi
bazı sinyaller enerji izleme sistemine aktarılmaktadır. Ana
merkezde bulunan mimik
panoya da bazı sinyaller yük atma sisteminden iletilmektedir.
Yük atma sistemi ile
ilgili belirlenmiş olan tüm bu sinyallere ait çalışmalar bu blok
içerisinde
yapılmaktadır. Ayrıca Ada modu çalışma esnasında büyük güçlü
motorların devreye
girmesine ait kilitleme yazılımı da bu blok içerisinde
çalışmaktadır.
5.1.3.8 Yük atma yazılımı ile enerji izleme sistemi arası veri
alıĢveriĢ bloğu
Yük Dağıtım merkezlerinin girişlerine ve yüklere ait rölelerden
alınan aktif güç
değerleri, enerji izleme ünitelerinde, yük atma kontrolörüne
iletilecek şekilde
parametrelendirilmiştir.
İstasyonlarında bulunan enerji izleme ünitelerinden herhangi
birinde olabilecek
olası bir haberleşme problemi yük atma sistemi için bir problem
oluşturmamaktadır.
Enerji izleme sisteminden yalnızca yüklere ait güç bilgileri
alınmaktadır. Bununla
birlikte haberleşme hattı kopsa bile önceden okunmuş olan son
güç değerleri
-
38
kontrolör içerisindeki ilgili alanlarda saklı kalacak ve yük
atma hesaplamalarında
okunan bu son değer kullanılacaktır.
Şebeke girişleri ve generatörlere ait güç değerleri ise güç
dönüştürücüleri yardımı ile
analog kartlar üzerinden okunacaktır. Şebeke girişleri ve
generatörlere ait güç
değişimleri motorlarda olduğu gibi belli bir standart içermez.
Zaman içerisinde
büyük değişimler gösterebilir. Bunun sonucunda önceden bir kabul
yapmak mümkün
değildir. Örneğin sistem şebekeden enerji alırken bazı yüklerin
devre dışı olması
sonucu bir anda şebekeye güç verir duruma geçebilir. Bu yüzden
bu noktalarda güç
ölçümleri dönüştürücüler kullanılarak yapılmalıdır.
Dönüştürücülerde bir arıza
oluşması durumunda arızalı dönüştürücünün bulunduğu noktadaki
güç ölçümü
otomatik olarak kontrolör tarafından hesaplamalardan
çıkartılacak ve yerine arıza
noktasındaki röle üzerinden okunan güç değeri
kullanılacaktır.
Yeni Alınan Değer (anlık değer)
Buffer 1 (0.2s önceki değer)
Buffer 2 (0.4s önceki değer)
Buffer 3 (0.6s önceki değer)
Yük Atma Hesaplarında Kullanılan
Güç Değeri (2.0s önceki değer)
Buffer 4 (0.8s önceki değer)
Buffer 5 (1.0s önceki değer)
Buffer 6 (1.2s önceki değer)
Buffer 7 (1.4s önceki değer)
Buffer 8 (1.6s önceki değer)
Buffer 9 (1.8s önceki değer)
ġekil 5.3 : Aktif güçlerin veri tabanına yazılması .
5.1.3.9 Yük atma yazılımı reçete aktivasyon bloğu
Yük atma sisteminde yük atma öncelik listeleri bulunmaktadır. Bu
listelerde sayısı
kesici sayısına eşit sayıda olmak üzere öncelik numarası
tanımlanmıştır. Operatör bu
listeleri sezonluk, üretim durumunu gibi koşulları göz önüne
alarak doldurabilir.
Listelerden sadece biri aktiftir. Bu blok içerisinde yük atma
listesi yazılım veri
alanında ilgili yerlere aktarılır.
5.1.3.10 Rezerv güç hesaplama bloğu
Stabilite hesapları sonucu yük atma işlemi sırasında
kullanılacak rezerv güç
miktarları tespit edilmiştir. Bu güç miktarlarının bir kısmı
sabit değerler olarak bir
-
39
kısmıda formüle üzerinden hesap edilmektedir. Bu blok içerisinde
formüle dayalı
rezerv miktarlara ait hesaplamalar yapılır ve ilgili hesaplama
sonucunda atılacak
rezerv güç miktarı bulunmaktadır.
5.1.3.11 Atılacak yük listesi bloğu
Kontrolör tarafından yapılan hesaplamalar sonucunda atılacak
yükler belirlenir.
Belirlenen yükler bu blok üzerinden yük atma arayüz
bilgisayarına iletilir. Böylece
operatör atılacak yükleri yük atma işlemi gerçekleşmeden önce
anlık olarak izleme
imkanına sahip olur.
-
40
ġekil 5.4 : Yük atma kullancı arayüzü ana sayfa.
-
41
ġekil 5.5 : Yük atma kullancı arayüzü atılacak yükler
listesi.
-
42
5.1.3.12 Ġstasyon çalıĢma durum tespit bloğu
Ana dağıtım merkezinde bulunan şebeke giriş kesicileri ile iki
bara arasındaki kuplaj
kesicisine ait pozisyon bilgileri değerlendirilerek sistemin
çalışma durumu tespit
edilir. Sistemde altı değişik çalışma durumu vardır.
Durum 1:
Kuplaj kesicisi kapalı
Bara A ve/veya Bara B şebeke ile paralel
Durum 2:
Kuplaj kesicisi kapalı
Bara A ve Bara B ada modunda
Durum 3:
Kuplaj kesicisi açık
Bara A şebeke ile paralel, Bara B şebeke ile paralel
Durum 4:
Kuplaj kesicisi açık
Bara A şebeke ile paralel, Bara B ada modunda
Durum 5:
Kuplaj kesicisi açık
Bara A ada modunda, Bara B şebeke ile paralel
Durum 6:
Kuplaj kesicisi açık
Bara A ada modunda, Bara B ada modunda
Kontrolörde aynı anda bu altı durumdan sadece biri aktif
olacaktır. Kontrolör tespit
edilen duruma ait senaryoları belirler ve sadece belirlediği
senaryolara ait
hesaplamaları yapar. Bir durumdan diğerine geçildiğinde eski
duruma ait
hesaplamalar sıfırlanarak yeni duruma ait hesaplamalar yeni
duruma ait senaryolar
dikkate alınarak yapılır.
-
43
5.1.3.13 Generatör ve giriĢ fiderlerindeki dönüĢtürücüleri okuma
bloğu
Şebeke girişlerine ve generatölere ait güç değerleri güç
dönüştürücüleri yardımı ile
analog kartlar üzerinden okunmaktadır. Bu blok içerisinde
dönüştürücülerden alınan
mA akım değerleri güç bilgisine çevrilerek yazılımda gerekli
veri alanlarına atanır.
5.1.3.14 Sayısal değer hesap bloğu
Yük atma yazılımı içerisinde kullanılacak bazı değerlendirmeler
ve hesaplamaların
yapıldığı bloktur. Sistem değiştikçe otomatik olarak ilgili
senaryoya ait atılacak
rezerv güç miktarı da değişir. Örneğin kuplaj kapalı ve iki bara
da şebeke ile paralel
çalışma durumunda iken üç generatörle çalışma ile dört
generatörle çalışmanın tüm
senaryoları aynı olmasına rağmen rezerv güç miktarları
farklıdır. Blok içerisinde
yapılan değerlendirmelerde tüm senaryolara ait rezerv güç
miktarlarına ait bu gibi
değişimler otomatik olarak yapılır.
Blok, baralara bağlı olan generatör adedi, her iki baraya ait
güç üretim ve tüketim
değerleri ve atılması gereken yük miktarı gibi parametreler
değerlendirerek kararlar
verir.
5.1.3.15 Aktif güç ara bellek saklama bloğu
Sistemde oluşabilecek bir yük atma operasyonunda, arızadan belli
bir süre önce
okunmuş olan güç değerinin kullanılması gerekir. Çünkü arıza
anında güç
değerlerinde arızanın niteliğine de bağlı olarak dalgalanmalar
oluşur. Dalgalanma
sırasında ölçülen değerler ile yapılacak bir yük atma işlemi
doğru verilere
dayanmadığı için sağlıksız olur. Söz konusu olumsuz durumu
engellemek için yük
atma işleminde hesaplar arıza anından iki saniye önce okunmuş
olan güç değerleri
dikkate alınarak yapılmaktadır. Böylece kararsız durum yük atma
hesaplamasına
olumsuz bir etki yapmamış olur. Bu blok içerisinde yer alan
arabellek sayesinde güç
değerleri on kademeli bir veri alanına kaydedilir. Her döngüde
bir zamanlayıcı
kontrolü ile güç değerleri bir kademe ilerletilir. Böylece son
on kademe güç değeri
kontrolör içerisinde yer almış olur. Yük atma hesaplamalarında
son kademe veri
alanında yer alan güç değerleri kullanılır. Yük atma esnasında
belirli bir süre son
kademeye yeni güç değerleri yazılması, böylelikle sağlıksız
değerlerin yük atma
sistemine girmesi engellenir.
-
44
5.1.3.16 Yük güç kontrol bloğu
Bu blok içerisinde yüklere ait aktif güç değerlerinin sıfırdan
büyük olup olmadığı
kontrol edilir. Güç değeri sıfırdan büyük ise ilgili yüke ait
bite bir değeri verilir ve bu
bit kesici yük atmaya hazır sinyalinin oluşturulmasında
kullanılır. Şayet bit değeri bir
değil, yani güç değeri sıfırdan büyük değil ise kesici yük
atmaya dahil edilmez.
5.1.3.17 Kesici yük atmaya dahil bloğu
İlgili kesicinin yük atma operasyonuna hazır olduğu kararı
verilirken, kesicinin
işletme konum veya ayırıcı devrede pozisyon, kesici devrede
pozisyon ve kesici
kumanda otomatı kapalı bilgileri kontrolöre giriş modülü
üzerinden bağlanarak, bara
kumanda gerilimi var bilgisi, ilgili giriş / çıkış modülünün
çalışır durumda olduğu
bilgisi ve yük değerinin sıfırdan büyük olduğu bilgileri kontrol
üzerinden
değerlendirilir. Bir diğer önemli nokta ise kesicinin ana
dağıtım merkezinde hangi
baradan beslendiğinin tespit edilmesi gerekmektedir.
5.1.4 Yük atma senaryoları
Ana dağıtım merkezinin çalışma şekillerine ve gerçekleşen ve yük
atma gerektiren
operasyonun durumuna göre bir senaryo tanımlanmıştır. Yük atma
yazılımı ilgili
senaryo doğrultusunda hesaplamaları yapar ve yük atma işlemini
gerçekleştirir[11].
5.1.4.1 Kuplaj kesicisi kapalı ada moda geçiĢ
Ana dağıtı