بررسي اتوماسيون شبكه هاي توزيع برق در ابعاد مختلف
بررسي اتوماسيون شبكه هاي توزيع برق در ابعاد مختلف
اساسي ترين وظيفه شركتهاي توزيع علاوه بر تأمين به موقع برق متقاضيان، تداوم برق با كيفيت مناسب، براي مشتركين است بدين منظور، لازم است در شبكه هاي توزيع، سيستم اتوماسيون پياده سازي شود.در شبكه هاي توزيع بدون سيستم اتوماسيون پس از بروز هر خاموشي، مدت زمان زيادي براي پيدا كردن محل عيب و ايزوله كردن آن محل از بقيه شبكه صرف مي شودكه در اين زمان در شبكه هاي با طول زياد ممكن است به چندين ساعت نيز افزايش يابد. اين در حالي است كه در صنايع پيشرفته امروزي، قطع برق حتي براي كمتر از چند ثانيه نيز صدمات جبران ناپذيري را به اقتصاد وارد مي آورد، لذا بايد در شبكه هاي توزيع، تمهيدات لازم براي به حداقل رساندن خاموشيها در نظر گرفته شود. براي اين منظور بايد قابليت اطمينان شبكه و همچنين قابليت مانور شبكه را افزايش و زمان انجام مانور را كاهش داد كه اين امر با اجراي پروژه اتوماسيون در شبكه توزيع برق تحقق خواهد يافت.
با توجه به كاربردي بودن بحث اتوماسيون شبكه هاي قدرت، بخصوص شبكه هاي توزيع برق، تحقيقات و مقالات چنداني در اين زمينه در ايران وجود ندارد و از آنجايي كه اين مقاله فقط به اجراي اتوماسيون شبكه، در بخش توزيع مي پردازد داراي محدوديت است.1- روش عيب يابي در شبكه هاي توزيع:
معمولاً درصورت بروز خطا تنها اطلاعات در دسترس عملكرد رله‌هاي حفاظتي منصوب در پست فوق توزيع در ابتداي فيدر و يا تماس هاي احتمالي مشتركين است. از اين رو پس از بروز خطا، عيب‌يابي شبكه‌هاي توزيع با روش سعي و خطا و توسط اعزام گروه به نقاط مانوري، انجام برخي مانورها، آزمايش مجدد فيدر و نهايتاً پيدا شدن محدوده عيب است. به طور خلاصه مراحل عيب يابي در اين شبكه‌ها عبارتند از:
• قطع فيدر فشار متوسط با عملكرد رله حفاظتي.
• اعزام گروه به يكي از نقاط مياني فيدر و جداسازي قسمتي از فيدر.
• آزمايش مجدد فيدر و يا استفاده از دستگاه تستر.
• در صورت قطع مجدد و يا مشخص شدن مسير عيب توسط دستگاه تستر تكرار مراحل فوق براي باقيمانده مسير.
روش فوق داراي معايب زير است:
? زمانبر بودن عيب يابي به خصوص در شبكه هاي هوايي بيرون شهري كه معمولاً مشتركين صنعتي را تغذيه مي‌كند.
? وارد شدن تنش به تجهيزات در آزمايشهاي مجدد فيدر.
? خسارت احتمالي به تجهيزات شبكه و مشتركين.
? امكان خسارت جاني به خصوص در موارد سيم پارگي.
معايب فوق افزايش اطلاعات از شبكه هاي توزيع به منظور تغيير در روشهاي عيب يابي در هنگام بروز حالت خطا و احياناً امكان كنترل از راه دور در برخي نقاط مانوري را الزامي مي كند.
تعريف سيستم اتوماسيون توزيع:
بر طبق تعريف انجام شده در استاندارد IEEE سيستم اتوماسيون توزيع سيستمي است كه يك شركت توزيع را به نظارت از راه دور، هماهنگ كردن و اعمال فرمان روي تجهيزات توزيع در زمان حقيقي و مسافتهاي دور قادر مي سازد. به طور كلي سيستمهاي كنترل و نظارت از راه دور شامل يك يا چند مركز كنترل به عنوان ايستگاه كنترل كننده و تعداد پايانه به عنوان ايستگاه كنترل شونده هستند. پايانه‌ها در ايستگاه هاي دور نصب مي‌شوند و اطلاعات مورد نياز را جمع آوري كرده و براي دسترسي مركز آماده مي‌كنند. اين اطلاعات در مركز ثبت و پردازش شده و فرمانهاي كنترل ارسال مي‌شوند. اين فرمانها در پايانه دريافت شده، از طريق تجهيزات واسط به سيستمهاي تحت كنترل اعمال مي‌شوند. نحوه ارتباط بين مركز و پايانه ها از طريق پروتكلهاي استاندارد مخابراتي مشخص مي شود. براي انتخاب پروتكل مخابراتي بايد مواردي نظير ساختار شبكه مخابراتي، موقعيت جغرافيايي، ترافيك انتقال اطلاعات و فرمانهاي مختلف، پاسخ زماني و كلاس درسي انتقال داده مدنظر قرار گيرد. درسيستمهاي اتوماسيون، پروتكل به مجموعه قوانيني گفته مي شود كه براي ايجاد ارتباط رد وبدل كردن اطلاعات بين دو دستگاه يا دو سيستم تدوين مي شود. در واقع پروتكل مشابهت زيادي به زبان محاوره دارد. دو دستگاه وقتي مي توانند با هم ارتباط برقرار كنند كه الفاظ و دستور زبان يكديگر را بدانند و به آن تكلم كنند. انتخاب پروتكل براي كليه سيستمهاي اتوماسيون از اهميت شاياني برخوردار است. پروتكل بايد نيازهاي كاربرد خاص را بپوشاند و در عين حال تا حد ممكن ساده باشد. علاوه بر آن مساله توسعه پذيري سيستم و عدم وابستگي به يك يا تعدادي شركت دقيقاً به نوع پروتكل مرتبط است. اين مساله به ويژه در پروژه‌هاي اتوماسيون توزيع چشمگير و حياتي است زيرا به لحاظ گستردگي سيستم و هزينه بالاي تجهيزات سختافزاري پستها، پياده‌سازي سيستم در فازهاي مختلف انجام مي‌شود.
اهداف و جنبه‌هاي اقتصادي اتوماسيون شبكه توزيع:
در اين بخش ابتدا به بررسي اهداف كلي اتوماسيون شبكه توزيع پرداخته، سپس ويژگيهاي شركتهاي توزيع كه امكان كسب بيشترين سود از اتوماسيون شبكه توزيع را دارند بررسي خواهيم كرد.
اهداف كلي اتوماسيون توزيع
اهداف پياده‌سازي سيستم اتوماسيون توزيع به شرح زير است:
- كاهش هزينه‌هاي بهره‌برداري، تعميرات و نگهداري (Operation & maintenance)
- به تعويق انداختن سرمايه‌گذاري جهت ساخت تاسيسات جديد
- بهبود راندمان سيستم توزيع و بهبود زمان بازيابي
- افزايش قابليت اطمينان سيستم
- ارايه خدمات بهتر و سريعتر به مصرفكنندگان و افزايش رضايت آنها
- كسب اطلاعات و آمار بهتر و دقيقتر از شبكه توزيع و مصرفكنندگان
- كاهش خاموشيها و مدت ميانگين قطع برق
- كاهش انرژي توزيع نشده
- افزايش عمر مفيد تجهيزات در نتيجه جلوگيري از اضافه بار آنها
- استفاده از اطلاعات در بازار برق
- جلوگيري از سرعت برق
- كاهش تلفات و بهبود ضريب قدرت
- بهره برداري صحيح و قانونمند از شبكه توزيع و مصرفكنندگان
- تسهيل تغييرات پيكربندي و توسعه شبكه
- ارتباط با مركز فوق بالادست جهت اخذ اطلاعات به هنگام
- فراهم كردن سهولت براي تصميم‌گيري و برنامه‌ريزي مهندسي
سيستمهاي اتوماسيون شبكه توزيع:
بر اساس نيازها و خواسته‌هاي مديريت شركتهاي توزيع، اتوماسيون شبكه‌هاي توزيع با انواع مختلف اجرا و مورد استفاده قرار مي‌گيرد اين سيستم‌ها را مي‌توان به ترتيب زير نظر گرفت.
سيستم مانيتورينگ شبكه توزيع (Distribution Monitoring):
سيستم مانيتورينگ شبكه توزيع اولين نسل از سيستمهاي اتوماسيون شبكه توزيع بوده و يك سيستم جمع‌آوري اطلاعات (Data Acquisition) و پردازش اطلاعات است. با اجراي اين سيستم، امكان نظارت بر سيستم توزيع و آگاهي از وضعيت تجهيزات شبكه نظير كليد، ***يونر، ترانسفورماتور و ... همچنين مقادير كميتهاي مهم نظير ولتاژ، جريان، ضريب قدرت و ... در پستها و فيدرهاي تحت نظارت ايجاد مي‌شود.
سيستم جمع‌آوري اطلاعات و كنترل نظارتي توزيع (Distribution SCADA)
در اين سيستم، علاوه بر جمع‌آوري اطلاعات و نظارت بر وضعيت تجهيزات و مقادير كميتهاي مهم، امكان ارسال فرمان از طرف اپراتور سيستم به تجهيزاتي نظير كليدها،***يونرها، تپ ترانسفورماتورها و ... وجود دارد. اين فرمانها براي تغيير توپولوژي شبكه به هنگام خطا، تعميرات و ... اعمال شده و باعث سهولت در بهره‌برداري و كاهش هزينه مي‌شود.
سيستم جمع‌آوري اطلاعات و كنترل خودكار توزيع (Distribution Automation System)
اين سيستم نسل سوم از سيستمهاي توزيع است. ويژگيهاي اين سيستم اين امكان را مي‌دهد كه در مواردي نظير وقوع خطا كه نياز به تصميم‌گيريهاي فوري و انجام يك سري از عمليات ضروري است، خود سيستم بتواند با استفاده از قابليتهاي نرم‌افزاري و سختافزاري، عمليات مورد نياز را به منظور تسريع در كارها بدون دخالت اپراتور انجام دهد. در حال حاضر سيستمهاي مدرن اتوماسيون توزيع موجود در سطح جهان عمدتاً از اين نوع است.
سيستمهاي اتوماسيون توزيع هوشمند:
سيستمهاي اتوماسيون توزيع براي انجام وظايف خود نياز به تصميم‌گيري دارند و براي تسهيل در اين امر از سيستمهاي هوشمند، نظير سيستمهاي اتوماسيون خبره، فازي و ... استفاده مي‌كنند. اين مرحله از سيستم اتوماسيون توزيع در حال طي مراحل تكاملي است و در حال حاضر، جزء پيشرفته‌ترين نوع سيستمهاي توزيع محسوب مي‌شود. البته سيستمهاي فوق‌الذكر به ترتيبي كه آمده‌اند داراي پيچيدگي بيشتري نسبت به قبل هستند و جهت ارتقاء از يك نوع سيستم اتوماسيون به سيستم ديگر لزوماً نياز به بريدن سيستم قبلي و نصب سيستم جديد نيست و با تغييرات نرم‌افزاري و بعضاً سختافزاري معمولاً امكان افزودن ويژگيهاي جديد به سيستم اتوماسيون توزيع ممكن است. هر يك از سيستمهاي فوق‌الذكر مي‌توانند در سه بخش مطرح باشند:
- اتوماسيون پست: اتوماسيون پست شامل جمع‌آوري اطلاعات و كنترل كليدها، ***يونرها، خازنها و ساير تجهيزات موجود در پست خواهد بود.
- اتوماسيون فيدر: فيدر شامل جمع‌اوري اطلاعات و كنترل تجهيزات فيدرها از قبيل كليدها، ***يونرها،خازنها و رگولاتورهاي خطوط، مجزا‌كننده‌ها و نمايشگرهاي خطا خواهد بود.
- اتوماسيون ارايه خدمات به مصرفكنندهها: اين جزء از اتوماسيون شامل قرائت از راه دور كنتورها،برنامه‌ريزي كنتورهاي چند تعرفه و كنترل بارهاي خاص مصرفكنندگان خواهد بود.
مراحل اجراي پروژه اتوماسيون شبكه‌هاي توزيع:
اقدامات كلي مورد نياز براي اجراي پروژه اتوماسيون شامل موارد زير است:
- تهيه اطلاعات ثابت شبكه شامل دياگرامهاي تك‌خطي، سطح مقاطع، ميزان بار تقريبي
- مطالعات قابليت اطمينان شبكه و انتخاب نقاط مانيتورينگ و كنترل از راه دور
- تعيين تغييرات مورد نياز به شبكه 20 كيلوولت در پستهاي زميني يا نقاط تعيين شده خطوط هوايي و سفارش تجهيزات شامل كليدها، CTها، PTها، لوازم حفاظتي و يا احياناً ايجاد نقاط مانوري و كابل‌كشي.
- تغييرات لازم در شبكه با نصب تجهيزات جديد و نيز نصب تجهيزات اتوماسيون.
- ايجاد شبكه ارتباطي بين نقاط موردنظر در شبكه مركز كنترل
- تجهيز مركز كنترل از لحاظ سخت‌افزار، نرم‌افزار و شبكه ارتباطي
انتخاب قابليتهاي بهينه براي يك پروژه اتوماسيون توزيع:
با توجه به سطوح مختلف اتوماسيون كه در شبكه‌هاي توزيع قابل اجرا است تعيين تغييرات در تجهيزات شبكه و نيز سفارش تجهيزات اتوماسيون بسيار متنوع است كه مي‌توان نقاط مورد نظر براي اجراي پروژه اتوماسيون را به گروههاي ذيل تقسيم كرد:
- نقاطي كه امكان مانيتورينگ اطلاعات مربوط به عبور جريان خطا وجود دارد.
- نقاط مانيتورينگ اطلاعات آنالوگ (ولتاژ، جريان) و ديجيتال (وضعيت كليدها).
- نقاطي كه با نصب رله حفاظتي و دژنكتور و يا سكشن لايزر امكان قطع اتوماتيك قسمتي از شبكه در آنها وجود دارد.
- نقاط داراي امكان فرمان از راه دور كه مجهز به كليدهاي موتوردار هستند.
از مهمترين مراحل تعيين مشخصات پروژه‌هاي اتوماسيون انتخاب يكي از قابليتهاي فوق ياتعدادي از آنها براي نقاط مورد نظر در سطح شبكه خواهد بود. بايد توجه كرد كه برخي موارد نظير اطلاع از مسير جريان خطا مستلزم هزينه بسيار كمي است ولي برخي امكانات نظير امكان فرمان از راه دور مستلزم تغييرات اساسي در تجهيزات پستهاي توزيع و نقاط مانوري و هزينه‌هاي نسبتاً زياد هستند.
در هنگام بروز خطا در يك فيدر فشار متوسط همانطور كه در بخش‌هاي قبلي بيان شد اهداف اصلي عبارت است:
- جداسازي محدوده عيب و رفع آن
- برقدار كردن باقيمانده مسير فيدر از محلهاي مانوري
به اين منظور امكانات مورد نياز در هنگام بروز خطا در يك فيدرپس از اجراي پروژه اتوماسيون عبارت است از:
- داشتن اطلاع از مسير جريان خطا جهت تعيين محدوده عيب (هر چه اين نقاط بيشتر باشد امكان تعيين دقيقتر محدوده عيب نيز بيشتر مي‌شود).
- اطلاعات مربوط به عملكرد سيستمهاي حفاظتي در طول فيدر
- اطلاعات مربوط به نقاط مانوري و وضعيت كليدها
- وجود برخي پستها و نقاط كنترل از راه دور جهت جدا كردن محدوده عيب
وظايف سيستم اتوماسيون توزيع:
براي هر يك از اجزاء سيستم اتوماسيون توزيع، مي‌توان وظايفي تعريف كرد. انتخاب وظايف يك سيستم اتوماسيون توزيع به مسائل متعددي از جمله موارد ذيل بستگي دارد:
- مشخصات شبكه
- مشخصات بارها
- سياستهاي قيمت‌گذاري
- مسائل اجتماعي، سياسي و اقتصادي
- نيازها و خواسته‌هاي مديران شركتهاي توزيع
انتخاب وظايف مناسب هر سيستم اتوماسيون توزيع با بررسي موارد فوق صورت مي‌گيرد اما بطور كلي وظايف سيستم اتوماسيون توزيع را مي‌توان براي هر يك از اجزاي سيستمهاي اتوماسيون بصورت زير در نظر گرفت:
وظايف مناسب اتوماسيون پست:
از جمله وظايفي كه در اتوماسيون پست تعريف مي‌شود موارد زير را مي‌توان برشمرد:
- نظارت بر وضعيت تجهيزات پست
- كنترل تجهيزات پست
- جمع‌آوري اطلاعات آماري در مورد پست
- مجزاسازي خطا، بازيابي سرويس و تشخيص اضافه‌بار
- كاهش تلفات ترانسفورماتورها
- تقسيم بار روي ترانسفورماتورهاي موازي
- تقسيم بار روي فازهاي مختلف
- كنترل ولتاژ و توان راكتيو
- كنترل جريانهاي چرخشي ترانسفورماتورهاي موازي
يادآوري مي‌شود كه در برخي موارد نظير كنترل تجهيزات يا جمع‌آوري اطلاعات سيستم اتوماسيون پست بصورت مستقيم و در برخي موارد نظير متعادل كردن بار روي فازها بصورت غيرمستقيم و با ارايه اطلاعات تاثيرگذار است.
وظايف مناسب در اتوماسيون فيدر:
براي اتوماسيون فيدر معمولاً‌موارد ذيل انتخاب مي‌شوند:
- جداسازي خطا و بازيابي سرويس
- كنترل تجهيزات فيدر
- جمع‌آوري اطلاعات آماري در مورد فيدر
- كنترل از راه دور رگولاتورها و خازنها
وظايف مناسب در اتوماسيون مصرفكنندهها:
اين وظايف شامل موارد ذيل است:
- قرائت از راه دور كنتورها،كنتورهاي چند تعرفه و كنتورهاي پيك بار
- كشف دستكاري كنتور و انشعابات غيرمجاز
- نظارت بر كاركرد صحيح كنتورها
- بررسي مشخصات و ويژگيهاي بارها
- قطع و وصل برق از راه دور
پارامترهاي ارزيابي سيستم اتوماسيون توزيع:
جهت عملكرد صحيح، دقيق و مناسب سيستم اتوماسيون توزيع، معيارهايي بايد در نظر گرفته شوند كه در ادامه شرح داده شده است:
قابليت دسترسي:
قابليت دسترسي معياري از احتمال عملكرد صحيح سيستم است كه پس از نصب براي سيستم محاسبه شده و قابليت اطمينان آن را نشان مي‌دهد. قابليت دسترسي سيستم اتوماسيون، بهتر است نزديك به يك باشد كه براي رسيدن به اين وضعيت تعداد تجهيزات و كيفيت آنها به شدت بالا مي‌رود به گونه‌اي كه قيمت كل سيستم گران خواهد بود. يك عدد مناسب كه در طراحي سيستمهاي ديسپاچينگ از آن به عنوان قابليت دسترسي استفاده مي‌شود 998 و 0 است.
پاسخ زماني:
زمان پاسخگويي سيستم، معياري از سرعت اجزاي سيستم (شامل قسمتهاي مختلف نظير كامپيوتر، كانال مخابراتي و ...)بوده و از نظر فلسفه بهره‌برداري اهميت زيادي دارد. در واقع آنچه ديسپاچر در هنگام كار با سيستم اتوماسيون با آن مواجه خواهد بود، پاسخ زماني سيستم است و اگر اين زمان پاسخگويي، جوابگوي نياز بهره‌بردار نباشد با وجود امتيازات ديگر، سيستم اتوماسيون مفيد نخواهد بود.
توسعه پذيري:
به معناي امكان گسترش سيستم همراه با افزايش حجم شبكه است.
قابليت انعطاف:
قابليت انعطاف يك سيستم اتوماسيون معياري از تطابق اين سيستم، با استانداردهاي جهاني است. هرچه قابليت انعطاف سيستم بيشتر باشد يافتن قطعات يدكي آن ساده‌تر بوده و هزينه كمتري خواهد داشت. در واقع دو پارامتر توسعه‌پذيري و انعطاف‌پذيري را بايد، در طراحي سيستم و خريد تجهيزات اتوماسيون، مورد توجه قرار داد.
قابليت اطمينان:
به دليل اهميت سيستم اتوماسيون، تعيين درجه اطمينان و يا درصد در دسترس بودن و قادر به ادامه كار سيستم، براي استفاده‌كننده از الويت خاصي برخوردار است. بنابراين توليد‌كنندگان سعي دارند با استفاده از ساختار مناسب و استفاده از تكنولوژي مدرن، اين درصد را به بالاترين حد ممكن برسانند. «استفاده‌پذيري» يك پارامتر مهم در سيستمهاي اتوماسيون است كه معياري از كيفيت و قابليت اطمينان آن است. «استفاده‌پذيري» يعني مدت زماني كه سيستم در حال كار است (Time Up) تقسيم بر مجموع مدت زمان كار سيستم و مدت زمان خرابي آن (Time Down)
مزاياي اقتصادي و كاهش هزينه‌هاي حاصل از انجام اتوماسيون شبكه:
بطور كلي دو نوع سود اقتصادي از اجراي اتوماسيون شبكه توزيع حاصل مي‌شود كه عبارتند از:
- سودهاي كمي يا ملموس (Tangible Quantifiable)
- سودهاي كيفي يا غير ملموس (Intangibl Benefits)
سودهاي كمي:
سودهايي هستند كه به وسيله عدد و رقم قابل بيان هستند. برخي از اين سودها عبارتند از:
- به تعويق انداختن سرمايه‌گذاري ناشي از استفاده بهينه از تجهيزات و كاهش تلفات: اين سود به دليل استفاده موثر از تجهيزات شبكه حاصل مي‌شود. بعنوان نمونه در پستهاي توزيع با كنترل جريانهاي چرخشي بين ترانسفورماتورهاي موازي، كاهش تلفات از طريق بهبود پروفيل ولتاژ و كنترل توان راكتيو،كاهش اضافه بار ترانسفورماتورها به دليل موجود بودن اطلاعات زمان حقيقي از آنها، همچنين در فيدرها با ايجاد تعادل بار و كاهش تلفات امكان استفاده از ظرفيتهاي اضافي ايجاد شده براي مشتركين جديد مهيا مي‌شود و نياز به سرمايه جديد براي خريد تجهيزات كاهش يافته يا به تعويق مي‌افتد.
- كاهش هزينه‌هاي ناشي از قطع برق: اين سود به دليل كاهش زمان قطع برق در شبكه توزيع حاصل مي‌شود و از دو جزء تشكيل شده است يك جزء آن مربوط به فروش انرژي توزيع نشده است و جزء مهمتر آن مربوط به مصرفكنندگان است. در واقع ارزش برق براي مصرفكنندگان به مراتب بيشتر از قيمتي است كه بابت مصرف آن مي‌پردازند. اين مساله بخصوص براي مصرفكنندگان تجا ري و صنعتي قابل توجه است در واقع شركتهاي صنعتي و تجاري بوسيله برق كالا يا خدماتي توليد مي‌كنند كه تاثير بسزايي درتوليد ناخالص ملي دارد.
- افزايش درآمد به دليل كشف دستكاري كنتورها و انشعابات غيرمجاز: با اجراي اتوماسيون توزيع امكان نظارت بر ميزان انرژي مصرفي مشتركين و جلوگيري از سوء استفاده‌هاي احتمالي ممكن شده و اين مساله باعث افزايش درآمدهاي شركتهاي توزيع مي‌شود.
- كاهش هزينه‌هاي ناشي از صرفه‌جويي مصرفكنندهها: اين مورد ناشي از بهبود زماني بازيابي سيستم و جلوگيري از هزينه‌هاي ناشي از قطع برق براي مصرفكنندهها مي‌شود. مفهوم ارزش (Value of service- vos) خدمات براي بيان اين مورد استفاده مي‌شود. براي هر مصرف‌كننده انرژي الكتريكي داراي ارزشي است كه بستگي به نوع استفاده از برق دارد.
سودهاي كيفي:
منظور از سودهاي كيفي (غيرملموس) سودهايي است كه امكان برآورد و بيان آنها با عدد مقدور نيست. اهم اين سودها شامل موارد زير است:
- كنترل و مديريت موثرتر شبكه توزيع توسط مديران ذيربط
- روابط بهتر مصرفكنندهها با شركتهاي توزيع: طبيعي است كه ارايه سرويس بهتر منجر به رضايت مصرفكنندگان و در نهايت ذهنيت بهتر آنها از شركت توزيع مي‌شود. در مواردي كه مصرفكنندهها، نهادها و سازمانهاي مهم داخلي يا خارجي مانند سفارتخانه‌ها، شعبه‌هاي شركتهاي تجاري و صنعتي كشورهاي خارجي، مراكز دولتي و حكومتي باشند،ارايه سرويس مطمئن داراي اهميت و ضرورت بالايي است.
- ايجاد فضاي رقابتي بين شركتهاي توزيع نيروي برق جهت ارايه خدمات بهتر: با توجه به تشكيل بازار برق در وزارت نيرو، اتوماسيون و اطلاعات حاصله از آن مي‌تواند نقش بسيار موثري در توسعه بازار برق و رسيدن به اهداف مورد نظر ايفا كند.
- اطلاعات بهتر و دقيقتر براي برنامه‌ريزي مهندسي: با دسترسي به اطلاعات زمان حقيقي و آماري ا ز وضعيت شبكه،امكان برنامه‌ريزي براي توسعه سيستم و همچنين تعميرات آن بسيار آسانتر و كم‌هزينه‌تر مي‌شود. تصميم‌گيري صحيح و به موقع بر مبناي اطلاعات صحيح ميسر خواهد بود و به اين ترتيب از خسارتهاي ناشي از تصميم‌گيريهاي غيرصحيح و خطاي نيروي انساني به طور قابل ملاحظه‌اي كاسته خواهد شد.
محاسبه سودهاي كمي ناشي از اتوماسيون توزيع:
همانگونه كه توضيح داده شد انجام اتوماسيون سودهاي زيادي را در پي خواهد داشت كه محاسبه همه آنها مستلزم در اختيار داشتن اطلاعات بسيار دقيق و به هنگام (Online) از شبكه است كه البته اين اطلاعات با اجراي اتوماسيون قابل دسترس خواهد بود. لذا در اين مرحله جهت محاسبه سودهاي ناشي از اتوماسيون تنها تعدادي از آنها كه امكان محاسبه قطعي دارند، محاسبه شده است كه در ادامه شرح داده شده است:
سودهاي ناشي از فروش انرژي توزيع نشده و كاهش خاموشيها و مدت ميانگين قطع برق:
با انجام اتوماسيون توزيع، به دليل بازيابي سريعتر سرويس اين امكان به وجود مي‌آيد كه انرژي توزيع نشده را كاهش داد. محاسبات كاهش خاموشيها (انرژي توزيع نشده) و مدت ميانگين قطع برق بر اثر اتوماسيون در خصوص اين سود با توجه به شاخصهاي قابليت اطمينان به شرح زير است:
شاخص مدت متوسط قطع برق سيستم كه به اختصار (SAIDI) ناميده مي‌شود. اين شاخص بيانگر مدت زمان قطع برق هر مشترك در سال است و به صورت زير بيان مي‌شود:
انجام اتوماسيون روي شبكه توزيع باعث بهبود اين شاخص خواهد شد كه در ادامه به اين مهم پرداخته مي‌شود.
نحوه محاسبه شاخصهاي قابليت اطمينان:
SAIDI=
مدت زمان خاموشي مشتركين=A
تعداد كل مشتركين= N
براي محاسبه پارامترها داريم:
A=?Ni?iRi
A=?Ni
Ni = تعداد مشتركين موجود در ناحيه iام
?i= تعداد خطا در سال در ناحيه iام
Ri= ميانگين زمان خطا در ناحيه iام
يادآوري مي‌شود با اضافه شدن پست مانوري، فيدر به چند ناحيه (Section) تقسيم مي‌شود كه ? براي جمع زدن مقادير اين ناحيه بكار رفته است.
توضيح اينكه قبل از اتوماسيون 1=n مي‌شود.
چنانچه در هر فيدر 1 نقطه مانور در اتوماسيون نصب شود 2=n مي‌شود.
چنانچه در هر فيدر 2 نقطه مانور در اتوماسيون نصب شود 3=n مي‌شود.
ضمناً نكته بسيار مهم قابل ذكر اين است كه بر اساس نامه 2746/8441/23 مورخ 28/5/81 معاونت پژوهشي سازمان توانير نرخ سوخت 2 سنت براي هر كيلووات ساعت انرژي و همچنين مطابق نامه شماره 3136/474/11 مورخ 27/3/83 مديريت عامل توانير به طور متوسط نرخ انرژي توزيع نشده هر كيلووات ساعت برابر 5/1 دلار آمريكا و تقريباً برابر 13500 ريال است.
سودهاي ساليانه ناشي از كليدزني:
يكي از مسائلي كه در شركتهاي توزيع حائز اهميت و حياتي است مساله كليدزني است. اين مساله هم به صورت عادي و هم غيرعادي محتمل است. به اين شكل كه تجهيزات و شبكه ناگزير بايد سرويس و تعمير شوند و همچنين مساله نوسازي و گسترش شبكه نيز متصور است كه براي انجام چنين امري طبيعتاً كليدزني اتفاق خواهد افتاد. به اين نكته بايد كليدزنيهاي مواقع اضطراري را نيز اضافه كرد كه در مواقع بروز خطا در شبكه نياز به اعزام گروه و انجام كليدزني است. پس از اجراي اتوماسيون براي اين كليدزنيها،به سبب اينكه امكان ارسال فرمان قطع و وصل از مركز ديسپاچينگ ميسر است، نيازي به اعزام گروههاي عملياتي در صحنه نخواهد بود و كليد هزينه‌هاي مرتبط صرفه‌جويي خواهد شد. حال چنانچه كليدزنيهاي خواسته و ناخواسته را برابر n و زمان لازم براي انجام هر كليدزني را برابر t و همچنين هزينه متوسط هر ساعت از كليدزني را برابر r ريال بگيريم. پس از انجام اتوماسيون ميزان هزينه صرفه‌جويي شده بر اساس فرمول زير بدست مي‌آيد:
n*t*r = ارزش ريال سود ساليانه ناشي از كليدزني از راه دور
سود ناشي از استفاده بهينه از ظرفيتهاي موجود و به تعويق انداختن سرمايه‌گذاري افزايش ظرفيت و افزايش عمر تجهيزات در نتيجه جلوگيري از اضافه بار آنها:
با انجام پروژه اتوماسيون به علت خالي شدن ظرفيتهاي جديد بر اثر بهبود ضريب قدرت و خصوصاً متعادل كردن بار فيدرها،نيازي به احداث و نصب فيدرهاي جديد نخواهد بود. دراثر اين عدم احداث و استفاده از ظرفيتهاي موجود هزينه‌هاي قابل توجهي صرفه‌جويي خواهد شد.
ارزش واقعي برق:
براي محاسبه سود ناشي از افزايش قابليت اطمينان،از مقدار VOS برق (Value of Servic) استفاده مي‌شود، كه به مراتب بيشتر از قيمت فروش آن است. به عنوان مثال مقدار VOS در آمريكا در سال 1989 حداقل 8/5 دلار و در نروژ حدود 25/1 دلار به ازاي هر كيلووات ساعت بوده است. اين رقم براي مراكز صنعتي آمريكا تا حدود 21 دلار نيز برآورده شده است. در سال 1990 در ايالت تنسي (Tennessee) آمريكا براي مصارف سنگين كمترين مقدار VOS برابر 81/5 دلار به ازاي هر كيلووات ساعت و در ايالت بريتيش كلمبيا 5 دلار به ازاي هر كيلووات ساعت بوده است. همچنين در سال 1998 در كشور مالزي مقدار VOS به ازاي هر كيلووات ساعت 7 دلار محاسبه شده است. با توجه به عدم دسترسي به مقدار واقعي VOS در ايران، نرخ واقعي خسارتي كه مشتركين در ازاي قطع برق متحمل مي‌شوند را برابر 15 درصد حداقل نرخ كشورهاي ديگر (نروژ)در سال 1989 ($25/1) در نظر گرفتيم و نرخ دلار را نيز برابر 9000 ريال محاسبه كرديم.
5، 1687=9000*15، 0*25، 1=Vos(Iran)
Rials/kwh
هزينه‌هاي صرفه‌جويي شده ساليانه ناشي از اتوماسيون
- درآمد ناشي از فروش انرژي
- درآمد ناشي از كاهش هزينه‌هاي بهره‌برداري
- درآمد ناشي از صرفه‌جويي توسعه شبكه
- درآمد ناشي از ارزش واقعي برق صرفه‌جويي شده
كه با جمع درآمدهاي ذكر شده بالا،مقدار هزينه صرفه‌جويي (درآمد) ساليانه بدست مي‌آيد.
هزينه‌هاي ناشي از اتوماسيون شبكه توزيع:
هزينه‌هاي اتوماسيون توزيع به عوامل مختلفي از جمله موارد زير بستگي دارد:
- مساحت و ابعاد تحت پوشش
- وظايف مورد نياز در اتوماسيون سيستم
- اطلاعات و سيگنالهاي مورد نياز
- وضعيت فعلي تجهيزات شبكه توزيع
- وظايف كنترلي مورد نياز
- سخت‌افزار و نرم‌افزار به كار رفته در مركز كنترل و پايانه‌ها
روشهاي مخابراتي مورد استفاده
هزينه‌هاي اتوماسيون شبكه توزيع با بررسي عوامل فوق صورت مي‌گيرد اما بطور كلي هزينه‌هاي سيستم اتوماسيون توزيع را مي‌توان بصورت زير در نظر گرفت:
هزينه‌هاي مركز كنترل:
كه اين هزينه‌ها شامل موارد زير است:
- سخت‌افزار: از مهمترين تجهيزات سختافزاري مورد نياز در مركز كنترل مي‌توان به واسطه‌هاي مخابراتي، رايانه‌هاي پردازشگر اوليه،رايانه‌هاي پردازشگر اسكادا،رايانه‌هاي اجراكننده برنامه‌هاي كاربردي،تجهيزات رابط انسان و ماشين، مودمها ،چاپگرها،منبع تغذيه بدون وقفه و صفحه نمايشگر اشاره كرد، كه در ادامه شرح داده شده است.
- واسطه‌هاي مخابراتي (CIU): اين واسطه‌ها ارتباط‌دهنده مركز با شبكه ارتباطي خواهند بود كه اطلاعات فرامين را از طريق مودمها با شبكه ارتباطي مبادله مي‌كنند. در واسطه‌هاي مخابراتي يك سري كنترل‌‌كننده‌هاي مخابراتي وجود دارد كه بر اساس طراحي سازنده، مي‌توانند وظيفه ذخيره و تبديل اطلاعات پارالل به سريال و بالعكس، زمانبندي و تشخيص وقوع خطاي مخابراتي را بر عهده داشته باشند.
- رايانه‌هاي پردازشگر اوليه (FEP): در بعضي ازمراكز،جهت كاهش بار كامپيوتر اصلي، بايد از پردازشگر و يا كامپيوتر ديگري موسوم به FEP جهت نظارت،كنترل و تبادل اطلاعات با پايانه‌ها استفاده شود. راه‌اندازي پردازشگر اوليه به عهده كامپيوتر اصلي خواهد بود. اعم وظايف پردازشگر اوليه، بررسي حدود حداقل و حداكثر تعريف شده براي ارقام آنالوگ،حذف تغييرات غيرقابل قبول و انجام بعضي از محاسبات مهندسي روي مقادير آنالوگ قبل از ارسال به كامپيوتر اصلي است. يكي ديگر از وظايف اين پردازشگر،دريافت فرامين مربوطه از كامپيوتر اصلي، پردازش فرامين، بررسي فرامين قبل از عمل (CBBE) و ارسال آن از طريق واسطه‌هاي مخابراتي و مودم به پايانه‌ها خواهد بود.
- رايانه‌هاي پردازشگر اسكادا (Scada Server) : اين كامپيوترها به منظور فراهم كردن اطلاعات دقيق و به موقع از تجهيزات، بايد اطلاعات مربوط به وضعيت شبكه را در مركز كنترل پردازش كرده و در اختيار ديسپاچر قرار دهند.
- رايانه‌هاي اجراكننده برنامه‌هاي كاربردي (Application Server): اين رايانه‌ها براي اجراي برنامه‌هاي كاربردي به كار مي‌روند كه در بخش نرم‌افزار شرح داده شده است.
- تجهيزات رابط انسان و ماشين (MMI): اين تجهيزات به مجموعه دستگاههايي گفته مي‌شود كه اطلاعات شبكه را به ديسپاچرها نشان خواهند داد و امكان ارتباط متقابل آنها وهمچنين ارتباط با ديگر تجهيزات مركز را فراهم مي‌آورند.
- مودمها: از تجهيزات جانبي پايانه‌ها هستند كه ارتباط پايانه‌ها با مركز از طريق آنها انجام مي‌گيرد. مودمها قادر به ارسال همزمان صوت و داده جهت برقراري ارتباط پايانه‌ها با ديسپاچر خواهند بود.
- چاپگرها: از دستگاههاي چاپگر با سرعت كم به منظور ضبط وقايع شبكه برق نظير آلارمها و از دستگاههاي چاپگر با سرعت زياد به منظور چاپ اطلاعات آماري استفاده مي‌شود.
- منبع تغذيه بدون وقفه (UPS): چون تجهيزات الكترونيكي و كامپيوتري موجود در ديسپاچينگ از حساسيت خاصي برخوردارند. لازم است كه انرژي الكتريكي به صورت يكنواخت و دائم با فركانس و دامنه ثابت به آنها داده شود. لذا از منبع تغذيه بدون وقفه استفاده مي‌شود. در منبع تغذيه بدون وقفه،برق شهر، به واحد يكسوكننده داده مي‌شود و خروجي اين واحد دوباره به برق متناوب، با فركانس ثابت و ولتاژ پايدار تبديل مي‌شود. خروجي يكسوكننده‌ها به شبكه داخلي سيستم ديسپاچينگ به عنوان تغذيه اصلي اعمال مي‌شود. در ضمن خروجي واحد يكسوكننده به يك سيستم ذخيره انرژي الكتريكي،شامل تعدادي باتري داده مي‌شود، تا در هنگام اضطراري، بتوانند تا چند ساعت سيستم را تغذيه كنند. بدين ترتيب باتريها همواره در حال شارژ خواهند بود.
- صفحه نمايشگر: به منظور نمايش وضعيت تك خطي شبكه معمولاً‌يك تابلو ديواري به نام ميميك (MIMIC) در اتاق كنترل نصب مي‌شود. بر روي ميميك،دياگرام پستها و خطوط با جزييات از پيش تعيين شده ترسيم خواهد شد.
- نرم‌افزار: از مهمترين نرم‌افزارهاي مورد نياز در مركز كنترل مي‌توان به نرم‌افزار اصلي و پايه، سيستم عامل، نرم‌افزار واسط بهره‌برداران با سيستم ورود اطلاعات، نگهداري و انتقال آنها و نرم‌افزارهاي كاربردي اشاره كرد، كه در ادامه شرح داده شده است:
- نرم‌افزار اصلي و پايه: اين نرم‌افزار وظايف كنترل و كسب اطلاعات،مديريت اطلاعات و كنترل تجهيزات مركز را به عهده خواهد داشت.
- نرم‌افزار سيستم‌عامل: سيستم عامل به عنوان بخشي از نرم‌افزار كل سيستم است كه در واقع نقطه انتهايي ارتباط با سخت‌افزار است.
- نرم‌افزار واسط بهره‌برداران با سيستم ورود اطلاعات، نگهداري و انتقال آنها: اين نرم‌افزار ارتباط بين ديسپاچر و سيستم اتوماسيون را برقرار مي‌كند. اين نرم‌افزار قادر است كليه اطلاعاتي كه از شبكه در هر چند ثانيه يكبار دريافت و يا پردازش شده‌اند را براي ديسپاچر به نمايش بگذارد و همچنين كليه اطلاعاتي را كه توسط ديسپاچر وارد مي‌شود، در محل مورد نظر نمايش داده و يا در حافظه ذخيره كند.
- نرم‌افزارهاي كار بردي (PAS): اين نرم‌افزارها وظايف محاسبات آناليز شبكه، محاسبات مربوط به كاهش تلفات در شبكه، مديريت انرژي،تعيين محل حادثه، محاسبات پخش بار، سيستم مديريت قطعيها،كنترل اتوماتيك توان اكتيو و راكتيو را بر عهده دارند.
هزينه‌هاي تجهيز پست زميني و هوايي:
كه اين هزينه‌ها شامل موارد زير است:
- تاسيسات قدرت: كليد قدرت موتوردار، كنتاكت،ميكروسوئيچ، رله،CT و PTها
- پايانه راه دور (RTU): پايانه به عنوان يكي از عناصر مهم و اصلي در سيستم اتوماسيون، وظيفه جمع‌آوري اطلاعات از پست و همچنين كار هدايت و كنترل آنها را بر عهده دارد.
- منبع تغذيه: منبع تغذيه پايانه،بخش اساسي و حساس در يك پايانه است. به طوري كه عملاً‌با بروز خطا در منبع تغذيه،پايانه از سرويس خارج مي‌شود. منبع تغذيه از نوع تثبيت شده با ولتاژ ثابت است.
- مخابرات: شبكه مخابراتي بخش مهمي از سيستم اتوماسيون است كه وظيفه ايجاد ارتباط بين سيستم محلي و سيستم مركزي را به عهده خواهد داشت. شبكه‌هاي مخابراتي مي‌توانند ساختارهاي مختلفي داشته باشند كه هر ساختار خواص ويژه‌اي دارد كه مي‌تواند روي عملكرد سيستم مخابراتي موثر واقع شود. از مهمترين سيستمهاي مورد استفاده در شبكه مخابراتي مي‌توان به سيستمهاي مخابرات راديويي،سيستم تلفني، سيستم PLC و سيستم فيبر نوري اشاره كرد.
ارزش سود خالص فعلي:
= ارزش سود خالص فعلي
كل هزينه اوليه- ارزش اقساطي+ ارزش فعلي سودها
هزينه فعلي بهره‌برداري-
نرخ بازگشت سرمايه:
نرخ بازگشت سرمايه نيز از رابطه زير بدست مي‌آيد:
= نرخ بازگشت سرمايه
100×(كل هزينه اوليه/ارزش سود خالص فعلي)
نتيجه‌گيري:
مشاهده مي‌شود كه با اجراي اتوماسيون تمام مراحل مربوط به باز و بسته كردن كليدها و جداسازي خط به صورت خودكار و بدون دخالت نيروي انساني مي‌تواند انجام شود. با توجه به اين كه خطاي شبكه معمولاً‌در شرايط آب و هوايي بد و دور از دسترس اتفاق مي‌افتد در چنين شرايطي عدم وابستگي شبكه به نيروي انساني،بسيار حائز اهميت است. همچنين سيستمهاي اتوماسيون توزيع داراي انواع مختلفي هستند كه جهت ارتقاء از يك نوع سيستم اتوماسيون به سيستم ديگر،با انجام تغييرات سختافزاري و نرم‌افزاري معمولاً امكان افزودن ويژگيهاي جديد به سيستم ممكن است. نكته بسيار مهم در انتخاب و ارزيابي سيستمهاي اتوماسيون توزيع، توجه به پارامترهاي قابليت دسترسي، پاسخ زماني، توسعه‌پذيري،انعطاف‌پذي �ي و قابليت اطمينان سيستم است. از طرفي پروژه اتوماسيون شبكه توزيع در طول عمر مفيد خود سودده خواهد بود و هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و بهره‌برداري و نگهداري خود را جبران خواهد كرد. زيرا علاوه بر سودهاي كمي محاسبه شده، سودهاي كمي ديگري نيز كه قبلاً توضيح داده شده محاسبه نشده كه محاسبه همه آنها مستلزم در اختيار داشتن اطلاعات بسيار دقيق و به هنگام (Online) از شبكه است كه البته اين اطلاعات با اجراي كامل اتوماسيون قابل دسترس خواهد بود. از نكات مهم قابل ذكر اين است كه سودهاي كيفي فراواني نيز با انجام اتوماسيون توزيع كسب خواهد شد.
از محدوديتهاي اجرايي پروژه‌هاي اتوماسيون شبكه‌هاي توزيع برق مي‌توان به عدم وجود يك طرح جامع در اجراي پروژه، كمبود توليدات سختافزاري و نرم‌افزاري مربوط به سيستم اتوماسيون،كه ساخت داخل بوده و مطابق استانداردهاي جهاني باشد،عدم وجود استانداردهاي داخلي كافي در اجراي پروژه‌هاي اتوماسيون شبكه‌هاي توزيع، كمبود پيمانكاران صلاحيت‌دار، نياز به اعتبار بالا و زمانبر بودن اجراي پروژه اشاره كرد.
