CC BY
2УДК 620.9 АзилхановЖ.Ж., БулатьбаеваЮ.Ф.
Азилханов Ж.Ж.
магистрант кафедры автоматизации производственных процессов
Карагандинский технический университет им. Абылкаса Сагинова
(г. Караганда, Казахстан)
Булатьбаева Ю.Ф.
доктор PhD, доцент кафедры автоматизации производственных процессов
Карагандинский технический университет им. Абылкаса Сагинова
(г. Караганда, Казахстан)
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НА БАЗЕ SCADA ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ
Аннотация: данная статья является частью исследования в области систем управления энергией, основанных на возобновляемых источниках энергии, подключенных или независимых от общественной сети. Основной целью является разработка и внедрение таких систем управления, которые могут помочь в принятии решений по обеспечению доступности энергии для потребителей, как с точки зрения экономики, так и безопасности энергоснабжения. В статье рассматриваются требования, технические решения, а также используемые электронные и программные технологии, и представлена реализация прототипа для проверки предложенного решения. Результаты исследования показывают, что с использованием таких систем управления информацию можно эффективно использовать возобновляемые источники энергии в индивидуальных и гибридных конфигурациях, независимо от постоянной или переменной доступности первичных энергетических ресурсов.
Ключевые слова: SCADA система, система управления, возобновляемая энергия, управление энергией.
1. Введение.
Развитие и диверсификация оборудования, приборов и источников питания привели к увеличению потребления энергии и появлению новых проблем и явлений в системах производства, распределения и использования электроэнергии. Это потребовало внедрения новых источников энергии и элементов автоматизации для улучшения управления, контроля и мониторинга системы энергоснабжения. Это также определяет качество и безопасность электроснабжения, при этом клиенты используют различные устройства для удовлетворения все более сложных и высоких стандартов потребности в электричестве.
1.1. Проблемы управления системой на основе возобновляемых источников энергии.
Возобновляемые источники энергии считаются важными для улучшения безопасности энергоснабжения путем снижения зависимости от ископаемых топлив и для сокращения выбросов парниковых газов. Однако, наряду с многочисленными преимуществами, которые они приносят, возобновляемые источники энергии создают определенные проблемы из-за сложности систем, в которых они используются. Этот аспект в основном вызван разнообразием типов возобновляемых источников энергии и изменчивостью их доступности во времени. Это также приводит к трудностям в управлении такими структурами. Развитие электроники и программных технологий может быть решением. Одним из удобных решений является использование системы управления информацией в целом и SCADA (система диспетчерского контроля и сбора данных) в частности.
1.2. Мониторинг и управление системой на основе возобновляемых источников энергии.
В классическом подходе управление системами возобновляемой энергетики осуществлялось с помощью измерительных приборов, обслуживаемых операторами, расположенных в ключевых точках сети. Операторы снимали показания с приборов или проводили измерения с помощью
переносных устройств, сообщали эти данные ответственным за управление сетью и выполняли необходимые операции. Такая система была медленной, требовала присутствия человека и могла быть источником ошибок. Современные технологии микроэлектроники позволили внедрить в промышленность системы мониторинга и управления, что значительно повысило эффективность.
Системы, которые могут быть адаптированы к новым условиям и оборудованию, называются открытыми системами. Ключевым элементом, обеспечивающим такую адаптацию, является принятие стандартов для взаимосвязи модульных компонентов. Также важную роль в адаптации систем играет программное обеспечение, которое позволяет изменять или заменять существующие функции на более важные. Такое расширение стало возможным благодаря развитию систем реального времени, которые являются основой современных приложений для мониторинга и управления.
1.3. SCADA для систем на основе возобновляемых источников энергии.
Рис. 1. Топология SCADA-системы для приложений на основе возобновляемых источников энергии.
Системы SCADA можно рассматривать как комплекс программного обеспечения и оборудования, предназначенный для сбора данных и передачи команд в систему и из нее. Они также информируют оператора или менеджмент о текущем состоянии оборудования и процессов. В системе, основанной на возобновляемых источниках энергии, SCADA собирает информацию, например, о технических неисправностях в электрическом оборудовании, передает эту информацию в центральную систему, генерирует сигнал об ошибке, проводит анализ и контроль операций, чтобы определить, является ли сбой критичным.
ЗСЛОЛ-системы работают с данными в реальном времени, анализируя и регулируя параметры системы, такие как мощность и напряжение, фиксируя данные и производя настройку системы в ответ на изменения в её работе.
1.4. Требования к системе управления на основе возобновляемых источников энергии.
Разработка SCADA-системы для управления возобновляемыми источниками энергии требует определения набора правил и ограничений как для генераторов, так и для потребителей электроэнергии. Эти правила должны обеспечить эффективную работу системы с учетом доступности первичных энергетических ресурсов, уровня заряда аккумуляторов и потребности в энергии.
Рис. 2. Принципы управления приложением, основанным на системе возобновляемой энергии.
Международный научный журнал «ВЕСТНИКНАУКИ» № 11 (80) Том 2. НОЯБРЬ 2024 г. 1.5. Архитектура SCADA-системы.
Архитектура SCADA-системы для мониторинга и управления состоит из трех уровней:
Уровень полевых устройств, включающий датчики и преобразователи. Промежуточный уровень, отвечающий за обработку и передачу сигналов. Управляющий уровень, включающий графические интерфейсы и принятие решений на основе собранных данных.
Рис. 2. Архитектура системы.
Каждый уровень отвечает за свою часть работы, от измерений и обработки сигналов до управления системой с помощью программного обеспечения, включая средства принятия решений, основанные на алгоритмах искусственного интеллекта.
1.6. Реализация SCADA-системы.
Реализация SCADA-системы осуществляется на основе принципов управления и архитектуры, описанных выше, и включает функциональные модули для генераторов (ветровые, гидро- и солнечные установки), аккумуляторов, преобразования энергии, потребителей и локальной сети. В центральном управляющем модуле осуществляется мониторинг и контроль всех этих компонентов через графический интерфейс пользователя. Это позволяет
организовать систему, которая работает как в режиме реального времени, так и в режиме моделирования. Заключение.
Управление энергетическими потоками требует внимательного подхода как со стороны разработчиков, так и со стороны операторов возобновляемых источников энергии, поскольку долгосрочная эксплуатация таких систем сильно зависит от погодных условий. Интеграция источников, таких как солнечные панели, ветрогенераторы и гидроэлектростанции, в систему возобновляемых источников энергии должна быть тщательно проанализирована, поскольку эти источники обеспечивают прерывистое энергоснабжение. В то же время, наличие электрических сетей позволяет обеспечивать энергоснабжение из альтернативных источников при локальной недоступности первичных ресурсов.
Для решения этих проблем были выявлены основные принципы управления, которые были использованы для проектирования, внедрения и тестирования SCADA-системы, способной управлять системой производства электроэнергии на основе возобновляемых источников, как в изолированном режиме, так и при подключении к общественной сети.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Bonnano F., Patane G., 1998. Energy Management Optimization of Integrated Generation Systems by Fuy Logic Control, in Vol. 2, I E E E Xplore, pp. 969-973;
2. Kaltschmitt M., Streicher W., Wiese A., 2007. Renewable Energy, Technology, Economics and Environment, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, pp. 11-14;
3. Zhang P., 2010. Advanced Industrial Control Technology, Elsevier, Oxford, p. 382;
4. Kortelainen J.T., Ratinen M., Linnanen L., 2012. Attitudes Towards Energy Efficiency and Renewable Energy in European Small and Medium-Sized Enterprises, in - Greening of Industry Networks;
2. Stud Vol. 1, Diego A. Vazquez-Brust, Editor. Springer Netherlands, p. 229;
5. Sorensen B., 2004.Renewable Energy: Its physics, engineering, use, environmental impacts, economy and planning aspects, 3rd Edition, Elsevier Academic Press, London
Azilkhanov J.J., Bulatbaeva Yu.F.
Azilkhanov J.J.
Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov (Karaganda, Kazakhstan)
Bulatbaeva Yu.F.
Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov (Karaganda, Kazakhstan)
SCADA-BASED SOFTWARE FOR RENEWABLE ENERGY MANAGEMENT SYSTEM
Abstract: article is part of a study in the field of energy management systems based on renewable energy sources connected or independent from the public grid. The main goal is to develop and implement such management systems that can help in making decisions on ensuring energy availability for consumers, both from the point of view of economics and security of energy supply. The article discusses the requirements, technical solutions, as well as the electronic and software technologies used, and presents the implementation of a prototype to test the proposed solution. The results of the study show that using such information management systems, it is possible to effectively use renewable energy sources in individual and hybrid configurations, regardless of the constant or variable availability of primary energy resources.
Keywords: SCADA system, management system, renewable energy, energy management.
