WAGOdirect energetyka 1/2014

direct energetyka
czerwiec 2014
SMART GRID
SMART
GRID
Wyroby, aplikacje i rozwiązania dla inteligentnych sieci przyszłości
STEROWNIK DO TELETECHNIKI
W WIRTUALNEJ ELEKTROWNI / str. 12
750 XTR
EXTREMALNIE WYTRZYMAŁY STANDARD / str. 30
SPIS TREŚCI
ELEKTROWNIE SOLARNE POD KONTROLĄ WAGO
str. 4
BEZPIECZNA KONTROLA PRZEPŁYWU ENERGII
str. 7
SIEĆ NA MIARĘ PRZYSZŁOŚCI
str. 10
STEROWNIK DO TELETECHNIKI W WIRTUALNEJ ELEKTROWNI
str. 12
DYSTRYBUCJA ENERGII Z INTELIGENCJĄ WAGO
str. 15
NIEZALEŻNOŚĆ DZIĘKI TECHNICE TELESTEROWANIA
str.17
STEROWNIK WAGO-I/O-SYSTEM W APLIKACJI TELESTEROWANIA
str. 20
POMIAR MOCY W LOKALNYM ZASOBNIKU ENERGII
str. 22
INTELIGENTNA SIEĆ ZASILAJĄCA KLUCZEM DO SUKCESU
str. 24
TELESTEROWANIE PRZY POMOCY PFC200
str. 27
KOMPLEKSOWA ANALIZA SIECI ZASILAJĄCEJ
str. 27
AUTOMATYZACJA INFRASTRUKTURY SIECI
str. 28
750 XTR - EXTREMALNIE WYTRZYMAŁY STANDARD
str. 30
/ str. 30
2
WSTĘP
Drogi Czytelniku,
czy tego chcemy, czy nie, struktura wytwarzania energii i sposób jej
przesyłu zmieniają się na naszych oczach. Trend nazywany „ideą
sieci inteligentnych” lub „Smart Grid”, zapoczątkowany w Europie
Zachodniej nieuchronnie zmierza również do Polski. Decentralizacja
źródeł, prosumencki charakter odbiorców, elastyczny wybór dostawcy, rynek energii itp. to zjawiska, które z jednej strony mogą ułatwić
życie konsumentom, chronić środowisko, ograniczać straty energii,
ale z drugiej stawiają duże wymagania techniczne i organizacyjne
dostawcom energii.
Skutkiem tych zmian w systemie energetycznym jest konieczność monitorowania wszystkich lokalnych źródeł generacji, akumulowania i
odbioru oraz konieczność elastycznego sterowania urządzeniami
sieciowymi i pełna wiedza o aktualnym stanie sieci i jej bilansie energetycznym.
Na szczęście wiele tych zagadnień jest już dzisiaj zamodelowanych
i znalazło mniej lub bardziej efektywne rozwiązania. Decentralne
systemy sterowania, przejmujące lokalne zarządzanie „kawałkami
sieci” to jedna z możliwych opcji.
Ponieważ WAGO w Niemczech od kilku lat uczestniczy w realizacji
takich nowatorskich projektów, chcielibyśmy podzielić się z Państwem
naszymi doświadczeniami z kilku aplikacji.
Jednym z ciekawszych zagadnień są projekty budowy tzw. wirtualnych elektrowni, które stanowią kombinację wielu lokalnych
mikroźródeł oraz odbiorców energii cieplnej i elektrycznej. Zostały
one połączone w jeden, centralnie zarządzany organizm wykorzystywany do wyrównywania obciążeń sieciowych i bardzo elastycznego,
wielokierunkowego przepływu energii cieplnej i elektrycznej. Warto
zapoznać się z tym projektem, bo taki model mikrosystemu może
wkrótce stać się standardem.
Zachęcam Państwa również do lektury opisu wybranych aplikacji,
przedstawiających ideę inteligentnych stacji dystrybucyjnych. Nie
tylko dostarczają one informacji o stanie sieci, zużycia energii i
urządzeń, ale również stanowią interfejs pomiędzy centrum dyspozycji a użytkownikiem oraz podłączanymi do sieci mikro- i odnawialnymi źródłami energii.
Właściwości techniczne urządzeń WAGO, zwłaszcza nowej serii sterowników o zwiększonej odporności na oddziaływania środowiskowe
– 750 XTR – oraz sterowników z komunikacją IEC 60870 i 61850
opisane zostały w artykułach produktowych. Nowa generacja komponentów WAGO doskonale wpisuje się w założenia rewolucji energetycznej Smart Grid!
Zapraszam do lektury!
Jacek Woźniak
dyrektor rynków przemysłowych
WAGO ELWAG
direct energetyka 3
ELEKTROWNIE SOLARNE
Zakłady energetyczne Halberstadtwerke realizują u
techniki telesterowania dostarczanej przez WAGO.
■ Spółdzielnia mieszkaniowa Halberstadt wyznaczyła sobie ambitne cele: konsekwentnie wprowadza w coraz większym zakresie
zasilanie lokali z odnawialnych źródeł energii. Licząca ponad
4000 członków spółdzielnia zdecydowała się na wykorzystanie
powierzchni dachowych na instalacje fotowoltaiczne oraz
wdrożenie pomp ciepła i urządzeń do kontrolowanej wentylacji i
odzysku ciepła. Aby zrealizować wymogi redukcji mocy, określonej
w ustawie o odnawialnych źródłach energii, inwestor sięgnął po
rozwiązania do teletechniki od WAGO.
Teraz już tylko wykonana z masywnego drewna klatka schodowa
w czterokondygnacyjnym budynku jest oryginalna. Wszystko inne
zostało zmodernizowane wg wymogów ochrony środowiska
– przede wszystkim ze względu na redukcję zużycia energii.
Uwagę zwracają głównie ciemne, lśniące połacie dachowe,
Instalacja solarna na dachach czterech budynków w Halberstadt dostarcza przeszło 100 kW mocy, która zgodnie
z ustawą o odnawialnych źródłach energii musi być zdalnie
redukowana.
4
otaczające wewnętrzny dziedziniec. Instalacje fotowoltaiczne na
czterech dachach domów na osiedlu dostarczają 100 kW mocy.
Zainstalowała je firma DOMICIL Energiepartner GmbH – spółka
należąca do spółdzielni mieszkaniowej w Halberstadt. Jej szef, Michael Zawisla, odpowiedzialny jest za kompleksowe wyposażenie
techniczne budynków spółdzielni.
■ Odpowiedzialność operatorów sieci
Moc powyżej 100 kW powoduje, że do rozmieszczonej na kompleksie budynków instalacji fotowoltaicznej zastosowanie znajdują
postanowienia par. 6, ust. 2 EEG. Ustawa ta wymaga zastosowania urządzenia, pozwalającego na zdalną redukcję mocy zasilania. Ograniczenie to ma na celu przede wszystkim utrzymanie na
stałym poziomie wartość napięcia w sieci rozdzielczej oraz
zapobieżenie przeciążeniom. „Może się to zdarzyć na przykład w
POD KONTROLĄ
stawę o energii z odnawialnych źródeł przy użyciu
czasie urlopów, gdy więksi odbiorcy ‒ czyli firmy ‒ znacznie
zmniejszają pobór energii“, mówi Sven Bendix, kierownik zespołu
ds. automatyzacji w zakładzie Halberstadtwerke. Jako
przedsiębiorstwo komunalne obsługuje ono sieć energetyczną w
regionie i jest odpowiedzialne za jakość dostarczanej energii. Halberstadtwerke coraz częściej wykracza poza tę rolę, oferując kompletne rozwiązania w zakresie sterowania i monitorowania instalacji do wytwarzania energii z odnawialnych źródeł, na przykład na
dachach domów należących do lokalnej spółdzielni.
Moduły telesterowania TO-PASS® WAGO zapewniają połączenie
pomiędzy rejestratorami solarnymi, zainstalowanymi na dachach
a sterownikiem do teletechniki WAGO ze zintegrowanym programem Web-Connector, w centrum dystrybucyjnym w zakładach
miejskich. Jego rdzeniem jest specjalny blok funkcyjny dla
środowiska CODESYS. TO-PASS® dostarcza sygnały, które są od-
bierane przez Web-Connector, po czym przekładane na standardowy protokół do telesterowania. Dane te są wykorzystywane
przez Halberstadtwerke do sterowania instalacjami fotowoltaicznymi.
■ Kompaktowa technika, pełna moc
Rozwiązania oferowane przez WAGO są tak dopracowane, że
wykorzystanie modułu TO-PASS® pozwala na korzystne cenowo
sterowanie instalacjami o mocy znamionowej od 30 do 100 kW w
oparciu o wartości rzeczywiste. W tym zakresie stosowane jest
często ze względów cenowych komunikacja radiowa falami
długimi. Takie rozwiązanie pozwala wprawdzie na uzyskanie redukcji mocy, lecz nie generuje komunikatu zwrotnego o faktycznych stanach eksploatacyjnych instalacji fotowoltaicznej. Przez
zastosowanie TO-PASS® pojawiła się tutaj możliwość uzyskania
direct energetyka 5
Rozdzielnica na dachu: TO-PASS® zapewnia kontakt z
centrum dystrybutorskim drogą radiową.
TO-PASS® pozwala na sterowanie również małymi instalacjami solarnymi.
Autorzy rozwiązania stworzonego specjalnie dla klientów Halberstadtwerke: Sven Bendix (Halberstadtwerke), Manuel Schmidt
(WAGO), Matthias Schöps (WGH-Techniker) i Michael Zawisla
(DOMICIL) na wewnętrznym dziedzińcu osiedla.
przy niewielkich nakładach finansowych rozwiązania o podobnie
wysokiej funkcjonalności, jak ta wymagana w dużych instalacjach.
Kompaktowe urządzenie TO-PASS® pracuje w sieci GSM jak
zwykły telefon komórkowy. „Aby poniesione koszty nie były zbyt
wysokie w stosunku do ilości energii uzyskanej ze źródeł solarnych,
poszukiwaliśmy rozwiązania jak najkorzystniejszego cenowo“,
opowiada Sven Bendix. „Musimy przecież zaoferować naszym
odbiorcom energii rozsądną kosztowo technologię.“ Wydatki na
sprzęt to tylko jeden aspekt inwestycji. Drugi wynika z miesięcznych
opłat za połączenia. „Im częściej dane są przesyłane cyklicznie
do nas, tym większa ich ilość. Dlatego doradzamy naszym klientom, aby od razu wybierali odpowiednie taryfy, gdyż rachunek nie
będzie wtedy zaskoczeniem.“
■ Komunikacja z systemem sterowania
Na osiedlu firma DOMICIL Energiepartner GmbH umieściła
centralną szafę rozdzielczą dla całego systemu sterowania
wszystkimi czterema instalacjami rozmieszczonymi na dachach
budynków. Czujniki indukcyjne przez cały czas mierzą aktualną
wartość prądu. WAGO zaoferowało w tym zakresie czujniki
przepływu prądu 789-620 o zakresie pomiarowym od 0 do
80 A oraz 789-621 o zakresie pomiarowym od 0 do 140 A. Te
montowane na szynie urządzenia, nawlekane na przewody
zasilające, przekazują wartości pomiarowe bezpośrednio do sterownika w celu dalszej analizy. Komunikacja z centrum dystrybucyjnym odbywa się na bazie znormalizowanych protokołów
zgodnych z IEC 60870-5-101 do komunikacji szeregowej i wg
IEC 60870-5-104 do komunikacji TCP/IP. Oprogramowanie
Web-Connector w sterowniku WAGO do teletechniki pozwala
na konwersję uzyskiwanych danych i transmisję zgodną z IEC
61850.
Takie rozwiązanie zapewnia komunikację zorientowaną obiektowo, w przeciwieństwie do trybu komunikacji zorientowanego
na sygnały zgodnie z IEC 60870. To oznacza, że umożliwia
transmisję danych kompletnych obiektów tekstem nieszyfrowanym, zamiast przekazywania pojedynczych sygnałów. Obiektem
takim może być na przykład kompletny wirnik siłowni wiatrowej
lub – jak w przykładzie z Halberstadt – instalacja fotowoltaiczna całego osiedla. W takich przypadkach wykorzystywane są
wymagania normy IEC 61850-7-420 o rozproszonych źródłach
wytwarzania energii. W celu odpowiedniej konfiguracji telesterowania WAGO oferuje blok programowy, obsługiwany przy pomocy funkcji „drag-and-drop“, automatycznie przydzielający
właściwe kody IEC.
Tekst: Manuel Schmidt, WAGO
Zdjęcia: WAGO
WAGO oferuje kompaktowe i ekonomiczne
rozwiązania do sterowania instalacjami fotowoltaicznymi zgodnie z wymogami ustawy
o odnawialnych źródłach energii.
TO-PASS® pozwala na korzystne cenowo
sterowanie również mniejszymi instalacjami
mocy od 30 do 100 kW.
Czujniki przepływu prądu WAGO
umożliwiają stałe pomiary prądu instalacji
fotowoltaicznych podczas eksploatacji.
6
BEZPIECZNA KONTROLA
PRZEPŁYWU ENERGII
W wirtualnej elektrowni Vattenfall sterownik PFC200
do teletechniki komunikuje się z centrum dystrybutorskim
przez OpenVPN.
■ Koncern Vattenfall Europe Wärme AG
połączył w ramach wirtualnej elektrowni małe
rozproszone jednostki wytwarzania energii tj.
kompaktowe elektrociepłownie blokowe i sterowalne odbiorniki (np. pompy ciepła) w zespół
urządzeń z elastyczną regulacją. Celem było
stworzenie jednego, centralnie zarządzanego
organizmu, wykorzystywanego do wyrównywania tymczasowych obciążeń sieciowych,
elastycznego, wielokierunkowego przepływu
energii cieplnej i elektrycznej oraz lepszego
zintegrowania w sieciach zasilających energii
z odnawialnych źródeł. Do sterowania rozproszonymi źródłami i urządzeniami do magazynowania energii stosowane są komponenty
WAGO
do
automatyzacji
procesów
przemysłowych, m.in. sterownik PFC200 do teletechniki.
W ramach rewolucji energetycznej w Niemczech przebudowuje się niemal cały system
energetyczny. Sukcesywnie odchodzi się od
centralnie sterowanego układu bazującego na wielkich elektrowniach na rzecz rozproszonego systemu z wieloma małymi podsystemami, w których generacja oparta jest na
mikroźródłach, np. kompaktowych elektrociepłowniach blokowych.
Największym wyzwaniem jest niestabilna i trudna do zaplanowania
produkcja energii ze źródeł odnawialnych, takich jak słońce i wiatr.
Aby zapewnić bezpieczeństwo i stałość dostaw prądu, konieczne
są rozwiązania do sterowania i magazynowania energii. Wirtualna
elektrownia stworzona przez Vattenfall to rozwiązanie bazujące na
łatwej do magazynowania formie energii, jaką jest ciepło.
■ Wirtualna sieć gwarancją stabilności systemu
Vattenfall w ramach wirtualnej sieci łączy w jeden wielki zespół
wytwarzające prąd kompaktowe elektrociepłownie blokowe i
zużywające energię pompy ciepła. Wirtualna elektrownia realizuje
dwa zadania, których nie udało się do tej pory pogodzić w tradycyjnym systemie: ułatwia włączenie do systemu dostaw energii i
ciepła z odnawialnych źródeł i zapewnia wyrównanie nadwyżek i
niedoboru mocy w sieci. Jeżeli z wiatru i słońca uzyska się mniej
Kompaktowe
elektrociepłownie
blokowe
wytwarzają prąd i ciepło na zasadzie skojarzonej
gospodarki energetycznej. Urządzenia pracują
dzięki temu bardzo efektywnie i pozwalają na wykorzystanie paliwa w przeszło 90%.
prądu, niż było to przewidywane, to opalane gazem
elektrociepłownie blokowe wytworzą brakujące kilowatogodziny, a
przy okazji wyprodukują ciepło, które zostanie lokalnie zużyte lub
zmagazynowane. W przypadku nadwyżek energii w sieci włączane
są zużywające jej nadmiar pompy ciepła.
Do wirtualnej elektrowni Vatenfall podłączony jest również zasobnik
energii o pojemności 2 MW. Może on magazynować nadmiar
prądu i ponownie przekazywać go do sieci. System baterii akumulatorów udostępnia energię do regulacji obciążenia w sposób
wyjątkowo elastyczny i ekologiczny. Każdy zaoszczędzony MW
pozwala na zmniejszenie rocznej emisji CO2 o 2500 ton.
■ W perspektywie podłączenie kolejnych instalacji
Centralne zarządzanie wirtualną siecią odbywa się w centrum dystrybucji ciepła Vattenfall w Berlinie. Tam monitorowane, sterowane i
regulowane są nie tylko duże elektrociepłownie przedsiębiorstwa,
ale również rozproszone instalacje.
direct energetyka 7
■ Sterowniki WAGO podstawą projektu
W połowie 2013 roku ponad 150 tys. gospodarstw mieszkalnych
Berlina i Hamburga korzystało z energii dostarczanej przez
wirtualną elektrownię. Od rozpoczęcia projektu sterowniki WAGO
do teletechniki zapewniają komunikację między rozproszonymi
instalacjami a centrami dystrybucji ciepła. Vattenfall zdecydował
się na WAGO, gdyż sterowniki miały pochodzić od renomowanego producenta. Miały być ponadto kompaktowe, programowalne
i elastyczne oraz umożliwiać komunikację zgodnie z IEC 608705-104. Modularna budowa oraz uniwersalność stosowania sterowników WAGO to kolejne atuty, które przemawiały za tym wyborem. Od tamtego czasu za pomocą sterowników WAGO
(750-872 i 750-880) do systemu podłączono około 100 rozproszonych instalacji. Przy pomocy komputera przemysłowego
WAGO do teletechniki centrum dystrybucji uzyskało komunikację
także z zasobnikiem akumulatorowym 2 MW. Komputer
przemysłowy z masterem PROFIBUS (758-875) odczytuje dane
procesowe ze sterownika S7 umieszczonego w urządzeniu do magazynowania energii, przekształca je na protokół IEC 60870 i
udostępnia w ten sposób zasobnik w systemie sterowania.
W przetargu na wykonanie kompletnie oprzewodowanych rozdzielnic systemowych do rozproszonych elektrociepłowni blokowych i pomp ciepła firma WAGO okazała się znaczącym
dostawcą. W 163 rozdzielnicach systemowych będzie montowana nowa generacja sterowników PFC200. Standardowa konfiguracja to sterownik PLC do teletechniki (750-8202/025-001) wraz
z modemem GSM, modułami wejść i wyjść dwustanowych i analogowych, zasilaczem EPSITRON® COMPACT Power oraz anteną
ze stopką magnetyczną.
Nowy kompaktowy sterownik PFC
200 WAGO to optymalna wydajność
i wysoki poziom bezpieczeństwa.
■ Duża moc w kompaktowym opakowaniu
PFC200 wchodzący w skład WAGO-I/O-SYSTEM 750 dzięki technologii Cortex A8 zapewnia wysoką moc obliczeniową przy niewielkich gabarytach urządzenia. Do komunikacji z systemami sterowania służą dwa złącza ETHERNET oraz – w zależności od
wariantu – również dodatkowe interfejsy: CAN, PROFIBUS,
RS-232/RS-485. Nowy sterownik do teletechniki jest programowalny zgodnie z IEC 61131, wspiera protokół telesterowania IEC
60870-5-104 (komunikacja po TCP/IP) i IEC 60870-5-101 (komunikacja szeregowa) oraz zapewnia komunikację zgodnie z IEC
61850. Środowisko programistyczne CODESYS umożliwia zaprogramowanie sterownika oraz wizualizację procesów. PLC oferuje
Oprzewodowane
rozdzielnice
systemowe
WAGO służą do kompleksowego sterowania urządzeniami i wyposażone są w sterowniki PFC200 do teletechniki z podłączonymi
modułami wejść i wyjść dwustanowych. Takie
rozwiązanie pozwala skrócić czas montażu i
wyeliminować błędy montażowe.
8
dwa interfejsy ETHERNET dla bazującego na TCP/IP protokołu 104
i interfejs szeregowy dla protokołu 101. Do uzyskania komunikacji
IEC stworzono oprogramowanie, które wymaga jedynie parametryzacji. W razie awarii komunikacji program sterownika zapewnia
samoczynną regulację procesu dostarczania ciepła. PFC200 oblicza ilość energii zmagazynowanej w zasobniku ciepła (w kWh) i
przekazuje informację do centrum dystrybucyjnego. Stąd raz dziennie wysyłany jest do sterownika harmonogram samoczynnego sterowania podłączonymi agregatami przez kolejne 24 godziny.
■ Bezpieczeństwo w każdym calu
Oprócz wysokiej wydajności PFC200 zapewnia również wysokie
bezpieczeństwo informatyczne. Możliwe jest zbudowanie
bezpośrednio w sterowniku (przez Open-VPN lub IPsec) tunelu VPN
do cyfrowej transmisji danych pomiędzy PLC a centrum dystrybucji.
Nie jest potrzebne podłączanie rutera GSM VPN. To nie tylko
zwiększa bezpieczeństwo, lecz oznacza znaczną redukcję kosztów.
Teraz komunikacja z centrum dystrybucji możliwa jest przez zwykły
modem GSM.
WAGO-I/O-SYSTEM odpowiada poza tym wymogom najnowszej
wersji (3.0) otwartego standardu przemysłowego dla rozproszonych
instalacji zasilających - VHP-Ready (Virtual Heat & Power Ready), opracowanego przez Vattenfall. Ten standard techniczny do obsługi
elektrociepłowni blokowych i pomp ciepła umożliwia łatwą integrację
w ramach wirtualnej elektrowni. Urządzenia spełniające wymagania
techniczne VHP-Ready można podłączać do instalacji bez obaw o
problemy z komunikacją i zarządzaniem. Wraz z firmą Fraunhofer
FOKUS koncern Vattenfall pracuje nad dalszym rozwojem tego standardu - wspólnie planują założenie forum przemysłowego VHP-Ready, w którym będą mogli uczestniczyć kolejni partnerzy rynkowi.
■ Podsumowanie
Wirtualna elektrownia Vattenfall łączy rozproszone instalacje
wytwarzające energię, takie jak elektrociepłownie blokowe, pompy
ciepła oraz zasobniki energii 2 MW, w jeden elastycznie regulowany system z centralnym sterowaniem. Pozwala on również w optymalny sposób włączać do systemu energię z odnawialnych źródeł.
Udział w wirtualnej elektrowni zapewni klientom Vattenfall
bezpieczeństwo energetyczne, efektywną pracę urządzeń oraz
bezpośredni wkład w ochronę klimatu. Wirtualna elektrownia już od
roku 2010 wykorzystuje komponenty WAGO dla automatyki. Istotnym elementem jest tutaj sterownik PFC200 do teletechniki z
komunikacją IEC. To kompaktowe, a przy tym wydajne urządzenie
zapewnia zaszyfrowaną komunikację z urządzeniami rozproszonymi poprzez protokół IEC 60870-5-104.
Tekst: Daniel Wiese, WAGO
Zdjęcia: Vattenfall, WAGO
WAGO-I/O-SYSTEM
odpowiada
najnowszej wersji (3.0) otwartego standardu
przemysłowego VHP-Ready.
PFC200 (750-8202/025-001) pozwala na
zbudowanie przez OpenVPN lub IPsec tunelu
VPN do komunikacji z centrum dystrybutorskim.
Połączenie zasobnika akumulatorowego 2 MW
z centrum dystrybutorskim przez IPC WAGO do
teletechniki (758-875).
direct energetyka 9
SIEĆ NA MIARĘ PR
Pilotażowy projekt prowadzony przez firmę SWO Netz GmbH miał na
założonego budżetu przy zastosowaniu inteligentnych technologii.
■ Czy wykorzystanie inteligentnych urządzeń pozwoli uniknąć kosztów związanych z niezbędnymi pracami ziemnymi podczas konwencjonalnej rozbudowy sieci? To pytanie zadała sobie firma SWO
Netz GmbH z Osnabrück, realizująca pilotażowy projekt Smart
Grid. Wśród zastosowanych rozwiązań znalazło się tam również
WAGO z komponentami przeznaczonymi do tworzenia inteligentnej sieci zasilającej.
Projekt pilotażowy Smart Grid w Osnabrück rozpoczęto pod koniec 2012 roku od 60 budynków, 125 mieszkań i 7 układów
wykorzystujących odnawialne źródła energii, dostarczających
do sieci 38 kW mocy. Sieć tych zakładów miejskich należy pod
względem jakości zasilania i rozwiązań technicznych do czołowej
piątki w Niemczech. „Jest to dla nas dodatkowa motywacja, aby
dzięki energii odnawialnej zachować pozycję lidera. Wdrażając
pilotażowy projekt Smart Grid chcemy sprawdzić, w jakim zakresie mamy w przyszłości inwestować w inteligentne urządzenia“,
mówi Heinz-Werner Hölscher, dyrektor SWO Netz GmbH.
„Komponenty WAGO, dzięki swojej kompaktowej budowie,
spełniają nasze wymagania. Moduł pomiaru mocy 3-fazowej z
możliwością analizy wyższych harmonicznych, przekonał nas
swoją funkcjonalnością“, wyjaśnia Christian Drecksträter.
■ Efektywna technika pomiarowa i telesterowanie
Na potrzeby projektu pilotażowego, w odpowiednią technikę
pomiarową i komponenty telesterowania zostało wyposażonych pięć
rozdzielczych szaf kablowych i jedna stacja transformatorowa. W
kompaktowych szafach rozdzielczych nie było zbyt wiele miejsca na
dodatkowe urządzenia. Firma SWO zapoznała się z ofertą kilku producentów i ostatecznie zdecydowała się na WAGO. „Naszym celem
było wykorzystanie istniejącej infrastruktury i jej uzupełnienie o nową
technikę. Komponenty WAGO, dzięki swojej kompaktowej budowie,
spełniają nasze wymagania. Nowa wersja modułu do pomiaru mocy
3-fazowej, umożliwiająca analizę wyższych harmonicznych,
przekonała nas także swoją funkcjonalnością“, uzasadnia swoją
decyzję kierownik projektu, Christian Drecksträter z SWO Netz GmbH.
Niezależny od typu sieci obiektowej WAGO-I/O-SYSTEM, oferujący
w jednym module o szerokości 12 mm nawet 16 kanałów, to jeden z
najbardziej kompaktowych systemów na rynku. Modularna konstrukcja
pozwala zastosować wyłącznie komponenty niezbędne do danego
zadania. Oprócz 16-kanałowych modułów wejść i wyjść dwustanowych, oferta obejmuje także moduły specjalne, jak na przykład
moduł pomiaru mocy 3-fazowej czy różnego typu moduły I/O do monitorowania szaf rozdzielczych lub stacji transformatorowych. Sterowniki WAGO do teletechniki mogą być stosowane do komunikacji zgodnej z IEC 60870-5-101, -103, -104, IEC 61850 i wieloma innymi
standardowymi protokołami, np. MODBUS.
Moduły pomiaru mocy 3-fazowej (750-49x) odczytują wartości prądu
i napięcia dla każdej z trzech faz, obliczają zużycie energii i
dostarczają dodatkowe dane: od współczynnika mocy, po moc bierną
i pozorną. Oprócz pomiaru zużycia energii, moduły z analizą
wyższych harmonicznych oferują także inne funkcje kompleksowej
analizy sieci zasilającej, które pozwalają na zlokalizowanie zakłóceń
w sieci oraz rejestrację wartości szczytowych. Analiza 4-kwadrantowa
dostarcza informacji o rodzaju obciążenia (indukcyjne, pojemnościowe)
oraz charakterze pomiaru (odbiorca, generator).
Kompaktowa konstrukcja WAGO-I/O-SYSTEM
w pełni odpowiadała oczekiwaniom firmy
SWO Netz GmbH.
Sterowniki do teletechniki WAGO obsługują
nie tylko IEC 60870-5-101/-103/104,
lecz także IEC 61850.
Moduły pomiaru mocy 3-fazowej dostarczają
wszystkie istotne wartości napięcia i prądu
dla każdej z trzech faz.
10
RZYSZŁOŚCI
celu sprawdzenie, czy możliwa jest modernizacja sieci zasilania w ramach
■ Pilotażowy projekt Smart Grid
W projekcie zastosowano sterowniki
ETHERNET (750-880), moduł pomiaru
mocy
3-fazowej
(750-494)
i
przekładniki prądowe z serii 855.
Zadaniem takiego rozwiązania było
monitorowanie trzech faz, odczyt
przez każdy moduł WAGO 215
wartości pomiarowych, które następnie
przesyłane były do centrum dyspozytorskiego i zapisane w bazie danych.
Przebieg procesów można było
obserwować także w czasie rzeczywistym przez Internet.
Tekst: Martin Ortgies
Zdjęcia: WAGO
W pierwszej fazie projektu sieć zasilająca została wyposażona w technikę WAGO do
pomiarów odbiorników i urządzeń zasilających. Zastosowano w niej sterowniki ETHERNET,
moduł pomiaru mocy 3-fazowej, czujniki rezystancyjne Pt100 i cewki Rogowskiego.
„Projekt pilotażowy Smart Grid był reprezentacyjny dla realizacji
naszej miejskiej polityki energetycznej i miał pomóc odpowiedzieć na
pytania o dalszą rozbudowę sieci. Chcieliśmy sprawdzić, czy dzięki
inteligentnym technologiom uda się zmodernizować sieć zasilającą
bez przekraczania budżetu“, mówi Christian Drecksträter z firmy
SWO Netz GmbH.
Dzięki takim inteligentnym stacjom do sieci lokalnej włączane są
dodatkowe urządzenia pomiarowe, zabezpieczające i sterujące.
Dotychczasowe projekty pilotażowe pokazały, że rozbudowa
rozproszonych, inteligentnych systemów może być alternatywą dla
konwencjonalnej rozbudowy sieci, bo krytyczne obciążenia sieci
zdarzają się tam tylko przez kilka godzin w roku.
direct energetyka
11
STEROWNIK DO TELETECHNIKI
Instytut Transferstelle Bingen wybrał sterownik do tele
do automatyzacji sieci przesyłowych i dystrybucyjnych
12
É
É
É
pompa ciepła
É
■ Rozproszone źródła energii w wirtualnej elektrowni
Od jesieni 2010 w sieci działają dwie wirtualne elektrownie TSB. Obydwie łączą obecnie
około 100 rozproszonych generatorów energii, tj. kompaktowe elektrociepłownie blokowe, agregaty awaryjnego zasilania i turbiny
gazowe, tworząc elektrownię o łącznej mocy
przekraczającej 20 MW. Energia wytworzona
przez ten kompleks jest sprzedawana przez
jedno z przedsiębiorstw elektroenergetycznych
jako energia do regulacji systemu, służąca do
wyrównywania wahań obciążeń lub odstępstw
od prognoz na giełdzie energetycznej. Wyzwanie technologiczne, przed jakim stanęło
TSB, polegało na połączeniu rozproszonych
generatorów w jedną elektrownię z jednolitym
systemem sterowania i monitorowania. W efekcie jedna centralna placówka stale monitoruje
pracę wszystkich instalacji w systemie, zarządza
awariami, udostępnia sygnały oraz włącza i
wyłącza urządzenia.
Firma TSB zyskała już bogate doświadczenie w
zakresie monitorowania i sterowania systemami
Smart Grid. Przy tej okazji zainteresowała się
bliżej WAGO jako dostawcą komponentów do
systemów automatyki i modularnych sieci obiektowych. Między firmami nawiązała się już stała
współpraca, bazująca na wykorzystaniu między
innymi sterownika do teletechniki 750-872.
kompaktowa elektrociepłownia blokowa
É
Na zlecenie kraju związkowego Nadrenia-Palatynat TSB stworzyło Centrum Kompetencji Smart
Grid/Wirtualne Elektrownie, którego zadaniem
jest nadzorowanie rozwoju sieci dystrybucyjnej.
Centrum to skupia się na opracowywaniu praktycznych projektów technologicznych, m.in. z
dziedziny Smart Grid, wirtualnych elektrowni,
przepływu energii do regulacji obciążenia systemu, zasobników energii oraz bilansowania
popytu i podaży prądu w systemie.
É
É
■ Inteligentne sterowniki do zarządzania
rozproszonymi instalacjami wytwarzania energii w ramach jednego systemu Smart Grid ‒ to
główny obszar zainteresowań Transferstelle Bingen (TSB). Aktualny projekt TSB dotyczy systemu
sterowania dla wirtualnej elektrowni. Na jego
potrzeby TBS szukało odpowiedniego sterownika do teletechniki.
akumulator ciepła
ciepło
prąd
Wiele mikro-elektrowni połączono w jedną wirtualną elektrownię: po pierwsze, aby udostępnić
energię do regulacji, po drugie zaś, aby móc ją sprzedawać na giełdzie energii.
W WIRTUALNEJ ELEKTROWNI
É
e techniki WAGO z komunikacją IEC
kocioł peletowy
É
É
É
É
siłownia fotowoltaiczna
panele solarne
Schemat wirtualnej elektrowni
13
■ Telesterowanie w wirtualnej elektrowni
Po zakończeniu licytacji na giełdzie energetycznej moc wirtualnej elektrowni należy utrzymywać
w „stanie gotowości“. Następnie czeka się na
zgłoszenie zapotrzebowania przez operatora
sieci przesyłowej. Wtedy system sterowania TSB
uruchamia podłączone rozproszone systemy.
W trakcie procesu uruchamiania monitorowana
jest moc, na podstawie wartości pomiarowych
z poszczególnych jednostek tworzone są sumaryczne zestawienia i przekazywane do centrali
sterowania jako wartości minutowe. Wymaga
się, aby wirtualna elektrownia najpóźniej w
ciągu 15 minut osiągnęła maksimum swojej
wydajności. Sterownik do teletechniki WAGO
zapewnia transmisję wartości pomiarowych do
operatorów sieci oraz umożliwia zdalne sterowanie urządzeniami do generacji energii.
Przy wyborze najodpowiedniejszej techniki telesterowania TSB zdefiniowało szereg kryteriów i przetestowało wiele urządzeń. Konieczne
było spełnienie wymagań technicznych stawianych przez operatorów sieci przesyłowych, jak
również wymogów Smart Grid wirtualnej elektrowni. Ważnym aspektem przy podłączeniu do
centrali dystrybucyjnej operatora sieci był przede wszystkim format protokołu IEC. Sieć TSB
zakładała transmisję TCP/IP (MODBUS). W sterowniku do teletechniki dane z formatu IP miały
być przetwarzane na format IEC. Kolejnym
zadaniem było protokołowanie usterek oraz ich
wizualizacja przez interfejs WWW sterownika.
Cały proces musiał być ponadto sprawdzony
pod kątem bezpieczeństwa i niezawodności
oraz zmieścić się w budżecie przewidzianym
dla małych, rozproszonych instalacji. Okazało
się, że technika oferowana przez WAGO jest
optymalnym wyborem, pozwalającym na
spełnienie wszystkich wymagań.
direct energetyka
13
■ Teletechnika i automatyzacja w systemach Smart Grid
„Zdecydowaliśmy się na sterowniki do teletechniki WAGO, gdyż
zapewniają one komunikację IEC i idealnie nadają się do automatyzacji sieci przesyłowych i dystrybucyjnych. Poza tym WAGO
zaoferowało najbardziej korzystny stosunek ceny do wydajność
systemu“, wyjaśnia kierownik projektu Wirtualnej Elektrowni w TSB,
Tobias Langshausen. Jak bowiem pokazuje doświadczenie, innowacyjna technika telesterowania jest najlepsza dla potrzeb Smart Grid.
Sterownik WAGO zapewnia obsługę protokołów teletechniki IEC
60870-5-101 (komunikacja szeregowa) IEC 60870-5-104 (komunikacja po TCP/IP) lub IEC 61850 do zabezpieczeń i komunikacji
w systemach stacyjnych układów średniego i wysokiego napięcia,
np. w elektrowniach wiatrowych (IEC 61400) lub rozproszonych
źródłach energii (IEC 61850-7-420).
Sterownik WAGO do teletechniki wchodzi w skład modularnego systemu I/O, niezależnego od typu sieci obiektowej umożliwiającego
podłączanie sygnałów z czujników i elementów wykonawczych.
System ten od lat jest z sukcesem stosowany w automatyce
przemysłowej. Wartości pomiarowe z obiektu są rejestrowane przez
podłączone do sterownika moduły I/O. Zróżnicowane wymagania w przemyśle sprawiły, że oferta obejmuje teraz przeszło 400
różnych modułów I/O. Zaletą systemu jest również bezpośrednie
tworzenie magistrali zasilającej, dzięki czemu nie potrzeba w rozdzielnicy miejsca na dodatkową listwę zaciskową. Moduły I/O
pozwalają również na zintegrowanie z systemem dodatkowych
funkcjonalności, na przykład zadań automatyki budynkowej.
.
praktyce. „Dużą zaletą jest dla nas elastyczność, jaką zapewnia ta
technologia. System bazuje na przejrzystych zasadach i umożliwia
realizację praktycznie wszystkich zadań“, mówi kierownik projektu.
W jego opinii sterownik do teletechniki pracuje niezawodnie, a jego
obsługa jest logiczna i jednoznaczna. Pozwala również na spełnienie
wymogów stawianych przez operatorów sieci przesyłowej.
Z perspektywy TSB czynnikiem decydującym o elastyczności systemu jest jego modularna budowa. Ponieważ w systemie modularnym
dla każdego sygnału przewidziany jest osobny moduł, do sterownika można podłączyć dowolną ich liczbę i dane odczytywać przy
użyciu jednego tylko rejestru. Również programowanie, parametryzacja i wizualizacja przy użyciu CODESYS (Code Development System od 3S-Smart Software Solutions GmbH) jest ‒ jak potwierdza
kierownik projektu ‒ prosta i logiczna. Bardzo pomocne są przy tym
zintegrowane w CODESYS przykładowe projekty i biblioteki.
Tekst: Volker Allgeier, WAGO
Zdjęcia: WAGO
■ Technika niezawodna i elastyczna
„Ponieważ jesteśmy stosunkowo niewielkim instytutem, nie jest nam
łatwo przebić się z wymaganiami u dużych producentów. Tym
większą niespodzianką było dla nas wsparcie uzyskane od WAGO.
Nasze pomysły i doświadczenia w zakresie Smart Grid zostały od
razu podchwycone i zrealizowane przez dział rozwoju produktów“,
opowiada Christian Pohl, dyrektor TSB. Dobre wsparcie pomogło
nam w szybkim rozwiązywaniu wszystkich problemów.
Zdaniem TSB sterownik do teletechniki sprawdził się również w
Z perspektywy TSB czynnikiem decydującym o elastyczności systemu jest jego modularna budowa. Ponieważ w systemie modularnym
dla każdego sygnału przewidziany jest osobny moduł, do sterownika można podłączyć dowolną ich liczbę i dane odczytywać przy
użyciu jednego tylko rejestru.
Teletechnika WAGO zapewnia niezawodną
transmisję wartości pomiarowych do operatorów
sieci przesyłowych.
Telesterowanie spełnia wymagania techniczne
operatorów sieci przesyłowych i wymogi Smart
Grid wirtualnej elektrowni.
TSB doceniło modularną budowę i elastyczność
zastosowań WAGO-I/O-SYSTEM.
14
DYSTRYBUCJA ENERGII
Z INTELIGENCJĄ WAGO
Efektywne wykorzystywanie energii elektrycznej oraz
konieczność zapewnienia coraz wyższej jakości zasilania
zmusza właścicieli sieci do stałej modernizacji infrastruktury
elektroenergetycznej.
■ Aby sprostać nowym wyzwaniom i potrzebom, przedsiębiorstwa energetyczne inwestują w nowe technologie. Obecnie każdą nowoczesną
inwestycję standardowo wyposaża się w urządzenia do zdalnego monitorowania elementów składowych i sterowania całym układem. Automatyzowana jest infrastruktura dystrybucyjna i przesyłowa zarówno w
energetyce zawodowej, jak i zakładach przemysłowych. Niewątpliwie
duży wpływ na zachodzące zmiany miało uruchomienie w naszym kraju pilotażowego projektu inteligentnych sieci i systemów pomiarowych
(Smart Grid i Smart Metering).
Firma WAGO od lat przyglądała się i analizowała zmiany zachodzące
w energetyce i aktywnie włączyła się w proces przemian, dostarczając
zaawansowane technologicznie produkty do monitorowania stanu
obiektów i sterowania urządzeniami. WAGO-I/O-SYSTEM to niezwykle
różnorodny, elastyczny, ale przede wszystkim modularny systemu sterowania, który zawiera specjalizowane komponenty stosowane z powodzeniem w energetyce, budownictwie, transporcie, górnictwie oraz wielu
innych gałęziach przemysłu. System zapewnia dużą swobodę projektowania zarówno na pierwszym etapie tworzenia aplikacji, jak również
przy jej rozbudowie. Niezawodność działania została potwierdzona
aprobatami jednostek certyfikujących oraz praktycznymi realizacjami
na wielu obiektach energetycznych i przemysłowych, niejednokrotnie w
bardzo trudnych warunkach środowiskowych.
■ Monitorowanie stacji elektroenergetycznej SN/nn
WAGO opracowało modelowe rozwiązanie dla automatyki pracy
stacji energetycznych SN/nn oraz monitorowania odnawialnych
źródeł energii elektrycznej. Umożliwia ono prostą i niskokosztową
instalację urządzenia na istniejącym już obiekcie. Do pomiaru prądów
wykorzystane zostały cewki Rogowskiego (elastyczne cęgi prądowe o
prądach znamionowych 500 A i 2000 A, owijane wokół szyn lub przewodów), w związku z czym stacja nie musi być przebudowywana dla
zamontowania przekładników prądowych. Obwody pomiarowe montuje się w łatwy sposób, bezpośrednio na szynach w rozdzielnicy, a
gabaryty urządzenia nie stwarzają problemu ze znalezieniem miejsca
do jego zainstalowania. Wszystkie sygnały z monitorowanego obiektu dołączone są do sterownika PLC za pomocą modularnych wejść/
wyjść analogowych oraz dwustanowych. Taka konfiguracja zapewnia
realizację pomiarów bilansujących, sygnalizację stanów łączników
na stacji oraz ich zdalne sterowanie. Pomiary napięć, prądów, energii
Zestaw monitorujący pracę odnawialnych źródeł energii
czynnej i biernej, współczynnika mocy, częstotliwości oraz zawartości
harmonicznych, a także inne zdarzenia obiektowe (sygnalizacje i sterowania) są archiwizowane w pamięci urządzenia wraz ze stemplem
czasowym i mogą być przesyłane do użytkownika wg indywidualnie
zdeklarowanych reguł, utworzonych w procesie parametryzacji.
direct energetyka
15
Kompletny zestaw WAGO do monitorowania
pracy stacji elektroenergetycznej SN/nn
Komunikacja z urządzeniem realizowana jest za pośrednictwem
łączności bezprzewodowej. Do tego celu wykorzystany został ruter
GPRS ze standardowymi protokołami transmisji, np. IEC 60870, IEC
61850, Modbus TCP/RTU, Ethernet IP. Dodatkowo, dzięki zabudowanemu w sterowniku serwerowi WWW, urządzenie pozwala
na prostą i darmową wizualizację stanu pracy stacji (wykonaną
w sterowniku, a dostępną poprzez sieć Ethernet i przeglądarkę
internetową). Zasilanie układu odbywa się przez zespół UPS
złożony z zasilacza impulsowego 230 V AC/24 V DC oraz akumulatorów. Zespół ten jest również monitorowany przez sterownik, a informacje o stanie pracy zespołu oraz innych urządzeń, wysyłane do
systemów nadrzędnych SCADA, mogą być niezwykle pożyteczne
w późniejszej eksploatacji. Serwer WWW pozwala użytkownikowi
na tworzenie własnych stron HTML, umożliwiając w ten sposób kreowanie prostych narzędzi diagnostycznych, szczególnie przydatnych
podczas uruchomienia stacji i przy zarządzaniu jej pracą.
■ Monitoring i sterowanie pracą odnawialnych źródeł energii
Coraz większy problem dla dystrybutorów energii stanowią w ostatnich latach podłączane do sieci mikroźródła oraz odnawialne
źródła energii. Rozpoczęty kilkanaście lat temu proces wiąże się z
coraz bardziej skomplikowaną integracją różnorodnych technologii
i urządzeń w ramach jednego systemu. Zapewnienie odpowiedniej
jakości dostarczanej użytkownikowi energii elektrycznej wymaga
ścisłego monitorowania takich obiektów oraz zachowania wpływu na
zachodzące tam procesy generowania. Przy wykorzystaniu komponentów WAGO-I/O-SYSTEM możliwe jest stworzenie bardzo ekonomicznego i elastycznego rozwiązania do przekazywania informacji
o stanie pracy źródeł odnawialnych (biogazownie, turbiny wiatrowe,
farmy fotowoltaiczne, itp.) przy jednoczesnym zdalnym sterowaniu
pracą obiektu oraz redukcją generowanej energii w kilku zadeklaro-
Programy aplikacyjne WAGO do pomiarów parametrów sieci
16
wanych stopniach. Integracja systemu technologicznego wytwórcy z
systemem dyspozytorskim spółki dystrybucyjnej odbywa się z wykorzystaniem wspomnianych wcześniej standardów komunikacyjnych.
Przedstawione rozwiązania to tylko wybrane przykłady realizacji
projektów automatyzacji infrastruktury elektroenergetycznej z wykorzystaniem WAGO-I/O-SYSTEM. Paleta urządzeń oferowanych przez
WAGO oraz aplikacji energetycznych jest niezwykle bogata.
Tekst: Marcin Surma, WAGO ELWAG
Zdjęcia: WAGO
NIEZALEŻNOŚĆ DZIĘKI
TECHNICE TELESTEROWANIA
Gateway do teletechniki WAGO udostępnia centrum
dyspozytorskiemu dane z nawet 64 stacji telesterowania,
niezależnie od wykonawcy obiektu i zastosowanej
wewnętrznej sieci komunikacyjnej.
■ We wszystkich sieciach zaopatrujących odbiorców w media wodę, prąd lub gaz - wzrasta dziś znaczenie lokalnych dostawców
oraz konieczność zapewnienia jednorodności systemu sterowania.
W związku z tym coraz większym wzięciem cieszą się inteligentne,
elastyczne rozwiązania do telesterowania. WAGO oferuje w tym
zakresie nowe, kompaktowe gatewaye do telesterowania,
umożliwiające podłączenie do systemu w ramach otwartej struktury
nawet 64 podstacje. Dzięki nim użytkownicy zyskują niespotykaną
dotychczas niezależność, przejrzystość i efektywność.
Dynamiczna rozbudowa energetyki odnawialnej spowodowała
znaczny wzrost liczby rozproszonych producentów energii. Trend
ten powoduje odejście od tradycyjnych sieci energetycznych z centralnym wytwarzaniem energii w stronę struktury z licznymi, heterogenicznymi instalacjami, jak np. kompaktowe elektrociepłownie blokowe, parki solarne, farmy wiatrowe, biogazownie czy elektrownie
wodne. Nowe wyzwania wymagają stosowania nowoczesnych, inteligentnych sieci zasilających do sterowania, dystrybucji, magazynowania i wytwarzania energii elektrycznej – tak zwanych „Smart
Grids“. Podobną tendencję można zaobserwować również w innych obszarach - dystrybucji gazu, wody i ścieków. W efekcie takiego rozproszenia w sieci powstaje ogromna liczba punktów lokalnego sterowania, które niejednokrotnie wyposażone są w urządzenia
i zamknięte systemy, pochodzące od różnych producentów,
całkowicie nieczytelnych dla operatorów sieci dystrybucyjnych.
Przy każdej modyfikacji takiego lokalnego systemu, zmianach w
oprogramowaniu lub parametryzacji operatorzy sieci muszą
zwracać się do dostawcy lub integratora. Przez to struktury stają się
nieelastyczne i generowane są dodatkowe koszty eksploatacji. W
celu zapewnienia komunikacji między lokalnymi stacjami a systemem sterowania operatorzy byli skazani na wyroby dostawcy
układu sterowania. Taki stan rzeczy uniemożliwiał zastosowanie
korzystniejszych cenowo lub lepszych produktów. Ta niekomfortowa
dla klienta sytuacja zmieniła się obecnie dzięki nowemu gatewayowi do teletechniki WAGO (WTG).
direct energetyka
17
strefa
obiektowa
system
sterowania
centrum
dystrybucji
■ Liberalizacja rynku
Gateway wprowadza po raz pierwszy otwarty sposób transmisji
pomiędzy instalacjami na obiekcie a systemem sterowania. Komputer przemysłowy z oprogramowaniem WAGO do telesterowania
jako gateway komunikacyjny umożliwia podłączenie do systemu
sterowania (zgodnie z 60870-5-101/104) 64 podstacji telesterowania (zgodnie IEC 60870-5-104). Do komunikacji szeregowej z
urządzeniami na obiekcie, do komputera przemysłowego można
podłączyć nawet dwanaście modułów RS-232. Gateway sprawdza
się wszędzie tam, gdzie podłączane podstacje telesterowania
pochodzą od różnych producentów lub problemem stają się ograniczenia sieci wynikające z maksymalnej liczby dołączonych
urządzeń.
Komunikacja z urządzeniami na obiekcie jest realizowana przez:
łącze stałe, połączenia komutowane lub transparentne połączenie
TCP/IP (ruter DSL lub GPRS), a z systemem sterowania przez ETHERNET lub łącze szeregowe. Do centrum dyspozytorskiego dane transmitowane są w odwzorowaniu „jeden do jednego“, z odpowiednim
zabezpieczeniem, bez konieczności dodatkowej parametryzacji.
Opcjonalnie komunikacja może przebiegać redundantnie – dzięki
podłączeniu do systemu dwóch komputerów IPC na bazie TCP/IP.
Takie rozwiązanie zwiększa bezpieczeństwo w przypadku krytycznych zastosowań, np. przy gospodarce ściekowej, gdzie za wszelką
cenę należy wykluczyć zanieczyszczenia środowiska. Taka struktura
umożliwia również podłączenie do jednego IPC dwóch różnych systemów sterowania.
gateway do teletechniki WAGO
zgodnie z IEC 60870-5-104
i IEC 60870-5-101
gateway do teletechniki WAGO
„light“ do maks. 16 podstacji
ruter ze stałym IP
transmisja
zgodnie z IEC
60870-5-104
przez IPSec
tunelu VPN
GSM
transmisja
IEC 60870-5-101/-103/-104
transmisja
IEC 60870-5-101/-103/-104
połączenie modemowe
1 ... 64 podstacji telesterowania
18
■ Skalowanie i redukcja kosztów
Gateway umożliwia zbieranie danych ze wszystkich stacji telesterowania (niezależne od dostawcy lokalnego systemu i zastosowanej
sieci obiektowej) oraz ich transmisję do centralnego systemu sterowania. Oprócz przesyłu danych wspiera koordynację połączeń
analogowych, komutowanych, GSM i ISDN przychodzących oraz
wychodzących z podstacji. Funkcjonalność ta nie wymaga specjalnego oprogramowania ani parametryzacji. Za pośrednictwem
Web-Based-Management (WBM) użytkownicy mogą samodzielnie
dodawać abonentów sieci i modyfikować system ― w ramach umowy licencyjnej. Ułatwia to instalację nowych podstacji telesterowania i obniża koszty integracji. Nie trzeba bowiem zlecać tej
usługi na zewnątrz. Duża przejrzystość danych pozwala
użytkownikom na samodzielne rozpoznawanie i zdalną eliminację
zauważonych błędów w działaniu urządzeń na obiekcie.
Gateway WAGO do teletechniki to rozwiązanie ekonomiczne pod
każdym względem: pozwala na zaoszczędzenie kosztów serwisowania, przekonuje korzystną ceną i skalowalnością w zależności od
zastosowania. Oprócz wersji dla maks. 64 podstacji, dostępny jest
wariant „light“, ograniczony do czterech linii na obiekcie i
pozwalający na podłączenie maksymalnie 16 podstacji telesterowania. Pod względem funkcjonalności wariant „WTG Light“ nie ma
żadnych ograniczeń. To uszczuplone wykonanie przeznaczone jest
zwłaszcza dla rozproszonych wytwórców energii z odnawialnych
źródeł, np. parków solarnych lub farm wiatrowych, i ze względu na
skalowalność stanowi nowum w dziedzinie przesyłu i dystrybucji.
1 … 16 podstacji telesterowania
z połączeniem modemowym
■ Modularność i elastyczność
Gateway jest elementem WAGO-I/O-SYSTEM, który spełnia wszystkie wymogi stawiane obecnie systemom sterowania w sieciach
energetycznych, wodociągowych, gazowych i kanalizacyjnych. System ten oferuje ponad 400 różnych modułów I/O – analogowych
lub dwustanowych wejść i wyjść, od 16-kanałowych modułów
dwustanowych po moduły specjalne, jak na przykład moduły pomiaru mocy 3-fazowej. W systemie można zintegrować również
komunikację radiową oraz rozwiązania dla obszarów zagrożonych
wybuchem z podzespołami iskrobezpiecznymi (z certyfikatem Ex i).
WAGO-I/O-SYSTEM oferuje komponenty do monitorowania sieci
przesyłowych i dystrybucyjnych energii, co ma zapewnić zaopatrzenie w energię w sposób efektywny i niezawodny. System I/O komunikuje się bowiem „językiem“ operatorów sieci: poprzez protokoły
IEC 60870-5-101 i -104 oraz IEC 61850/61400. Konfigurator w
CODESYS pozwala na generowanie komunikatów IEC bez
konieczności programowania. Gateway zapewnia w mieszanej sieci jednolitą bazę sprzętową, gwarantującą bezpieczną transmisję
danych, a operatorowi sieci umożliwia bezpieczeństwo
zarządzania.
■ Większa ekonomiczność
Gateway udostępnia centrum dyspozytorskiemu dane z 16 lub 64
stacji telesterowania, niezależne od wykonawcy obiektu i zastosowanej sieci. Tym samym w unikalny sposób zwiększa swobodę
działania operatora systemu. Dzięki większej przejrzystości mogą
oni samodzielnie usuwać zakłócenia na obiekcie, bez konieczności
interwencji producenta układu sterowania. Poza tym operatorzy sieci mogą dobierać komponenty systemu od dowolnego producenta.
To przynosi znaczne oszczędności i ułatwia modyfikację systemu.
Gateway, będący łatwym w obsłudze interfejsem do niezawodnej,
zdalnej transmisji danych, idealnie nadaje się do efektywnego sterowania rozproszonymi systemami w centrach dystrybutorskich i jest
ekonomiczną alternatywą dla operatorów.
Tekst: Kay Miller, WAGO
Zdjęcia: WAGO
Gateway wprowadza po raz pierwszy otwarty poziom transmisji pomiędzy instalacjami na
obiekcie a systemem sterowania.
Łatwiejsza instalacja przez Web-BasedManagement redukuje nakłady potrzebne
na integrację podstacji telesterowania.
Nowum pod względem skalowalności:
„WTG Light“ przeznaczone jest zwłaszcza dla
wytwórców energii z odnawialnych źródeł.
direct energetyka
19
STEROWNIK WAGO-I/OTELESTEROWANIA
Sterowanie rozproszone i telesterowanie: przy mode
firma Thüringer Energie AG sięgnęła po komponenty
■ Konieczność rezygnacji z połączeń modemowych podczas modernizacji stacji redukcyjnej gazu Bodelwitz skłoniła właścicieli do
przejścia na protokół do teletechniki IEC 60870-5-104. Wcześniej
automatyka obiektu była realizowana przy użyciu różnych,
częściowo analogowych urządzeń, a transmisja danych do centrum
dyspozytorskiego odbywała się przez modem. Thüringer Energie
AG zdecydowała się na WAGO-I/O-SYSTEM, który nie tylko oferuje urządzenia o funkcjonalności PLC, lecz także dzięki sterownikowi
do teletechniki wspiera różne protokoły do telesterowania, np. zgodne z IEC 60870 lub IEC 61850.
W stacji redukcyjnej gazu Bodelwitz w Turyngii krzyżują się główne
magistrale ciśnieniowe rurociągów gazu ziemnego Thüringen-Sachsen GmbH (ETG) i Thüringer Energie AG. Wszystkie dane potrzebne
dla sterowania procesem przesyłu i do rozliczeń są uzyskiwane redundantnie. Ilości gazu przesyłane przez stację wyznaczane są
przez centrum dyspozycyjne w Erfurcie. Do tej pory dane były przekazywane łączami modemowymi. Konieczność wycofania ich
z eksploatacji wymusiła potrzebę przeprowadzenia modernizacji
podstacji oraz sposobu telesterowania. Firma Thüringer Energie AG
poszukiwała w związku z tym systemu automatyki, umożliwiającego
20
równocześnie rozproszone sterowanie i zdalną teletransmisję. Miał
on również za zadanie przetwarzanie sygnałów z obszarów
zagrożonych wybuchem. Wybór padł na WAGO-I/O-SYSTEM i sterownik do teletechniki.
■ All-in-one: teletechnika i automatyzacja...
„Zdecydowaliśmy się na WAGO, gdyż sterownik do teletechniki pozwala na realizację klasycznych funkcji automatyzacji oraz telesterowania przy użyciu jednego systemu“, uzasadnia ten wybór Ulf
Quasnica. Sterownik do teletechniki przetwarza wartości procesowe lub teletechniczne na dane zgodnie z wymogami IEC 60870-5101 (szeregowo) lub IEC 60870-5-104 (na bazie TCP/IP). Jest to
możliwe dzięki specjalnemu oprogramowaniu sterownika i zaimplementowanej bibliotece w CODESYS. Oprogramowanie uwzględnia
ponadto redundantny schemat komunikacji, dzięki czemu sterownik
może komunikować się nawet z czterema centrami sterowania
zgodnie z IEC 60870-5-104. Liczne funkcje, realizowane do tej
pory przez różne komponenty, zostały teraz przejęte przez
WAGO-I/O-SYSTEM i sterownik do teletechniki.
Dołączone do sterownika moduły I/O (analogowe i dwustanowe)
udostępniają wszystkie istotne wartości pomiarowe, takie jak
W stacji redukcyjnej Bodelwitz spotykają się dwie główne magistrale ciśnieniowe (> 25 bar). Tutaj też znajduje się punkt poboru dla
średniego (16 bar) i niskiego ciśnienia (1 bar).
-SYSTEM W APLIKACJI
ernizacji stacji redukcyjnej
y WAGO dla automatyki.
WAGO-I/O-SYSTEM udostępnia przez moduły I/O wszystkie istotne
wartości pomiarowe, również z przestrzeni zagrożonych wybuchem.
Programowalny sterownik do teletechniki pełni funkcję regulatora
i przetwarza dane na wymagany protokół do telesterowania.
ciśnienie, temperatura, przepływ i stan napełnienia. Parametry elektryczne sieci zasilającej stację, takie jak napięcie, prąd, moc, cos phi
itp. są bezpośrednio odczytywane przez moduły pomiaru mocy
3-fazowej. Ponieważ stacja Bodelwitz posiada teraz połączenie
DSL, komunikacja z centrum dystrybucyjnym może być oparta na
protokole do teletechniki 104 na bazie TCP/IP.
■ ...aż do strefy Ex
„Sterownik do teletechniki i połączone z nim moduły I/O redukują
lokalny układ sterowania do jednego systemu, co znacznie upraszcza obsługę. Moduły Ex i zapewniają komfortowe przetwarzanie
sygnałów z obszarów Ex, bez potrzeby rozdzielania stref przez dodatkowe komponenty, takie jak bariery Zenera“, dodaje specjalista
z TEN Thüringer Energienetze GmbH. Przebudową stacji telesterowania zajęła się firma Streicher GmbH Tief- und Ingenieurbau z
Jeny. Roland Pfeifer, kierownik działu Service ELT/Automation w
Streicher, jest zaskoczony prostotą rozwiązania i zwięźle ujmuje
korzyści oferowane przez system: „WAGO-I/O-SYSTEM umożliwia
podłączenie sygnałów z przestrzeni zagrożonych wybuchem
bezpośrednio do specjalnych modułów. Pozwala to ograniczyć
liczbę podzespołów i zmniejszyć koszty związane z oprzewodowaniem. Poza tym system realizuje wszystkie zadania na stacji: generowanie impulsów bezpieczeństwa, sterowanie nagrzewaniem gazu
oraz regulacja ciśnienia i przepływu gazu, a także telesterowanie i
wizualizacja procesów.“
■ Regulator PI zaimplementowany w sterowniku do teletechniki
Programowa regulacja w sterowniku ilości pobieranego gazu oraz
ciśnienia gazu zastąpiła odrębny regulator przemysłowy z interfejsem analogowym. Oprogramowanie pochodzi od firmy 3S-Smart
Software Solutions GmbH i zostało zapisane jako aplikacja w sterowniku.
Programowanie realizowane jest w CODESYS zgodnie z IEC
61131-3 i obejmuje takie funkcje jak: ochrona licznika, regulacja
ilości i ciśnienia gazu, przełączanie bez uderzeń ciśnienia, tryb pracy przerywanej, sterowanie ręczne i adaptacja do istniejących
urządzeń. Dzięki rozproszonym funkcjom sterowania i wizualizacji
uzyskano pełny nadzór nad stacją, a w razie awarii komunikacji
można sterować nią lokalnie.
Regulacja poboru i ciśnienia gazu
Mierniki ciśnienia i temperatury na obiekcie dostarczają do sterownika
wartości wejściowe.
Tekst: Ulrich Menzel, WAGO
Zdjęcia: WAGO
direct energetyka
21
POMIAR MOCY W LOKAL
Optymalna rozbudowa sieci: zastosowanie komponentów
ograniczyć koszty magazynowania energii w lokalnych sie
■ Rewolucja energetyczna w Niemczech spowodowała gruntowne
zmiany w systemie wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej. Do
najczęściej dyskutowanych tematów należy wykorzystanie instalacji
solarnych i siłowni wiatrowych w systemie energetycznym oraz
rozbudowa sieci. Ważną kwestią jest również magazynowanie energii elektrycznej na poziomie lokalnym lub regionalnym, tak aby
można było nawet częściowo zrezygnować z rozbudowy sieci. W
rozwiązaniach do magazynowania energii w sieciach lokalnych firma IBC SOLAR stosuje sterownik i moduły pomiaru mocy WAGO.
Rozbudowa sieci wiąże się często z wysokimi kosztami. Sytuacją
idealną byłaby możliwość zużywania energii elektrycznej w chwili,
gdy jest wytwarzana i dokładnie tam, gdzie jest wytwarzana. I tu
właśnie widać dotkliwie minusy instalacji fotowoltaicznych i siłowni
wiatrowych, wytwarzają one bowiem prąd tylko wtedy, gdy świeci
słońce i wieje wiatr. Poza tym na terenach wiejskich sieć niskiego
napięcia jest stosunkowo słabo rozwinięta i przesył energii bez
rozbudowy sieci średniego napięcia okazuje się często niemożliwy.
Jeżeli w sieci lokalnej pracuje kilka instalacji fotowoltaicznych, to w
szczytowym momencie przesyłu sieć (zwłaszcza około południa)
szybko osiąga granice swojej obciążalności. Logiczną alternatywą
do przesyłania prądu przez sieć średniego napięcia lub rozbudowy
sieci lokalnej jest zastosowanie lokalnego akumulatora energii, który
w godzinach południowych przejmie nadwyżki energii i w razie
konieczności odda je wieczorem.
■ Lokalny zasobnik energii jako projekt pilotażowy
W pilotażowym projekcie, prowadzonym w Neustadt (okręg Coburg) przez miejskie zakłady komunalne oraz firmę IBC SOLAR
specjalizującą się w fotowoltaice, zdecydowano się na włączenie
akumulatora energii do sieci lokalnej. Lokalny zasobnik energii, uruchomiony we wrześniu 2012 r. składa się z baterii ołowiowych o
łącznej pojemności 236 kWh, dwukierunkowych przetwornic
częstotliwości i licznych urządzeń AKPiA.
Centralnym elementem układu sterowania jest WAGO-I/O-SYSTEM
750: programowalny sterownik ETHERNET (750-880) wyposażony
w moduły I/O do komunikacji szeregowej z przetwornicami
częstotliwości oraz moduł pomiaru mocy 3-fazowej (750-494).
Mierzy on napięcia i prąd we wszystkich trzech fazach, przez co
idealnie nadaje się do zastosowania w sieci dystrybucji energii.
„Zasada pracy lokalnego zasobnika energii bazuje przecież na
utrzymaniu napięcia na określonym poziomie“, wyjaśnia Marco Siller, odpowiedzialny za projekt w IBC SOLAR. W tym celu trzeba
znać dokładne wartości napięcia w sieci. Gdy napięcie nadmiernie
wzrasta, ładowane są baterie akumulatora. W zależności od
nasłonecznienia ma to miejsce najczęściej od godzin
przedpołudniowych do wczesnego popołudnia. Kiedy zaś wieczorem instalacje fotowoltaiczne nie będą dostarczały prądu, energia
zgromadzona w bateriach będzie przekazywana z powrotem do
sieci lokalnej.
Wprowadzenie lokalnego zasobnika energii sprawiło, że rozbudowa sieci lokalnej stała się zbędna.
22
NYM ZASOBNIKU ENERGII
WAGO do automatyki pozwoliło firmie IBC SOLAR
ciach.
■ Zaufanie do standardowych komponentów
W fazie pilotażowej specjaliści z IBC SOLAR pracowali między innymi nad optymalizacją regulacji. Nieco wolniejsza regulacja
przedłuża żywotność baterii. Algorytm regulacji sterownika WAGO
został zaprogramowany w CODESYS. Zastosowano tu ponadto
zintegrowaną wizualizację WWW. Przez interfejs ETHERNET
możliwy jest zdalny dostęp do wizualizacji. Dzięki temu można
kontrolować aktualny stan baterii – na przykład stopień ich
naładowania. Zmianę parametrów regulacji można przeprowadzać
również zdalnie, co było bardzo istotnym argumentem na rzecz optymalizacji.
■ Optymalizacja regulacji
Przy budowie zasobnika firma IBC SOLAR postawiła na standardowe komponenty, które w razie potrzeby można szybko wymienić.
Decyzja o zastosowaniu sterownika WAGO wynikała ponadto z
uniwersalności jego zastosowania. „Różne zakłady elektroenergetyczne“, mówi Siller, „stosują różne typy sieci obiektowych i interfejsy
do komunikacji z centrum dystrybucyjnym.“ W Neustadt stosowany
jest na przykład Modbus/TCP. Można jednakże zastosować sterowniki z innymi, dowolnymi interfejsami. Dzięki temu IBC SOLAR
stworzył uniwersalne rozwiązanie, które będzie mogło być wykorzystane praktycznie wszędzie.
Tymczasem lokalny zasobnik energii jest z powodzeniem eksploatowany od ponad roku. „Szczególnie na początku projektu
otrzymaliśmy duże wsparcie WAGO przy tworzeniu oprogramowania“, opowiada Marco Siller. Dalszą, większą część projektu przejęli
programiści IBC SOLAR. Dzięki optymalizacji regulacji w fazie
pilotażowej możliwa jest teraz automatyczna obsługa. Baterie akumulatora są ładowane i rozładowywane w zależności od ilości zmagazynowanej energii, przez co możliwe jest uzyskanie stabilnego
napięcia w sieci nn. Klasyczna rozbudowa sieci, która byłaby
najprawdopodobniej konieczna, jest teraz niepotrzebna.
Baterie ołowiowe o łącznej pojemności 236 kWh magazynują
w ciągu dnia nadmiar energii z instalacji fotowoltaicznych.
Lokalny zasobnik energii w sieci składa się z baterii, umieszczonych
w osobnym pomieszczeniu, oraz szybkich, dwukierunkowych przetwornic częstotliwości i szafy rozdzielczej z urządzeniami AKPiA.
Tekst: Manuel Schmidt, WAGO
Zdjęcia: Henning Rosenbusch/vor-ort-foto.de
Sterownik WAGO (750-880) reguluje proces
ładowania i rozładowywania baterii
akumulatora energii.
Sterownik WAGO 750-880, wyposażony m.in. w moduł do pomiaru mocy 3-fazowej, steruje procesem ładowania
i rozładowywania baterii.
Możliwy jest zdalny dostęp do wizualizacji
WWW zintegrowanej w sterowniku
ETHERNET.
Dzięki WAGO-I/O-SYSTEM architektura
zasobnika energii w sieci ma uniwersalne
zastosowanie.
direct energetyka
23
INTELIGENTNA SIEĆ ZASILAJ
Zarządzanie magazynowaniem energii na miarę przy
■ Na pierwszy rzut oka trudno się zorientować, że centrum
medyczno-opiekuńcze w Zella-Mehlis w Turyngii posiada innowacyjny system zasilający. Tylko wiata z instalacją solarną i zintegrowaną
stacją ładowania oraz moduły fotowoltaiczne na dachu pozwalają
przypuszczać, że tutaj myśli się o ekologicznym zasilaniu w energię.
Dopiero bardziej wnikliwa obserwacja pozwala dostrzec w pełnej
okazałości model „solar MobileStorage“, który gmina Zella-Mehlis
(Lerchenberg Service und Immobilien GmbH) zrealizowała przy
współudziale przedsiębiorstw Sinusstrom i WAGO i wsparciu Thüringer Energie-und GreenTech-Agentur (ThEGA).
Nowatorski projekt „solar MobileStorage“ zakładał połączenie
wytwarzania prądu przez instalacje fotowoltaiczne i wiatrowe, lokalnego zużycia energii, magazynowania jej nadmiaru w akumulatorze buforowym oraz zasilania floty pojazdów elektrycznych.
Wszystkie te elementy łączy inteligentny system sterowania, zrealizowany na zasadzie lokalnego Micro-Smart-Grid.
System ten pozwala na sterowanie i regulację przepływów energii w sposób efektywny i w zależności od zapotrzebowania.
Dzięki temu około 90 procent energii zużywanej przez centrum
medyczno-opiekuńcze dostarczane jest przez zintegrowane w
jednej sieci zasilającej urządzenia fotowoltaiczne (107 kW),
wiatrowe (5 kW), akumulator buforowy (68 kWh), kompaktową
24
elektrociepłownię blokową (15 kW/15 kW/30 kW) i cztery
samochody z napędem elektrycznym.
■ Autorskie rozwiązanie na miarę potrzeb
Sercem instalacji jest sterownik do teletechniki 750-880/025-001
WAGO-I/O-SYSTEM 750. Dzięki oferowanym przez niego licznym
interfejsom system automatyki można w razie potrzeby rozszerzać
bez większych trudności technicznych i nakładów finansowych.
Podobnie, bez większych nakładów, można rozbudowywać park
solarny. Dzięki zastosowaniu koncepcji łączenia ogniw w stringi i
wykorzystywaniu inwerterów stringowych możliwe jest bezstratne
dokładanie do systemu modułów różnych producentów i o różnych
mocach. Autorskie rozwiązania zaproponowane przez firmę
Sinusstrom GmbH – jak np. układ zarządzania bateriami, inteligentne skrzynki przyłączeniowe generatorów (IGAK) wraz z
przetwornicą DC/DC i funkcją trackingu MPP oraz implementacji
programowego regulatora w sterowniku – pozwoliły na połączenie
wszystkich źródeł wytwarzania energii oraz odbiorników w jednym
obwodzie prądu stałego.
System zasilania centrum medyczno-opiekuńczego jest ponadto
wyposażony w inteligentną przetwornicę częstotliwości. W ten
sposób zostały połączone ze sobą wszystkie elementy układu: sieć
mikroźródeł i odbiorników oraz sieć zasilania zewnętrznego.
JĄCA KLUCZEM DO SUKCESU
szłości - dzięki WAGO-I/O-SYSTEM 750
parki solarne
konwencjonalne
elektrownie
farmy wiatrowe
elektromobilność
odbiorcy
kompaktowe elektrociepłownie
blokowe
Przykłady zasobników energii:
baterie/akumulatory
sterownik WAGO 750-880/025-001
z modułami I/O akumulator ciepła
elektrownie szczytowo-pompowe
direct energetyka
25
Serce instalacji w Zella-Mehlis:
sterownik do teletechniki 750-880/025-001
WAGO-I/O-SYSTEM 750
W celu pomiaru zwracanej do sieci zasilania niewykorzystanej energii oraz do stałej kontroli wytworzonej lub zapotrzebowanej energii,
zastosowano moduły do pomiaru mocy 3-fazowej (750-494) z oferty WAGO-I/O-SYSTEM. Odczytują one dokładnie wszystkie istotne
wartości pomiarowe i stany, takie jak moc bierna/pozorna/czynna,
współczynnik mocy, kąt przesunięcia fazowego, częstotliwość oraz
przekroczenie/spadek napięcia i prądu względem wartości zadanych. W oparciu o uzyskane w ten sposób dane można efektywnie
sterować wytwarzaniem, magazynowaniem i zużyciem energii. Inteligentny system automatyki umożliwia zdalne monitorowanie oraz
redukcję mocy w rozproszonych instalacjach elektroenergetycznych
przez protokół do telesterowania IEC 60870-5-104, zgodnie z wytycznymi ustawy o odnawialnych źródłach energii.
■ Pojazdy elektryczne jako mobilne zasobniki
Oprócz wydajnego zasobnika o pojemności ładowania wynoszącej
68 kWh, w Zella-Mehlis stosowane są zasobniki mobilne w formie
pojazdów elektrycznych. Samochody z napędem elektrycznym,
należące do centrum medyczno-opiekuńczego, wyposażone są
w akumulatory trakcyjne. Dzięki temu samochody mogą być wykorzystywane nie tylko do wizyt domowych, dostarczania przesyłek
itp., lecz także pełnią funkcję dodatkowego zasobnika buforowego.
Szczególnie w dni świąteczne lub w weekendy, gdy nie korzysta się
z pojazdów i w centrum medyczno-opiekuńczym zużywa się niewie-
le energii, można magazynować nadwyżkową energię w akumulatorach trakcyjnych i wykorzystywać ją w dniach, gdy zużycie prądu
jest większe.
Firmy Sinusstrom i WAGO opracowały w zasobniku buforowym kompleksowy system zarządzania akumulatorami. Za pomocą czujnika
odczytywany jest stan naładowania oraz odbywa się sterowanie
każdym ogniwem; funkcja równomiernego obciążenia pozwala na
utrzymanie jednolitego poziomu naładowania ogniw baterii.
■ Projekt z perspektywami
Wdrożenie tego rozwiązania zapewniło miastu Zella-Mehlis miano
pioniera w dziedzinie kompleksowego wykorzystania energii z odnawialnych źródeł. Taka koncepcja zasilania wytycza drogę kolejnym projektom o mocy powyżej 100 kW, pokazuje, że możliwe jest
połączenie energii z różnych odnawialnych źródeł w jednej inteligentnej sieci oraz ich lokalne wykorzystanie w zależności od zapotrzebowania. Niebawem instalacja stanie się jeszcze efektywniejsza,
bowiem Sinusstrom pracuje nad rozwiązaniem, umożliwiającym programowanie systemu Micro-Smart-Grid w oparciu o dane pogodowe z regionu. Dzięki trybowi samouczenia oraz danym o zużyciu
energii z różnych pór dnia i tygodnia, pochodzącym od odbiorców,
system Micro-Smart-Grid w Zella-Mehlis stanie się zapewne jeszcze
efektywniejszy. Ale to będzie można ocenić dopiero przy bliższej
analizie, po kilku miesiącach pracy systemu.
Tekst: Olivia Köllmer,
Landesentwicklungsgesellschaft Thüringen GmbH
Zdjęcia: WAGO
Zarządzanie magazynowaniem energii
na miarę przyszłości dzięki
WAGO-I/O-SYSTEM 750
Efektywnie sterowanie wytwarzaniem,
magazynowaniem i zużyciem energii
26
Połączone w inteligentnym systemie MicroSmart-Grid: zasobnik akumulatorowy, generatory prądu, elektryczne odbiorniki energii i
urządzenia sieciowe
Serce systemu - sterownik do teletechniki
(750-880) i moduł do pomiaru mocy
3-fazowej (750-494)
Telesterowanie przy pomocy PFC200
Sterowniki PFC200 pozwalają na załączanie, regulację i monitorowanie
wszystkich funkcji telesterowania – od systemu zasilania, aż po elementy
wykonawcze i czujniki.
■ Dwa nowe sterowniki WAGO do zastosowań z zakresu telesterowania wspierają protokoły do telesterowania IEC 60870-5-101, -103
i -104, 61400-25 oraz 61850 (także telegramy Goose). Dzięki temu
można zyskać szybki dostęp do urządzeń w sieci Smart Grid – albo
przez wewnętrzną sieć, sieć telefoniczną, Internet lub bezprzewodowo
przez GSM, a także radiowo. Sterowniki PFC200 wyposażone są
w dwa złącza ETHERNET i jedno RS-232 /RS-485 z zaimplementowanymi protokołami (MODBUS TCP/UDP/RTU). Umożliwiąją one
szyfrowanie przez IPsec i VPN, przez co spełniąją wymogi najbardziej surowych standardów bezpieczeństwa. Sterowniki PFC do telesterowania sprawdzają się w warunkach ekstremalnych ― dzięki zakresowi temperatur -20 °C do +60 °C oraz wytrzymałej obudowie
bez ruchomych części (jak np. wentylatory, karty pamięci czy baterie)
i można je stosować w wymagających aplikacjach przemysłowych.
Wariant ECO (750-8202/025-002) sprawdzi się jako korzystna cenowo alternatywa dla klientów realizujących mniejsze zadania z użyciem
ograniczonej liczby modułów. Można do niego podłączyć maks. cztery moduły I/O i właśnie dzięki temu jest on ponad jedną trzecią tańszy
i bardziej kompaktowy. Z jego pomocą można sterować wirtualnymi
elektrowniami, redukować moc mikroźródeł, czy nadzorować lokalną
stację zasilającą.
Kompleksowa analiza sieci zasilającej
Odczyt zużycia energii ― moduł pomiaru mocy 3-fazowej mierzy wszystkie
wartości prądu i napięcia.
■ Moduł pomiaru mocy 3-fazowej 750-49x odczytuje bezpośrednio
wartości pomiarowe, takie jak moc bierna/pozorna/czynna, zużycie
energii, współczynnik mocy, kąt przesunięcia fazowego, częstotliwość
oraz przekroczenie/spadek napięcia i prądu względem wartości znamionowych. Możliwość rezygnacji z zewnętrznych urządzeń pomiarowych oznacza w tym przypadku nawet 10-krotną oszczędność.
Oprócz pomiaru zużycia energii, moduły z analizą wyższych harmonicznych oferują także inne funkcje do kompleksowej analizy sieci
zasilającej, które pozwalają na lokalizowanie zakłóceń (na przykład
poprzez rejestrację wartości szczytowych).
Dodatkowy pomiar prądu w przewodzie neutralnym może pomóc w
wykryciu uszkodzeń izolacji. Analiza 4-kwadrantowa dostarcza informacji o rodzaju obciążenia (indukcyjne, pojemnościowe) oraz jego
charakterze (odbiornik, generator). W celu udostępnienia mierzonych
wartości w systemie zarządzania energią, moduł podłącza się do interfejsu/sterownika sieciowego WAGO-I/O-SYSTEM. Możliwa jest
komunikacja w takich typach sieci obiektowych jak BACnet, KNX, PROFIBUS, PROFINET, ETHERNET czy EtherNet/IP.
direct energetyka
27
2828
AUTOMATYZACJA IN
Sterowniki WAGO z komunikacją IEC ułatwiają aut
■ W celu efektywnego zarządzania obciążeniem sieci energetycznych oprócz klasycznych komponentów takich jak liczniki i
łączniki, stosuje się coraz więcej urządzeń bazujących na najnowszych technologiach. To z kolei zwiększa znacząco ilość
generowanych i przesyłanych danych. Programowalne sterowniki
coraz częściej realizują nie tylko zadania lokalnej automatyzacji,
lecz również przejmują funkcję zdalnej transmisji i komunikacji
z centrami dyspozytorskimi przy pomocy międzynarodowych
protokołów do telesterowania. Takie „standardowe“ sterowniki
z komunikacją IEC oferują korzystny stosunek ceny do jakości i
ułatwiają automatyzację sieci.
Rosnące znaczenie oraz ilość energii pozyskiwanej z odnawialnych
źródeł rodzi nowe wymagania w zakresie rozliczania i zarządzania
obciążeniem sieci. Do tej pory sterowniki PLC automatyzowały
pracę pojedynczych rozproszonych jednostek, teraz zaś mają za
zadanie przekazywać informacje o stanie urządzeń do centrów
dyspozytorskich i wykonywać polecenia łączeniowe. Przy realizacji
zadań telesterowania wykorzystuje się protokoły komunikacyjne
zgodne z IEC 60870 i IEC 61850 wraz z podnormami oraz sieć
MODBUS i DNP3. Protokoły te różnią się od siebie pod względem
technicznym oraz różnym stopniem rozpowszechnienia w różnych
częściach świata. Normę IEC 61850 wprowadzono w roku 2004
jako globalny standard komunikacji dla zabezpieczeń i przesyłu
danych w układach średniego i wysokiego napięcia. W ramach ta-
Diagnostyka przez serwer WWW sterownika
kiej komunikacji poszczególne jednostki funkcyjne są modelowane
obiektowo, w przeciwieństwie do protokołów komunikacyjnych zorientowanych na sygnały. W konsekwencji, dla nowych obszarów
zastosowań trzeba tworzyć specyficzne rozszerzenia. W zakresie
nadzoru i sterowania zdefiniowano trzy tego rodzaju rozszerzenia:
IEC 61400-25 dla siłowni wiatrowych, IEC 61850-7-410 dla elektrowni wodnych i IEC 61850-7-420 dla rozproszonych instalacji
wytwarzania energii (fotowoltaika i układy akumulacji energii).
■ „Standardowe“ sterowniki z komunikacją IEC
Aby zapewnić użytkownikowi znormalizowany i łatwy w obsłudze
interfejs do komunikacji z centrum sterowania, WAGO zintegrowało
protokoły do telesterowania IEC 60870-5-101/-103/-104 i IEC
61850 w sterownikach WAGO-I/O-SYSTEM. Protokoły te są w
przypadku IEC 60870-5 zorientowane na sygnał, co oznacza,
że między centrum dyspozytorskim a sterownikiem wymieniane
są komunikaty, wartości pomiarowe, wzory bitów, wartości liczbowe i polecenia nastaw ze znacznikiem czasu lub bez niego. W
przypadku języka IEC 61850 wymiana takich informacji odpowiada ogólnemu typowi obiektu bazowego GGIO. Przewaga tego
standardu polega jednak na całej gamie opracowanych obiektów
o przypisanym typie, związanych na przykład z automatyzacją
transformatora sieciowego, wirnika siłowni wiatrowej czy instalacji
fotowoltaicznej. Gdy przyjrzymy się wszystkim rozszerzeniom standardu IEC-61850, do ogólnego obiektu typu GGIO dojdzie około
Konfigurator IEC60870 w CODESYS
NFRASTRUKTY SIECI
omatyzację sieci przesyłowych i dystrybucyjnych
220 specyficznych typów obiektów. Ponieważ producent sterownika nie wie, jakie typy obiektów IEC będzie stosował użytkownik,
oferowane przez niego rozwiązanie musi zakładać możliwość
obsługi wszystkich specyficznych obiektów, np. obiekt YPTR do integracji transformatorów.
Rozwiązanie WAGO udostępnia użytkownikowi znormalizowany
interfejs do komunikacji bez wewnętrznych powiązań logicznych
pomiędzy poszczególnymi typami obiektów. Tylko użytkownik
posiadający wiedzę na temat swojej aplikacji może samodzielnie
powiązać te obiekty. Programowanie zadań automatyki odbywa
się za pośrednictwem CODESYS, a program zostaje zapisany w
pamięci sterownika do teletechniki lub kompaktowego komputera
przemysłowego (I/O-IPC). Aby ułatwić użytkownikowi przygotowanie komunikacji pomiędzy centrum dyspozytorskim a sterownikiem,
w CODESYS zintegrowano narzędzie do konfiguracji dla obydwu
norm ‒ IEC 60870 i IEC 61850. Narzędzie to, dzięki opracowanym dodatkowo bibliotekom, wymusza jedynie parametryzację komunikacji IEC, bo jej programowanie nie jest konieczne.
ka. Dodatkową zaletą środowiska programistycznego CODESYS
jest możliwość bezpośredniego tworzenia wizualizacji procesu
sterowania i zapisywania jej na serwerze WWW sterownika. W
ten sposób docelowy klient otrzymuje do dyspozycji wygodną
platformę diagnostyczną, dostosowaną do swojego rozwiązania,
do której ma dostęp przez każdą przeglądarkę internetową. Dzięki
temu, że sterowniki z komunikacją IEC są rozwiązaniem typu „all-inone“, pozwalają na oszczędność miejsca w rozdzielnicy i redukcję
stopnia skomplikowania jej konstrukcji, co z kolei zmniejsza koszty
aplikacji automatyki.
■ Skalowalne sterowniki do wymagających aplikacji
Sterowniki, niezależnie od ich zastosowania posiadają ogólne właściwości, korzystne również dla projektów Smart Grid.
Niezależny od typu sieci obiektowej WAGO-I/O-SYSTEM,
obejmujący przeszło 400 modułów, pozwala na zrealizowanie
szeregu zadań automatyzacji przy użyciu jednego tylko sterowni-
Tekst: Martin Paulick, WAGO
Zdjęcia: WAGO
IEC 60870-5-101/-103/-104 i
IEC 61850 są zintegrowane w sterownikach WAGO-I/O-SYSTEM.
Narzędzia do konfiguracji CODESYS
ułatwiają przygotowanie komunikacji
z centrum sterowania.
Sterowniki z komunikacją IEC jako
rozwiązanie „all-in-one“ zajmują mniej
miejsca w rozdzielnicy i redukują stopień
skomplikowania jej konstrukcji.
Konfigurator IEC61850 w CODESYS
direct energetyka
29
30 30
750 XTR —
EXTREMALNIE
WYTRZYMAŁY
STANDARD
Odporny na działanie temperatur, skoki
napięcia, zakłócenia i wibracje
– WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR
sprawdza się tam, gdzie dla innych
systemów kończą się możliwości.
■ Aplikacje przemysłowe, górnicze, kolejowe, morskie czy energetyczne, z uwagi na niesprzyjające warunki otoczenia, stawiają
systemom automatyki duże wyzwania. WAGO-I/O-SYSTEM 750
XTR został opracowany specjalnie pod kątem zastosowania w
trudnym otoczeniu: jest odporny na działanie temperatur od
-40° C do +70 °C, napięcie, zakłócenia i wibracje.
WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR to „wzmocniona“ wersja popularnego i sprawdzonego WAGO-I/O-SYSTEM 750, zachowująca jednak wszystkie główne zalety systemu bazowego: dużą elastyczność,
modularność i szerokie możliwości zastosowań. Warianty XTR łatwo
rozpoznać po ciemnoszarym kolorze modułów. Dzięki modularnej
konstrukcji i różnorodności komponentów jest on idealnym, skalowalnym i ekonomicznym rozwiązaniem dla rozproszonych zadań automatyki. Jest również bardzo kompaktowy: w module o szerokości
12 mm mieści się 16 kanałów. W łączonych szeregowo komponentach – podobnie, jak w wszystkich komponentach WAGO – zastosowano sprawdzoną już w milionach aplikacji technikę zacisku
sprężynowego, co znacznie ułatwia obsługę.
WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR gwarantuje niezawodną pracę w
ekstremalnych warunkach otoczenia. Dlatego jest predestynowany
do zastosowania na przykład na statkach, platformach wiertniczych,
w kopalniach, transporcie szynowym, układach do wykorzystania
odnawialnych źródeł energii, jak elektrownie wiatrowe, fotowoltaika,
biogazownie lub lokalne stacje zasilania i dystrybucji energii. Do typowych zastosowań systemu należy również przemysł petrochemiczny, instalacje wodociągowe i kanalizacyjne.
■ Odporny na warunki pogodowe
Istotną cechą systemu XTR jest wysoka odporność zarówno na
bardzo niskie, jak i bardzo wysokie temperatury otoczenia.
Właściwość ta jest bardzo istotna między innymi tam, gdzie
urządzenia pracują na wolnym powietrzu, w konsekwencji czego również komponenty systemów automatyki wystawione są na
działanie zmiennych temperatur i wpływów atmosferycznych. W
ramach WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR dostępne są komponenty
przystosowane do pracy w zakresie temperatur od – 40 °C do
+70 °C. Pozwala to zapewnić sprawny rozruch systemu automatyki (na przykład po awarii zasilania) nawet w bardzo niskich
temperaturach, bez konieczności wstępnego rozgrzewania.
W przypadku systemu XTR dodatkowe komponenty do ogrzewania lub chłodzenia nie są potrzebne. Fakt ten oraz niewielkie rozmiary samych modułów pozwalają na zaoszczędzenie
i tak niewielkiej przecież ilości miejsca w szafie rozdzielczej i
ułatwiają zastosowanie tych elementów w małej przestrzeni. Brak
osobnego systemu klimatyzacji pozwala dodatkowo obniżyć
koszty zakupu, energii i serwisowania.
■ Niezakłócona komunikacja
WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR jest zabezpieczony przed
nagłymi skokami napięcia i spełnia podwyższone wymagania dotyczące wytrzymałości napięciowej zgodnie z normą
EN 60870-2-1. Szczytowe wartości napięcia mogą się
pojawiać np. w następstwie przepięć łączeniowych i usterek
w sieci zasilającej, przejściowych impulsów zakłócających
w czasie burzy, czy regulacji przy narastaniu napięcia
wyjściowego zasilaczy po dużych zmianach obciążenia.
Podwyższona wytrzymałość napięciowa rzędu 1 kV (klasa
VW1 dla modułów z napięciem zasilania < 60 V) i 5 kV (klasa
VW3 dla modułów z napięciem zasilania ≥ 60 V) zapewnia
bezawaryjną pracę systemu automatyki, gdyż elektronika jest
chroniona przed zakłóceniami.
Odporność na zakłócenia EMC zgodnie z normą EN 608702-1 zapewnia poprawną komunikację sieciową nawet w instalacjach bez zewnętrznego ekranowania. Zoptymalizowana
charakterystyka EMC WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR pozwala
na uniknięcie emisji zakłóceń, dzięki czemu możliwe jest jego
zastosowanie nawet w bezpośrednim sąsiedztwie czułych
systemów zewnętrznych. Sterownik z serii 750 XTR wspiera
dodatkowo protokoły telesterowania zgodne z IEC 60870-5101/-103/-104, IEC 61850-7, IEC 61400-25 i MODBUS.
■ Odporność na wibracje do 5g
WAGO-I/O-SYSTEM 750 XTR cechuje duża obciążalność mechaniczna, która znajduje wyraz w jego podwyższonej odporności
na wstrząsy i wibracje. Wyższa odporność na wibracje konieczna jest między innymi w sytuacjach, kiedy moduły umieszczane są
przykładowo w pobliżu silników lub łączników stacyjnych. System wykazuje dużą wytrzymałość na wibracje rzędu 5g zgodnie z DIN EN
60068-2-6. Odpowiada to przyspieszeniu 50 m/s². Odporność na
wstrząsy wynosi 15g (150 m/s²) zgodnie z IEC 60068-2-27 lub 25g
(250 m/s²) zgodnie z IEC 60068-2-29. Dzięki tym właściwościom
system doskonale sprawdza się nawet w tak wymagających zastosowaniach, jak maszyny do drążenia tuneli, które narażone są przecież
na bardzo silne wibracje.
direct energetyka
31
WAGO ELWAG sp. z o.o.
ul. Piękna 58a
50-506 Wrocław
tel.: 71 360 29 70
fax: 71 360 29 99
e-mail: [email protected]
www.wago.com
WAGOdirect energetyka
czerwiec 2014
Odpowiedzialny za treść:
Jacek Woźniak
0888-0814/0000-0434 • WAGOdirect energetyka 2014 • PL • 6/2014 • MP-140513001-WD_Energy_PL_2014-01
Biuro handlowe
ul. Powązkowska 15
01-797 Warszawa
tel.: 22 331 88 000
fax: 22 331 88 01