حل نقل نظام الطاقة الذكية

مقدمة.

تضمن شبكة اتصالات الطاقة التشغيل الآمن والمستقر لنظام الطاقة. وتُعد حماية المرحلات، ونظام التحكم في السلامة والاستقرار، ونظام أتمتة التوزيع الركائز الثلاث لسلامة واستقرار نظام الطاقة. ومن الضروري ضمان التشغيل الآمن والمستقر والاقتصادي لشبكة الطاقة، وهو بنية تحتية حيوية في نظام الطاقة. منذ شبكة الاتصالات الكهربائية لديها متطلبات صارمة فيما يتعلق بالموثوقية, السرعة والدقة في نقل المعلومات، ويتمتع قطاع الطاقة بميزة الموارد الفريدة لتطوير الاتصالات، وقد أنشأت معظم البلدان شبكات اتصال مخصصة لشركات الطاقة.

تحليل نقاط الألم في الاتصالات الذكية للطاقة.

1. إن تداخل نظام الطاقة شديد، مما يتطلب أن تتمتع معدات الاتصال الأمامية بقدرة قوية على مقاومة التداخل. وبالنسبة لمعظم مصنعي منتجات الاتصالات، فإن استقرار الإشارة ضعيف.
2. تقلبات جهد الإدخال، ومتطلبات جهد الإدخال الواسع لمعدات الاتصالات، مع متطلبات عالية لقدرة معدات الاتصالات على مقاومة الارتفاع المفاجئ في التيار.
3. لقد أصبح تأخير الاتصالات في نظام الطاقة مطلبًا صارمًا؛ حيث يؤدي نظام الإرسال ذو التأخير الطويل للإدارة الفعالة لنظام الطاقة إلى إحداث إزعاج كبير؛
4. يغطي نظام الطاقة مساحة واسعة، وصعوبة الصيانة، وتكلفة عالية لاستكشاف أخطاء المعدات وإصلاحها، ومتطلبات أعلى لاستقرار معدات الاتصالات.

حلول الاتصالات لنظام مراقبة محطات الطاقة الصناعية

متطلبات نظام مراقبة التلفزيون الصناعي

يتكون نظام المراقبة النموذجي بشكل أساسي من جزأين رئيسيين: المعدات الأمامية والمعدات الخلفية. يمكن تقسيم المعدات الخلفية إلى معدات تحكم مركزية ومعدات تحكم فرعية. تتمتع الأجهزة الأمامية والخلفية بطرق مختلفة للتكوين، ويمكن تحقيق الاتصال بينهما عن طريق الكابل أو الألياف الضوئية أو الميكروويف. 

حلول شبكة الألياف الضوئية الحلقية عالية الموثوقية

بالمقارنة مع الاتصالات عبر الكابلات والموجات الدقيقة، تتميز اتصالات الألياف الضوئية بالسرعة الفائقة، حيث تستخدم جميع معدات الربط واجهة ألياف بطول 1000 ميجابايت. تتميز بروتوكولات اتصالات الألياف الضوئية بالموثوقية العالية، ولا تتأثر بالإشارات الوسيطة والتداخل الكهرومغناطيسي والعوامل الخارجية الأخرى. لضمان موثوقية عالية، تبديل إيثرنت الصناعي تدعم تقنية HoweVision تقنية حماية الشبكة الحلقية المستندة إلى معيار ITU-T G.8032. ويمكنها تحقيق إصلاح ذاتي سريع للشبكة الحلقية في غضون 20 مللي ثانية عند تعطلها، مما يضمن التشغيل الموثوق لشبكة محطة الطاقة. تتميز مسافة الإرسال بطولها، حيث تصل إلى 80 كيلومترًا من نقطة إلى أخرى بدون مُرحّل، ويُعد زمن تشغيل الشبكة عاملًا حاسمًا لضمان شبكة احتياطية متواصلة. بخلاف أجهزة إيثرنت الصناعية ذات بروتوكول الحلقة الخاصة، فإن تقنية G.8032 المدعومة بمفاتيح إيثرنت الصناعية من HoweVision Technology تجعل الشبكة والأجهزة أكثر تنوعًا وقابلية للتكرار. وهي أكثر ملاءمة للتطبيقات في البيئات القاسية مثل مزارع الرياح، وتوربينات الرياح، ومحطات الطاقة الكهروضوئية.

شبكة احتياطية متواصلة

تصميم صناعي قياسي، قوي وموثوق

• IEC61000-4
• IEC60068-2
• IEC61000-6
• IEC61850-3
• IEEE1613
• CE، FCC، بنفايات

مجموعة متنوعة من المنتجات

تشمل منتجات إيثرنت الصناعية من HoweVision Technology خزانة البطاقات، ورفوف التثبيت، والطبقة 2/3، والمنافذ الكهربائية المتعددة، وجيجابت كامل، و10 جيجابت، وأنواع أخرى من المعدات. يتم تخصيص المزيد من المنتجات لخصائص الطلب في صناعة الطاقة لتلبية الاحتياجات المختلفة لعملاء صناعة الطاقة.

حلول إدارة الطاقة في محطة الطاقة

مع تطبيق أجهزة الحماية المتكاملة بالكمبيوتر الصغير في أنظمة محطات الطاقة والعديد من الأجهزة الذكية الأخرى، أصبحت أنظمة الطاقة في محطات الطاقة أكثر إفادة. لتشغيل وصيانة الموظفين، يمكن الحصول على معلومات أكثر دقة وشاملة حول طاقة المحطة؛ ومراقبة وإدارة جميع معدات الطاقة في المحطة، والآن يتم استخدام نظام مراقبة وإدارة محطة الطاقة (ECMS) بشكل متزايد.

ينقسم نظام ECMS إلى ثلاث طبقات شبكة: التحكم في المحطة، وإدارة الاتصالات، والفاصل الزمني. تتضمن طبقة التحكم في المحطة محطات المشغل، ومحطات المهندسين، وما إلى ذلك، ووحدات الاتصال الاختيارية للتواصل مع الأنظمة الأخرى؛ وطبقة إدارة الاتصالات هي تبديل اثرنتتحتوي طبقة الفاصل على جميع أجهزة الحماية والقياس والتحكم والأجهزة الذكية الأخرى. تتصل أجهزة الحماية المتكاملة لإمدادات الطاقة عالية الجهد بطبقة التحكم في المحطة من خلال إيثرنت مزدوج بسرعة 1000 ميجابت في الثانية. يتم تحويل الأجهزة الأخرى إلى إيثرنت بسرعة 100 ميجابت في الثانية من خلال طبقة إدارة الاتصالات.

يقوم بمراقبة والتحكم في معدات نظام الطاقة وينقل المعلومات إلى أنظمة مراقبة الشبكة الأخرى وأنظمة التحكم الموزعة؛ ويكمل عملية الحصول على البيانات ومعالجتها، والمراقبة والإنذار، والتحكم والتشغيل، والتبديل بين أجهزة التحكم، وواجهة الإنسان والآلة، ووظائف الإدارة.

شبكة موحدة للاتصالات بين أنظمة محطات الطاقة المتعددة

يمكن لشبكة المعدات الصناعية المطابقة لمعايير IEC61850-3 (محطة فرعية)، وIEEE1613 (محطة فرعية للطاقة)، ​​وKEMA، والشهادات أن تدعم التشغيل المستقر في بيئة التداخل الكهرومغناطيسي الصلب لمحطات الطاقة. تعد شبكة النظام جزءًا أساسيًا من نظام SIS، وهي الجسر بين محطات فرعية وأنظمة فرعية للنظام بأكمله. يمكن لشبكة النظام القائمة على المعدات الصناعية من HoweVision Technology ضمان التشغيل المستقر والفعال لنظام SIS لمحطة الطاقة والأنظمة الأخرى. يمكن للمعدات على مستوى الحقل الوصول بفعالية إلى أجهزة الألياف الضوئية بناءً على الواجهة التسلسلية.

مزامنة الساعة IEEE 1588

فقدان الحزمة صفر

يعتمد مفتاح HoweVision Technology الصناعي على مفهوم تصميم صناعي وشريحة صناعية لضمان أداء نقل المفتاح وزيادة استقرار تشغيله. في الوقت نفسه، يتمتع بقدرة قوية على التكيف مع البيئة، مع درجة حرارة العمل (-40 درجة مئوية -85 درجة مئوية)، ودرجة حرارة التخزين (-45 درجة مئوية -85 درجة مئوية)، والرطوبة النسبية (5-95٪ غير مكثفة)، ومتطلبات التوافق الكهرومغناطيسي الصناعي من المستوى 4 حسب مواصفات IEC61850. في بيئة قاسية، لا تزال مفاتيح HoweVision الصناعية تعمل بثبات. مع الميزات المتقدمة أعلاه (VLAN، QoS، GMRP، قمع عاصفة البث)، يكون نقل الشبكة أكثر استقرارًا وموثوقية بناءً على ميزات البرامج والأجهزة المذكورة أعلاه. بناءً على البرنامج المذكور أعلاه ومكونات الأجهزة، يمكن لمفاتيح HoweVision تحقيق فقدان صفر للحزم في نقل الشبكة، وبالتالي ضمان الوقت الفعلي والموثوقية العالية لنقل الشبكة.

التحكم في سعة التنزيل

يدعم مفتاح Ethernet الصناعي من HoweVision وظيفة التحكم في عرض النطاق الترددي للمنافذ. يمكنه التحكم في تدفق كل منفذ في الاتجاهين الوارد والصادر. الطرق المحققة هي 1000M و800M و600M و400M و200M و100M و50M و20M و10M و5M وما إلى ذلك، ومعدلات تمهيدية أخرى. وفقًا لعرض النطاق الترددي الذي تشغله كل خدمة من خدمات نظام أتمتة المحطات الفرعية الحضرية في حالتها القصوى، يتم تخصيص عرض النطاق الترددي لكل منفذ خدمة (نفس الإعدادات التي تم إجراؤها في كلا الاتجاهين).

• البيانات في الوقت الحقيقي: 20 مليون
• القياس والتحكم في الاستحواذ: 20M
• الخدمات الموسعة: 20 مليون

لضمان نقل سلس لبيانات الخدمة، يتم تحديد عرض النطاق الترددي لكل منفذ خدمة لمنع البيانات غير الصالحة من الدخول إلى جزء العمود الفقري للشبكة. بالإضافة إلى ذلك، يتم حجز قدر معين من التكرار في عرض النطاق الترددي لكل خدمة عند إجراء التحكم في حركة المرور. منع تجاهل الخدمات العادية عندما تتجاوز بياناتها عرض النطاق الترددي الأقصى على الفور.

قمع العاصفة

تشير عاصفة البث إلى حزم البث المفرطة التي تستهلك نطاق ترددي كبير للشبكة، مما يؤدي إلى عدم إرسال حزم البيانات العادية بشكل صحيح. عادةً، تتسبب حزمة البث في استجابات متعددة، وكل استجابة تسبب ردود فعل مختلفة. تمامًا مثل كرة الثلج، يتم استهلاك نطاق ترددي كامل للشبكة. تحدث هذه الظاهرة بسبب حلقات الشبكة، وبطاقات الشبكة المعيبة، والفيروسات، وما إلى ذلك.

يمكن لمفاتيح سلسلة HoweVision الصناعية اقتراح حزم البث وفقًا لعدد حزم البث في الشبكة. هناك ستة خيارات لقمع عاصفة البث:

1. تعطيل، 1/2، 1/4، 1/8، 1/16، 1/32.
2. عندما تشغل حزم البث 1/2، و1/4، و1/8، و1/16، و1/32 من النطاق الترددي، يتم إسقاط حزم البث التي تتجاوز النطاق الترددي المحدد.
3. لا يتم قمع الحالة المعطلة، لأن حالة التعطيل لا تقمع رسائل البث.

تصميم قياسي صناعي، قوي وموثوق

• IEC61000-4
• IEC60068-2
• IEC61000-6
• IEC61850-3
• IEEE1613
• CE، FCC، بنفايات

أنواع المنتجات الغنية

تشمل منتجات إيثرنت الصناعية من HoweVision Technology خزانة البطاقات، وحامل الرف، والطبقة 2/3، والمنفذ الكهربائي المتعدد، والجيجابت الكامل، و10 جيجابت، والعديد من أنواع المعدات الأخرى. يتم تخصيص المزيد من المنتجات لخصائص الطلب في صناعة الطاقة لتلبية الاحتياجات المختلفة لعملاء صناعة الطاقة.

المنتجات ذات الصلة بالحلول

محول إيثرنت صناعي مُدار بـ 14 منفذًا Gigabit L2+

• الموديل: IS50824GFM
• محول جيجابت إيثرنت صناعي مُدار L2+،
• دعم 802.1Q VLAN، النسخ المتطابق، عزل المنفذ، IGMP، DHCP، LLDP، DDM.
• دعم الشجرة الممتدة STP(802.1D) وRSTP(802.1W). MSTP(802.1S).
• إدارة الدعم من خلال WEB، وCLI، وTELNET، وSSH، وSNMP (V1، V2، V3).
• 5 سنة الضمان.
• OEM / ODM متاح
• موك الصغيرة موضع ترحيب

محول جيجابت إيثرنت صناعي PoE، 4 منافذ PoE+، 1 SFP Uplink

• الموديل: IPS4G1GF
• محول جيجابت إيثرنت صناعي غير مُدار PoE
• 9-56 فولت تيار مستمر طاقة زائدة عن الحاجة مع حماية عكسية للقطبية
• -40 إلى 75 درجة مئوية درجة حرارة التشغيل
• حافظة ألومنيوم IP40 بدون مروحة
• 5 سنة الضمان.
• OEM / ODM متاح
• موك الصغيرة موضع ترحيب

حلول الاتصالات لنظام مراقبة محطة الطاقة الكهرومائية

 مخطط الشبكة النجمية المزدوجة

مخطط الشبكات ذات الحلقة المزدوجة

عرض مشروع

نظام مراقبة محطة الطاقة الكهرومائية باستخدام توزيع هرمي وبنية نظام شبكة مفتوحة. مع بنية نموذجية من ثلاث طبقات: طبقة التحكم المركزية وطبقة الاتصالات والطبقة المحلية.

• تستخدم طبقة التحكم الرئيسية، والمعروفة أيضًا باسم طبقة الإدارة العليا أو طبقة التحكم في المحطة، بشكل عام بنية اتصالات إيثرنت. يمكن إعداد محطة المشغل ومحطة المهندس وخادم البيانات التاريخية وخادم الاتصالات داخل المصنع والطابعة وساعة القمر الصناعي وما إلى ذلك حسب الحاجة لتشكيل مركز مراقبة وإدارة النظام الكهربائي. 
• تحتوي وحدة التحكم المحلية (LCU) على جميع وظائف الحماية والقياس والتحكم.  تتكون وحدة التحكم المحلية من وحدة تحكم ووحدة قياس وتحكم ووحدة حماية وأجهزة أخرى مثل الأجهزة شبه المتزامنة الأوتوماتيكية. ولديها وظائف اكتساب البيانات ومعالجتها ومراقبة السلامة والتحكم والتنظيم والاتصال المتزامن بالشبكة والقياس والتحكم في التسلسل واتصالات البيانات والتشخيص الذاتي وما إلى ذلك. تتصل الطبقة المحلية بطبقة التحكم المركزية من خلال طبقة اتصالات إيثرنت.
• تُسمى طبقة الاتصالات أيضًا بطبقة شبكة الاتصالات. تُعتبر طبقة شبكة الاتصالات ركيزة أساسية لنظام مراقبة الكمبيوتر لمحطة الطاقة الكهرومائية، والتي تعتمد بشكل عام على بنية إيثرنت 1000 ميجابت في الثانية من النوع النجمي المزدوج أو إيثرنت 1000 ميجابت في الثانية من النوع الحلقي المزدوج. يتم تثبيت مفتاحي إيثرنت صناعيين أساسيين في غرفة التحكم، ويتم توصيل كل محطة عمل وخادم وكل وحدة تحكم LCU بـ مبدل الشبكة يتم استضافة المحطة بطريقة مشعة نجمية. يبلغ معدل نقل الشبكة لطبقة التحكم في المحطة 100 ميجابت في الثانية / 1000 ميجابت في الثانية. يعتمد بروتوكول الاتصال على بروتوكول TCP/IP، ويمكن للشبكة بأكملها التبديل تلقائيًا إلى رابط النسخ الاحتياطي عند فشل الرابط.  تم تجهيز وحدات التحكم المحلية بمفاتيح صناعية، وتوفر كل عقدة وحدة تحكم محلية مجموعتين من مفاتيح إيثرنت الصناعية. ويحقق برنامج التحكم في الشبكة التنسيق بين عقد النظام. يتم تكوين وحدات التحكم المحلية وفقًا للأشياء التي يتم التحكم فيها، مثل وحدة التحكم في وحدة التحكم، ووحدة التحكم في معدات المرافق، ووحدة التحكم في معدات الطاقة في المصنع، ووحدة التحكم في محطة التبديل، ووحدة التحكم في منطقة السد، ووحدات التحكم المحلية الأخرى.

شبكة حلقية إيثرنت صناعية عالية الموثوقية

يدعم مفتاح HoweVision الصناعي حماية شبكة حلقة Ethernet في طوبولوجيا الحلقة مع وقت تبديل الحماية أقل من 20 مللي ثانية ويمكنه تحقيق حلقة واحدة وحلقة متقاطعة وحلقة قطع الطور وحلقة اقتران وطرق شبكات أخرى.

عند بناء شبكة حلقية، يتم تشكيل مفاتيح Ethernet الصناعية فعليًا في حلقات وتسلسلها منطقيًا لتجنب توليد العواصف الحلقية.

يكتشف مفتاح إيثرنت الصناعي HoweVision ما إذا كانت الحلقة مغلقة من خلال جمع الطوبولوجيا ثم يقوم بانتخاب العقدة الأساسية. بعد تحديد العقدة الأساسية، يقوم بحظر منفذ الحلقة لمنع الشبكة من أن تصبح حلقة. عند حدوث فشل في الارتباط، تحصل العقدة الأساسية على معلومات الفشل بطريقتين: 

1) ترسل العقدة الأساسية رسائل Hello على فترات زمنية تبلغ XNUMX مللي ثانية للحصول على معلومات حالة العقدة؛ 

2) ترسل جميع العقد المرتبطة بفشل الرابط رسائل تغيير إلى العقدة الأساسية للإبلاغ عن معلومات حالة العقدة. بعد الحصول على معلومات الخطأ، تقوم العقدة الأساسية بتبديل المنفذ المحظور إلى حالة إعادة التوجيه لتحقيق الشفاء الذاتي السريع للشبكة.

يعد مفتاح Ethernet الصناعي الوحيد الذي يدعم بروتوكول تبديل حماية حلقة Ethernet G.8032، وقد حددت مجموعة العمل SG15 التابعة لقطاع تقييس الاتصالات في الاتحاد الدولي للاتصالات بروتوكول G.8032 لتحديد آلية تبديل الحماية التلقائية لشبكة Ethernet في طوبولوجيا حلقية. وهو يحل مشاكل الحماية متعددة الحلقات، والطوبولوجيا التعسفية، والحماية متعددة المجالات، والتوافق بين البروتوكولات المتعددة.

حالات ناجحة لنقل الطاقة الذكية

• مشروع مراقبة محطة توليد الطاقة دونغفينغ في قويتشو
• نظام مراقبة الأمن في Three Gorges Hub
• قناة بنما
• محطة سيتشوان إرتان للطاقة الكهرومائية
• مشروع محطة الطاقة الكهرومائية في كمبوديا
• مركز أبحاث وصناعات الشبكات الذكية (نانجينغ) التابع لشركة الشبكة الكهربائية الحكومية
• تُستخدم مفاتيح Ethernet الصناعية على نطاق واسع في اتصالات أتمتة شبكة التوزيع التابعة لشركة Southern Power Grid.