Intelligens hálózatok: Átgondolni a mai szabványokat
Úgy tűnik, hogy valami baj van a jelenlegi rendszer átjárhatóságával. Kezdetben rengeteg előadás hangzott el arról, hogy az átjárhatóságnak köszönhetően a jövőbeni műveletek zökkenőmentesek és megbízhatóak lesznek. Mára a realisták kezdeti szkepticizmusa beigazolódott.
Megtakarítások az interoperábilis intelligens hálózati rendszerekben
Bár rengeteg telepítés és bevezetés valósult meg, nem jelentettek be összefoglaló eredményeket az átvitt adatmennyiségről (feltételezzük, hogy naponta több mint egy leolvasás történik), a kommunikációs tartományról, a valós átviteli sebességről, a késleltetésről stb.
Bár az eredményekről nem jelentek meg információk, az interoperábilis intelligens hálózati (SG) rendszereken belüli megtakarításokról lehet információkat találni. A nagy meglepetés az, hogy ezek az információk nem egyetlen közműszolgáltatótól származnak, hanem az Európai Bizottság tette közzé őket.
Ha az áramelosztók intelligens módon akarnak működni, nem elég, ha az ügyfelek olyan mérőórákkal rendelkeznek, amelyek a tarifa szerint kapcsoló relével vannak felszerelve. Ha az ügyfelek nem kapcsolják össze ezt a funkciót az otthoni infrastruktúrájukkal, és nem változtatnak a fogyasztási magatartásukon, akkor a papíron látható eredmények drámai módon eltérnek a valós élettől. Az egyetlenek, akik ebből profitálnak, a fogyasztásmérők gyártói.
A mai hálózati stabilitási szabványok újragondolása
Paradox módon a közelmúltbeli bevezetések rávilágítottak egy tényre: az interoperábilis SG-rendszerek és a mai kialakításuk nem képesek biztosítani az elektromos hálózat stabilitását és az energiaellátás biztonságát. E helyzet megváltoztatása érdekében ésszerű tartalommal kell teljesíteni a SG-összetevőket. Az egyik legalapvetőbb jellemzőnek tűnik az alárendelt PLC-hálózatok jó szinkronizálása a mérőkkel való kommunikációhoz.
Ez tehát nem a készülék intelligenciájáról szóló vita. A fontos kérdés itt az, hogy az eszközök összehangoltan viselkedjenek az intelligens hálózaton belül. Szinkronizált idővel kell rendelkezniük, hogy kihasználhassák az intelligens hálózat kiszámítható viselkedését, és biztosítsák az összetevők kölcsönös együttműködését.
A szinkronizálás a következő területeken segít:
- Az adatcsomag-átvitel minőségének időbeli szabályozása (TDM – time-division multiplex): Minél kisebb az időbeli bizonytalanság, annál jobb, mert a PLC-hálózat egyes eszközei kisebb időeltolódással tudnak adatokat továbbítani egymás kölcsönös zavarása nélkül, ami a hálózati átviteli sebesség növekedéséhez vezet.
- A közvetlen feszültségek és áramok pontos mérése: Ha elemezzük ezeket az értékeket, akkor képesek vagyunk meghatározni a valós elosztói terhelést és a transzformátorok ellátását. Továbbá, ha a csomóponti áramokra és az áramköri feszültségre vonatkozó Kirchhoff-féle áramköri törvényeket alkalmazzuk, pontosan megállapíthatjuk, hogy hol történik nem engedélyezett fogyasztás. Figyelembe véve, hogy a nem műszaki veszteségek Európában elérik a 10-50%-ot (délkeleten egyre nagyobb mértékben), ez egy igazán fontos kérdés.
- Minden mérőműszer képes áram vagy feszültség mérésére: A szinkronban mért értékek FIFO-regiszterben tárolhatók, és amennyiben a kezelőnek egy adott helyen problémákat kell elemeznie, a mérőműszerben tárolt adatok (beleértve az időbélyegeket is) átkerülnek hozzá.
- A szinkronizációs impulzusok a mérőt ellátó egyes fázisok jelzésére használhatók (lásd az 1. képet): Nem számít, hogy az ellátás egyfázisú vagy többfázisú. Így az egyfázisú készülékekkel rendelkező fogyasztóknál keletkező áramaszimmetriát is érzékelhetjük.
Minden fázisnak saját színe van. Pontosan abban a pillanatban, amikor a feszültség átmegy a nullán, a jel ebbe a fázisba injektálódik (a csatolás miatt a többi fázisba is átmegy, de csak az egyikben van a megfelelő fázisfeszültséget nullán átlépő jel).
Szinkronizációs pálya és szigetjellemzők
Az adatok leolvasásának és az ügyfelekhez és az ügyfelektől történő továbbításának rendszere szigetjellegű, egy központtal: az elosztó transzformátorok ellátása. Ezen a transzformátoron belül van egy eszköz (adatkoncentrátor), amely kisfeszültségű távvezetékeken keresztül kommunikál az ügyfelek intelligens fogyasztásmérőivel. Az egész kisfeszültségű áramelosztó hálózat ilyen szigetekből áll.
A szinkronizálás két szinten történik. Először az adatkoncentrátor szinkronizálása történik, majd ezt követően a szinkronizálás átkerül az egyes mérőkre.
Ennek a javasolt megoldásnak több előnye is van:
- A szinkronizációs impulzus pontosan meghatározott, és egy adott fázisú feszültség nulla átmenő pillanatában kerül továbbításra, beleértve az időbélyeget is.
- A szinkronfázis-rendszerekre vonatkozó szabványok (amelyeket a nagyon nagyfeszültségű rendszerek vezérlésére alkalmaznak) 1%-nál kisebb eltérést fogadnak el. Így 50 Hz-es frekvencia esetén ± 30 µs bizonytalanság megengedett, ami a kisfeszültségű rendszereknél elfogadott pontosságon belül van (a saját szinkronizálás a fázisméréshez lényegesen nagyobb pontosságú: ± 1 µs).
Szinkronizációs késleltetések kiszámítása
A távvezetékek jellemzői által okozott késedelem kiszámításához k = 0,6 fénysebességű állandó értéket és a kisfeszültségű vezetékek maximális hosszát feltételezzük, amely a maximális veszteségek garantálása miatt nem haladja meg a kb. 2 km-es távolságot. A hálózati periódus ideje eléri a 0,02 s-ot.
Ez azt jelenti, hogy megbízhatóan megvalósítható a kisfeszültségű hálózatról táplált eszközök szinkronizálása, ±50 µs pontossággal minden eszköz esetében. Ehhez képest például a PRIME szabvány az alárendelt végberendezéseket a távvezetékeken keresztül továbbított adatcsomagokkal szinkronizálja.
A PRIME szabvány pontosságának korlátai
Ha a csomag átmegy a jel ismétlődése nélkül (általában az ismétlődések száma eléri a 4-8-szoros értéket), a pontosság nagyon kedvező körülmények között eléri a ± 0,01 s-ot. Ennek a „szabványnak” azonban van egy nagy gyenge pontja: a fenti szám az alappontosságot jelenti, és a jelismétlés miatt az egyes métereken jelentős időeltolódás tapasztalható.
A PRIME mérőműszereken belüli szokásos pontosság így eléri a ±1 másodpercet. Ez a rendszer alkalmas tarifaváltásra. Hálózati vezérlésre azonban nem alkalmazható (lásd fentebb).
Adatkoncentrátorok szinkronizálásának módszerei
Térjünk vissza az adatkoncentrátorok szinkronizálásához. Az adatkoncentrátorok szinkronizálásának több módja is van. Ha az adatkoncentrátor közvetlenül (kábelen keresztül) csatlakozik az internethez, akkor lehetőség van az NTP vagy PTP protokollok használatára, amelyeket az internetre csatlakoztatott eszközök időszinkronizálására használnak. Ha a csatlakozás vezeték nélküli (GPRS vagy EDGE) mobilszolgáltatókon keresztül történik, akkor ezt a csatornát nem használhatjuk szinkronizálásra a meghatározatlan késleltetés miatt.
A másik lehetőség a szinkronizálás GPS (vagy hasonló) jel segítségével. A pontosság hasonló, sőt jobb, mint az NTP vagy a PTP szolgáltatásoké. Az egyetlen hátránya, hogy ez a jel nem garantált, és a tulajdonosa minden figyelmeztetés nélkül kikapcsolhatja.
A tudomány védelme a bürokratikus ellenőrzéssel szemben
Óvakodjunk a fizikai törvények alapján működő rendszertől, ha azt bürokraták irányítják. Gyakran olyan döntéseket terjesztenek elő, amelyeket csak ők maguk vizsgálnak felül a szükséges ismeretek nélkül, és naivan remélik, hogy hosszú távon helyesen fog működni.
Szerencsére az energiaipar általában megvédi magát ezekkel a nyomásokkal szemben. Az azonban tény, hogy ez csak idő kérdése, amíg legyőzik. Ha ez bekövetkezik, akkor a tudomány törvényszerűségein alapuló műszaki megoldásokkal kell készülni, nem pedig a gyakorlatban nem használható szép képekkel és prezentációkkal.