EMaC PMS (Power Management System)

Endüstriyel tesislerde enerji arzının sürekliliği büyük öneme sahiptir. EMaC PMS (Power Management System) – Güç Yönetim Sistemi’nin amacı elektrik güç sistemi sürekliliğini, emniyetini ve güvenilirliğini sağlar. Enerjinin sürekliliğinin sağlanması, kaynakların, tüketimlerin ve tesisteki enerji kararlılığının incelenmesini, detaylı mühendislik çalışmalarını, tesisteki işletme senaryolarına uygun dijital modelleme ve bilgisayar destekli simulasyon araçlarının kullanımını baz alan güvenilir sistem kurulumları ve altyapının buna uygun tesis edilmesi ile mümkündür. Sistem, bu fonksiyonları sağlayabilmek için mikro işlemci tabanlı kontrolörler, bilgisayarlar ve ağ teknolojisini kullanmaktadır.

EMaC PMS: Yük Atma – Frekans ilişkisi

Tasarım Amaç

PMS sisteminin temel hedefleri aşağıda sıralanmıştır:

• İnsan ve Çevre Sağlığına fayda
• Ekonomik Kazanım
• Sistem Uyumluluğu
• Enerji arzının sürekliliğini ve kararlılığını sağlamak
• Güvenilirlik
• İşletme Kolaylığı
• Düşük bakım maliyetleri

Dijital Modelleme, Mühendislik ve Tasarım

Tasarımlarımız ilgili IEC standartlarına, ulusal ve yerel yönetmeliklere uygundur. PMS, elektrik sistemi emniyetini ve güvenilirliğini sağlama, gerçek zamanlı (Real-Time) izleme, kilitleme ve dağıtılmış kontrol ve koruma işlevlerini sağlamaktadır.

Tesisin enerji sürekliliği, tesis elektrik sisteminin güvenli ve emniyetli (hatasız) çalışması için operatör yardımı sağlayarak güçlendirilmektedir. PMS sistemi arıza ve acil eylem gerektiğinde daha hızlı toparlanmaya, enerjinin stabilitesinin sağlanmasına yardımcı olan otomatik fonksiyonlar içermektedir. PMS, operatör iş yükünü azaltmak için otomatik ve elle raporlar üreten işlevsellik içerir.

Yük Yönetim Sistemi Dinamik Modelleme

 

Tesisin elektrik sisteminin bakımı, enerji ağının verilerini (duruma dayalı izleme sistemleri ve gerçek zamanlı veriler) bir araya getirilerek ve veri analizi sağlamaktadır.

PMS, enerji verilerine (koruma rölelerine uzak erişim, gerçek zamanlı 1ms zaman etiketli, arıza ve olay listesi gibi) dayalı elektrik sistemi performansını kontrol etmek ve mühendislik analizini gerçekleştirmek için özelliklerin yanı sıra, gerçek zamanlı verileri kullanarak simulasyon yapabilmek, şebek arızalarında tesisin davranışını inceleyebilmek gibi işlevler içerir. Mühendislik analiz araçları, elektrik sistemi kontrollerini ve koruma set noktalarını hassas bir şekilde ayarlayarak elektrik sistemi güvenilirliğini daha da artırmak ve gelecekteki elektrik sistemi genişletmelerine ve yükseltmelerine yardımcı olmak için kullanılmaktadır. PMS ayrıca, ayarlar, yapılandırma ve arıza kayıtları gibi diğer operasyonel olmayan veriler için akıllı elektronik cihazlara (IED) mühendislik erişimini sağlar.

Enerji kararlılığı (stability) ve sürekliliği endüstriyel tesislerin üretim/proses sürekliliğinin sağlanması için en önemli kriterdir. PMS çözümümüz ile, tesislerde önem derecesi düşük yüklerin sistem stabilitesine göre alınmasının engellemesini ve üretimin kontrol edilmesini sağlayarak, yüklerin devreye girmeleri ve / veya potansiyel aşırı yük çekmelerini engellenerek kararlılığının sağlanmasını temin ediyor ve güç sisteminin çökmesini önleyici eylemleri otomatik (gömülü) algoritmalar ile gerçekleştiriyoruz. PMS çözümümüzde, yük atma sistemi veri girişleri, devre kesici durumunu ve yük akışını içermekle beraber aşağıdaki fonksiyonları içerecek şekilde yapılandırılmaktadır.

• Hızlı değişimler, Şebekeden Ayrılma
• Yük Kontrolü – Generator kapasite hesapları – Yük eğrileri (Capability Curve)
• Frekans Kontrol (df/dt) ve Sabit Frekans eşikleri
• Gerilim Kontrol (dv/dt) ve Sabit Gerilim eşikleri
• Gerekirse maksimum üretim kapasitesine / ötesine kademeli yükleme yapılması. Aşamalı yük boşaltma, Gaz Türbinleri Jeneratörlerine (GTG’ler) uygulanabilir ve tesis yükünün mevcut üretim kapasitesinin aşırı yüklenmesine neden olmamasını sağlamak için tasarlanmıştır. Sistemin kararlılığı için gerekli olduğu durumlarda, yük düşümü uygun seviyelere kadar genişletilmektedir.

Şebekeden ayrılma sonrasında veya yük atmanın tetiklendiği kaynak kayıplarından sonra (Contingencies) ada modunda çalışan devredeki Generatorlerin etkilenmemesi veya ilave Generator Seknronizasyonundan sonra, sistemin aşırı yüklenmesini önlemek için uygun otomatik geçişler ve ilave yüklerin tekrar devreye girmeleri engellenir.

Enerji sisteminin kararlılık (stability) koşullarının sağlandıktan sonra, elektrikli güç sisteminde yükler elle veya otomatik olarak normal işletme durumuna geri getirilmektedir. Otomatik yük atma yöntemi ile tetiklenen yükler ve yük engelleme sistemi tarafından engellenen yükler PMS HMI’de manuel olarak sıfırlama (Reset) işlemini gerektirir. Bu onay tekil yükler (individual loads) için verilebildiği gibi, tüm sistem sıfırlama (overall reset) olarak da verilebilir.

Yük düşümü denetleyicileri ve sistem mimarisi, yedeklilik esasına uygun tesis edilmektedir. PMS sistemimiz herhangi bir bileşenin arızalanması veya bakım arızası oluşması durumunda, işlevsellik kaybına veya performans düşüşüne neden olmayacak şekilde tasarlanmıştır.

 

Dinamik Yüke Dayalı Hızlı Aktif Yük Atma (Dynamic Active Power Based Fast Active Power Load Shedding)

Bir veya daha fazla GTG’nin kaybı veya diğer ihtimallerin ortaya çıkmasını takiben, bu tür bir işlem, çalışma yükünün elektrik üretimini aşmasına neden olacaksa kalan ünitelerin üretime devam etmesini sağlamak için yük yükleme önceliği tablolarına göre hemen önceliği düşük yükler devre dışı bırakılmaktadır. Yük atma kararı ve hesaplamalarında, kalan GTG’lerin adım yükleme yetenekleri de dikkate alınmaktadır.

Yük Yönetim Sistemi Raporlama – Sonuç İzleme

Hızlı tetiklenen yük atma, konvansiyonel sistemlerde devre kesici açılma süresi de dahil olmak üzere, devre kesici açılma ihtimalinin oluşması durumunda 200 milisaniyeden daha düşük sürede kesici tipi ve açma bobininin gücüne göre ortalama (65ms-130ms) tüm işlemleri gerçekleştirecek şekilde tasarlanmaktadır. Çoğu sistemde kararlılık analizi raporları, elektrik sisteminin çökmesini önlemek için yük dağılımının (<200 ms) daha hızlı çalışmasını gerektirmektedir ve PMS çözümümüz gerekli hızlı yük atma özelliğini taşımaktadır. Tesislerde daha hızlı yük atılması gerektiği durumlarda özel çözümler ile yük atma süresi 50ms’nin altına çekilebilmektedir.

Yük Düşümü / Yük azaltma

Aşağıdaki durumlarda yük atma etkinleştirilmektedir:

• Bir jeneratörün aniden kesilmesi / kalan jeneratörlerin aşırı yüklenmesi.

Yükler otomatik olarak önceden belirlenmiş bir öncelik temel alınarak seçilir. Öncelik yükleme listesindeki değişiklikler ancak yetkili operatörler tarafından gerçekleştirilebilir.

Kaydedilebilir tüm kesicilerin kW/MW yükleri, ilgili tüketim noktalarından gerçek zamanlı alınacak ölçümler üzerinden izlenir.

IED (Intelligent Electronical Devices-Koruma Röleleri) Haberleşmeleri, Ethernet anahtarları, protokol dönüştürücüler, kablolar vb. Dahil olmak üzere tek bir sistem bileşeninin başarısızlığı, birden fazla IED ile iletişim kaybına neden olmaz.

Güvenlik prosedürleri, erişim kontrolü, güvenlik duvarları proje bilgi teknolojisi standartları ve prosedürleri ile uyumludur.

PMS sistemimizin teknik özellikleri, Performans, genişletilebilirlik, simulasyon ve test gereksinimlerine uygun tasarlanmıştır.

Yük Atma

Kalan jeneratörlerde aşırı yüklenmeye neden olan bir on-line jeneratörün açılması durumunda yük atma gerçekleştirilecektir. Yazılım aşağıdaki işlevleri yerine getirecektir:

• Generator kapasite değerini, mevcut güç bilgisini kullanarak (Capability Curve Integration) gerçek zamanlı belirleme.
• Yük atma gereksinimi, ölçülen yüke (KW-MW) göre sürekli olarak hesaplanır.
• Yukarıdaki hesaplanan sonuçlar, bir jeneratörün devreye girmesi durumunda yük düşümüne veya yük azaltmaya tabi tutulacak tüketicileri farklı renkte gösteren PMS SCADA izleme sisteminde gerçek zamanlı olarak gösterilebilmektedir.
• Yük atma sistemi yedekli kontrolörler, ring haberleşme ağı ve haberleşme yedekliliği özelliğini taşımaktadır.
• Ada moduna düşme (şebekeden ayrılma), ada modunda Generator arızası veya devreden çıkması olması durumunda, yük atma gereksinimi anında etkinleştirilir; enerji kararlılık döngüsel işlemi başlatılır ve kısa sürede 50Hz kararlılık sağlanır.

 

• Kontrol Fonksiyonları

PMS, işletme senaryolarını otomatik olarak algılar ve aşağıdaki kontrol işlevlerini sağlar

• Eşit yüzde veya baz yükte kapasite değerlerine uygun Generator aktif yük paylaşımı;
• Eşit yüzdeli veya taban yükte jeneratör reaktif yük paylaşımı;
• Yük atma
• Yetersiz eğirme rezervi durumunda büyük yüklerin devreye girmesini önleme
• Yük artışı sınırlaması
• Tesisin yük öncelikleri operatör tarafından düzenlenebileceği gibi yüksek ve düşük yük koşullarının önerilmesi (örneğin, jeneratörleri çalıştır / durdur veya yükü azalt);
• Transformatörler ile ardışık başlatma, senkronizasyon ve paralellik sağlayan fonsiyonel algoritmalar ve uygulamalar

Frekans, türbin yüklerinin yükseltmesi / indirmesi komutlarıyla PMS tarafından ayarlanmaktadır.

Voltaj AVR’ler tarafından kontrol edilir. Gerilim ayarı, AVR’ye yükseltme / indirme komutları  üzerinden PMS ile ilişkilendirilir ve PMS tarafından otomatik olarak ayarlanmaktadır.

Jeneratör aktif güç yük paylaşımı

Generatorlerler güç yükü paylaşımı, işetme senaryolarının dinamik ve otomatik olarak algılanması temelinde, ünite tarafından gönderilen aktif gücü (kW) ölçerek veya kapasiteleri oranında eşit yük paylaşımı yapılarak,  PMS tarafından gerçekleştirilmektedir.

Aktif yük Paylaşımı (Active Power Load Sharing)

 

Jeneratör reaktif güç yük paylaşımı

Reaktif güç paylaşımı, ünite tarafından gönderilen reaktif gücü (kVAR) ölçerek ve eşit gerilimi olan bir yük paylaşımını sağlamak için veya gerektiğinde gerilimi ayarlayarak veya baz yüklü (kW) setlerin reaktif gücünü sabit tutarak PMS tarafından gerçekleştirilir jeneratörün kapasitesinde kısa bir düşüş olması durumunda, PMS güç sisteminin kapasitesini yeniden hesaplayacak ve çalışan KW’ye göre yeterli yükleri döngüsel dolaşacak ve öncelik verecektir.

Tesisde işletme konumunda olan bir jenaratörün kademeli olarak aşırı yüklenmesi durumunda, operatör istasyonuna alarm verilir. Kademeli bir aşırı yük meydana gelir ve yüklenme oranının dışında çıkan (Generator Capability Curve) aşırı yük ile ters orantılı bir süre korunursa aşırı yük alarmı verilir.

PMS, jeneratör sayısından paralel olarak mevcut gücü ve türbin UCP’lerinden alınan bireysel kapasitelerini hesaplar. Her tüketicinin absorbe edilen yükü, enerji üretim biriminden alınan sinyaller kullanılarak ölçülür ve yük tüketimini sağlamak için toplanır.

Eğirme rezervi yani mevcut güç ile tüketilen güç arasındaki fark önceden belirlenmiş bir değerin altında ise, büyük motorların çalıştırılması engeller.

Büyük motor çalıştırma için, bükme yedek kriterlerine ek olarak, bir yük başlatılmadan önce generator rezervleri kontrol edilmektedir.

Durum ve Alarm fonksiyonları

PMS, işletme senaryolarının algılanmsı için aşağıdakiler gibi çeşitli bilgileri en güvenilir şekilde  elde eder ve yedeklilik esasına uygun kontrolörler üzerinden işlem yapar;

• İlgili tüm devre kesicilerin durumu (açık, kapalı, devre dışı) (santrallerden voltajsız kontak)
• Ilgili UCP’den gelen gaz türbini mevcut gücü (4-20mA sinyali)
• Jeneratör Aktif Güç, Reaktif Güç ve Referans Gerilim
• Tüketiciler Aktif güçleri
• Frekans ve Gerilim Ölçümleri

Alarmlar, PMS’nin kontrol ettiği güç sistemindeki olası sorunları belirtmek için kullanılmaktadır. Alarmlar, sorun süresi boyunca etkindir ve kontrol merkezine iletilir.

Çalışma modları

Sistem, HMI’dan seçilen iki farklı çalışma moduna sahiptir.

• Otomatik modda otomatik başlatma sırası otomatik olarak sağlanır.
• Manuel modda, operatör kontrolü ele alır ve tüm işlemi elle yürütür.
• Yarı Otomatik Kontrol (Semi-Automatic Control Mode): PMS Otomatik Modunda iken Generatorler işletme talebine göre uzak kontrol (PMS Auto – PMS Manual) veya Local modlarda işletilebilir

Fonksiyonlar ve temel özellikler

Aşağıdaki işlevler sağlanacaktır:

• Ana güç kesilmesi durumunda jeneratör otomatik / ardışık başlatma ve paralelleme.
• Jeneratör manuel başlatma ve test amaçlı paralelleştirme.

Her jenaratör için temelde aşağıdaki bilgiler sağlanmaktadır:

• Jeneratör çalıştırma, durdurma ve acil stop butonları
• Jeneratör durumu göstergesi
• Jeneratör çok fonksiyonlu ekran metre (Aktif Güç, Reaktif Güç, vb)
• Jeneratör Koruma Rölesi ölçümleri ve aktif alarm-uyarı göstergeleri
• Jeneratör zaman senkronizasyonu
• Manuel / otomatik çalıştırma seçimi
• Besleme gerilimi ve frekans gösterimi
• Jeneratör manuel hızı ve voltaj ayarı (motorlu potansiyometre dahil)
• Jeneratör devre kesici açma ve kapama butonları ve ilgili durum lambaları

                            Synchronization System

Senkronizasyon sistemi ve PMS entegrasyonu:

İşletme durumuna göre şebekeye senkronize edilmesi gereken kaynaklar için “senkron nokta tayinleri” doğru gerilim ve frekans referanslarının kullanılması gerekmektedir. Bu amaçla işletmenin mevcut senaryosuna ilişkin bilgilerin temin edilmesi gerekmektedir. Senkronizasyon sisteminin ihtiyaç duyduğu tüm sinyaller, PMS sistemi ile ilişkilendirildiğinde karmaşık işletme senaryolarına sahip tesisler için bile etkin ve güvenilir çözüm sağlanabilmektedir. PMS – Senkronizasyon fonksiyonu aşağıdaki bilgileri kullanıcı arayüzünde sağlar.

• Mimik gösterim (HMI’de)
• Açma ve kapama butonları ve ilgili durum lambaları
• Manuel / Otomatik senkron seçici anahtar
• Senkronizasyon komutu (ilgili CB’yi senkronize edin ve kapatın)
• Çiftli V & F göstergeler ve gösterge lambaları ile tamamlanmış olan senkronoskoplar
• Seçici anahtarı senkronize et

Temel jeneratör otomatik başlatma sırası ayrıntıları

Gerekli jeneratörlerin otomatik kalkışları, ölü bara durumunda gerçekleştirilir. Bu durum, temel santrali besleyebilen güç kaynakları ile ilişkili tüm kesicilerin durumunu dikkate alarak belirlenecektir. Tüm jeneratör devre kesicilerinin, tüm transformatör devre kesicilerinin ve acil durum santralinin bağlantısının hepsi açıksa, baranın boş olduğu (dead bus) koşulu dikkate alınır.

Gerekli santraldeki PMS paneli tarafından tespit edilen bir “deadbus” durumu, jeneratörün “başlatmaya hazır” olmasına bağlı olarak, gerekli start hava valfini harekete geçirmek için bir çıkış sinyaline neden olacaktır.

PMS bu durumda şu sırayla gönderir:

• Üç üreticiye eş zamanlı bir başlatma komutu gönderilir; her makinedeki hazır durumda beklenir;
• Esas santral bağlantı elemanına bir kapatma komutu;
• İlk dizelin devre kesicisine a.m. sırasındaki bir kapatma komutu.

Kalan dizel jeneratör setleri otomatik olarak senkronize edilecek ve seçilen sıraya göre baraya kapanacaktır. Tüm dizel setleri kullanılamıyorsa veya başlatılamazsa, zaman periyodu sona erdikten sonra “kontrol sistemi arızası” alarmı verilir.

                               Generator Aktif Yük Trendi – (Generator Active Power)

Olay günlüğü ve trend

PMS ard arda günlüğe kaydetme ve olayların zaman damgası için bir pencere uygulaması kullanır. Uygulama çevrimiçi ise, etkinlik ortaya çıktıklarında ve o zaman görüntülenmektedir.

Tasarım esnasında belirlenen kritik öneme sahip Dijital girişler için, durum değişimleri günlüğe kaydedilir (Alarm & Event list) ve 1ms zaman etiketli olarak (Historian Record) kaydedilir. Eğilim amaçları için tüm analog girişler, analog çıkışlar ve dijital giriş 1 saniyelik aralıklarla kaydedilir.

PMS SCADA sistemi olay günlüğünde, işletme koşullarını kaydetmek ve önceden tanımlanmış parametrelerin alt kümelerini kaydetmek için yeterli belleğe sahiptir. Zaman etiketli olayları eğilim değerleri ile birleştirip daha ileri analiz için bunları dışa aktarmak mümkündür.