ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

Anıl ġAHĠN

Anabilim Dalı : Elektrik Mühendisliği

Programı : Elektrik Mühendisliği

HAZĠRAN 2010

ELEKTRĠK DAĞITIM TESĠSLERĠNDE

ENERJĠ ĠZLEME SĠSTEMLERĠ

Tez DanıĢmanı: Prof. Dr. Serhat ġEKER

HAZĠRAN 2010

ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

Anıl ġAHĠN

(504061003)

Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 07 Mayıs 2010

Tezin Savunulduğu Tarih : 07 Haziran 2010

Tez DanıĢmanı : Prof. Dr. Serhat ġEKER (ĠTÜ)

Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Canbolat UÇAK (Yeditepe)

Yrd. Doç. Dr. Ramazan ÇAĞLAR (ĠTÜ)

ELEKTRĠK TESĠSLERĠNDE

ENERJĠ ĠZLEME SĠSTEMLERĠ

iii

Aileme,

iv

v

ÖNSÖZ

Yapmış olduğum bu çalışma süresince benden yardımlarını esirgemeyen sayın

hocam Prof. Dr. Serhat ŞEKER’e, bu çalışmanın oluşması sırasında dahil olduğum

projeler boyunca bilgi ve emeklerini esirgemeden paylaşan OKOSİS Otomasyon ve

Kontrol Sistemleri’ndeki patronlarım sayın Murat CİNAKLI’ya ve sayın Bilal

OTU’ya, çalışma arkadaşlarım Nusret KARACA’ya, Cihan Efe GÜRSES’e,

Muhammet KALDIRIM’a ve İnanç SÖNMEZ’e, yurtdışı projelerinde birlikte görev

yaptığım SIEMENS AG’den Paul LÖWEN’e teşekkürü bir borç bilirim.

Haziran 2010

Anıl Şahin

(Elektrik Mühendisi)

vi

vii

ĠÇĠNDEKĠLER

Sayfa

ÖNSÖZ ........................................................................................................................ v ĠÇĠNDEKĠLER ........................................................................................................ vii KISALTMALAR ...................................................................................................... xi

ġEKĠL LĠSTESĠ ...................................................................................................... xiii

ÖZET ......................................................................................................................... xv

SUMMARY ............................................................................................................ xvii 1. GĠRĠġ ...................................................................................................................... 1

1.1 Enerji Otomasyon Sisteminin Getirileri ............................................................. 2 1.1.1 Tasarım getirileri ......................................................................................... 2 1.1.2 İşletme getirileri .......................................................................................... 3

1.1.3 Dayanım getirileri ....................................................................................... 3

2. ENERJĠ TESĠSLERĠNDE BULUNAN EKĠPMANLAR ................................... 5 2.1 Enerji Tesislerinde Bulunan Birincil Ekipmanlar .............................................. 5

2.1.1 Devre kesicileri ........................................................................................... 5 2.1.2 Ayırıcı ve topraklama ayırıcısı .................................................................... 6

2.1.3 Güç Transformatörleri ................................................................................. 6 2.1.4 Yük altında kademe değiştiriciler ............................................................... 7

2.1.5 Ölçüm transformatörleri .............................................................................. 7 2.2 . Enerji Otomasyon Sistem Mimarısı ve Ekipmanlar ......................................... 8

3. ENERJĠ OTOMASYONUNDA VERĠ TEKNĠĞĠ VE HABERLEġME ........ 11 3.1 Geleneksel Sensör ve Aktüatörler .................................................................... 11

3.1.1 Akım ve gerilim bilgileri ........................................................................... 11 3.1.2 Şalt ekipmanlarının pozisyon bilgileri ...................................................... 12

3.1.3 Diğer durum bilgileri ve alarmlar ............................................................. 12 3.1.4 Komutlar ................................................................................................... 12

3.2 Dijital Sinyaller ................................................................................................ 13 3.2.1 Dijital sinyallerin ön işlenmesi ................................................................. 13

3.2.1.1 Anlık sıçramaların filtrelenmesi (Debouncing) 14

3.2.1.2 Dalgalanma ve titreşimlerin filtrelemesi 14 3.3 Analog Sinyaller ............................................................................................... 14

3.3.1 Analog sinyallerin ön işlenmesi ................................................................ 15 3.3.1.1 Ölçekleme (Scaling) 15 3.3.1.2 Eşik değer uygulaması (Threshold) 15 3.3.1.3 Sıfır değer baskılama (Zero value suppression) 16

3.4 Enerji Otomasyon Sistemlerinde Haberleşme .................................................. 16

3.4.1 Haberleşme protokolleri ............................................................................ 16 3.4.1.1 IEC60870-5-101 17 3.4.1.2 IEC60870-5-103 19 3.4.1.3 IEC60870-5-104 20

viii

4. ENERJĠ OTOMASYON SĠSTEMLERĠNĠN ĠġLETME FONKSĠYONLARI

.................................................................................................................................... 21 4.1 Görüntüleme Fonksiyonları .............................................................................. 21

4.1.1 Genel görünüm ve detay ekran sayfaları ................................................... 21

4.1.2 Olaylar listesi............................................................................................. 23 4.1.3 Alarm Listesi ............................................................................................. 23

4.2 Engelleme Fonksiyonu ..................................................................................... 25 4.3 Trend Kaydı Ve Arşivleme .............................................................................. 25 4.4 Komut Fonksiyonları ........................................................................................ 26

4.5 Senkronizasyon Kontrollü Kapama Fonksiyonu .............................................. 26 4.6 Yazılımsal Kilitleme Fonksiyonu ..................................................................... 26 4.7 Sıralı Operasyonlar (Sequential Switching) ..................................................... 27 4.8 Yük Atma Fonksiyonu ..................................................................................... 27 4.9 Veri Alışverişi .................................................................................................. 29

5. ENERJĠ OTOMASYON FONKSĠYONLARININ UYGULAMALARI ........ 31 5.1 Kontrolör Yük Atma Uygulaması .................................................................... 31

5.1.1 Tesis yapısı ................................................................................................ 31 5.1.2 Enerji sisteminin çalışma şekilleri ve yük atma sistem gereksinimleri ..... 31

5.1.2.1 Şebeke ile paralel çalışma 33 5.1.2.2 Şebekeden ayrılma 33

5.1.2.3 Şebekede oluşan düşük gerilim nedeni ile şebekeden ayrılma 33 5.1.2.4 Şebekede oluşan düşük frekans nedeni ile şebekeden ayrılma 33

5.1.2.5 Ana dağıtım merkezi giriş fiderlerinin açması nedeni ile şebekeden

ayrılma 33 5.1.2.6 Ada modunda çalışma 33

5.1.3 Yük atma otomasyon yazılımı................................................................... 34 5.1.3.1 Ana organizasyon bloğu 34

5.1.3.2 Giriş çıkış modüllerinin kontolü 35 5.1.3.3 Kesici ara pozisyon ve arıza durumu kontrol bloğu 36

5.1.3.4 Generatör kesicilerinin ara pozisyon ve arıza durum kontrol bloğu 36 5.1.3.5 Ana dağıtım merkezi giriş fiderlerinin açtırılması durumu kontrol

bloğu 37

5.1.3.6 Yük atma tespit bloğu 37 5.1.3.7 Enerji izleme sistemi ada modu ihbar bloğu 37

5.1.3.8 Yük atma yazılımı ile enerji izleme sistemi arası veri alışveriş bloğu

37 5.1.3.9 Yük atma yazılımı reçete aktivasyon bloğu 38

5.1.3.10 Rezerv güç hesaplama bloğu 38 5.1.3.11 Atılacak yük listesi bloğu 39

5.1.3.12 İstasyon çalışma durum tespit bloğu 42

5.1.3.13 Generatör ve giriş fiderlerindeki dönüştürücüleri okuma bloğu 43

5.1.3.14 Sayısal değer hesap bloğu 43 5.1.3.15 Aktif güç ara bellek saklama bloğu 43 5.1.3.16 Yük güç kontrol bloğu 44 5.1.3.17 Kesici yük atmaya dahil bloğu 44

5.1.4 Yük atma senaryoları ................................................................................ 44

5.1.4.1 Kuplaj kesicisi kapalı ada moda geçiş 44 5.1.4.2 Kuplaj kesicisi açık ada moda geçiş 44 5.1.4.3 Kuplaj kesicisi kapalı ada modu çalışmada generatör arızası 45 5.1.4.4 Kuplaj kesicisi açık ada modu çalışmada generatör arızası 45

ix

5.1.4.5 Ada modu çalışmada kuplaj kesicisinin açması 45

5.1.4.6 Ada modu çalışmada düşük frekans durumu 45 5.1.4.7 Yük atma bloğu 46 5.1.4.8 Yük atma çıkışlarının aktivasyon bloğu 47

5.1.4.9 Eksik yük atma ihbar bloğu 47 5.1.4.10 Çıkışları ve ölçümleri sıfırlama bloğu 47

5.2 Transformatör Paralel Çalışma Uygulaması .................................................... 48 5.2.1 Enerji sisteminin yapısı ............................................................................. 48 5.2.2 Transformatör paralel çalışma gereksinimleri .......................................... 50

5.2.3 Fonksiyonun basamakları ......................................................................... 50 5.2.3.1 Transformatör devrede sinyal bloğu 51 5.2.3.2 Fider devrede sinyal bloğu 51 5.2.3.3 Transformatör kademeleri eşit sinyal bloğu 51 5.2.3.4 Transformatör paralellik kilitlemelerinin aktivason bloğu 52

5.2.3.5 Transformatör paralelde sinyal bloğu 52 5.2.3.6 Transformatör paralellik izin sinyal bloğu 53

5.2.3.7 Paralellik operasyonu kesici kapama izni sinyal bloğu 54 5.2.3.8 Paralelliğin yüksek gerilim tarafında açtırma ile bozulması

durumunda alçak gerilim bara kuplaj kesicisinin açtırılması 54 5.2.3.9 Paralel çalışmada yüksek gerilim kuplaj kesicisi açma kilitlemesi 55

5.2.3.10 Otomatik paralele alma fonksiyon bloğu 55

6. SONUÇ VE ÖNERĠLER ..................................................................................... 57 6.1 Yazılım Kontrollü Yük Atma ........................................................................... 57 6.2 Yazılım Kontrollü Transformatör Paralellik .................................................... 58

KAYNAKLAR ......................................................................................................... 61

x

xi

KISALTMALAR

AC : Alternating Current

APCI : Application Protocol Control Information

APDU : Application Protocol Data Unit

ASDU : Application Service Data Unit

BCD : Binary-coded Decimal

BCU : Bay Control Unit

COMIED : Common Intelligent Electronic Device

DC : Direct Current

DPI : Double Point Indication

EPA : Enhanced Performance Architecture

GPS : Global Positioning System

IEC : International Electrotechnical Commission

IOA : Information Object Address

LPCI : Link Protocol Control Information

LPDU : Link Protocol Data Unit

RMS : Root Mean Square

SPI : Single Point Indication

xii

xiii

ġEKĠL LĠSTESĠ

Sayfa

ġekil 3.1 : Geliştirilmiş performans mimari modeli. ................................................. 17 ġekil 3.2 : IEC mesaj yapısı. ...................................................................................... 18 ġekil 3.3 : IEC telegram yapısı. ................................................................................. 19

ġekil 4.1 : Genel görünüm sayfası. ............................................................................ 22

ġekil 4.2 : Alarm ve olaylar sayfası. .......................................................................... 24

ġekil 4.3 : Yük atma sistem sayfası. .......................................................................... 28

ġekil 5.1 : Yük atma kontrolü uygulanan tesisin sistem yapısı. ................................ 32 ġekil 5.2 : Yük atma ana organizasyon bloğu. .......................................................... 35 ġekil 5.3 : Aktif güçlerin veri tabanına yazılması . ................................................... 38 ġekil 5.4 : Yük atma kullancı arayüzü ana sayfa. ...................................................... 40

ġekil 5.5 : Yük atma kullancı arayüzü atılacak yükler listesi. ................................... 41 ġekil 5.6 : Transformatör paralellik yazılımı uygulanan enerji sisteminin yapısı. .... 49

ġekil 5.7 : Transformatör devrede sinyal bloğu......................................................... 51 ġekil 5.8 : Transformatör paralellik lojiği aktivasyon bloğu. .................................... 52 ġekil 5.9 : Transformatörler paralelde sinyal bloğu. ................................................. 53

ġekil 5.10 : Transformatör paralellik izin bloğu. ....................................................... 54

xiv

xv

ELEKTRĠK TESĠSLERĠNDE ENERJĠ ĠZLEME SĠSTEMLERĠ

ÖZET

Enerji sistemlerinde, enerji kalitesi ve süreklilik oldukça önemlidir. Bu nedenle

enerji tesislerinin işletme, bakım ve arıza durumlarında arızanın çabuk analiz

edilebilmesi ve çözülmesi büyük bir önem taşımaktadır. Enerji otomasyon sistemleri,

enerji tesisinde ya da uzak merkezdeki kontrol sisteminde bulunan görüntüleme,

kumanda gibi fonksiyonlar sayesinde, enerji sistemlerinin işletme, bakım ve arıza

tespit işlemlerinin hızlı ve güvenli şekilde gerçekleştirilebilmesini sağlar. Özellikle

son yıllarda hızlı bir şekilde gelişen haberleşme ve elektronik teknolojilerinin

yardımıyla, enerji otomasyon sistemleri oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaya

başlanmıştır. Günümüzde dağıtım şebekesindeki bir istasyon izleme sisteminden,

şehirlerin, ülkelerin enerji dağıtım şebekelerinin izleme sistemlerine kadar geniş bir

yelpazede enerji izleme ve kumanda sistemleri kullanılmaktadır.

Standart olarak bir çok enerji otomasyon sistemi, enerji tesisi içerisindeki şalt

ekipmanlarının anlık pozisyonlarının görüntülenmesi, kumanda edilmesi, fiderlere ait

akım, gerilim, güç, frekans gibi ölçüm, enerji gibi hesaplama değerlerinin

görüntülenmesi, istasyonda gerçekleşen olayların kronolojik olarak listelenerek

kayıtlı tutulması ve görüntülenmesi görevlerini yerine getirmektedir. Bunlara ek

olarak enerji otomasyon sistemleri, yük atma, otomatik operasyon, sıralı operasyon,

transformatör paralel çalışma, otomatik regülasyon gibi çeşitli özelleşmiş

fonksiyonları da yerine getirebilmektedir.

Bu çalışmada genel olarak bir enerji otomasyon sisteminde bulunan özellikler, enerji

otomasyon sistemlerinde sinyal ve haberleşme tekniği, sistemin işletme fonksiyonları

detaylı olarak incelenmiştir. Farklı iki tesiste gerçeklenmiş olan yük atma ve

transformatör paralellik yazılımları ile ilgili bilgiler verilmiştir.

xvi

xvii

ENERGY AUTOMATION SYSTEMS IN ELECTRIC STATIONS

SUMMARY

Quality and continuity of energy is very important for energy systems. Therefore,

management of operation, maintenance and troubleshooting in the case of failure and

solving problem as fast as possible has a great importantance. Energy automation

systems are providing to carry out energy system operation, maintenance and failure

troubleshooting procedures in a fast and secure way, by using its functions such as

monitoring, control from local station, remote control centers as well. Especially in

last years, with the help of developments in electronic and communication

technologies, energy automation systems have been used quite widely. Today, in

distribution network, energy automation systems are used in a wide range such as

stations, cities, regions and countries.

Energy automation systems includes a variety of standart functions like monitoring

and control of switchgear equipment, monitoring of measurement values such as

current, voltage, power and frequency, metering values such as energy and

monitoring and storage of all events and alarms at station in a chronological order.

Moreover, energy automation system can be equipped with some specific functions

for example; load shedding, automatic operation, sequential command, transformer

paralleling, automatic voltage regulation.

In this study, general and specific functions of energy automation systems, signal

processing and communication in energy automation systems have been examined.

Two specific functions of energy automation systems, processor controlled load

shedding and transformer paralleling, implemented in different substation automation

systems have been examined in detail. Requirement of functions and substations,

method of controlling have been inspected as well.

xviii

1

1. GĠRĠġ

Günümüzde enerji, hayatımızın vazgeçilmez bir parçası haline gelmiştir. Özellikle

21. yüzyılda yaşanan teknolojik gelişmeler, nüfus artışı ve tüketim alışkanlıklarının

değişmesi sonucu enerjiye olan ihtiyacın günden güne artmasıyla birlikte, enerjinin

sürekliliği ve kalitesi oldukça büyük bir öneme sahip hale gelmiştir. Enerjinin

sürekliliğinin ve kalitesinin korunması için, üretim, iletim ve dağıtım noktalarının

sağlıklı bir şekilde işletilmesi gerekmektedir. Bu noktalardan herhangi birisinde

yaşanacak arıza durumunda sistemin mümkün olan en kısa sürede yedeklenmesi ile

yada hataya hızlı müdahele edilerek sistemin normal çalışmaya döndürülmesi

gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Bu gerekliliğin ortaya çıkması üzerine, enerji izleme

ve kumanda sistemleri geliştirilmiş ve yaygın bir şekilde kullanılır hale gelmiştir.

Elektronik ve haberleşme alanlarındaki gelişmeler sayesinde günümüzde bir şehrin,

bir ülkenin, hatta ülkeler birliğinin enerji sistemlerinin izlemesi yada kumanda

edilmesi tek merkezden ve kilometrelerce uzaktan yapılabilmektedir. Hata analizinin

oldukça hızlı bir biçimde ve net olarak yapılabilmesinin yanında, hata durumuna

göre senaryolar dahilinde çeşitli otomatik operasyonlar yaptırılarak sistemin hataya

toleransı arttırılabilmektedir[1].

Ayrıca, manevra veya operasyonların uzaktaki kontrol merkezinden, bilgisayar

başında yapılması, olası bir probleme karşı can güvenliğini arttırdığı gibi

operasyonların hızlı bir şekilde yapılabilmesini sağlar. Bunların yanında enerji

otomasyon sistemleri hata durumlarında arıza raporlamaları yada endeks

raporlamaları yapabilecek şekilde donanımlandırılabilir[2].

Bu tez çalışmasında, uygulaması gerçekleştirilmiş olan enerji izleme sistemlerine ait

özelleştirilmiş iki ayrı fonksiyon incelenmiştir.

İkinci kısımda, enerji istasyonlarında bulunan ekipmanlar ve bu ekipmanların enerji

otomasyonundaki rolleri irdelenmiştir.

2

Üçüncü kısımda, enerji otomasyon sistemlerinde saha bilgilerinin toplanması ve

gerekli yerlere iletilmesini sağlayan, veri tekniği ve haberleşme sistemleri

incelenmiştir.

Dördüncü bölümde, enerji izleme sistemlerinin gerçekleştirilmesi gereken temel

işletme fonksiyonları ve yardımcı fonksiyonlar ile ilgili bilgiler verilmiş, Bu

fonksiyonların kullanım amaçları ve uygulama teknikleri ile detaylar verilmiştir.

Son kısımda, uygulaması yapılmış olan iki ayrı enerji sisteminde kullanılmış iki

özelleştirilmiş fonksiyon detaylı olarak incelenmiştir. Kontrolör yazılımı ile yük

atma fonksiyonunun kullanıldığı bir tesiste sistem yapısı, yük atma sistem

gereksinimleri ve yük atma yazılımının alt basamakları ve görevleri anlatılmıştır.

Bunun yanında transformatör paralel çalışma durumunu kontrol eden ve gerekli

durumlarda otomatik olarak paralelleme yapan yazılımın detaylarına yer verilmiştir.

1.1 Enerji Otomasyon Sisteminin Getirileri

Enerji otomasyon sistemleri, fonksiyonellik, tasarım, işletme ve dayanıklılık gibi

konularda gelişim sağlar. Mimarisi içerisinde birçok akıllı cihaz ve hızlı haberleşme

altyapısı barındıran enerji otomasyon sistemlerinin enerji tesislerine getirileri detaylı

olarak aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir[3].

1.1.1 Tasarım getirileri

Enerji otomasyon sistemleri, standartlaştırılmış arayüzler ve mimari sayesinde,

kullanılabilirliği kolay ve genişletilebilirliğe açık sistemlerdir. Gelişmiş kullanıcı

erişim özellikleri, sistemin her noktasında yetkilendirme yapılabilmesini olanaklı

kılmaktadır. Sistemin sürekli olarak izlenebilir olması, gereksiz yedekleme

teçhizatının azaltılmasını sağladığı gibi, mimarisi gereği; kablo ve kablo taşıyıcı

ekipmanların kullanımının azaltılmasını sağlar.

3

1.1.2 ĠĢletme getirileri

Enerji otomasyon sistemlerinde, tesiste bulunan ve parametrelendirilmiş bütün

bilgiler, olaylar listelerinde; alarm olarak tanımlananlar ise alarm listelerinde

kronolojik sıraya göre görüntülenebilir ve arşivlenebilir. Bu listeler; tarih aralığı,

önemlilik, fider yada cihaz isimlerine göre filtrelenerek incelenmek istenen verilere

kolaylıkla ulaşılabilir. Şalt ekipmanlarının açma-kapama sayıları ve ölçüm değerleri

gibi büyüklükler arşivlenerek ekipmanların geçmişleri sistemden incelenebilir. Buna

bağlı olarak bakım istatistikleri ve raporlamalar oluşturulabilir. Bunların yanında,

uzaktan yada lokal erişim ile ölçüm değerlerinin ve şalt elemanlarının

posizyonlarının görüntülenebilmesinin yanında şalt ekipmanları yada kademe

değiştirici gibi elemanların uzaktan kumanda edilebilmesi sayesinde bakım ve

testlerin hızlı ve güvenli bir şekilde yapılması sağlanır. Ayrıca mühendislik

yazılımları sayesinde uzaktan parametrelendirme ve koruma ayarlarının

değiştirilmesi gibi operasyonlar kolaylıkla tek merkezden gerçekleştirilebilir.

1.1.3 Dayanım getirileri

Çeşitli yazılımsal kilitlemeler yada fonksiyonlar sayesinde işletme hataları

azaltılabilir, arıza durumunda arızanın kaynağı hızlı ve doğru bir şekilde saptanabilir,

bu sayede ekipman dayanıklılığı arttırılabilir.

5

2. ENERJĠ TESĠSLERĠNDE BULUNAN EKĠPMANLAR

2.1 Enerji Tesislerinde Bulunan Birincil Ekipmanlar

Elektrik enerji sistemleri; üretim, iletim ve dağıtım sistemleri olarak

sınıflandırılabilir. Bu sistemlerde ortak ekipmanlar bulunmakla birlikte yaptıkları

görevlere göre sisteme özgü ekipmanlar da bulunmaktadır. Genel olarak enerji

sistemlerinde kesici, ayırıcı ve toprak ayırıcıları gibi şalt ekipmanları,

transformatörler, generatörler, ölçüm transformatörleri yada çeviricileri, parafudrlar,

SF6 gas izoleli yada vakumlu tip şalt ekipmanları vs. gibi ekipmanlar yer

almaktadır[4].

2.1.1 Devre kesicileri

Kesiciler, otomatik olarak yada elektronik cihaz yardımı ile elektriksel arızayı

algılayarak açtırma yapan, elektrik devresini kısa devre, aşırı akım gibi durumlarda

hasara karşı koruyan elektrik anahtar elemanlardır. Ana fonksiyonu, devrenin

devamlılığını keserek elektriksel akışı durdurmaktır. Sigortalar gibi bir kereye

mahsus koruma yapıp, değiştirilmesi gerekmez, otomatik olarak yada elle tekrar

kurularak, normal işletmesine devam edebilirler. Kesiciler, evlerde küçük cihazları

korumada kullanılabilir boyutlardan, şehirleri yada bölgeleri besleyen tesislerde

yüksek gerilim devrelerinin korunmasında kullanılabilecek boyutlara kadar çeşitli

ebatlarda üretilebilirler. Kesicilerin, nominal çalışma akımını taşıması ve kısa devre

anında oluşacak en yüksek akım değerlerinde açma yapabilmesi, açma anında akan

akım nedeniyle oluşan arkları güvenli bir şekilde sönümlendirmesi temel

boyutlandırma kriterleridir. Ark sönümlendirilmesi için kesicinin kontaklarının

bulunduğu hücrenin vakumlanması, hava izolasyonu, yağ izolasyonu veya SF6 gibi

dielektrik gücü yüksek gazlar ile doldurulması gibi çeşitli uygulamalar

kullanılmaktadır.

6

2.1.2 Ayırıcı ve topraklama ayırıcısı

Ayırıcı ve topraklama ayırıcıları devre yük altında değilken iken açma kapama

yapabilen güvenlik ekipmanlarıdır. Ayırıcılar, devrenin, makinanın, iletim hattının

yalıtılmasını, bu sayede bakım işleminin güvenli bir biçimde yapılabilmesini

sağlarlar. Yalnızca hat yada bara ayırıcısının açılması güvenlik için gerekli ancak

yeterli değildir. Aynı zamanda bakım veya çalışma esnasında cihaz yada hat çift

taraflı olarak topraklama ayırıcısı vasıtasıyla topraklanmalıdır. Prensip olarak ayırıcı

ekipmanları enerjisiz devrelerde kullanılmak için tasarlanmasına rağmen pratikte

bazı ayırıcılar 300V gerilim altında 1600A’e kadar açma yapabilir kapasitededir.

Ayrıca bazı topraklama ayırıcıları, yakınındaki diğer hatların endüktif ve kapasitif

etkileri ile enerjisiz hatta oluşabilen 20kV altında 160A’e kadar endüklenme

akımlarını kesebilecek kapasitede tasarlanmaktadır[5].

2.1.3 Güç Transformatörleri

Transformatörler, alternatif gerilimle iletimin anahtar elemanıdır. Gerilimin genlik

değerinin çok yüksek bir verimle yükseltilmesini yada düşürülmesini sağlarlar.

Üretim noktalarından tüketim noktalarına, aynı gücün daha yüksek gerilim ve düşük

akımla iletilebilmesini, dağıtım sisteminde ise kullanıma uygun gerilim seviyesine

düşürülmesini, bu sayede iletim hatlarındaki kaybın düşürülmesini sağlarlar.

Gerilimin dönüşüm oranı, primer ve sekonder sargılarda bulunan sarım sayısı ile

orantılıdır. Dağıtım transformatörlerinde sarım sayısı, sargı bağlantı tipi gerilimin

değerini, topraklama bağlantısı ise sistemin topraklama yapısını belirler. Dağıtım

transformatörleri genellikle birkaç KVA ile MVA’lar arasında kullanılırlar. Dağıtım

şebekesinde gerilimin kalitesini gerilim genliği, frekansı ve dalga şekli belirler. Yük

değişimlerinde gerilimin düşmesi veya yükselmesi gibi durumlarda, dağıtım

transformatörlerinin sargılarında bulunan ve gerilim regülasyonu yapabilen yük

altında kademe değiştiriciler kullanılarak çıkış gerilimi sabit tutulur.

7

2.1.4 Yük altında kademe değiĢtiriciler

Bir güç transformatörü için en önemli gereksinimlerden birisi çevirme oranının yük

durumuna göre değiştirilebilir olmasını sağlayan yük altında kademe değiştiricisi

(on-load tap changer) barındırmasıdır. Bu tip transformatörler sayesinde sistem

gerilimi belirli bir aralık içerisinde değiştirilebilir, şebeke içerisinde aktif-reaktif yük

akışı ayarlanabilir, elektrik ocakları ve doğrultucu tesisleri için gerilim regülasyonu

yapılabilir.

Kademe değiştiriciler, manivela yardımıyla yerinde elle değiştirilebileceği gibi,

mekanik operasyonun yanı sıra elektriksel olarak bir buton yardımı ile de kontrol

edilebilir. Her bir kademe değişimi için ayrı ayrı komut uygulanmalıdır. Bu sayede

tek bir komutla birden fazla kademe değişimi önlenmiş, gerilim regülasyonu adım

adım kontrollü bir biçimde yapılmış olur. Lokal kontrole ek olarak kademe

değiştirici kontrolü istasyon kontrol odasından veya dağıtım şebekesinin kontrol

merkezinden de yapılabilmektedir. Eğer uzaktan kontrol uygulanacaksa, komutların

farklı kontrol seviyelerinden aynı anda gönderilmesini önlemek için lokal yada

uzaktan kontrol seçimi için bir anahtar kullanılır. Kademe değiştiricinin çalıştığı

esnada kontrol odasında ve uzaktan kontrol merkezindeki ekranda kademe

değiştiricinin çalıştığına dair ibare yada uyarı gösterilir. Kademe değiştirici ile

gerilim regülasyonu otomatik olarak da yaptırılabilir. Yük değişimine karşılık gelen

önceden girilmiş olan kademe değerlerine göre otomatik kademe değiştirici cihazlar

tarafından kademe değiştirilebilir[6].

2.1.5 Ölçüm transformatörleri

Akım ve gerilim ölçü transformatörleri, elektrik sistemindeki akımı ve gerilimi

sürekli olarak ölçerek koruma yada ölçüm cihazına geri besleme verirler. Modern

dağıtım sistemlerinde akım değeri kullanıldığı yere göre birkaç amperden yüzlerce

ampere kadar çeşitlilik göstermektedir. Benzer şekilde gerilim değeri de yüzlerde

volttan kilovoltlara kadar değişik seviyelerde kullanılmaktadır. Her gerilim yada

akım seviyesindeki sisteme özgü biçimde bir koruma yada ölçüm cihazı üretimi

oldukça zordur. Bu nedenle akım ve gerilim transformatörlerinin sekonder çıkışları

belli değerlerde standartlaştırılmıştır. Ölçüm transformatörlerinin temel amacı; güç

devresindeki yüksek akım ve gerilim değerlerinin elektronik cihazlar tarafından

kolayca ölçülebilir düzeye düşürülmesi, kontrol ve güç devrelerinin elektriksel olarak

8

yalıtımı ve standart çıkış büyüklükleri sayesinde standartlaştırılmış koruma ve ölçüm

cihazı üretebilme imkanıdır[7].

2.2 . Enerji Otomasyon Sistem Mimarısı ve Ekipmanlar

Enerji izleme sisteminin en alt katmanını oluşturan fider katmanında, akım ve

gerilim transformatörlerinin ve fider durum bilgilerinin fider kontrol ünitesine (BCU)

bağlantıları, koruma rölelerinin izleme sistem bağlantıları bulunmaktadır. Ayrıca

istasyona ait genel durum bilgilerinin alındığı COMIED üniteleri de bu katmanda yer

alır. Fider ünitesi, fiderde bulunan şalt ekipmanlarının durum, ölçüm ve hesaplama

bilgileri ile hata kayıtlarını toplar ve izleme sistemine gönderir. Yangın ihbar ve

söndürme sistemi, havalandırma sistemi, kesintisiz güç kaynağı, akü ve şarj sistemi,

istasyonun iç ihtiyacı için alçak gerilim alternatif ve doğru gerilim dağıtım sistemi,

transformatörlerden alınan sıcaklık, basınç gibi analog değerler gibi istasyonun genel

durum bilgileri COM-IED cihazınının ilgili girişlerine bağlanır.

İstasyon katmanında, izleme sisteminde sahadaki cihazlardan gelen verileri toplayan

istasyon kontrolörleri, zaman senkronizasyonu bilgisini alan GPS cihazları ve

istasyon katmanındaki cihazları bağlayan yerel ağ bağlantıları bulunmaktadır.

İstasyon katmanında bulunan cihazlardan genellikle ikişer adet kullanılır ve her ikili

grup birbirinin yedeği olarak çalışır. Özellikle kontrolörlerde yedekleme önemlidir.

Her iki kontrolör de eşzamanlı olarak saha verilerini toplar ancak yalnızca birisi üst

katman olan kullanıcı arayüzüne bilgileri gönderir. Kullanıcı arayüzüne verileri

gönderen kontrolör, master server olarak nitelendirilirken, yedekte bekleyen

kontrolör ise standby server olarak tanımlanır. Master server da meydana gelecek bir

arıza durumunda, stand-by server olarak bekleyen kontrolör kullanıcı arayüzüne

bağlanır ve yeni master server olur. Master server değişimi yalnızca arıza durumu ile

sınırlı değildir. Kontrolörler, haberleşme linklerinin sağlık durumu gibi koşulları

karşılaştırılacak ve bu karşılaştırma sonucunda master değişimi yapabilecek şekilde

parametrelendirilebilirler.

Kullanıcı arayüz katmanında, istasyon kontrol ünitesinden gelen veriler kullanıcı

arayüz bilgisayarı tarafından alınır ve görsel olarak düzenlenerek çeşitli sayfa

düzenleri halinde gösterilir. Tıpkı istasyon katmanındaki cihazlar gibi kullanıcı

arayüz bilgisayarları da genellikle yedekli olarak çalıştırılır. Her iki bilgisayar da eş

zamanlı olarak master server olan kontrol ünitesinden bilgileri alırlar. Her iki arayüz

9

server bilgisayarı da master olmasına bakılmaksızın aynı fonksiyonları yerine

getirebildiği gibi, istendiği takdirde komutlar ve yetkilendirme yalnızca master olan

arayüz bilgisayarı üzerinden yapılacak şekilde de parametrelendirilebilir. Eğer uzakta

konumlandırılacak ve arayüz server bilgisayarlarına bağlanacak olan izleme

bilgisayarları var ise, bu bilgisayarlar master olan arayüz server bilgisayarına

bağlıdır. Master arayüz server ile bir arıza sonucu haberleşmenin kesilmesi halinde

master değişimi gerçekleşir ve stand-by arayüz server master modunda çalışmaya

başlar.

10

11

3. ENERJĠ OTOMASYONUNDA VERĠ TEKNĠĞĠ VE HABERLEġME

3.1 Geleneksel Sensör ve Aktüatörler

Enerji otomasyonunda şalt sahasındaki çeşitli fiderlerden gelen akım, gerilim, şalt

elemanlarının pozisyonları, transformatör kademe değiştirici pozisyonları, koruma

fonksiyon alarm ve açma sinyalleri oldukça önemlidir. En önemli kumanda sinyalleri

ise şalt elemanlarına giden açma, kapama komutları ile transformatör kademe

değiştirici komutlarıdır. Bunlara ek olarak cihaz hataları, sıcaklık, gaz basıncı gibi

ölçümler de görüntülenebilmektedir. Gerekli olduğu durumlarda dijital komutların

yanında analog komutlar da kullanılabilir.

3.1.1 Akım ve gerilim bilgileri

Akım ve gerilim bilgilerinin alınması için gerekli olan akım ve gerilim ölçü

transformatörleri şalt sahasında konumlandırılmıştır. Akım transformatörleri 0-1A

veya 0-5A'lik bir aralıkta çıkış verirken, gerilim transformatörleri 100V-200V AC

civarı gerilim çıkışı verecek şekilde seçilir. Bunlar dışında özel bazı fiziksel analog

büyüklüklerin okunması için genellikle 4-20 mA akım yada -+10V DC gerilim

skalasında girişler kullanılır. 0-20mA akım, 0-20V gerilim aralıkları da bazı

durumlarda kullanılmakla birlikte, en yaygın kullanılan 4-20mA akım bilgisidir.

4mA akım değeri fiziksel olarak sıfırı gösterirken, 0-4 mA aralığı çeviricide yada

kablo bağlantısında problem olduğunu gösterir. Enerji otomasyon sistemlerinde cihaz

hatalarının operatöre bildirilmesi sistemin çalışma güvenirliği açısından oldukça

önemlidir.

12

3.1.2 ġalt ekipmanlarının pozisyon bilgileri

Şalt elemanlarının pozisyonları genel olarak birisi açık, diğeri kapalı pozisyon

kontaklarından olmak üzere iki ayrı kontaktan alınır. Bu "iki noktalı durum bilgisi"

(DPI) anahtar elemanın ara pozisyon bilgisinin görüntülenmesini yani anahtarın

pozisyonun tam olarak doğru görüntülenmesini sağlar. Her iki kontağın da açık

gelmesi durumu ara pozisyon olarak nitelendirilir. Kesici, ayırıcı yada toprak

ayırıcılarında fiziksel olarak iki kontağın aynı anda kapalı olması durumu mümkün

değildir. Bu durum "arıza" anlamına gelir. Anahtar pozisyonunun değişmesi

sırasında hareketin tamamlanması için geçen sürede kontakların her ikisi de açık

konumda olacağından geçici bir ara pozisyon durumu söz konusudur. Her

operasyonda bu geçici durumun sisteme iletilmesinin engellenmesi için anahtar

cihazın tipine göre ara pozisyon sinyali belirli bir süre baskılanır. Süre bitiminde ara

pozisyon durumu devam ediyorsa sistemde ara pozisyon sinyali üretilir.

3.1.3 Diğer durum bilgileri ve alarmlar

Harici kontaklar kullanılarak sahadan çeşitli durum bilgileri yada alarm sinyalleri

toplanabilir. Bu sinyaller genellikle tek bir kontaktan gelir ve "tek noktalı durum

bilgisi" (SPI) olarak isimlendirilir.

3.1.4 Komutlar

Şalt elemanlarına açma kapama yaptırmak için açma ve kapama devrelerinin

enerjilendirilmesi gerekmektedir. Bunun için harici röleler yardımı ile açma ve

kapama bobinleri enerjilendirilir.

13

3.2 Dijital Sinyaller

Dijital sinyaller genel olarak optokuplörler vasıtasıyla izleme sistemine bağlıdır.

Girişlere gelen kumanda gerilimi kontağın takılı olduğu durum bilgisi ile ilgili bilgi

alınmasını sağlar. Normalde açık yada normalde kapalı kontaklar kullanımlarına göre

"0" yada "1" gelmesi durumları için açık/normal ve kapalı/alarm gibi tanımlanabilir.

Bunlarla birlikte bu sinyaller bir anahtar elemanın durum bilgisini göstermek için çift

noktalı durum bilgisi olarak gruplanmış olarak da kullanılabilir. Benzer şekilde dijital

girişler transformatörün kademe pozisyonu gibi sayısal kod olarak gelen BCD

kodlamasına göre gruplanmış olabilir. Bu durumlarda gerekli parametrelendirme

enerji otomasyon sisteminde yapılmalıdır.

3.2.1 Dijital sinyallerin ön iĢlenmesi

Enerji otomasyon sistemlerinde ikili (binary) düzende sinyaller iki şekilde

kullanılabilir. Bunlardan ilki şalt sahasındaki elemanların pozisyonlarının yada

alarmların görsel olarak gösterilmesi, diğeri ise hata durumunda analiz yapılmasını

sağlayacak şekilde olaylar yada alarmlar listelerine kronolojik sıra ile dizilerek

gösterilmesidir. Verilerin kronolojik sıra ile dizilmesinin sağlanması hata analizinin

doğru bir şekilde yapılmasında büyük önem taşır ve bu sıralama en fazla bir

milisaniye hassasiyetle etiketleme yapılarak sağlanır. Hassasiyetin sağlanması için

sinyali üreten cihaz doğrudan zaman etiketlemesini yapar.

Kronolojik sıralamanın doğru ve gerekli hassasiyete sahip olması için tüm cihazların

sistem zamanları aynı olmalıdır. Bu da zaman senkronizasyonunun yapılması ile

sağlanır. Sisteme bağlanan bir zaman sunucusu (time server) vasıtasıyla zaman

bilgisi uydudan yada başka bir zaman sunucusundan sahadaki tüm cihazlara

gönderilerek zaman senkronizasyonu yapılabilir.

14

3.2.1.1 Anlık sıçramaların filtrelenmesi (Debouncing)

Dijital verilerin alındığı kontaklar titreşim yaratarak birkaç milisaniyelik sıçramalara

neden olabilirler. Bunun yanında kesici operasyonu sırasında mekanik titreşimler

nedeniyle sinyalde sıçramalar olabilir. Bu titreşim esnasında yanlış durum bilgisinin

gelmesinin önlenmesi için sinyal baskılanır. Ancak bu baskılama esnasında zaman

etiketinde oluşabilecek gecikmelerin önlenmesi gerekmektedir. Bu nedenle

sıçramanın başladığı ilk andaki zaman etiketi korunur, baskılama sonucunda durum

bilgisinde bir değişiklik olmuş ise sinyal bu zaman etiketi ile gönderilir[3].

3.2.1.2 Dalgalanma ve titreĢimlerin filtrelemesi

Kontak arızası yada temassızlık yaratabilecek bağlantı gibi nedenlerle bazı sinyaller

sürekli olarak ve sık bir şekilde konum bilgilerini değiştiriyorlarmış gibi görünür ve

giriş sinyali açık ve kapalı durum bilgisi arasında sürekli olarak değişim gösterir.Bu

durumun haberleşme sisteminde ve çeşitli lojik fonksiyonlarda gereksiz bir

yüklenmeye neden olmasını önlemek için bu tip titreşimler baskılanır. Eğer sinyal

belli bir süre boyunca belli bir sayıdan fazla değişim gösteriyorsa belli bir süre

boyunca baskılanır. Bu süre sonunda titreşim devam ediyorsa baskılama devam eder.

3.3 Analog Sinyaller

Anlık okunan analog sinyallerin, akıllı elektronik cihazlar tarafından okunabilir

makul bir seviyede akım veya gerilime dönüştürülebilmesini sağlamak için ölçüm

transformatörleri kullanılır. Bu transformatörler aynı zamanda güç devresi ile kontrol

sistemi arasında galvanik bir yalıtım da sağlarlar. Daha sonra bu analog sinyaller

örneklenen akım yada gerilimin frekansının katlarını filtreleyen bir girişim

filtresinden geçerek analog / dijital dönüştürücüden geçer. Bazı durumlarda bu

dönüşüm sonucundaki dijital sinyal için de filtrelemeler kullanılabilir.

15

3.3.1 Analog sinyallerin ön iĢlenmesi

Analogtan sayısala dönüştürülen verilerin ön işlemesi, değere ve amacına bağlı

olarak yapılır. Akım ve gerilim örneklemeleri, arabellekte tutulur. Kullanılacakları

fonksiyona bağlı olarak çeşitli filtreleme yapıları uygulanır. Filtrelenmiş bu değerler

daha sonra çeşitli fonksiyonlar tarafından kullanılabilir. Genel olarak ölçüm

değerleri, gerilim ve akımın RMS değerlerinin, frekansın, aktif ve reaktif güç ile güç

faktörünün hesaplanmasında kullanılır.

3.3.1.1 Ölçekleme (Scaling)

Analog/sayısal dönüştürücüden gelen ölçüm değerleri, dönüştürücünün hassasiyetine

bağlı olarak 8, 12 veya 16 bit genişliğinde bir tam sayıdır. Bu tam sayı değerlerin,

uygulama fonksiyonları tarafından ihtiyaç duyulan mühendislik birimlerine (Volt,

Megawatt v.b.) dönüştürülmesi işlemine ölçekleme denir. Sonuç değeri, ondalıklı

veri tipindedir. Bazı durumlarda hesaplanan değerlerde de ölçekleme gerekli

olabilir[3].

3.3.1.2 EĢik değer uygulaması (Threshold)

Enerji izleme sistemlerinde değerler periyodik olarak gönderilmesinin yanında

değişim bazlı da gönderilebilir. Özellikle hassas ölçüm yapılan akım, gerilim,

sıcaklık, basınç gibi analog ölçüm değerleri sürekli olarak sabit bir seyir izlemez.

Sürekli olarak değişen bu tip değerlerin en ufak değişikliklerde bile enerji izleme

sistemine iletilmesi durumunda haberleşme akışı oldukça yoğun olacağı için diğer

önemli sinyallerin mümkün olan en kısa sürede sisteme ulaşması gerçekleşemez.

Bunu önlemek için analog değerler eğer değişim bazlı gönderilmek isteniyorsa ilgili

analog değer için yüzde eşik değeri tanımlanır. Son gönderilen analog değerden

sonra değişimin integrali alınarak, bu değerin atanan yüzde eşik değeri kadardan

fazla aşağı yada yukarı yönde bir değişim gerçekleştirmesi durumunda analog değer

sisteme iletilir. Aksi takdirde baskılanır. İntegral alınması nedeniyle çok fazla öneme

sahip olmayan küçük değişimler büyük zaman aralıkları ile büyük değişimler ise

oldukça hızlı bir şekilde sisteme iletilir. Bu sayede sistemin ölçüm hassasiyetinde

önemli bir kayıp yaşanmamış olur.

16

Yüzde eşik değer atanırken ilgili analog sinyalin değişim hızı göz önünde

bulundurulmalıdır. Değişim hızı ve büyüklüğü çok olan analog sinyallere daha

yüksek yüzde eşik değeri atanırken, değişim hızı ve büyüklüğü düşük olan

sinyallerde hassasiyetin korunması için daha düşük eşik değer atanmalıdır.

3.3.1.3 Sıfır değer baskılama (Zero value suppression)

Analog sinyaller için kullanılmakta olan diğer bir filtreleme ise sıfır değer

baskılamasıdır. Ölçümün çeviriciler ve elektronik cihazlar üzerinden yapılması ve

ölçüm noktası ile cihaz arasındaki bağlantı üzerinde oluşabilecek elektromanyetik

girişimler nedeniyle gerçekte sıfır olması gereken analog sinyaller, sıfır etrafında

salınım yapıyormuş gibi algılanabilir ve enerji izleme sistemine çeşitli değerler

gönderilebilir. Bunu engellemek için sıfır civarında belirli bir limit aralık atanır ve bu

aralık içerisinde gelen analog değerlerin tamamı sıfır kabul edilir. Bu aralığın

büyüklüğü, küçük değerlerin de okunabilmesi açısından mümkün olduğunca küçük,

analog sinyalin sıfır noktası civarında gösterdiği karakteristiği baskılayabilmesi

açısından ise yeterli büyüklükte seçilmelidir.

3.4 Enerji Otomasyon Sistemlerinde HaberleĢme

Haberleşme enerji izleme ve kontrol sistemlerinin en önemli parçalarındandır.

Özellikle büyük çaplı izleme ve kontrol sistemlerinde telekontrol merkezi, merkezi

kontrol istasyonuna durum bilgilerinin gönderimi ve komutların alınması

gerekmektedir. En basit tanımı ile haberleşme linkleri gönderici (transmitter) ile alıcı

(receiver) arasında fiziksel bağlantıyı sağlar. Bakır iletkenlerin yanı sıra fiber optik,

mikrodalga, radyo dalgaları ve uydu haberleşmesi gibi çeşitli fiziksel altyapıya sahip

haberleşme hatları bulunmaktadır. Enerji izleme sistemlerinde fiziksel altyapı olarak

genellikle bakır iletkenler, fiber optik ve kablosuz ağ haberleşmesi kullanılır.

3.4.1 HaberleĢme protokolleri

Haberleşme protokolleri, haberleşme cihazları arasındaki veri iletişiminin kurallarını

ve düzenini tanımlarlar. En basit tanımlama ile haberleşme protokolleri alıcı ile

verici sistem arasındaki “lisan” görevi görürler.

17

3.4.1.1 IEC60870-5-101

IEC 60870-5-101, Uluslararası Elektroteknik Komisyonu Teknik Komite 57 (IEC-

TC57) tarafından oluşturulmuş genel bir protokoldür. IEC 60870-5 standart doküman

serisi olup, içeriği temel standart bölümlerinden ve ilgili standartlardan oluşmaktadır.

IEC 60870-5 standardının 101 numaralı bölümü, uzak terminal birimi – akıllı

elektronik cihaz haberleşmesi için mesaj yapısını tanımlar.

Temel referans model yedi katmandan oluşmaktadır. Bununla birlikte, 101 profilinde

kullanılan basitleştirilmiş modelde ise daha az katman bulunur ve geliştirilmiş

performans mimari (EPA) modeli olarak isimlendirilir.

A İstasyonu

Bağlantı katmanı

Bağlantı arayüzü

Uygulama katmanı

Fiziksel katman

Fiziksel arayüz

HABERLEŞME HATTI

B İstasyonu

Bağlantı katmanı

Bağlantı arayüzü

Uygulama katmanı

Fiziksel katman

Fiziksel arayüz

ġekil 3.1 : Geliştirilmiş performans mimari modeli.

Şekil 3.1’de geliştirilmiş performans mimari modelinin iki istasyon arasındaki

haberleşmeye uygulanışı gösterilmiştir. Bu şekle göre, A istasyonu ve B istasyonları

arasındaki haberleşme uygulaması, A istasyonunun katman dizisinin en üst

basamağındaki uygulama verisinin kabulü ile başlar. Uygulama verisi tüm

katmanlardan geçerek protokolun çalışması için gerekli olan verileri toplar. Mesaj A

istasyonunun en alt katmanından haberleşme alt yapısı üzerinden gönderilir, B

istasyonunun en alt katmanı tarafından alınır. Mesaj orjinal uygulama verisi en üst

katman tarafından alınıncaya kadar, yukarı doğru tüm katmanları geçerek ilgili

kontrol verileri dağıtılır.

18

Şekil 3.2’de katmanlama düzeninden türetilmiş olan IEC mesajlaşma yapısını

göstermektedir. Şekilde görüldüğü gibi tüm veri alanları, bir yada daha fazla bayttan

oluşan bayt dizilerinden meydana gelmektedir. Uygulama servis veri birimi (ASDU),

bir istasyonun uygulama işleminden diğer istasyonun uygulama işlemine giden bir

veri bloğudur. IEC60870-5-101 protokolünde uygulama protokol kontrol bilgisi

(APCI) bulunmadığından, uygulama servis birimi (ASDU) uygulama protokol veri

birimine (APDU) eşittir.

S L L S C A ASDU CS E

BAŞLANGIÇ BİTİŞ

LPCI APDU LPCI

LPDU

ġekil 3.2 : IEC mesaj yapısı.

.

Link katmanı, link protokol veri birimini (LPDU) oluşturmak üzere kendi link

protokol kontrol bilgisini (LPCI) uygulama protokol veri birimine (APDU) ekler.

Link protokol veri birimi (LPDU), asenkron karakterler arasında boş sıra yada aralık

olmadan komşu yapı olarak gönderilir. IEC60870-5-101 iskeleti, başlık ve gövde

olarak bölünebilir. Başlık kısmı S+L+L+S karakterlerinden, gövde kısmı ise geri

kalan karakterlerden oluşur. Link protokol kontrol bilgisi (LPCI),

CS+E+L+S+C+A+LPCI = S+L ........ (1.1)

yapısındadır (1.1). S= Sabit tanımlı bit modelinin başlangıç karakteri, L =

“ASDU+C+A” yapısının uzunluğunu bayt cinsinden belirten uzunluk karakteri, C=

link kontrol karakteri, A= link adres alanı, CS= doğrulama karakteri ve E= Sabit

tanımlı bit modelinin bitiş karakteri şeklinde tanımlanır.

IEC60870-5-101 uygulama protokolü, uygulama fonksiyonları ve uygulama servis

veri birimi olmak üzere iki hazırlık grubunu tanımlar. IEC60870-5-101

protokolünde; istasyonun başlatılması, sorgulama ile veri toplama, döngüsel veri

iletimi, olayların toplanması, genel sorgulama, zaman senkronizasyonu, komut

iletimi, tümleşik toplamların iletimi, parametre yükleme, test prosedürü, dosya

transferi, iletim zaman gecikmesinin kazanımı gibi uygulama fonksiyonları bulunur.

19

T Q C CA OA IE TT OA IE TT..............................

I0 1 I0 n

ġekil 3.3 : IEC telegram yapısı.

Uygulama için uygun olan ASDU’nun değişik tipleri için genel düzenleme şekil

3.3’de gösterilmiştir. Veri alanlarında gösterilen, T alanı sinyal tip tanımlamasını (bir

veri baytı), Q alanı bilgi eleman yada nesnelerinin sayısına karşılık gelen değişken

yapı sınıflandırıcıyı (bir veri baytı), C alanı döngüsel olarak, kendiliğinden, talep

üzerine, etkinleşme gibi iletim neden bilgilerini (bir yada iki veri baytı), CA alanı

istasyon yada istasyon bölgesi için belirlenmiş olan ortak adresi (bir yada iki veri

baytı), OA alanı bilgi nesne adresini (bir, iki yada üç veri baytı), IE alanı bilgi sinyal

değerini ve TT alanı da zaman etiketi bilgi nesnesini tanımlamaktadır[2].

3.4.1.2 IEC60870-5-103

IEC 60870-5-103 protokolü istasyondaki kontrol sistemi ile koruma cihazları

arasındaki haberleşme yapısını tanımlayan protokoldür. Bu protokolde veri iletimi

için uygulama servis veri ünitesi (ASDU) yada mümkün olan tüm verilerin iletimi

için genel servisler olmak üzere iki methot kullanılır. IEC 60870-5-103 protokolü,

belirli koruma fonksiyonlarını desteklemekle ve üreticiye kendi özel koruma

fonksiyonları için özel veri aralığı kullanımı sunmaktadır.

IEC 60870-5-103 protokolü, telegram yapısı olarak IEC 60870-5-101 protokolünde

belirtilen FT1.2 telegram formatını kullanmaktadır. Bu formatta IEC 60870-5-101

protokolündeki gibi değişken uzunlukta telegram, sabit uzunlukta telegram ve tek

karakter telegram seçenekleri bulunmaktadır. Tek karekter onaylama için, sabit

uzunlukta karakter telegramlar komutlar için ve değişken uzunlukta telegramlar ise

veri gönderimi için kullanılır. IEC 60870-5-101 protokolünden farklı olarak bilgi

nesne adresi (IOA), IEC 60870-5-103 protokolünde fonksiyon tipi (ftype) ve bilgi

numarası şeklinde ayrık olarak kullanılır. IEC 60870-5-101 protokolündeki gibi

çoklu bilgi nesneleri kullanılabiliyorken IEC 60870-5-103 protokolünde yalnızca tek

bilgi nesneleri kullanılabilir.

20

3.4.1.3 IEC60870-5-104

IEC60870-5-104 protokolü, IEC 101 haberleşme protokolünün iletim, ağ, link ve

fiziksel katman servislerinin network sistemlerine uyarlanmış bir uzantısıdır.

Protokol, TCP/IP arayüzü ile yerel ağ bağlantısına, yönlendirici (router) yardımı ile

geniş alan ağlarına bağlanarak kullanılır. Uygulama katman yapısı, IEC 101

protokolü ile aynı olmakla birlikte, IEC 101 protokolünde bulunan bazı veri tipleri

ve özellikler IEC 104 protokolünde kullanılmamaktadır. Standartta, eternet ve seri

hat (Point-to-Point) olmak üzere veri iletişimine uygun olan iki ayrı bağlantı

katmanı tanımlanmıştır.

21

4. ENERJĠ OTOMASYON SĠSTEMLERĠNĠN ĠġLETME FONKSĠYONLARI

Enerji otomasyon sistemlerinde işletme fonksiyonları, enerji sisteminin

görüntülenmesi, kontrolü, veri depolama ve veri analizi gibi konuları kapsar.

Kontrolün uzaktaki merkez istasyonundan yapıldığı durumlarda bazen yerel

otomasyon sistemi yalnızca görüntüleme, veri toplama ve raporlama gibi amaçlarla

kullanılabilir[8].

4.1 Görüntüleme Fonksiyonları

Görüntüleme fonksiyonlarının temel amacı, istasyondaki durum bilgilerinin

gösterilmesi, operatörün istasyonda oluşan yada oluşmakta olan tehlikeli bir durum

hakkında bilgilendirmesi yapılmaktadır.

4.1.1 Genel görünüm ve detay ekran sayfaları

Genel görünüm ekranları tüm istasyona ait yada bara bazında tek hat şemalarından

ve haberleşme sistem sayfalarından oluşur (Şekil4.1). Detay ekranları ise fider,

transformatör, generatör, gaz izleme, sıcaklık izleme gibi ekranlardan oluşur. Bu

ekranlarda şalt ekipmanlarına ait pozisyon bilgileri, bara, hat ve transformatör ile

ilgili akım, gerilim gibi ölçüm bilgileri, ayrıca aktif ve reaktif güç ve cos(fi) gibi

hesaplama bilgileri gösterilir. Tek hat şemasının bulunduğu resimlerde

enerjilendirilmiş, enerjisiz ve topraklanmış olma durumlarına göre bara ve hat

renklendirmesi yapılabilir. Bunun yanında farklı gerilim seviyeleri için farklı renk

seçimleri yapılabilir.

Haberleşme ekranlarında, sistemde bulunan cihazlar ve aralarındaki fiziksel

haberleşme bağlantıları gösterilir. Cihazda veya haberleşme bağlantısında oluşacak

bir hata çeşitli şekillerde (yanıp-sönme, renk değişimi vb.) uyarı olarak gösterilir.[9]

22

ġekil 4.1 : Genel görünüm sayfası.

23

4.1.2 Olaylar listesi

Olaylar listesinde durum değişiklikleri, gelip-giden alarmlar, limit aşımları ve komut,

onaylama gibi sahada gerçekleşen olaylar zaman etiketine göre kronolojik sıra ile

listelenir (Şekil 4.2). Her bir olay, cihaz ve sinyal tanımlamasının yanında

gönderilme nedeni (cause of transmission), sinyalin doğruluk durum bilgisi (state) ve

oluşma zamanı gibi verilerle birlikte yer alır. Bütün olaylar, anlık olarak olay

yazıcısından (event printer) çıktı olarak alınabilir.

4.1.3 Alarm Listesi

Enerji otomasyonunda genellikle bir alarmın normal ve onaylanmış (acknowledged),

alarm aktif ve onaylanmamış, alarm aktif ve onaylanmış (aktif alarm), normal ve

onaylanmamış (normale dönmüş alarm) olmak üzere dört durumu bulunur. Bir alarm

geldiğinde onaylama komutu verilene kadar onaylanmamış alarm olarak kalır, ses ve

ışıklı uyarılar yardımı ile operatör uyarılır. Alarm aktif olmasına rağmen onaylama

komutu verilmesi durumunda uyarılar durur ve alarm listesinde alarm kalır. Alarm

durumunun onaylama komutu verilmeden ortadan kalkması durumunda alarm

onylama komutu verilene kadar listede kalmaya devam eder, onaylandıktan sonra

listeden temizlenir. Normal ve onaylanmış olan alarmlar alarm listesinde yer

almazlar. Alarmlar, normal duruma dönmeleri ve onaylama komutlarının tamamı

olaylar listesinde bulunur ve veri olarak arşivlenmelidir. Onaylama komut işlemi

yetkilendirilmiş kullanıcılar tarafından yapılmalıdır. Alarm listesinde alarmın cinsine

göre öncelik kodu tanımlanabilir ve bu koda göre filtreleme yapılabilir. Bu sayede

operatör, herhangi bir arıza durumunda gelecek olan çok sayıda alarm arasından

önemli olanları filtreleyebilir ve daha önemli olan alarmlara odaklanabilir[9].

24

ġekil 4.2 : Alarm ve olaylar sayfası.

25

4.2 Engelleme Fonksiyonu

Enerji otomasyon sistemlerinde cihaz yada haberleşme linklerinin engellenmesini

gerektirecek durumlar olabilir. Haberleşme linklerinin engellenmesini gerektirecek

başlıca durumlar bakım çalışması esnasında gönderilen komutların engellenmesi,

bazı özel arıza durumlarında izleme sistemine gidecek olan durum bilgilerinin ve

ölçüm değerlerinin gönderiminin engellenmesi, istasyonda yapılacak bir çalışma

esnasında uzak merkez istasyona gereksiz durum bilgilerinin veya oradan

gönderilebilecek olan komutların engellemesidir.

4.3 Trend Kaydı Ve ArĢivleme

Akım, gerilim, aktif-reaktif güç, güç faktörü, sıcaklık gaz basıncı gibi çeşitli yollarla

sahadan toplanan analog veriler bilgisayar sabit sürücüleri üzerinde veritabanında

tutularak grafik yada istatistiki olarak trend sayfalarında gösterilebilir. Günlük,

haftalık, aylık, yıllık trendler incelenerek istasyonun istatistiki verileri görsel olarak

kolaylıkla görüntülenebilir. Bu veriler, performans analizi ve planlama gibi alanlarda

kullanılabilir.

Trendlerin kayıtlanması sırasında en önemli noktalardan birisi örnekleme zamanı

yada döngüsüdür. Döngünün hızlı olması verilerin hassasiyetini arttırırken,

haberleşme ağı ve veritabanı için aşırı yüklenmeye neden olabilir. Döngü süresi

ayarlanırken istasyonda bulunan kayıtlanacak verilerin sayısı, değişim sıklığı ve

kayıt edileceği sabit bellek sürücüsünün büyüklüğü gibi detaylar hesaba katılmalıdır.

Veri depolaması yalnızca analog değerler için yapılmaz. Bunun yanında olaylar

listesinin de kaydı tutulmalıdır. Bu sayede geçmişe dönük arıza analizleri ve çeşitli

bakım istatistikleri çıkartılabilir.

26

4.4 Komut Fonksiyonları

Kumanda fonksiyonları enerji otomasyon sistemlerinde çeşitli operasyonlarda

kullanılır. Bu komutlar istasyondaki bir izleme sisteminden, uzak merkezdeki izleme

istasyonundan yada lokal olarak cihaz üzerinden yapılabilir. Komutlar doğrudan

sahadaki ekipmanlara gönderildiği için hatalı yapılacak operasyonlar tehlikeli ve

hasara yol açacak kazalara neden olabilir. Bu nedenle komutlar kullanıcı

tanımlamaları ve yetkileri, kontrol modu, anahtar eleman pozisyonları, transformatör

kademe pozisyonları, ve bunlardaki anlık değişim yönetimi gibi yöntemlerle

sınırlandırılmış ve korunmuştur.

Komutun uygulanması; doğru cihaz seçiminin yapılması, kilitleme durumu,

senkronizasyon durumu, cihaz engellenme durumu (bay blocking), kumanda yetki

durumunun uygun koşullarda olması neticesinde gerçekleştirilir. Güvenlik unsurları

nedeniyle, “uygula” komutundan önce komutun geçerliliğini kontrol eden ve doğru

cihaz seçiminin yapıldığını onaylayan “seçme” basamağı (Select before Operate /

Execute) sonra ise uygulama basamağından geçerek komut işlemi uygulanır.

4.5 Senkronizasyon Kontrollü Kapama Fonksiyonu

Senkronizasyon kontrolü, bara ve hattın enerjili olması durumunda; kesicilerin ana

kontaklarının kapama operasyonunun kontakların iki tarafı arasındaki farklı gerilimin

olması dolayısıyla kapama sırasında oluşacak arkın yok edilmesi yada mümkün

olduğunca azaltılması işini yerine getirir. Senkronizasyon kontrolü için kesicinin

bara ve hat tarafında ölçüm yapan gerilim transformatörlerinin sağlıklı olması

gerekir.

4.6 Yazılımsal Kilitleme Fonksiyonu

Kilitlemelerin amacı, hatalı bir operasyon yapılması sonucunda oluşabilecek olan

maddi zararları ve can kaybı, yaralanma durumlarını önlemektir. Kilitlemeler

temelde mekanik olarak bunun yanında elektriksel olarak ve günümüzde akıllı

cihazlar sayesinde yazılımsal olarak yapılabilmektedir.

27

4.7 Sıralı Operasyonlar (Sequential Switching)

Bakım durumları hariç olmak üzere bir enerji sisteminin işletmesinde genellikle

operasyon yalnızca bir şalt anahtarında yapılmaz. Bir fiderin enerjilenmesi,

topraklanması, kesintisiz bara transferi, bara kuplaj kapama gibi çeşitli

operasyonların herbiri sırasıyla uygulanması gereken ve kendilerine özgü bir dizi

operasyon grubu içerirler. Bu işlemler sırasında herhangi bir operasyonel sıralama

hatasının önlenmesi, operasyonun akışında oluşan bir hatanın gözden kaçması gibi

durumları ortadan kaldırmak için sıralı operasyonlar otomatik olarak yaptırılabilir.

Sıralı operasyon başlamadan önce o operasyon için gerekli olan koşullar kontrol

edilir, her bir basamak kendinden öncekinin tamamlanmasından ve ilgili geri

besleme alınmasından sonra işleme konur. Operasyonun herhangi bir noktasında

oluşacak olan hata, uygulanmayan işlem yada kilitleme koşulu gerçekleşirse

operasyon otomatik olarak durdurulur. İstendiği durumlarda operason sırası sorunsuz

olarak devam etmesine rağmen, her basamak öncesinde operatör onayı alınabilir,

operatör istediği basamakta işlemi durdurma yetkisine sahip olabilir[10].

4.8 Yük Atma Fonksiyonu

Üretim kaynağının kaybı yada büyük bir yükün beslenmesi sırasında sistemin çeşitli

dinamik etmenlerine bağlı olarak gerilim veya frekans değişimleri ortaya çıkar. Bu

durum, özellikle enerji şebekesinden tamamen bağımsız yada kısmen bağımlı olan,

ihtiyaç duyulan üretimin tamamını yada büyük bir kısmını kendisi yapan tesislerde

enerji sisteminin çökmesine neden olabilir. Bunun önlenmesi için yük atma

sistemleri entegre edilir. Yük atma temel olarak, frekans veya gerilimde oluşacak

değişim durumlarında yükün belirli bir kısmının beslemeden ayrılarak regülasyonun

sağlanması ve geriye kalan yüklerin enerjisiz kalmasının önlenmesini sağlar.

Yük atma mantığında en önemli veriler, yüklerin atılma önceliği yada atılmaya izni

olup olmamasıdır. Tesisin işletme mantığında yapılacak değişikliklerin yük atma

sistemine de uygulanabilir olması için bu parametreler yetkili kullanıcı girişi ile

değiştirilebilir olmalıdır (Şekil 4.3). Yük atma tetiklendiğinde ilgili senaryo ve yük

durumuna göre hesaplanmış olan yük miktarı kadar yük beslemeden ayrılır.

28

ġekil 4.3 : Yük atma sistem sayfası.

29

4.9 Veri AlıĢveriĢi

İstasyon içerisinde bulunan enerji izleme sistemi ile güç yönetim sistemleri, yük

atma sistemleri vb. gibi ayrık kontrol sistemleri arasında veri alışverişi olabilir.

Bunlara ek olarak enerji izleme sistemleri genellike uzaktaki merkez istasyon,

telekontrol merkezi, şebeke kontrol merkezi gibi üst merkezlerdeki izleme sistemleri

ile veri alışverişinde bulunurlar. Günümüzde üst kontrol merkezleri ile veri

iletişiminde çoğunlukla kullanılmakta olan haberleşme protokolü IEC60870-5-101

protokolüdür. Yüksek hızlı bir yerel ağ bulunan sistemlerde kullanılan protokol,

IEC60870-5-101 protokolünün TCP/IP tabanlı versiyonu olan IEC60870-5-104

protokolüne doğru bir kayma gösterir.

30

31

5. ENERJĠ OTOMASYON FONKSĠYONLARININ UYGULAMALARI

Bu çalışmada enerji izleme sistemi entegre edilmiş olan iki ayrı enerji tesisinde

uygulanan özelleşmiş akıllı kontrolör yazılımları gerçeklenmiştir.

5.1 Kontrolör Yük Atma Uygulaması

Enerji tesisinde kontrolör yazılımı ile kontrollü yük atma uygulaması

gerçeklenmiştir. Yük atma, saha verileri incenelerek, tesis çalışmasına göre

oluşturulmuş çeşitli senaryolar değerlendirilerek gerçekleştirilmektedir. Aşağıda

tesisin yapısı, yük atma ile ilgili gereksinimleri ve bu gereksinimleri karşılamak için

gerçeklenmiş olan yük atma yazılımına ait detaylar incelenmiştir.

5.1.1 Tesis yapısı

Tesisin enerji sistemi, dağıtım şebekesinden gelmekte olan iki ayrı fider üzerinden

beslenmektedir. Dağıtım şebekesinden gelen fiderler tesisin ana dağıtım merkezinde

bulunmakta olan iki ayrı baraya ayrı ayrı bağlanabilmektedir. Tesiste bulunan beş

adet generatör, tesisi ada modunda dağıtım şebekesinden bağımsız olarak

çalıştırabilecek güçte olup, giriş fiderleri gibi her iki baraya da ayrı ayrı bağlanabilir

özelliktedir. Ana dağıtım merkezindeki iki bara kuplaj kesicisi üzerinden birbirlerine

bağlanabilirler. Tesiste bulunan alt dağıtım merkezlerine giden beslemeler de

kaynaklar gibi iki ayrı baraya da bağlanabilir durumdadır[11].

5.1.2 Enerji sisteminin çalıĢma Ģekilleri ve yük atma sistem gereksinimleri

Tesis, dağıtım şebekesi ve beş adet generatör tarafından beslenmektedir. Ana dağıtım

merkezinde bulunan iki ayrı bara kuplaj üzerinden birbirine bağlanabilmektedir. Bu

sistem yapısı sayesinde ana dağıtım merkezi işletmesi çeşitli çalışma şekillerinde

yapılabilmektedir. Her ayrı çalışma şekli yapısı gereği farklı bir yük atma

gereksinimi taşır. Bu kısımda, çalışma şekilleri ve ilgili yük atma gereksinimlerinden

bahsedilmiştir.

32

Şebeke

Giriş 1

Şebeke

Giriş 2

Gen1 Gen2 Gen3 Gen4 Gen5 DM1 DM2 DM3 DM4 DMnBARA

KUPLAJ

ġekil 5.1 : Yük atma kontrolü uygulanan tesisin sistem yapısı.

33

5.1.2.1 ġebeke ile paralel çalıĢma

Sistem dağıtım şebekesinden beslenirken yük atma yapılmamalıdır.

5.1.2.2 ġebekeden ayrılma

Şebekede oluşan kısa devre, düşük frekans veya ana dağıtım merkezi giriş

kesicilerinin açması gibi durumlar sonucu şebekeden ada moduna geçiş sırasında,

stabilite hesaplarına göre belirlenmiş olan rezerv güç miktarı kadar yük devredışı

bırakılır. Bu yük atma esnasında generatörlere ait üretim kapasitesine bağlı rezervler

dikkate alınmaz.

5.1.2.3 ġebekede oluĢan düĢük gerilim nedeni ile Ģebekeden ayrılma

Dağıtım şebekesi tarafında arıza olması ve arızanın standart değerler olan 200ms ile

600ms süreleri içerisinde giderilmesi durumunda şebekeden ayrılma ve yük atma

yapılmayacaktır. Dağıtım şebekesindeki bara gerilimi %65 mertebesine ulaşmadan

rezerv yük atılmayacak yalnızca üretim tüketim farkı kadar yük atılacaktır.

Şebekeden ayrılma durumu için %45 ve %65 mertebesinde gerilim değerlerine göre

hesaplanmış miktarda rezerv yük atılacaktır.

5.1.2.4 ġebekede oluĢan düĢük frekans nedeni ile Ģebekeden ayrılma

Dağıtım şebekesi tarafında frekans belirlenmiş değerlerin dışına çıkacak olursa,

decoupling rölesi giriş fiderlerini açtıracak, düşük frekans değerlerine göre

belirlenmiş miktarlarda yük atılacaktır.

5.1.2.5 Ana dağıtım merkezi giriĢ fiderlerinin açması nedeni ile Ģebekeden

ayrılma

Ana dağıtım merkezi giriş fiderlerinin açması durumunda yük atma senaryosu düşük

frekanstan dolayı şebekeden ayrılma gerçekleşmiş gibi çalışmalıdır.

5.1.2.6 Ada modunda çalıĢma

Sistemin şebekeden ayrıldıktan sonraki çalışma durumu, ada modu çalışma olarak

nitelendirilir. Ada modu çalışma esnasında tüm sistem generatörler tarafından

beslenir. Generatörlerden herhangi birinin devreden çıkması kalan generatörlerin

34

üzerine daha çok yük bindirecek ve sistem frekansı düşecektir. Bu düşüşün önüne

geçebilmek için yük atma yapılması gerekir.

Başka bir olasılık da tesis ada modunda ana dağıtım merkezindeki bara kuplaj

kesicisi kapalı çalışırken iki barayı birleştiren kuplaj kesicisinin açmasıdır. Bu

durumda yük atma sisteminin çalışması ve baralarda bulunan türbinlerin aşırı

yüklenme olasılığının önlemesi gerekir. Yük atma sistemi, baraların üretim ve

tüketim miktarlarını kontrol ettiği için bu esnada ihtiyaç olan barada yük atma işlemi

gerçekleştirilir.

Ayrıca ada modunda çalışma esnasında herhangi bir arıza olmaksızın frekansın

belirli bir eşik değerinin altına düşmesi durumunda da yük atma sistemi devreye

girecek ve belirlenmiş güç değeri üzerinden yük atma işlemini gerçekleştirecektir.

Dağıtım şebekesinden beslenirken yük atma yapılmamalıdır.

5.1.3 Yük atma otomasyon yazılımı

Yük atma yazılımının en önemli gereksinimi hızlı ve doğru bir şekilde yük atma

yapabilmesidir. Bu nedenle işlemlerin tamamı sürekli olarak incelenmez. Ana bir

döngü içerisinde yalnızca gerekli blok yada fonksiyonlar çağırılarak, gerekli olan

değerler üzerinden hesaplamalar yapılmaktadır. Bu kısımda yük atma yazılımının

ana döngüsü ve kullanılmakta olan fonksiyon bloklarının görevleri incelenmiştir.[11]

5.1.3.1 Ana organizasyon bloğu

Yük atma yazılımın döngüsünün gerçekleştiği bloktur. Tüm yazılım bu blok

içerisinde çalışırlar. Organizasyon bloğu içinde yer almayan fonksiyonlar işlenmez.

Her fonksiyon belirli bir sırayla organizasyon bloğu tarafından çağırılır ve sırayla

işlenir. Oraganizyon bloğu tarafından çağrılan her bir fonksiyon yük atma yazılımı

içerisinde farklı görevler gerçekleştirirler.

35

I/O Modül Sağlıklı Kontrol

Fonksiyonu

Generatör Pozisyon Bilgileri

Ara Pozisyon Kontrol

Fonksiyonu

Şebeke Giriş Fiderleri Ara

Pozisyon Kontrol Fonksiyonu

Yük Atma Tespit Fonksiyonu

Aktif Güç Değerlerinin

Alınması

Kesici Yük Atmaya Dahil

Döngüsü

Yük Atma Biti KontrolüKesici Açtırma Çıkışlarının

Aktif EdilmesiEVET

Aktif Güç Değerlerinin

Bufferda ilgili yerlere yazılması

HAYIR

Senaryolar İçin Rezerv Güç

Hesap Fonksiyonu

Çalışma Durum Tespit

Fonksiyonu

Çalışma Durumu İçin İlgili

Senaryolarla İlgili Hesaplar

Yük Atma Geri Beslemeleri ve

Eksik Yük Atma Kontrol

Fonksiyonları

Çıkışların ve İlgili Senaryo

Hesaplarının Sıfırlanması

ġekil 5.2 : Yük atma ana organizasyon bloğu.

5.1.3.2 GiriĢ çıkıĢ modüllerinin kontolü

İstasyonlar’da bulunan input/output modül gruplarına takılmış olan output kartlarının

her biri için kontrolörden bir adet “giriş/çıkış modülü sağlıklı” çıkış sinyali sürekli

olarak aktif halde tutulmaktadır. Bu çıkış sinyali ilgili giriş modülüne bağlanmıştır.

Kontrolör bu giriş sinyalini sürekli izlemektedir. Sinyalde bir kesilme olursa kesilme

süresince sinyalin geldiği kartlara bağlı olan yükler otomatik olarak yük atma

hesaplarından çıkartılmakta ve yük atma otomasyon arayüz bilgisayar (HMI)

ekranına alarm bilgisi gönderilmektedir. Arıza durumu ortadan kalktığında operatör

onayı beklenmeksizin yükler tekrar hesaplamalara dahil edilmektedir.

36

5.1.3.3 Kesici ara pozisyon ve arıza durumu kontrol bloğu

Yük atma işlemi sadece sistemin içinde bulunduğu duruma ait yük atma

senaryolarını çalıştırır. Durum tespiti ana dağıtım merkezi ve diğer dağıtım

merkezlerinde bulunan kesicilerinin pozisyonları dikkate alınarak yapılır. Bu

kesicilere ait pozisyon bilgilerindeki bir belirsizlik hatalı hesaplamalara neden

olabilir. Kesici pozisyon bilgilerinde ara pozisyon ve arıza durumu olmak üzere iki

farklı arıza durumu söz konusudur.

Ara pozisyon normalde geçici durumdur. Kesicinin açma veya kapama süresi içinde

oluşur. Süre aşıldığında hala sisteme 0-0 bilgisi geliyor ise kesici ara pozisyonda

demektir. Bu arıza kontrolör tarafından tespit edilir ve arıza noktası operatöre

bildirilir.

Arıza pozisyonu oluştuğunda kontrolör herhangi bir gecikme oluşturmadan arızayı

tespit eder ve arıza noktasını operatöre bildirir.

Her iki arıza durumunda da kontrolör yük atma işlemini, yük atma tespit bloğunu

atlayarak iptal eder, gerekli alarmları üretir. Yazılıma ait tüm fonksiyonlar çalışmaya

devam eder, ancak yük atma tespit bloğu arıza süresince çalıştırılmadığı için yük

atma senaryoları tetiklenemez.

Arızanın giderilmesi durumunda operatörün yük atma otomasyon arayüz bilgisayar

ekranından vereceği arıza giderildi onayı ile ilgili fider yada fiderler için yük atma

tekrar aktif hale gelir. Arıza giderilmeden onay verilse bile kontrolör yük atma

sisteminin aktif hale geçmesine izin vermez.

5.1.3.4 Generatör kesicilerinin ara pozisyon ve arıza durum kontrol bloğu

Generatörlere ait kesicilerden herhangi birinden ara pozisyon arızası geldiği sürece

ilgili generatöre ait yük atma senaryosu devredışı edilir. Ara pozisyon arızası ortadan

kalktığı anda generatöre ait yük atma senaryosu operatör onayı beklenmeden

kontrolör tarafından otomatik olarak tekrar aktif edilir. Generatör kesicilerinde ara

pozisyon yada arıza poziyonu oluşması durumunda fider kesicilerindeki gibi

kullanıcı arayüzünde alarm bilgisi gönderilir.

37

5.1.3.5 Ana dağıtım merkezi giriĢ fiderlerinin açtırılması durumu kontrol bloğu

Sistem decoupling rölesinden bağımsız olarak ana dağıtım merkezi giriş yada

dağıtım şebekesi çıkış kesicilerin açması sonucu da şebekeden ayrılabilir. Bu esnada

yük atma sistemi bu ayrılmayı frekans yük atması gibi değerlendirecektir. Bu blok

yardımı ile ayrılma tespit edilir. Bu bilgi yük atma tespit bloğuna iletilerek frekans

yük atma senaryosu çalıştırılır.

5.1.3.6 Yük atma tespit bloğu

Yük atma yazılımında yer alan bütün senaryoların değerlendirilidiği bloktur. Bu

değerlendirmeler sonucu şartların oluştuğu durumda blok içerisinde ilgili senaryoya

ait yük atma kararı verilir. Yük atma kararı verilmesi ile birlikte senaryoya ait

zamanlayıcı çalışır ve ilgili senaryonun yük atma bit’i setlenir. Bu bit hem blok

içerisinde yer alan yazılımın sonraki kısımlarının atlanmasını hem de ana

organizasyon bloğunun içindeki programın hesaplama bölümlerinin atlanarak

parogramın çıkış bloklarına atlamasını sağlar. Çıkış bloklarında daha önceden

belirlenmiş yüklerin devre dışı edilmesi için gerekli çıkış sinyalleri aktif edilerek yük

atma işlemi gerçekleştirilir.

5.1.3.7 Enerji izleme sistemi ada modu ihbar bloğu

Yük atma sisteminin oluşturduğu “Yük Atma yapıldı”, “Yük atma başarısız” gibi

bazı sinyaller enerji izleme sistemine aktarılmaktadır. Ana merkezde bulunan mimik

panoya da bazı sinyaller yük atma sisteminden iletilmektedir. Yük atma sistemi ile

ilgili belirlenmiş olan tüm bu sinyallere ait çalışmalar bu blok içerisinde

yapılmaktadır. Ayrıca Ada modu çalışma esnasında büyük güçlü motorların devreye

girmesine ait kilitleme yazılımı da bu blok içerisinde çalışmaktadır.

5.1.3.8 Yük atma yazılımı ile enerji izleme sistemi arası veri alıĢveriĢ bloğu

Yük Dağıtım merkezlerinin girişlerine ve yüklere ait rölelerden alınan aktif güç

değerleri, enerji izleme ünitelerinde, yük atma kontrolörüne iletilecek şekilde

parametrelendirilmiştir.

İstasyonlarında bulunan enerji izleme ünitelerinden herhangi birinde olabilecek

olası bir haberleşme problemi yük atma sistemi için bir problem oluşturmamaktadır.

Enerji izleme sisteminden yalnızca yüklere ait güç bilgileri alınmaktadır. Bununla

birlikte haberleşme hattı kopsa bile önceden okunmuş olan son güç değerleri

38

kontrolör içerisindeki ilgili alanlarda saklı kalacak ve yük atma hesaplamalarında

okunan bu son değer kullanılacaktır.

Şebeke girişleri ve generatörlere ait güç değerleri ise güç dönüştürücüleri yardımı ile

analog kartlar üzerinden okunacaktır. Şebeke girişleri ve generatörlere ait güç

değişimleri motorlarda olduğu gibi belli bir standart içermez. Zaman içerisinde

büyük değişimler gösterebilir. Bunun sonucunda önceden bir kabul yapmak mümkün

değildir. Örneğin sistem şebekeden enerji alırken bazı yüklerin devre dışı olması

sonucu bir anda şebekeye güç verir duruma geçebilir. Bu yüzden bu noktalarda güç

ölçümleri dönüştürücüler kullanılarak yapılmalıdır. Dönüştürücülerde bir arıza

oluşması durumunda arızalı dönüştürücünün bulunduğu noktadaki güç ölçümü

otomatik olarak kontrolör tarafından hesaplamalardan çıkartılacak ve yerine arıza

noktasındaki röle üzerinden okunan güç değeri kullanılacaktır.

Yeni Alınan Değer (anlık değer)

Buffer 1 (0.2s önceki değer)

Buffer 2 (0.4s önceki değer)

Buffer 3 (0.6s önceki değer)

Yük Atma Hesaplarında Kullanılan

Güç Değeri (2.0s önceki değer)

Buffer 4 (0.8s önceki değer)

Buffer 5 (1.0s önceki değer)

Buffer 6 (1.2s önceki değer)

Buffer 7 (1.4s önceki değer)

Buffer 8 (1.6s önceki değer)

Buffer 9 (1.8s önceki değer)

ġekil 5.3 : Aktif güçlerin veri tabanına yazılması .

5.1.3.9 Yük atma yazılımı reçete aktivasyon bloğu

Yük atma sisteminde yük atma öncelik listeleri bulunmaktadır. Bu listelerde sayısı

kesici sayısına eşit sayıda olmak üzere öncelik numarası tanımlanmıştır. Operatör bu

listeleri sezonluk, üretim durumunu gibi koşulları göz önüne alarak doldurabilir.

Listelerden sadece biri aktiftir. Bu blok içerisinde yük atma listesi yazılım veri

alanında ilgili yerlere aktarılır.

5.1.3.10 Rezerv güç hesaplama bloğu

Stabilite hesapları sonucu yük atma işlemi sırasında kullanılacak rezerv güç

miktarları tespit edilmiştir. Bu güç miktarlarının bir kısmı sabit değerler olarak bir

39

kısmıda formüle üzerinden hesap edilmektedir. Bu blok içerisinde formüle dayalı

rezerv miktarlara ait hesaplamalar yapılır ve ilgili hesaplama sonucunda atılacak

rezerv güç miktarı bulunmaktadır.

5.1.3.11 Atılacak yük listesi bloğu

Kontrolör tarafından yapılan hesaplamalar sonucunda atılacak yükler belirlenir.

Belirlenen yükler bu blok üzerinden yük atma arayüz bilgisayarına iletilir. Böylece

operatör atılacak yükleri yük atma işlemi gerçekleşmeden önce anlık olarak izleme

imkanına sahip olur.

40

ġekil 5.4 : Yük atma kullancı arayüzü ana sayfa.

41

ġekil 5.5 : Yük atma kullancı arayüzü atılacak yükler listesi.

42

5.1.3.12 Ġstasyon çalıĢma durum tespit bloğu

Ana dağıtım merkezinde bulunan şebeke giriş kesicileri ile iki bara arasındaki kuplaj

kesicisine ait pozisyon bilgileri değerlendirilerek sistemin çalışma durumu tespit

edilir. Sistemde altı değişik çalışma durumu vardır.

Durum 1:

Kuplaj kesicisi kapalı

Bara A ve/veya Bara B şebeke ile paralel

Durum 2:

Kuplaj kesicisi kapalı

Bara A ve Bara B ada modunda

Durum 3:

Kuplaj kesicisi açık

Bara A şebeke ile paralel, Bara B şebeke ile paralel

Durum 4:

Kuplaj kesicisi açık

Bara A şebeke ile paralel, Bara B ada modunda

Durum 5:

Kuplaj kesicisi açık

Bara A ada modunda, Bara B şebeke ile paralel

Durum 6:

Kuplaj kesicisi açık

Bara A ada modunda, Bara B ada modunda

Kontrolörde aynı anda bu altı durumdan sadece biri aktif olacaktır. Kontrolör tespit

edilen duruma ait senaryoları belirler ve sadece belirlediği senaryolara ait

hesaplamaları yapar. Bir durumdan diğerine geçildiğinde eski duruma ait

hesaplamalar sıfırlanarak yeni duruma ait hesaplamalar yeni duruma ait senaryolar

dikkate alınarak yapılır.

43

5.1.3.13 Generatör ve giriĢ fiderlerindeki dönüĢtürücüleri okuma bloğu

Şebeke girişlerine ve generatölere ait güç değerleri güç dönüştürücüleri yardımı ile

analog kartlar üzerinden okunmaktadır. Bu blok içerisinde dönüştürücülerden alınan

mA akım değerleri güç bilgisine çevrilerek yazılımda gerekli veri alanlarına atanır.

5.1.3.14 Sayısal değer hesap bloğu

Yük atma yazılımı içerisinde kullanılacak bazı değerlendirmeler ve hesaplamaların

yapıldığı bloktur. Sistem değiştikçe otomatik olarak ilgili senaryoya ait atılacak

rezerv güç miktarı da değişir. Örneğin kuplaj kapalı ve iki bara da şebeke ile paralel

çalışma durumunda iken üç generatörle çalışma ile dört generatörle çalışmanın tüm

senaryoları aynı olmasına rağmen rezerv güç miktarları farklıdır. Blok içerisinde

yapılan değerlendirmelerde tüm senaryolara ait rezerv güç miktarlarına ait bu gibi

değişimler otomatik olarak yapılır.

Blok, baralara bağlı olan generatör adedi, her iki baraya ait güç üretim ve tüketim

değerleri ve atılması gereken yük miktarı gibi parametreler değerlendirerek kararlar

verir.

5.1.3.15 Aktif güç ara bellek saklama bloğu

Sistemde oluşabilecek bir yük atma operasyonunda, arızadan belli bir süre önce

okunmuş olan güç değerinin kullanılması gerekir. Çünkü arıza anında güç

değerlerinde arızanın niteliğine de bağlı olarak dalgalanmalar oluşur. Dalgalanma

sırasında ölçülen değerler ile yapılacak bir yük atma işlemi doğru verilere

dayanmadığı için sağlıksız olur. Söz konusu olumsuz durumu engellemek için yük

atma işleminde hesaplar arıza anından iki saniye önce okunmuş olan güç değerleri

dikkate alınarak yapılmaktadır. Böylece kararsız durum yük atma hesaplamasına

olumsuz bir etki yapmamış olur. Bu blok içerisinde yer alan arabellek sayesinde güç

değerleri on kademeli bir veri alanına kaydedilir. Her döngüde bir zamanlayıcı

kontrolü ile güç değerleri bir kademe ilerletilir. Böylece son on kademe güç değeri

kontrolör içerisinde yer almış olur. Yük atma hesaplamalarında son kademe veri

alanında yer alan güç değerleri kullanılır. Yük atma esnasında belirli bir süre son

kademeye yeni güç değerleri yazılması, böylelikle sağlıksız değerlerin yük atma

sistemine girmesi engellenir.

44

5.1.3.16 Yük güç kontrol bloğu

Bu blok içerisinde yüklere ait aktif güç değerlerinin sıfırdan büyük olup olmadığı

kontrol edilir. Güç değeri sıfırdan büyük ise ilgili yüke ait bite bir değeri verilir ve bu

bit kesici yük atmaya hazır sinyalinin oluşturulmasında kullanılır. Şayet bit değeri bir

değil, yani güç değeri sıfırdan büyük değil ise kesici yük atmaya dahil edilmez.

5.1.3.17 Kesici yük atmaya dahil bloğu

İlgili kesicinin yük atma operasyonuna hazır olduğu kararı verilirken, kesicinin

işletme konum veya ayırıcı devrede pozisyon, kesici devrede pozisyon ve kesici

kumanda otomatı kapalı bilgileri kontrolöre giriş modülü üzerinden bağlanarak, bara

kumanda gerilimi var bilgisi, ilgili giriş / çıkış modülünün çalışır durumda olduğu

bilgisi ve yük değerinin sıfırdan büyük olduğu bilgileri kontrol üzerinden

değerlendirilir. Bir diğer önemli nokta ise kesicinin ana dağıtım merkezinde hangi

baradan beslendiğinin tespit edilmesi gerekmektedir.

5.1.4 Yük atma senaryoları

Ana dağıtım merkezinin çalışma şekillerine ve gerçekleşen ve yük atma gerektiren

operasyonun durumuna göre bir senaryo tanımlanmıştır. Yük atma yazılımı ilgili

senaryo doğrultusunda hesaplamaları yapar ve yük atma işlemini gerçekleştirir[11].

5.1.4.1 Kuplaj kesicisi kapalı ada moda geçiĢ

Ana dağıtı