Sähköasema-automaation liityntä käytönvalvontajärjestelmään : Käyttöliittymän toteutus Zenon-ohjelmistolla.

Abstract

Tämän diplomityön tavoitteena on perehtyä sähköasema-automaatioon ja käytönvalvontajärjestelmään sekä käyttöliittymän konfigurointiin ja testaukseen. Käyttöliittymä on osa käytönvalvontajärjestelmää ja toimii rajapintana järjestelmän ja ihmisen välillä. Käytönvalvontajärjestelmä mahdollistaa sähköasemien valvonta- ja ohjaustoimien keskittämisen käyttökeskukseen ja sen avulla voidaan kasvattaa verkon käyttövarmuutta sekä lyhentää häiriöiden kestoaikaa. Sähköasemien automaatio lisääntyy jatkuvasti, minkä takia myös koestajien on tarpeen kehittää osaamistaan kyseisellä osa-alueella.

Teoriaosuudessa käsitellään ensin käytönvalvontajärjestelmän toimintaa ja rakennetta sekä muutoksia, jotka ovat kasvattaneet käytönvalvontajärjestelmän merkitystä. Tämän jälkeen käsitellään asema-automaatiota prosessitasolta asematasolle, sekä siihen kuuluvia laitteita ja tiedonsiirtoväyliä. Työssä käsitellään myös käytönvalvontajärjestelmässä siirrettävää tietoa sekä erilaisia verkkotopologioita ja -protokollia, joiden avulla tiedonsiirron toimintavarmuutta voidaan lisätä. Työssä käydään läpi myös keskeisiä sähköaseman tiedonsiirtoprotokollia, kuten Modbus, IEC 60870-5-101, -103 ja -104 sekä IEC 61850. IEC 61850 mahdollistaa laitevalmistajasta riippumattoman kommunikoinnin laitteiden välillä ja teoriaosuuden loppupuolella käsitellään sen tärkeimpiä ominaisuuksia, joihin kuuluvat ACSI:n laite- ja palvelumalli sekä sovellustason viestintäprotokollat GOOSE, MMS ja SV. Lisäksi käsitellään aikatahdistusta sekä IEC 61850 määrittämää SCL-kieltä ja sen eri tiedostomuotoja.

Teoriaosuuden jälkeen työssä keskitytään käyttöliittymän konfigurointiin Copa-Datan kehittämällä Zenon-ohjelmistolla. Osiossa käydään läpi ohjelmiston keskeisimmät ja tärkeimmät ominaisuudet sekä työvaiheet. Konfigurointiin kuuluu muun muassa yksiviivakaavion, ohjaustoimintojen sekä hälytys- ja tapahtumalistojen toteuttaminen. Lisäksi työn loppupuolella perehdytään asema-automaation testaamiseen Omicron IEDScout-ohjelman ja MBX1-laitteen avulla.

Työn tuloksena saatiin hyvä kokonaiskuva asema-automaatiosta sekä käyttöliittymän konfiguroinnista Zenon-ohjelmistolla. Lisäksi saatiin hyvä käsitys automaation testaamisesta IEDScout-ohjelmalla ja todettiin sen oleva toimiva ratkaisu vastaaviin tilanteisiin, joissa kaikkia IED-laitteita ei ole saatavilla.

The aim of this thesis is to explore substation automation and supervisory control and data acquisition (SCADA) systems, as well as the configuration and testing of a human-machine interface (HMI). The HMI is an integral part of the SCADA system and serves the interface between the operator and the system. Centralizing substation monitoring and control in a control center enhances grid reliability and helps reduce the duration of disturbances. As automation becomes increasingly prevalent in substations, it is essential for commissioning engineers to develop their competence in this area.

The theoretical part begins by examining the operation and structure of SCADA systems, along with changes in the power grid that have increased their importance. This is followed by a discussion on substation automation from the station level down to process level, including related devices and communication buses. The thesis also addresses the types of data transmitted within SCADA systems, and various network topologies and protocols used to enhance communication reliability. Key substation communication protocols and standards such as Modbus, IEC 60870-5-101, -103, -104 and IEC 61850 are also covered. IEC 61850 enables vendor-independent communication between devices and its key features including the ACSI device and service model and the application layer protocols GOOSE, MMS, and sampled values are discussed in detail. The section also covers time synchronization and the SCL language with its associated file types as defined by the standard.

The empirical part focuses on the configuration of the SCADA system using the Zenon software developed by Copa-Data. The key features and configuration steps of the software are presented, such as creating single-line diagram (SLD), implementing command processing, and setting up alarm and event lists. The final part of the work describes the testing of substation automation using Omicron IEDScout software and MBX1 device.

This thesis provided a solid understanding of substation automation and the configuration of the HMI using Zenon. It also offered valuable insight into automation testing with IEDScout software, which proved to be an effective solution in situations where not all IEDs are available.