Υλοποίηση ελέγχου, διασύνδεσης γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας με τη χρήση έξυπνων διακοπτών φορτίου (RTU).

Abstract

Στη παρούσα μεταπτυχιακή εργασία παρουσιάζεται η μελέτη δύο Διασυνδετικών Δικτύων Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας, ο σχεδιασμός ελέγχου τους με τη υλοποίηση ενός εκπαιδευτικού συστήματος Εποπτικού Ελέγχου και Συλλογής Δεδομένων (SCADA) χαμηλού κόστους. Το σύστημα SCADA καθώς και τα Διασυνδετικά Δίκτυα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας αναπαρίσταται επίσης σε μορφή μακέτας. Τα Διασυνδετικά Δίκτυα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας προσφέρουν την δυνατότητα αδιάλειπτης παροχής Ηλεκτρικής Ενέργειας στους καταναλωτές σε περιπτώσεις που τμήματα των κεντρικών Δικτύων Διανομής έχουν υποστεί βλάβη και χρήζουν συντήρησης, είτε επιπλέον τροφοδότησης σε περιόδους αιχμής της ζήτησης Ηλεκτρικής Ενέργειας. Η μεθοδολογία για την εκπόνηση μελέτης των Διασυνδετικών Δικτύων Διανομής βασίζεται στο εγχειρίδιο «Τυποιημένες Κατασκευές Δικτύων Διανομής» του Διαχειριστή Ελληνικού Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΔΕΔΔΗΕ) και στο εγχειρίδιο «Μελέτη Δικτύων Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας» του Κωνσταντίνου Λαμπρόπουλου. Το σύστημα SCADA που υλοποιήθηκε βασίζεται στη μικροϋπολογιστική πλατφόρμα Raspberry Pi 3 Model B σε ρόλο Master Terminal Unit (MTU), με τις μικροϋπολογιστικές πλατφόρμες Arduino Uno και Arduino Mega 2560 σε ρόλο Remote Terminal Units (RTU). Η επικοινωνία του MTU και των RTUs επιτυγχάνεται χάρις στο πρωτόκολλο επικοινωνίας Modbus TCP/IP. Για τις ανάγκες της επικοινωνίας της παρούσας εφαρμογής τοποθετήθηκαν πλακέτες επεκτάσεις (Arduino Shields) στις μικροϋπολογιστικές πλατφόρμες, καθώς και ηλεκτρονόμοι (Relays) αισθητήρια τάσης, ρεύματος για τον έλεγχο της μακέτας. Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται τύποι ανάπτυξης του Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας, οι τρόποι τροφοδότησης του Δικτύου Διανομής καθώς και ο σκοπός της Μεταπτυχιακής Εργασίας. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται τα στοιχεία που απαρτίζουν το δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (Δ.Δ), οι μετασχηματιστές, οι αγωγοί του εναέριου δικτύου διανομής, οι τύποι των στύλων με τους βραχίονες, οι μονωτήρες με τ ις κατηγορίες τους, ο εξοπλισμός προστασίας και ο έλεγχος του δικτύου διανομής με σύστημα SCADA. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται όλη η μεθοδολογία και η μελέτη των Διασυνδετικών Δικτύων Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται λεπτομερώς τα εξαρτήματα του για την υλοποίηση του συστήματος SCADA, ενώ τα προγράμματα που αναπτύχθηκαν για την επικοινωνία του Raspberry Pi (MTU) με τις μικροϋπολογιστικές πλατφόρμες Arduino Uno και Arduino Mega 2560 (RTU) περιγράφονται αναλυτικά στο Κεφάλαιο 5. Τέλος στο Κεφαλαίο 6 παρουσιάζονται όλα τα σχόλια και τα συμπεράσματα της Μεταπτυχιακής Εργασίας.

This thesis presents the study of two Interconnecting Electricity Distribution Networks, the design of their controls with the implementation of Supervisory Control and Data Collection System (SCADA) on a maquette. The SCADA system as well as the Interconnection Electricity Distribution Networks are also represented in the form of a model. This SCADA system is based on Raspberry Pi minicomputer platform as Master Terminal Unit (MTU) and by Arduino’s microcontrollers as Remote Terminal Units (RTUs). The communication between MTU and RTUs is established by TCP/IP communication protocol. In addition, Arduino Ethernet Shield boards, Relays, voltage and current sensors have been placed on the microcontroller platforms to control the maquette. Chapter 1 presents the distribution network, the topology of the network, the models of centralized and decentralized electricity production with their advantages and their disadvantages. Chapter 2 describes the main components of distribution network such as the ac transformer, the materials of distribution lines, the distribution poles, the distribution line insulators and the SCADA system. Chapter 3 shows the methodology and the design of Interconnecting Electricity Distribution Networks. Chapter 4 analyses all the components of the SCADA system, which are Raspberry Pi 3 Model B, Arduino Uno and Mega 2560, the Arduino’s Shields and their voltage and current sensors. Finally, in Chapter 5 presents the MTU and RTUS softwares, which have been developed for the Scada system.