Sistemi di controllo distribuito e soluzioni di comunicazione per centrali idroelettriche

L'energia idroelettrica è una delle fonti di energia rinnovabile più importanti al mondo. Una tipica centrale idroelettrica è una complessa integrazione di strutture idrauliche, sistemi di generazione e apparecchiature meccanico-elettriche. Tuttavia, i requisiti di efficienza operativa, sicurezza e monitoraggio intelligente stanno diventando sempre più stringenti rispetto ai sistemi tradizionali. Le moderne centrali idroelettriche necessitano di un'infrastruttura di comunicazione affidabile e in tempo reale per supportare un controllo scalabile e l'acquisizione dati, soprattutto in ambienti difficili dove i tempi di inattività possono essere costosi.

soluzione IoT per tipo di energia idroelettrica

Sfide nella gestione delle centrali idroelettriche

Le sfide principali includono:

Condizioni ambientali difficili

Le centrali idroelettriche sono spesso situate in aree remote, umide o montuose. Queste condizioni – alte temperature, elevata umidità e corrosione ambientale – possono compromettere l'hardware di comunicazione, causando cortocircuiti, degradazione dell'integrità del segnale e guasti alle apparecchiature. Di conseguenza, i sistemi di controllo idroelettrico richiedono dispositivi robusti e di livello industriale che garantiscano un funzionamento affidabile anche in condizioni ambientali estreme.

Esigenze di rete complesse

Le centrali idroelettriche sono costituite da diversi dispositivi, come sensori, controller e moduli di monitoraggio, distribuiti su vaste aree. I metodi di rete tradizionali potrebbero non essere in grado di supportare una comunicazione fluida tra questi endpoint. Vi è una crescente necessità di una dorsale di comunicazione altamente flessibile e basata su fibra ottica, che supporti l'accesso multi-dispositivo e un solido scambio di dati attraverso il sistema di controllo della centrale idroelettrica.

Forte interferenza elettromagnetica

Le centrali idroelettriche ospitano apparecchiature elettriche pesanti come generatori e trasformatori, che generano forti campi elettromagnetici. Questi interferiscono con la qualità del segnale di comunicazione, causando perdita di dati e ritardi nel controllo. Pertanto, il sistema di controllo di una centrale idroelettrica deve includere dispositivi con un'elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche (EMI) e un'integrità del segnale affidabile.

Condizioni speciali di alimentazione

Molte centrali idroelettriche in aree remote sono soggette a instabilità nella fornitura di energia o hanno una capacità di backup limitata. Ciò richiede apparecchiature di comunicazione a basso consumo energetico in grado di funzionare in modo costante nonostante le fluttuazioni della disponibilità energetica.

Soluzione

Per rispondere alle sfide delle moderne centrali idroelettriche, COME-STAR fornisce un sistema di comunicazione avanzato basato su una rete ad anello altamente affidabile e ridondante. Questa soluzione si integra con sistemi di controllo distribuito (DCS) e unità di controllo locali (LCU) per la raccolta dati in tempo reale, il controllo intelligente e la sicurezza del sistema.

schema di una centrale idroelettrica

L'architettura del sistema adotta la rete ad anello

La rete di controllo complessiva adotta un'architettura ad anello, che combina il sistema di protezione elettrica, il sistema di eccitazione, la corrente continua (DCS), il sistema di alimentazione (Power) e il sistema di controllo delle turbine idrauliche. Questa topologia ad anello basata su DCS migliora lo scambio di informazioni e la resilienza del sistema, garantendo una trasmissione dati rapida e ordinata in tutto il sistema di controllo della centrale idroelettrica.

Rete ad anello singolo in ogni LCU

Ogni Unità di Controllo Locale (LCU) è dotata di una rete Ethernet ad anello singolo che utilizza lo switch industriale CISCOM7120. Questo semplifica il cablaggio in loco, consentendo al contempo la raccolta e l'elaborazione preliminare dei dati in tempo reale. Garantisce inoltre una comunicazione tempestiva tra le apparecchiature di controllo in loco e i sistemi di monitoraggio centrali all'interno del sistema di controllo della centrale idroelettrica.

Formazione della topologia multi-anello

Più anelli singoli a livello LCU sono collegati all'anello del centro di monitoraggio per formare una topologia di rete multi-anello. Questa struttura offre un'elevata affidabilità di comunicazione: in caso di guasto di un singolo anello, la trasmissione dei dati viene reindirizzata automaticamente attraverso percorsi di backup, prevenendo singoli punti di guasto e garantendo la continuità operativa.

Immunità EMI di livello industriale 4

Tutti i dispositivi del sistema sono conformi agli standard industriali di immunità elettromagnetica di Livello 4. Grazie a tecnologie avanzate di schermatura e filtraggio del segnale, il sistema resiste alle interferenze di generatori e trasformatori, garantendo una trasmissione del segnale stabile e precisa nell'ambiente della centrale idroelettrica.

Funzione di acquisizione dati in tempo reale

La rete di comunicazione offre funzionalità di acquisizione dati in tempo reale, supportando la rapida raccolta di parametri operativi chiave come temperatura, pressione e portata. Ciò consente un monitoraggio e un'analisi precisi e aggiornati delle prestazioni di turbine e generatori.

Trasmissione del segnale ad alta larghezza di banda

Il sistema supporta la trasmissione a banda larga per gestire grandi volumi di dati operativi e di monitoraggio. Ciò garantisce che anche i flussi di dati più complessi vengano trasmessi senza ritardi, supportando il processo decisionale e il controllo in tempo reale attraverso il sistema di controllo della centrale idroelettrica.

Espandibilità del sistema

La soluzione di COME-STAR è progettata pensando alla futura scalabilità. Consente un facile accesso a nuovi dispositivi e moduli funzionali man mano che le operazioni dell'impianto si evolvono, senza richiedere radicali revisioni infrastrutturali. Ciò garantisce flessibilità a lungo termine e riduce i costi di aggiornamento dei sistemi di controllo idraulico.

Tecnologia di backup ridondante

Dispositivi e collegamenti di comunicazione ridondanti sono inclusi nell'architettura per garantire un funzionamento ininterrotto. In caso di guasto di un componente o di un collegamento chiave, il sistema di backup si attiva automaticamente, mantenendo la comunicazione continua e riducendo al minimo i tempi di inattività del sistema nella centrale idroelettrica.

Vantaggi per l'utente

Miglioramento dell'efficienza operativa

Il monitoraggio e il controllo in tempo reale consentono una manutenzione predittiva e una più rapida identificazione dei guasti. Ciò si traduce in prestazioni ottimizzate, riduzione degli sprechi e aumento della produzione di energia elettrica nell'intera centrale idroelettrica.

Maggiore sicurezza e affidabilità

Grazie ad allarmi in tempo reale e a comunicazioni affidabili, le potenziali anomalie delle apparecchiature vengono rilevate tempestivamente, riducendo il rischio di gravi guasti del sistema e migliorando la sicurezza operativa complessiva.

Costi di gestione e manutenzione inferiori

L'hardware di livello industriale a basso consumo riduce la frequenza dei guasti e il consumo energetico. Il design modulare del sistema e la facilità di manutenzione contribuiscono a ridurre i costi di manutenzione a lungo termine per i sistemi di controllo idraulico.

Migliore gestione e processo decisionale

I dati raccolti da tutto l'impianto vengono centralizzati in un'interfaccia di monitoraggio intuitiva, fornendo ai responsabili dell'impianto informazioni operative accurate. Ciò migliora le capacità di gestione da remoto e consente un processo decisionale più informato in tempo reale.

Riepilogo

Il sistema di comunicazione COME-STAR per centrali idroelettriche soddisfa i requisiti chiave in termini di prestazioni, affidabilità e resilienza ambientale. Grazie alla topologia di rete ad anello avanzata, alla solida schermatura elettromagnetica, al basso consumo energetico e alla perfetta integrazione dei dispositivi, la nostra soluzione è progettata per migliorare la funzionalità e l'intelligenza dei moderni sistemi di controllo delle centrali idroelettriche.

Che si tratti di aggiornare un sistema di controllo idroelettrico esistente o di costruire una nuova centrale elettrica da zero, la soluzione COME-STAR offre una base pronta per il futuro per supportare le operazioni in modo efficiente, sicuro e sostenibile.

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