水力発電所の分散制御システムと通信ソリューション

水力発電は世界で最も重要な再生可能エネルギー源の一つです。典型的な水力発電所は、水力構造物、発電システム、機械・電気設備が複雑に統合された構造です。しかし、運用効率、安全性、そしてインテリジェントな監視に対する要求は、従来のシステムでは対応しきれないほど高まっています。現代の水力発電所は、特にダウンタイムが大きなコストにつながる過酷な環境において、スケーラブルな制御とデータ収集をサポートするために、信頼性の高いリアルタイム通信インフラストラクチャを必要としています。

エネルギー種別水力発電によるIoTソリューション

水力発電所の運用における課題

主な課題は次のとおりです。

過酷な環境条件

水力発電所は、多くの場合、遠隔地、高湿度、または山岳地帯に位置しています。これらの条件(高温、高湿度、環境腐食)は、通信ハードウェアに悪影響を与え、短絡、信号品質の低下、機器の故障を引き起こす可能性があります。そのため、水力制御システムには、厳しい環境ストレス下でも信頼性の高い動作を保証する、堅牢な産業用グレードのデバイスが求められます。

複雑なネットワークニーズ

水力発電所は、広大なエリアに分散したセンサー、コントローラ、監視モジュールなど、多様なデバイスで構成されています。従来のネットワーク方式では、これらのエンドポイント間のシームレスな通信をサポートできない場合があります。水力発電所制御システム全体で複数のデバイスへのアクセスと堅牢なデータ交換をサポートする、柔軟性の高い光ファイバーベースの通信バックボーンへのニーズが高まっています。

強い電磁干渉

発電所には発電機や変圧器などの大型電気機器が設置されており、これらは強力な電磁場を発生します。これらの電磁場は通信信号の品質に影響を与え、データの損失や制御遅延につながります。そのため、水力発電所の制御システムには、優れたEMI耐性と信頼性の高い信号整合性を備えたデバイスが不可欠です。

特殊な電源条件

遠隔地にある多くの水力発電所は、電力供給が不安定であったり、バックアップ容量が限られていたりします。そのため、電力供給の変動にも関わらず安定して稼働できる低消費電力の通信機器が求められています。

解決

COME-STARは、現代の水力発電所の課題に対応するため、信頼性が高く冗長性のあるリングネットワーク上に構築された高度な通信システムを提供します。このソリューションは、分散制御システム(DCS)およびローカル制御ユニット(LCU)と統合され、リアルタイムのデータ収集、インテリジェント制御、そしてシステム安全性を実現します。

水力発電所の図

リングネットワークを採用したシステムアーキテクチャ

全体の制御ネットワークは、電気保護システム、励磁システム、プラントDC、プラント電源、水車制御システムを統合したリング型アーキテクチャを採用しています。このDCSベースのリング型トポロジーは、情報交換とシステムの耐障害性を向上させ、水力発電所の制御システム全体にわたる高速で秩序あるデータ伝送を保証します。

各LCUのシングルリングネットワーク

各ローカル制御ユニット(LCU)には、CISCOM7120産業用スイッチを使用したシングルリングイーサネットネットワークが装備されています。これにより、現場配線が簡素化されるとともに、リアルタイムのデータ収集と予備処理が可能になります。これにより、水力発電所制御システム内の現場制御機器と中央監視システム間のタイムリーな通信が確保されます。

マルチリングトポロジの形成

複数のLCUレベルのシングルリングが監視センターのリングに接続され、マルチリングネットワークトポロジを形成します。この構造により、高い通信信頼性が確保されます。個々のリングに障害が発生した場合でも、データ伝送は自動的にバックアップパスに再ルーティングされるため、単一障害点が回避され、運用の継続性が確保されます。

産業レベル4のEMI耐性

システム内のすべてのデバイスは、産業用レベル4の電磁耐性規格に準拠しています。高度なシールドおよび信号フィルタリング技術により、発電機や変圧器からの干渉を防ぎ、水力発電所環境全体にわたって安定的かつ正確な信号伝送を実現します。

リアルタイムデータ収集機能

通信ネットワークはリアルタイムデータ収集機能を備えており、温度、圧力、流量といった主要な運転パラメータを迅速に収集できます。これにより、タービンと発電機の性能を正確かつ最新の状態で監視・分析することが可能になります。

高帯域幅信号伝送

このシステムは、大容量の運用・監視データを処理するために高帯域幅の伝送をサポートしています。これにより、複雑なデータストリームであっても遅延なく伝送され、水力発電所制御システム全体にわたるリアルタイムの意思決定と制御をサポートします。

システムの拡張性

COME-STARのソリューションは、将来の拡張性を考慮して設計されています。プラントの運用が進化しても、大規模なインフラ改修を必要とせず、新しいデバイスや機能モジュールに容易にアクセスできます。これにより、長期的な柔軟性が確保され、水力制御システムのアップグレードコストが削減されます。

冗長バックアップテクノロジー

冗長化されたデバイスと通信リンクがアーキテクチャに組み込まれ、中断のない運用を保証します。主要なコンポーネントまたはリンクに障害が発生した場合、バックアップシステムが自動的に起動し、継続的な通信を維持し、水力発電所のシステムダウンタイムを最小限に抑えます。

ユーザーのメリット

運用効率の向上

リアルタイムの監視と制御により、予知保全と迅速な故障特定が可能になります。これにより、水力発電所全体のパフォーマンスが最適化され、無駄が削減され、発電量が増加します。

安全性と信頼性の向上

リアルタイムのアラームと信頼性の高い通信により、潜在的な機器の異常が早期に検出され、重大なシステム障害のリスクが軽減され、全体的な運用の安全性が向上します。

運用・保守コストの削減

産業グレードの低消費電力ハードウェアにより、故障頻度とエネルギー消費量を削減します。システムのモジュール設計とメンテナンスの容易さにより、水力制御システムの長期的な保守コストを削減します。

より良い管理と意思決定

工場全体から収集されたデータは、ユーザーフレンドリーな監視インターフェースに一元管理され、工場管理者は正確な運用状況を把握できます。これにより、リモート管理能力が向上し、より情報に基づいたリアルタイムの意思決定が可能になります。

まとめ

COME-STARの水力発電所向け通信システムは、性能、信頼性、そして環境耐性といった主要な要求に対応します。高度なリング型ネットワークトポロジー、強力な電磁シールド、低消費電力、そしてシームレスなデバイス統合を特徴とする当社のソリューションは、現代の水力発電所制御システムの機能性とインテリジェンスを強化するように設計されています。

既存の水力制御システムをアップグレードする場合でも、新しい発電所をゼロから構築する場合でも、COME-STAR のソリューションは、効率的、安全、かつ持続可能な方法で運用をサポートする、将来を見据えた基盤を提供します。

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