РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ МЕЖДУ УРОВНЯМИ И ИНТЕГРАЦИЯ ИНВЕРТОРОВ И БИДИРЕКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В SCADA/HMI

DISTRIBUTION OF FUNCTIONS BETWEEN LEVELS AND INTEGRATION OF INVERTERS AND BIDIRECTIONAL CONVERTERS INTO SCADA/HMI

Faskhutdinov Azat Airatovich

student, Ufa State Petroleum Technical University,

Russia, Ufa

Kalimgulov Airat Rinatovich

Ph.D. physics and mathematics sciences, associate professor, Ufa State Petroleum Technical University,

Russia, Ufa

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена многоуровневая архитектура автоматизации объектов с инверторами и бидирекционными преобразователями. Описано разделение функций между полевым, контроллерным и диспетчерским уровнями, а также интеграция устройств в SCADA/HMI по промышленным протоколам. Показано, что такой подход обеспечивает наблюдаемость, безопасность и эффективное управление потоками мощности.

ABSTRACT

A multi-level automation architecture for facilities with inverters and bidirectional converters is considered. The separation of functions between field, controller and supervisory levels is described, as well as device integration into SCADA/HMI via industrial protocols. It is shown that this approach ensures observability, safety and efficient power flow management.

Ключевые слова: инвертор, бидирекционный преобразователь, SCADA, HMI, распределение функций, МЭК 61850, микрогрид.

Ключевые слова: inverter, bidirectional converter, SCADA, HMI, function distribution, IEC 61850, microgrid.

Современные системы автоматизации гибридных энергоустановок и микрогрид строятся по трёхуровневой модели, обеспечивающей чёткое разделение задач, повышение надёжности и гибкость управления инверторами и бидирекционными преобразователями. Наиболее эффективным признаётся сочетание быстродействующего полевого регулирования, координированной логики на контроллерном уровне и прозрачной визуализации на SCADA/HMI.

Полевой уровень представлен инверторами (DC/AC), активными выпрямителями (AC/DC) и двунаправленными DC/DC-конверторами. Встроенные микроконтроллеры этих устройств реализуют быстрые контуры тока и напряжения (с циклом в десятки микросекунд), формирование ШИМ, синхронизацию с сетью посредством фазовой автоподстройки частоты (PLL), а также локальные защиты от перегрузок и коротких замыканий. Рабочие уставки и параметры защит могут изменяться по цифровому интерфейсу, однако сам процесс регулирования остаётся полностью автономным.

Контроллерный уровень (ПЛК, PAC или специализированный контроллер присоединения) выполняет режимную автоматику: расчёт и передачу уставок активной и реактивной мощности с учётом тарифных зон, состояния накопителей и прогноза генерации; управление параллельной работой нескольких преобразователей; реализацию алгоритмов «peak shaving» и безударного переключения между автономным и сетевым режимами. Контроллер также осуществляет предварительную обработку диагностических данных и трансляцию команд от SCADA к полевым устройствам.

Верхний уровень – SCADA-сервер и клиентские HMI-станции – предоставляет оператору сквозную картину энергопотоков: однолинейные мнемосхемы с анимированными стрелками, цветовую индикацию режимов (зелёный – отдача в сеть, синий – потребление, жёлтый – ожидание), графики напряжения, тока и степени заряда батарей в реальном времени. Оператор может дистанционно изменить режим работы, скорректировать уставки и наблюдать реакцию системы. В задачи SCADA входят также долгосрочное архивирование, формирование отчётов по качеству электроэнергии и обмен данными с бизнес-системами.

Интеграция инверторов и бидирекционных преобразователей в общую информационную среду осуществляется преимущественно по протоколам Modbus TCP/RTU, Profinet или EtherNet/IP. На крупных энергообъектах всё чаще применяют стандарт МЭК 61850, где для инверторов (INV) и накопителей (BAT) определены логические узлы и единые информационные модели. Сбор данных в SCADA организуется через OPC-UA или специализированные драйверы, что обеспечивает бесшовную передачу телеметрии и команд без нарушения защитных функций полевого уровня. Такая архитектура создаёт прозрачную, безопасную и масштабируемую систему, пригодную для работы в составе виртуальных электростанций.

Список литературы:

1. Пьявченко Т.А. Проектирование АСУТП в SCADA-системах. – Ростов н/Д: ЮФУ, 2018. – 284 с.
2. IEC 61850-7-420:2021. Basic communication structure – Distributed energy resources and distribution automation logical nodes.