Stan rozwoju i trendy zintegrowanej automatyki stacyjnej

Stacja elektroenergetyczna jest niezbędnym i ważnym ogniwem systemu elektroenergetycznego. Odpowiada za ciężkie zadania przetwarzania i redystrybucji mocy oraz odgrywa decydującą rolę w ekonomicznej eksploatacji sieci elektroenergetycznej. W celu poprawy stabilnego poziomu pracy podstacji, zmniejszenia kosztów eksploatacji i konserwacji, poprawy korzyści ekonomicznych i zapewnienia użytkownikom wysokiej jakości usług energii elektrycznej, zaczęła pojawiać się i szeroko stosowana kompleksowa technologia automatyzacji podstacji.

Kompleksowa automatyka stacji polega na zastosowaniu technologii komputerowej i nowoczesnych technologii komunikacyjnych do urządzeń wtórnych stacji (w tym sterowania, sygnalizacji, pomiarów, zabezpieczeń, urządzeń automatyki i zdalnego sterowania itp.) oraz realizacji automatycznego monitorowania i pomiarów stacji poprzez połączenie funkcjonalne oraz zoptymalizowana kontrola i koordynacja projektu, a także kompleksowe systemy automatyzacji, takie jak komunikacja wysyłkowa. Realizacja kompleksowej automatyzacji podstacji może poprawić poziom ekonomicznej pracy sieci elektroenergetycznej, zmniejszyć inwestycje w infrastrukturę i zapewnić środki do promowania podstacji bez nadzoru. Szybki rozwój technologii komputerowej, informatyki i technologii sieciowych doprowadził do rozwoju kompleksowej technologii automatyki w podstacjach. W ostatnich latach wraz z rozwojem cyfrowych systemów pomiarów elektrycznych (takich jak transformatory fotoelektryczne czy transformatory elektroniczne), inteligentnych urządzeń elektrycznych i związanych z nimi technologii komunikacyjnych, zintegrowany system automatyki podstacji zmierza w kierunku cyfryzacji.

I. Główne funkcje zintegrowanego systemu automatyki stacyjnej

Podstawowe funkcje zintegrowanego systemu automatyki stacyjnej znajdują odzwierciedlenie w funkcjach sześciu podsystemów:

1. Podsystem monitorowania;

2. Podsystem ochrony przekaźników;

3. Podsystem kompleksowej regulacji napięcia i mocy biernej;

4. Podsystem sterowania odciążaniem niskoczęstotliwościowym systemu elektroenergetycznego;

5. Podsystem kontroli automatycznego przełączania zasilania rezerwowego;

6. Podsystem komunikacyjny.

Ta część jest stosunkowo bogata w treść i istnieje wiele dokumentów szczegółowo ją wyjaśniających, dlatego w tym artykule nie będziemy wchodzić w szczegóły.

II. Tradycyjny system automatyki stacyjnej

1. Struktura systemu

Obecnie struktury zintegrowanych systemów automatyki stacyjnej w kraju i za granicą dzieli się na trzy typy w oparciu o pomysły projektowe [1]:

(1) Scentralizowane

Używaj komputerów różnych klas do rozbudowy obwodów interfejsów peryferyjnych, centralnego gromadzenia informacji analogowych, przełączających i cyfrowych podstacji, wykonywania scentralizowanego przetwarzania i obliczeń oraz pełnego monitorowania mikrokomputera, ochrony mikrokomputera i niektórych funkcji automatycznego sterowania. Jego cechy to: wysokie wymagania dotyczące wydajności komputera, słaba skalowalność i łatwość konserwacji oraz odpowiedni dla średnich i małych podstacji.

(2) Rozproszone

Wiele procesorów, podzielonych według monitorowanych obiektów lub funkcji systemowych podstacji, pracuje równolegle, a do realizacji komunikacji danych między procesorami wykorzystuje się technologię sieciową lub metody szeregowe. Rozproszony system jest łatwy w rozbudowie i utrzymaniu, a lokalne awarie nie wpływają na normalną pracę pozostałych modułów. Tego trybu można używać do scentralizowanego grupowania ekranów lub dzielenia ekranów podczas instalacji.

(3) Zdecentralizowana dystrybucja

Każda jednostka gromadzenia danych, jednostka sterująca (jednostka we/wy) i jednostka zabezpieczająca w warstwie polowej są instalowane lokalnie na szafie rozdzielczej lub w pobliżu innego sprzętu. Każda jednostka jest od siebie niezależna i jest połączona ze sobą jedynie poprzez sieć komunikacyjną oraz jest połączona z główną jednostką pomiarowo-sterującą na poziomie podstacji. Komunikacja. Funkcje, które można realizować na poziomie pola, nie zależą od sieci komunikacyjnej, jak np. funkcje zabezpieczeniowe. Sieć komunikacyjna składa się zwykle ze światłowodu lub skrętki, która w maksymalnym stopniu kompresuje sprzęt wtórny i kable wtórne, oszczędzając inwestycje w budownictwo inżynieryjne. Instalacja może być rozproszona w każdym pomieszczeniu lub może stanowić scentralizowane lub hierarchiczne grupowanie ekranów w sterowni. Może się również zdarzyć, że jedna część znajduje się w sterowni, a druga jest rozproszona w szafie rozdzielczej.

2.Istniejące problemy

Zintegrowany system automatyki podstacji osiągnął dobre wyniki w zastosowaniu, ale istnieją również niedociągnięcia, które odzwierciedlają się głównie w: 1. Wymiana informacji między obwodem pierwotnym i wtórnym w dalszym ciągu kontynuuje tradycyjny tryb okablowania kablowego, który jest wysoki koszt i niewygodny w budowie i utrzymaniu; 2. Część dotycząca gromadzenia danych wtórnych jest w dużej mierze powtarzana, co powoduje marnowanie zasobów; 3. Standaryzacja informacji jest niewystarczająca, wymiana informacji jest niewielka, współistnieje wiele systemów, a wzajemne połączenia między urządzeniami oraz między urządzeniami i systemami są trudne, co powoduje powstawanie wysp informacyjnych i utrudnia wszechstronne zastosowanie informacji; 4. W przypadku wystąpienia wypadku pojawia się duża ilość informacji o zdarzeniach alarmowych, pozbawionych skutecznego mechanizmu filtrowania, co utrudnia prawidłową ocenę usterki przez dyżurujących operatorów.

III. Podstacja cyfrowa

Podstacje cyfrowe to kolejny etap rozwoju automatyki stacyjnej. W „Jedenastym planie pięcioletnim” przedsiębiorstwa energetycznego „Plan rozwoju nauki i technologii” wyraźnie stwierdzono, że w okresie „Jedenastego planu pięcioletniego” będą badane podstacje cyfrowe i budowane będą stacje demonstracyjne. 2 i obecnie znajdują się tam podstacje cyfrowe. Ukończone i oddane do użytku, takie jak cyfrowa podstacja 110 kV Fuzhou Convention and Exhibition Transformation.

1. Koncepcja podstacji cyfrowej

Podstacja cyfrowa odnosi się do podstacji, w której procesy gromadzenia, przesyłania, przetwarzania i wyprowadzania informacji są całkowicie cyfrowe. Jego podstawowe cechy to inteligentny sprzęt, sieć komunikacyjna oraz zautomatyzowane działanie i zarządzanie.

Podstacje cyfrowe mają następujące główne cechy:

(1) Inteligentne wyposażenie podstawowe

Inteligentne urządzenia podstawowe, takie jak transformatory elektroniczne i inteligentne przełączniki (lub tradycyjne przełączniki z inteligentnymi zaciskami) wykorzystujące wyjście cyfrowe. Urządzenie główne i urządzenie wtórne wymieniają wartości próbkowania, wielkości stanu, polecenia sterujące i inne informacje za pośrednictwem światłowodowej transmisji cyfrowo zakodowanych informacji.

(2) Sieć urządzeń wtórnych

Sieć komunikacyjna służy do wymiany informacji, takich jak wartości analogowe, wartości przełączania i polecenia sterujące pomiędzy urządzeniami wtórnymi, przy czym kable sterujące są wyeliminowane.

(3) Automatyzacja systemu zarządzania operacjami

Należy uwzględnić systemy automatyki, takie jak systemy automatycznej analizy usterek, systemy monitorowania stanu sprzętu i programowane systemy sterowania, aby poprawić poziom automatyzacji oraz zmniejszyć trudność i obciążenie pracą i konserwacją.

2. Główne parametry techniczne podstacji cyfrowych

(1) Digitalizacja gromadzenia danych

Głównym znakiem podstacji cyfrowej jest zastosowanie cyfrowych systemów pomiarów elektrycznych (takich jak transformatory fotoelektryczne lub transformatory elektroniczne) do zbierania parametrów elektrycznych, takich jak prąd i napięcie 3, w celu uzyskania skutecznej izolacji elektrycznej systemów pierwotnych i wtórnych oraz zwiększenia. Zwiększa to dynamikę zakres pomiarowy wielkości elektrycznych i poprawia dokładność pomiaru, dając tym samym podstawę do realizacji transformacji od redundancji konwencjonalnych urządzeń stacyjnych do redundancji informacyjnej i zastosowania integracji informacji.

(2) Hierarchiczna dystrybucja systemu

Rozwój systemów automatyki podstacji doświadczył przejścia od scentralizowanego do rozproszonego. Większość hierarchicznych rozproszonych systemów automatyki podstacji drugiej generacji wykorzystuje dojrzałą technologię komunikacji sieciowej i otwarte protokoły połączeń wzajemnych, które mogą pełniej rejestrować informacje o sprzęcie i znacząco poprawiać szybkość reakcji systemu. Strukturę cyfrowego systemu automatyki podstacji można fizycznie podzielić na dwie kategorie, a mianowicie inteligentne urządzenia podstawowe i urządzenia wtórne połączone w sieć; pod względem struktury logicznej można ją podzielić na „warstwę procesową” i „warstwę zatoki” zgodnie z definicją standardu komunikacyjnego IEC61850. „”, „warstwa sterowania stacją” – trzy poziomy. W obrębie każdego poziomu i pomiędzy nim stosowana jest szybka komunikacja sieciowa.

(3) Sieci interakcji informacyjnych i integracja aplikacji informacyjnych

Podstacje cyfrowe wykorzystują nowe cyfrowe transformatory małej mocy zamiast konwencjonalnych transformatorów do bezpośredniego przetwarzania wysokiego napięcia i wysokiego prądu na sygnały cyfrowe. Wymiana informacji odbywa się pomiędzy urządzeniami w obiekcie za pośrednictwem szybkich sieci. Urządzenia dodatkowe nie mają interfejsów we/wy ze zduplikowanymi funkcjami. Konwencjonalne urządzenia funkcjonalne stają się logicznymi modułami funkcjonalnymi umożliwiającymi współdzielenie danych i zasobów. Obecnie norma IEC61850 została uznana na arenie międzynarodowej jako standard komunikacji automatyki podstacji.

Ponadto podstacja cyfrowa integruje informacje i optymalizuje funkcje oryginalnych rozproszonych urządzeń systemu wtórnego, dzięki czemu może skutecznie uniknąć powielania konfiguracji sprzętowych w urządzeniach monitorujących, sterujących, ochronnych, rejestrujących błędy, pomiarowych i pomiarowych problemów występujących w konwencjonalnych podstacjach, takich jak ze względu na brak dzielenia się informacjami i wysokie koszty inwestycji.

(4) Inteligentne działanie sprzętu

Nowy system wtórny wyłącznika wysokiego napięcia został stworzony przy użyciu mikrokomputerów, technologii elektroniki mocy i nowych czujników. Inteligentność systemu wyłącznika jest realizowana przez sterowany mikrokomputerem system wtórny, terminal IED i odpowiednie inteligentne oprogramowanie. Można przekazywać polecenia zabezpieczające i sterujące. Sieć światłowodowa dociera do układu obwodu wtórnego podstacji niekonwencjonalnej, umożliwiając cyfrowy interfejs z mechanizmem wykonawczym wyłącznika.

(5) Stan konserwacji sprzętu

W podstacjach cyfrowych można skutecznie uzyskać dane o stanie pracy sieci energetycznej oraz informacje o błędach i działaniach różnych urządzeń IED, aby uzyskać skuteczne monitorowanie stanu pracy i pętli sygnałowej. W podstacjach cyfrowych prawie nie ma niemonitorowanych jednostek funkcjonalnych i nie ma martwych punktów w zbiorze charakterystyk stanu sprzętu. Strategię konserwacji sprzętu można zmienić z „regularnej konserwacji” konwencjonalnych urządzeń podstacji na „konserwację warunkową”, co znacznie poprawia dostępność systemu.

(6) Zasada pomiaru LPCT i wygląd przyrządu kontrolnego

Jak wspomniano wcześniej, LPCT jest w rzeczywistości elektromagnetycznym przekładnikiem prądowym o niskiej mocy wyjściowej. W normie IEC jest on wymieniony jako forma realizacji elektronicznego przekładnika prądowego, reprezentująca elektromagnetyczny przekładnik prądowy. Kierunek rozwoju o szerokich perspektywach zastosowań. Ponieważ sygnał wyjściowy LPCT jest zazwyczaj dostarczany bezpośrednio do obwodów elektronicznych, obciążenie wtórne jest stosunkowo małe; jego rdzeń jest zwykle wykonany z materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej, takich jak stop mikrokrystaliczny, a dokładność pomiaru można osiągnąć przy mniejszym przekroju rdzenia (rozmiarze rdzenia). wymagania.

(7) Kompaktowanie struktury systemu i standaryzacja modelowania

Cyfrowy elektryczny system pomiarowy charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami i niewielką wagą. Można go zintegrować z inteligentnym systemem rozdzielnicy, a kombinację funkcjonalną i układ wyposażenia można zoptymalizować zgodnie z koncepcją projektu mechatronicznego podstacji. W podstacjach wysokiego i ultrawysokiego napięcia jednostki we/wy urządzeń zabezpieczających, urządzeń pomiarowych i sterujących, rejestratorów zwarć i innych urządzeń automatycznych stanowią część podstawowego inteligentnego sprzętu, realizującego konstrukcję IED zamykającą proces; w podstacjach średniego i niskiego napięcia Urządzenia zabezpieczające i monitorujące mogą być zminiaturyzowane, kompaktowe i całkowicie instalowane w szafie rozdzielczej.

IEC61850 ustanawia standard modelowania systemów elektroenergetycznych oraz definiuje ujednolicony i standardowy model informacji oraz model wymiany informacji dla systemów automatyki podstacji. Jego znaczenie odzwierciedla się głównie w realizacji interoperacyjności inteligentnych urządzeń, realizacji wymiany informacji w podstacjach oraz uproszczeniu konfiguracji utrzymania systemu i realizacji projektów.

3.Norma IEC61850

IEC61850 to seria norm dotyczących „Sieci i systemów komunikacyjnych podstacji” opracowanych przez grupę roboczą TC57 Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej. Jest to międzynarodowy standard odniesienia dla systemów automatyki podstacji opartych na platformach komunikacji sieciowej. Stanie się również standardem dla systemów elektroenergetycznych od centrów dyspozytorskich po podstacje, w podstacjach i systemach dystrybucyjnych. Oczekuje się, że standard komunikacyjny umożliwiający płynne połączenie automatyki elektrycznej stanie się również standardem komunikacji sterowania przemysłowego dla uniwersalnej platformy komunikacji sieciowej.

W porównaniu z tradycyjnym systemem protokołów komunikacyjnych, pod względem technicznym IEC61850 ma następujące wyjątkowe cechy: 1. Zastosowanie technologii modelowania obiektowego; 2. Korzystaj z systemów rozproszonych i warstwowych; 3. Stosować abstrakcyjny interfejs usług komunikacyjnych (ACSI) i technologię mapowania specjalnych usług komunikacyjnych SCSM; 4 wykorzystuje technologię MMS (Specyfikacja komunikatu producenta); 5 zapewnia interoperacyjność; 6 ma przyszłościową, otwartą architekturę.

VI. Wniosek

Zastosowanie systemów automatyki stacyjnej w naszym kraju przyniosło bardzo znaczące rezultaty i odgrywa ważną rolę w poprawie poziomu ekonomicznej pracy sieci elektroenergetycznej. Obecnie, wraz z ciągłym rozwojem nowych technologii, powstają podstacje cyfrowe. W porównaniu z tradycyjnymi podstacjami, podstacje cyfrowe mają następujące zalety: ograniczenie okablowania wtórnego, poprawę dokładności pomiarów, poprawę niezawodności transmisji sygnału, uniknięcie problemów, takich jak kompatybilność elektromagnetyczna, przepięcia transmisyjne i dwupunktowe uziemienie spowodowane przez kable oraz rozwiązywanie problemów między urządzeniami. Kwestie interoperacyjności, różne funkcje podstacji mogą dzielić ujednoliconą platformę informacyjną, unikając powielania sprzętu i jeszcze bardziej poprawiając poziom zautomatyzowanego działania i zarządzania. Podstacja cyfrowa to kierunek rozwoju technologii automatyzacji podstacji.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.