Състояние и тенденции на развитие на интегрирана автоматизация на подстанции

Подстанцията е незаменима и важна връзка в електроенергийната система. Той е отговорен за тежките задачи по преобразуване и преразпределение на електроенергия и играе решаваща роля в икономическото функциониране на електрическата мрежа. За да се подобри нивото на стабилна работа на подстанциите, да се намалят разходите за експлоатация и поддръжка, да се подобрят икономическите ползи и да се осигурят висококачествени електроенергийни услуги на потребителите, започна да се появява и широко се използва цялостна технология за автоматизация на подстанциите.

Цялостната автоматизация на подстанцията е да се прилагат компютърни технологии и модерни комуникационни технологии към вторичното оборудване на подстанцията (включително управление, сигнал, измерване, защита, автоматични устройства и устройства за дистанционно управление и т.н.) и да се реализира автоматично наблюдение и измерване на подстанцията чрез функционална комбинация и оптимизиран контрол и координация на дизайна, както и цялостни системи за автоматизация като диспечерска комуникация. Реализирането на цялостна автоматизация на подстанциите може да подобри икономичното ниво на работа на електрическата мрежа, да намали инвестициите в инфраструктура и да осигури средства за насърчаване на необслужвани подстанции. Бързото развитие на компютърните технологии, информационните технологии и мрежовите технологии доведе до напредъка на цялостната технология за автоматизация в подстанциите. През последните години с развитието на цифрови електрически измервателни системи (като фотоелектрически трансформатори или електронни трансформатори), интелигентно електрическо оборудване и свързани комуникационни технологии, интегрираната система за автоматизация на подстанциите се движи към цифровизация.

I. Основни функции на интегрирана система за автоматизация на подстанцията

Основните функции на интегрираната система за автоматизация на подстанцията са отразени във функциите на следните шест подсистеми:

1. Подсистема за мониторинг;

2. Подсистема за релейна защита;

3. Подсистема за комплексно управление на напрежение и реактивна мощност;

4. Подсистема за управление на нискочестотно освобождаване на електроенергията;

5. Подсистема за автоматично превключване на захранването в режим на готовност;

6. Комуникационна подсистема.

Тази част е сравнително богата на съдържание и има много документи, които я обясняват подробно, така че тази статия няма да навлиза в подробности.

II. Традиционна система за автоматизация на подстанции

1. Структура на системата

Понастоящем структурите на интегрирани системи за автоматизация на подстанции у нас и в чужбина се класифицират в следните три типа въз основа на дизайнерски идеи [1]:

(1) Централизирано

Използвайте компютри от различен клас за разширяване на техните периферни интерфейсни вериги, централно събиране на аналогова, превключваща и цифрова информация на подстанцията, извършване на централизирана обработка и изчисления и цялостно наблюдение на микрокомпютри, защита на микрокомпютри и някои функции за автоматично управление. Неговите характеристики са: високи изисквания за производителност на компютъра, лоша мащабируемост и поддръжка и подходящ за средни и малки подстанции.

(2) Разпределени

Разделени в зависимост от наблюдаваните обекти или системни функции на подстанцията, множество процесори работят паралелно и се използват мрежова технология или серийни методи за осъществяване на комуникация на данни между процесорите. Разпределената система е лесна за разширяване и поддръжка, а локалните повреди не влияят на нормалната работа на други модули. Този режим може да се използва за централизирано групиране на екрана или групиране на разделен екран по време на инсталация.

(3) Децентрализирано разпространение

Всяко устройство за събиране на данни, контролно устройство (I/O устройство) и защитно устройство в слоя на гнездото се инсталират локално на комутационния шкаф или близо до друго оборудване. Всеки блок е независим един от друг и е свързан само чрез комуникационната мрежа и е свързан към основния измервателен и контролен блок на ниво подстанция. комуникация. Функциите, които могат да бъдат изпълнени на ниво залив, не зависят от комуникационната мрежа, като функциите за защита. Комуникационната мрежа обикновено е оптично влакно или усукана двойка, което компресира вторичното оборудване и вторичните кабели до максимална степен, спестявайки инвестиции в инженерно строителство. Инсталацията може или да бъде разпръсната във всяко отделение, или може да бъде централизирано или йерархично групиране на екрани в контролната зала. Възможно е също така една част да е в контролната зала, а другата част да е разпръсната върху разпределителния шкаф.

2.Съществуващи проблеми

Интегрираната система за автоматизация на подстанцията е постигнала добри резултати от приложението, но има и недостатъци, отразени главно в: 1. Обменът на информация между първичния и вторичния все още продължава традиционния режим на кабелно окабеляване, което е висока цена и неудобно при изграждане и поддръжка; 2. Вторичната част от събирането на данни се повтаря до голяма степен, което губи ресурси; 3. Стандартизацията на информацията е недостатъчна, споделянето на информация е слабо, множество системи съществуват едновременно и взаимното свързване между устройства и между устройства и системи е трудно, образувайки информационни острови и затруднявайки цялостното прилагане на информацията; 4. Когато възникне авария, ще се появи голямо количество алармена информация за събитие, без ефективен механизъм за филтриране, което пречи на правилната преценка на повредата от дежурните оператори.

III. Цифрова подстанция

Цифровите подстанции са следващият етап в развитието на автоматизацията на подстанциите. „Планът за развитие на науката и технологиите „Единадесети петгодишен план“ на Power Grid Company ясно посочва, че през периода на „Единадесетия петгодишен план“ ще бъдат проучени цифрови подстанции и ще бъдат изградени демонстрационни станции. 2, като в момента има цифрови трафопостове. Завършена и пусната в експлоатация, като цифрова подстанция Fuzhou Convention and Exhibition Transformation 110 kV.

1. Концепция за цифрова подстанция

Цифровата подстанция се отнася до подстанция, в която процесите на събиране, предаване, обработка и извеждане на информация са напълно цифрови. Основните му характеристики са интелигентно оборудване, комуникационна мрежа и автоматизирана работа и управление.

Цифровите подстанции имат следните основни характеристики:

(1) Интелигентно основно оборудване

Интелигентно първично оборудване като електронни трансформатори и интелигентни превключватели (или традиционни превключватели с интелигентни терминали), използващи цифров изход. Основното устройство и вторичното устройство обменят стойности на проби, количества на състоянието, команди за управление и друга информация чрез предаване на цифрово кодирана информация по оптично влакно.

(2) Вторично оборудване в мрежа

Комуникационната мрежа се използва за обмен на информация като аналогови стойности, превключващи стойности и команди за управление между вторични устройства, а контролните кабели са елиминирани.

(3) Автоматизация на системата за управление на операциите

Трябва да се включат системи за автоматизация, като системи за автоматичен анализ на неизправностите, системи за мониторинг на изправното състояние на оборудването и системи за програмирани контрол, за да се подобри нивото на автоматизация и да се намалят трудността и натоварването при работа и поддръжка.

2. Основни технически характеристики на цифровите подстанции

(1) Дигитализация на събирането на данни

Основният признак на цифрова подстанция е използването на цифрови електрически измервателни системи (като фотоелектрически трансформатори или електронни трансформатори) за събиране на електрически параметри като ток и напрежение 3 за постигане на ефективна електрическа изолация на първични и вторични системи и увеличаване Това увеличава динамичния обхват на измерване на електрически величини и подобрява точността на измерване, като по този начин осигурява основа за реализиране на трансформацията от резервиране на конвенционално устройство на подстанция към резервиране на информация и прилагане на информационна интеграция.

(2) Йерархично разпределение на системата

Развитието на системите за автоматизация на подстанциите претърпя преход от централизирано към разпределено. Повечето йерархични разпределени системи за автоматизация на подстанции от второ поколение използват зряла мрежова комуникационна технология и отворени протоколи за взаимно свързване, които могат да записват информацията за оборудването по-пълно и значително да подобрят скоростта на реакция на системата. Структурата на системата за автоматизация на цифровата подстанция може да бъде физически разделена на две категории, а именно интелигентно първично оборудване и мрежово вторично оборудване; по отношение на логическата структура, той може да бъде разделен на "слой на процес" и "слой на залив" според дефиницията на комуникационния стандарт IEC61850. "," слой за управление на станция" три нива. Използва се високоскоростна мрежова комуникация в рамките на и между всяко ниво.

(3) Мрежово взаимодействие на информацията и интегриране на информационни приложения

Цифровите подстанции използват нови цифрови трансформатори с ниска мощност вместо конвенционални трансформатори за директно преобразуване на високо напрежение и висок ток в цифрови сигнали. Обменът на информация се осъществява между устройствата в сайта чрез високоскоростни мрежи. Вторичните устройства нямат I/O интерфейси с дублиращи се функции. Конвенционалните функционални устройства се превръщат в логични функционални модули за постигане на споделяне на данни и ресурси. Понастоящем IEC61850 е определен в международен план като комуникационен стандарт за автоматизация на подстанции.

В допълнение, цифровата подстанция интегрира информация и оптимизира функциите на оригиналните разпръснати вторични системни устройства, така че може ефективно да избегне дублирането на хардуерни конфигурации в устройствата за наблюдение, контрол, защита, запис на грешки, измерване и измерване на конвенционални проблеми на подстанции, като тъй като възниква несподеляне на информация и високи инвестиционни разходи.

(4) Интелигентна работа на оборудването

Новата вторична система на високоволтовия прекъсвач е създадена с помощта на микрокомпютри, технология за силова електроника и нови сензори. Интелигентността на системата на прекъсвача се реализира от управляваната от микрокомпютър вторична система, IED и съответния интелигентен софтуер. Могат да се предават команди за защита и контрол. Оптичната мрежа достига до вторичната верига на неконвенционалната подстанция, позволявайки цифров интерфейс с механизма за управление на прекъсвача.

(5) Статус на поддръжка на оборудването

В цифровите подстанции данните за работното състояние на електрическата мрежа и информацията за грешките и действията на различни IED устройства могат да бъдат ефективно получени, за да се постигне ефективно наблюдение на работата и състоянието на сигналната верига. В цифровите подстанции почти няма ненаблюдавани функционални единици и няма слепи петна в събирането на характеристиките на състоянието на оборудването. Стратегията за поддръжка на оборудването може да бъде променена от „редовна поддръжка“ на оборудване на конвенционална подстанция на „условна поддръжка“, като по този начин значително се подобрява наличността на системата.

(6) Принципът на измерване на LPCT и външният вид на инструмента за проверка

Както бе споменато по-горе, LPCT всъщност е електромагнитен токов трансформатор с характеристики на ниска мощност. В стандарта IEC той е посочен като форма на изпълнение на електронен токов трансформатор, представляващ електромагнитен токов трансформатор. Посока на развитие с широки перспективи за приложение. Тъй като изходът на LPCT обикновено се предоставя директно на електронни схеми, вторичният товар е сравнително малък; ядрото му обикновено е направено от силно магнитно пропускливи материали като микрокристална сплав и точността на измерване може да бъде постигната с по-малко напречно сечение на ядрото (размер на ядрото). изисквания.

(7) Уплътняване на структурата на системата и стандартизация на моделирането

Цифровата електрическа измервателна система има характеристиките на малък размер и леко тегло. Той може да бъде интегриран в интелигентната разпределителна система, а функционалната комбинация и разположението на оборудването могат да бъдат оптимизирани според концепцията за дизайн на мехатрониката на подстанцията. В подстанции с високо напрежение и свръхвисоко напрежение, входно-изходните устройства на устройства за защита, устройства за измерване и контрол, устройства за запис на неизправности и други автоматични устройства са част от първичното интелигентно оборудване, реализиращо близък до процеса дизайн на IED; в подстанции средно и ниско напрежение Устройствата за защита и наблюдение могат да бъдат миниатюрни, компактни и напълно монтирани на разпределителен шкаф.

IEC61850 установява стандарта за моделиране на енергийни системи и дефинира унифициран и стандартен информационен модел и модел за обмен на информация за системи за автоматизация на подстанции. Значението му се отразява главно в реализирането на оперативната съвместимост на интелигентните устройства, реализирането на споделяне на информация в подстанциите и опростяването на поддръжката на системата, конфигурацията и изпълнението на проекта.

3.IEC61850 стандарт

IEC61850 е поредица от стандарти за „Мрежи и системи за комуникация на подстанции“, формулирани от работната група TC57 на Международната електротехническа комисия. Това е международен стандарт за справка за системи за автоматизация на подстанции, базирани на мрежови комуникационни платформи. Той също така ще се превърне в стандарт за енергийни системи от диспечерски центрове до подстанции, в рамките на подстанции и разпределителни системи. Комуникационният стандарт за безпроблемно свързване на електрическа автоматизация също се очаква да стане комуникационен стандарт за промишлен контрол за универсална мрежова комуникационна платформа.

В сравнение с традиционната комуникационна протоколна система, технически IEC61850 има следните изключителни характеристики: 1. Използване на обектно-ориентирана технология за моделиране; 2. Използвайте разпределени и слоести системи; 3. Използвайте интерфейс за абстрактни комуникационни услуги (ACSI) и SCSM технология за картографиране на специални комуникационни услуги; 4 използва технологията MMS (Manufacture Message Specification); 5 има оперативна съвместимост; 6 има ориентирана към бъдещето, отворена архитектура.

VI. Заключение

Прилагането на системи за автоматизация на подстанции в нашата страна е постигнало много значителни резултати и играе важна роля за подобряване на икономичното ниво на работа на електрическата мрежа. В момента, с непрекъснатото развитие на новите технологии, се появяват цифрови подстанции. В сравнение с традиционните подстанции, цифровите подстанции имат следните предимства: намаляване на вторичното окабеляване, подобряване на точността на измерване, подобряване на надеждността на предаване на сигнала, избягване на проблеми като електромагнитна съвместимост, пренапрежение на предаване и двуточково заземяване, причинени от кабели, и решаване на проблеми между оборудването. Проблеми с оперативната съвместимост, различни функции на подстанцията могат да споделят единна информационна платформа, избягвайки дублиране на оборудване и допълнително подобрявайки нивото на автоматизирана работа и управление. Цифровата подстанция е посоката на развитие на технологията за автоматизация на подстанцията.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.