Starea dezvoltării și tendințele automatizării substațiilor integrate

Substația este o verigă indispensabilă și importantă în sistemul de alimentare. Este responsabil pentru sarcinile grele de conversie și redistribuire a energiei și joacă un rol decisiv în funcționarea economică a rețelei electrice. Pentru a îmbunătăți nivelul stabil de funcționare al substațiilor, pentru a reduce costurile de operare și întreținere, pentru a îmbunătăți beneficiile economice și pentru a oferi utilizatorilor servicii de energie electrică de înaltă calitate, tehnologia cuprinzătoare de automatizare a stațiilor a început să apară și a fost utilizată pe scară largă.

Automatizarea cuprinzătoare a stației constă în aplicarea tehnologiei informatice și a tehnologiei moderne de comunicații la echipamentele secundare ale stației (inclusiv control, semnal, măsurare, protecție, dispozitive automate și dispozitive de control de la distanță etc.) și implementare monitorizare și măsurare automată a substației prin combinație funcțională și control și coordonare optimizate ale designului, precum și sisteme cuprinzătoare de automatizare, cum ar fi comunicarea de expediere. Realizarea automatizării cuprinzătoare a substațiilor poate îmbunătăți nivelul de funcționare economică a rețelei electrice, poate reduce investițiile în infrastructură și poate oferi un mijloc de promovare a substațiilor nesupravegheate. Dezvoltarea rapidă a tehnologiei informatice, a tehnologiei informației și a tehnologiei de rețea a condus la avansarea tehnologiei cuprinzătoare de automatizare în substații. În ultimii ani, odată cu dezvoltarea sistemelor de măsurare electrică digitală (cum ar fi transformatoare fotoelectrice sau transformatoare electronice), echipamente electrice inteligente și tehnologii de comunicații aferente, sistemul integrat de automatizare a substațiilor se îndreaptă către digitalizare.

I. Funcții principale ale sistemului de automatizare integrată a substației

Funcțiile de bază ale sistemului de automatizare integrat al substației sunt reflectate în funcțiile următoarelor șase subsisteme:

1. Subsistemul de monitorizare;

2. Subsistem de protecție releu;

3. Subsistem de control complet al tensiunii și puterii reactive;

4. Subsistemul de control al declinării sarcinii de joasă frecvență al sistemului de alimentare;

5. Subsistem de control al comutării automate a sursei de alimentare în standby;

6. Subsistemul de comunicare.

Această parte este relativ bogată în conținut și există multe documente care o explică în detaliu, așa că acest articol nu va intra în detaliu.

II. Sistem tradițional de automatizare a substației

1. Structura sistemului

În prezent, structurile sistemelor integrate de automatizare a substațiilor din țară și din străinătate sunt clasificate în următoarele trei tipuri pe baza ideilor de proiectare [1]:

(1) Centralizat

Utilizați computere de diferite grade pentru a-și extinde circuitele de interfață periferică, colecta centralizat informații analogice, de comutare și digitale ale substației, efectuați procesări și calcule centralizate și completați monitorizarea microcalculatorului, protecția microcalculatorului și unele funcții de control automat. Caracteristicile sale sunt: ​​cerințe înalte de performanță a computerului, scalabilitate și mentenabilitate slabe și potrivite pentru substații medii și mici.

(2) Distribuit

Împărțite în funcție de obiectele monitorizate sau funcțiile de sistem ale substației, mai multe procesoare funcționează în paralel, iar tehnologia de rețea sau metodele seriale sunt utilizate pentru a implementa comunicarea de date între procesoare. Sistemul distribuit este ușor de extins și întreținut, iar defecțiunile locale nu afectează funcționarea normală a altor module. Acest mod poate fi utilizat pentru gruparea centralizată a ecranelor sau gruparea ecranului împărțit în timpul instalării.

(3) Distribuție descentralizată

Fiecare unitate de achiziție de date, unitate de control (unitate I/O) și unitate de protecție din stratul de compartiment sunt instalate local pe dulapul de distribuție sau lângă alte echipamente. Fiecare unitate este independentă una de cealaltă și este interconectată doar prin intermediul rețelei de comunicații și este conectată la unitatea principală de măsurare și control la nivel de substație. comunicare. Funcțiile care pot fi finalizate la nivel de compartiment nu depind de rețeaua de comunicații, cum ar fi funcțiile de protecție. Rețeaua de comunicații este, de obicei, fibră optică sau pereche răsucită, care comprimă echipamentele secundare și cablurile secundare în măsura maximă, economisind investițiile în construcții inginerești. Instalația poate fi fie dispersată în fiecare compartiment, fie poate fi grupată centralizată sau ierarhică de ecrane în camera de control. Se poate, de asemenea, ca o parte să fie în camera de control, iar cealaltă parte să fie împrăștiată pe dulapul de distribuție.

2.Probleme existente

Sistemul de automatizare integrat al substației a obținut rezultate bune de aplicare, dar există și neajunsuri, reflectate în principal în: 1. Schimbul de informații între primar și secundar continuă încă modul tradițional de cablare prin cablu, care este cost ridicat și incomod în construcție și întreținere; 2. Partea secundară de colectare a datelor se repetă în mare măsură, ceea ce irosește resurse; 3. Standardizarea informațiilor este insuficientă, schimbul de informații este scăzut, mai multe sisteme coexistă, iar interconectarea între dispozitive și între dispozitive și sisteme este dificilă, formând insule de informații și îngreunând aplicarea cuprinzătoare a informațiilor; 4. Când are loc un accident, va apărea o cantitate mare de informații de alarmă de eveniment, lipsite de un mecanism eficient de filtrare, care interferează cu aprecierea corectă a defecțiunii de către operatorii de serviciu.

III. Substație digitală

Substațiile digitale reprezintă următoarea etapă în dezvoltarea automatizării substațiilor. Planul de dezvoltare a științei și tehnologiei „Al unsprezecelea plan cincinal” al „Companiei Power Grid” a precizat clar că în perioada „Al unsprezecelea plan cincinal” vor fi studiate substații digitale și vor fi construite stații demonstrative. 2, iar în prezent există substații digitale. Finalizat și pus în funcțiune, cum ar fi substația digitală Fuzhou Convention and Exhibition Transformation 110 kV.

1. Conceptul de substație digitală

Substație digitală se referă la o substație în care procesele de colectare, transmitere, procesare și ieșire a informațiilor sunt complet digitale. Caracteristicile sale de bază sunt echipamentele inteligente, rețeaua de comunicații și operarea și managementul automatizat.

Substațiile digitale au următoarele caracteristici principale:

(1) Echipament primar inteligent

Echipamente primare inteligente, cum ar fi transformatoare electronice și întrerupătoare inteligente (sau întrerupătoare tradiționale cu terminale inteligente) care utilizează ieșire digitală. Dispozitivul primar și dispozitivul secundar schimbă valori de eșantionare, cantități de stare, comenzi de control și alte informații prin transmisia prin fibră optică a informațiilor codificate digital.

(2) Rețea de echipamente secundare

Rețeaua de comunicații este utilizată pentru a face schimb de informații precum valori analogice, valori de comutare și comenzi de control între dispozitivele secundare, iar cablurile de control sunt eliminate.

(3) Automatizarea sistemului de management al operațiunii

Ar trebui incluse sisteme de automatizare, cum ar fi sistemele automate de analiză a defecțiunilor, sistemele de monitorizare a stării de sănătate a echipamentelor și sistemele de control programat, pentru a îmbunătăți nivelul de automatizare și pentru a reduce dificultatea și volumul de lucru al operațiunii și întreținerii.

2. Principalele caracteristici tehnice ale substațiilor digitale

(1) Digitalizarea colectării datelor

Semnul principal al unei substații digitale este utilizarea sistemelor de măsurare electrică digitală (cum ar fi transformatoare fotoelectrice sau transformatoare electronice) pentru a colecta parametrii electrici precum curentul și tensiunea 3 pentru a obține izolarea electrică eficientă a sistemelor primare și secundare și pentru a crește. intervalul de măsurare a mărimilor electrice și îmbunătățește acuratețea măsurării, oferind astfel o bază pentru realizarea transformării de la redundanța dispozitivului substației convenționale la redundanța informațiilor și aplicarea integrării informațiilor.

(2) Distribuția ierarhică a sistemului

Dezvoltarea sistemelor de automatizare a substațiilor a cunoscut o tranziție de la centralizat la distribuit. Majoritatea sistemelor de automatizare a substațiilor distribuite ierarhic de a doua generație utilizează tehnologie matură de comunicare în rețea și protocoale de interconectare deschise, care pot înregistra informațiile echipamentelor mai complet și semnificativ Îmbunătățirea vitezei de răspuns a sistemului. Structura sistemului de automatizare a substației digitale poate fi împărțită fizic în două categorii, și anume echipamente primare inteligente și echipamente secundare în rețea; în ceea ce privește structura logică, acesta poate fi împărțit în „strat de proces” și „strat de baie” conform definiției standardului de comunicare IEC61850. "," stratul de control al stației" trei niveluri. Comunicarea în rețea de mare viteză este utilizată în și între fiecare nivel.

(3) Conectarea în rețea a interacțiunii informaționale și integrarea aplicațiilor informaționale

Substațiile digitale folosesc transformatoare digitale noi de putere redusă în loc de transformatoare convenționale pentru a converti direct tensiunea ridicată și curentul ridicat în semnale digitale. Schimbul de informații are loc între dispozitivele din site prin intermediul rețelelor de mare viteză. Dispozitivele secundare nu au interfețe I/O cu funcții duplicate. Dispozitivele funcționale convenționale devin module funcționale logice pentru a realiza partajarea datelor și a resurselor. În prezent, IEC61850 a fost stabilit la nivel internațional ca standard de comunicare pentru automatizarea stațiilor.

În plus, substația digitală integrează informații și optimizează funcțiile dispozitivelor originale ale sistemului secundar împrăștiate, astfel încât să poată evita în mod eficient duplicarea configurațiilor hardware în dispozitivele de monitorizare, control, protecție, înregistrare a defecțiunilor, măsurare și contorizare a problemelor substațiilor convenționale, cum ar fi întrucât apar nedistribuirea de informații și costuri mari de investiții.

(4) Funcționarea inteligentă a echipamentului

Noul sistem secundar de întrerupător de circuit de înaltă tensiune este creat folosind microcalculatoare, tehnologie electronică de putere și senzori noi. Inteligența sistemului de întrerupător este realizată de sistemul secundar controlat de microcomputer, IED și software-ul inteligent corespunzător. Comenzile de protecție și control pot fi transmise. Rețeaua de fibră optică ajunge la sistemul de circuit secundar al substației neconvenționale, permițând o interfață digitală cu mecanismul de acționare a întreruptorului.

(5) Starea întreținerii echipamentelor

În substațiile digitale, datele privind starea de funcționare a rețelei electrice și informațiile despre erori și acțiuni ale diferitelor dispozitive IED pot fi obținute în mod eficient pentru a realiza o monitorizare eficientă a funcționării și a stării buclei de semnal. Aproape că nu există unități funcționale nemonitorizate în substațiile digitale și nu există puncte moarte în colecția de caracteristici de stare a echipamentelor. Strategia de întreținere a echipamentelor poate fi schimbată de la „întreținerea regulată” a echipamentelor convenționale de substație la „întreținerea condiționată”, îmbunătățind astfel foarte mult disponibilitatea sistemului.

(6) Principiul de măsurare a LPCT și aspectul instrumentului de inspecție

După cum am menționat anterior, LPCT este de fapt un transformator de curent electromagnetic cu caracteristici de ieșire de putere scăzută. În standardul IEC, este listat ca o formă de implementare a transformatorului de curent electronic, reprezentând transformatorul de curent electromagnetic. O direcție de dezvoltare cu perspective largi de aplicare. Deoarece ieșirea LPCT este în general furnizată direct circuitelor electronice, sarcina secundară este relativ mică; miezul său este în general realizat din materiale foarte permeabile magnetic, cum ar fi aliajul microcristalin, iar precizia măsurării poate fi îndeplinită cu o secțiune transversală mai mică a miezului (dimensiunea miezului). cerințe.

(7) Compactarea structurii sistemului și standardizarea modelării

Sistemul de măsurare electrică digitală are caracteristicile dimensiunilor mici și greutății reduse. Poate fi integrat în sistemul de comutație inteligentă, iar combinația funcțională și aspectul echipamentului pot fi optimizate conform conceptului de proiectare mecatronică al substației. În stațiile de înaltă și ultra-înaltă tensiune, unitățile I/O ale dispozitivelor de protecție, dispozitivelor de măsurare și control, înregistratoare de defecțiuni și alte dispozitive automate fac parte din echipamentele inteligente primare, realizând proiectarea de închidere a procesului a IED-urilor; în stații de medie și joasă tensiune Dispozitivele de protecție și monitorizare pot fi miniaturizate, compacte și instalate complet pe dulapul de distribuție.

IEC61850 stabilește standardul de modelare pentru sistemele de alimentare și definește un model de informații unificat și standard și un model de schimb de informații pentru sistemele de automatizare a substațiilor. Semnificația sa se reflectă în principal în realizarea interoperabilității dispozitivelor inteligente, realizarea schimbului de informații în substații și simplificarea întreținerii sistemului  configurarea și implementarea proiectului.

3.IEC61850 standard

IEC61850 este o serie de standarde pentru „Rețele și sisteme de comunicații substații” formulate de grupul de lucru TC57 al Comisiei Electrotehnice Internaționale. Este un standard internațional de referință pentru sistemele de automatizare a stațiilor bazate pe platforme de comunicare în rețea. De asemenea, va deveni un standard pentru sistemele de alimentare de la centrele de dispecerat la substații, în cadrul substațiilor și sistemele de distribuție. Standardul de comunicare pentru conectarea fără întreruperi a automatizării electrice este, de asemenea, de așteptat să devină standardul de comunicare de control industrial pentru platforma universală de comunicare în rețea.

În comparație cu sistemul tradițional de protocol de comunicare, tehnic IEC61850 are următoarele caracteristici remarcabile: 1. Utilizați tehnologia de modelare orientată pe obiecte; 2. Utilizați sisteme distribuite și stratificate; 3. Folosiți interfața pentru servicii de comunicații abstracte (ACSI) și tehnologia SCSM de cartografiere a serviciului de comunicații special; 4 utilizează tehnologia MMS (Manufacture Message Specification); 5 are interoperabilitate; 6 are o arhitectură deschisă, orientată spre viitor.

VI. Concluzie

Aplicarea sistemelor de automatizare a substațiilor în țara noastră a obținut rezultate foarte semnificative și joacă un rol important în îmbunătățirea nivelului de funcționare economică a rețelei electrice. În prezent, odată cu dezvoltarea continuă a noilor tehnologii, apar substații digitale. În comparație cu stațiile tradiționale, stațiile digitale au următoarele avantaje: reducerea cablajului secundar, îmbunătățirea preciziei măsurătorilor, îmbunătățirea fiabilității transmisiei semnalului, evitarea problemelor precum compatibilitatea electromagnetică, supratensiunea de transmisie și împământarea în două puncte cauzate de cabluri și rezolvarea problemelor între echipamente. Probleme de interoperabilitate, diferite funcții ale substației pot partaja o platformă de informații unificată, evitând duplicarea echipamentelor și îmbunătățind în continuare nivelul de operare și management automatizat. Substația digitală este direcția de dezvoltare a tehnologiei de automatizare a substațiilor.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.