Материалы RusCable.Ru

Цифровая подстанция – важный элемент интеллектуальной энергосистемы

В 2017 году тенденция перехода на цифровые технологии активно проявляется во всех жизненных процессах человека. В преддверии Четвертой промышленной революции, переход на цифровизацию рабочих процессов затронул и электроэнергетическую отрасль. Хотя идеи применения цифровых технологий в системах сбора и обработки информации, управления и автоматизации подстанций появились еще 15 лет назад, их стремительное развитие началось только недавно. Практически все ведущие фирмы электроэнергетической отрасли активно работают в этом направлении. Расширяется количество теоретических и практических исследований, появляются новые международные стандарты, образцы оборудования, опытные полигоны. Это открывает возможности инновационных подходов к решению задач автоматизации и управления энергообъектами, позволяя создать подстанцию нового типа — цифровую подстанцию (ЦПС). В данной статье мы подробно рассмотрим, что же такое «Цифровая подстанция», почему её так активно обсуждают и какие решения она предлагает.

В настоящее время в энергетической отрасли существует большое разнообразие точек зрения к тому, что именно понимать под термином «Цифровая подстанция». Сейчас разрабатывается общая концепция программно-аппаратного комплекса для успешного развития автоматизации процессов передачи, преобразования и распределения электроэнергии в масштабах ЕНЭС (Единая национальная электрическая сеть). Со времени начала разработок в отечественной электроэнергетике проектов автоматизированной системы управления  технологическими процессами подстанций (АСУ ТП ПС), произошло существенное развитие аппаратных и программных средств систем управления для применения на электрических подстанциях. Появились высоковольтные цифровые трансформаторы тока и напряжения; разрабатывается первичное и вторичное электросетевое оборудование со встроенными коммуникационными портами; производятся микропроцессорные контроллеры, оснащенные инструментальными средствами разработки, на базе которых возможно создание надежного программно-аппаратного комплекса ПС; принят международный стандарт МЭК 61850, регламентирующий представление данных о ПС как объекте автоматизации, а также протоколы цифрового обмена данными между микропроцессорными интеллектуальными электронными устройствами (IED) ПС, включая устройства контроля и управления, релейной защиты и автоматики (РЗА), противоаварийной автоматики (ПА), счетчики электроэнергии и т.д. 

Все это создает предпосылки для построения подстанции нового поколения – цифровой подстанции, в которой организация всех потоков информации при решении задач мониторинга, анализа и управления осуществляется в цифровой форме.

 


Цифровая подстанция (ЦПС) - подстанция, оборудованная комплексом цифровых устройств (терминалов) для решения задач релейной защиты и автоматики (РЗА) и АСУТП — регистрации аварийных событий (РАС), учёта и контроля качества электроэнергии, телемеханики. Все оборудование общается между собой и центральным сервером объекта по последовательным каналам связи на единых протоколах.


 

Актуальность использования
Переход к передаче сигналов в цифровом виде на всех уровнях управления подстанцией позволит создать технологическую инфраструктуру для внедрения информационно-аналитических систем, снизить ошибки недоучета электроэнергии, уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты на обслуживание подстанции, а также повысить электромагнитную безопасность и надежность работы микропроцессорных устройств. Внедрение систем, удовлетворяющих стандарту МЭК 61850 «Сети и системы связи на подстанциях», обеспечивает более высокую скорость и безопасность передачи информации, взаимозаменяемость отдельных компонентов системы, повышение надежности системы.

 

НОВАЯ ПАРАДИГМА «ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ»


Несмотря на то, что тенденция перехода на цифровые технологии в системах сбора и обработки информации, управления и автоматизации подстанций наметилась ещё более 15 лет назад, первая в мире цифровая подстанция была запущена лишь в 2006 году в Китае. Сегодня в данном направлении активно работают ведущие компании-производители электроэнергетической отрасли по всему миру. Развитие электроэнергетики в последние годы обусловлено фактором объединения электросетевой и информационной инфраструктуры. Цифровая подстанция – это элемент активно-адаптивной (интеллектуальной) электросети с системой контроля, защиты и управления, основанной на передаче информации в цифровом формате.
Несмотря на то, что эта тема является относительно новой, в настоящее время на планете насчитывается уже более 100 ЦПС в Китае, США, Канаде и других странах. В частности, при содействии Министерства энергетики России, в лице Российского энергетического агентства уже в 2014 году, в Париже на международной выставке CIGRE-2014 демонстрировалось совместное техническое решение отечественных компаний, предназначенное для автоматизации подстанций по технологии «Цифровая подстанция».

Предпосылки
Независимо от своего назначения все сети на планете становятся более мощными и более сложными. В том числе в геометрической прогрессии растут объёмы информационных потоков, обеспечивающих управление электросетевыми объектами, мониторинг их технического состояния, контроль качества электроэнергии, а также её коммерческий учёт. Это, в свою очередь, влечёт всё большее применение интеллектуальных электронных устройств, которых с каждым днем на объекте становится всё больше. Зачастую такие устройства применяют различные стандарты передачи данных, что затрудняет их совместную работу и, более того, начинает тормозить развитие электроэнергетики, а значит, и промышленности в целом. Это касается не только России, но и любых промышленно развитых стран. В общем в электроэнергетике настал момент, когда необходимо пересмотреть сами принципы построения энергетической инфраструктуры, а не совершенствовать оборудование в старой парадигме.
Предпосылкой к появлению отечественного решения стало активное развитие технологии «Цифровая подстанция» – появление стандартов, описывающих информационную модель подстанции и протоколы обмена между её элементами, а также оборудования, поддерживающего эти протоколы. Суть нового подхода – изменение архитектуры построения систем защиты и управления подстанциями, основанное на цифровой обработке данных.

«Цифровая подстанция», позволяет получить единый цифровой поток данных, характеризующий состояние управляемого объекта. Это позволяет абстрагироваться от существующей парадигмы построения системы защиты и управления подстанцией, при которой каждая функция автоматизации выполняется отдельным устройством, и перейти к программной платформе, размещаемой на универсальных аппаратных устройствах и имеющей свободное распределение функций. Так появляется возможность получать решения, имеющие как полностью распределённую, так и централизованную архитектуру. Кроме того, применение единой программной платформы, обеспечивающей реализацию и взаимодействие функций на основе международного стандарта, позволит в дальнейшем видоизменить рынок аппаратных устройств для построения систем защиты и управления подстанцией и перейти к рынку функциональных алгоритмов.
Основные элементы, которые позволили спроектировать подобное решение, базируются на собственных разработках двух компаний: цифровые оптические измерительные трансформаторы компании «Профотек» и цифровая система защиты и управления компании «ЛИСИС». Это уникальный альянс российских компаний, которые предлагают эффективное решение, не имеющее сегодня аналогов в мире.

Переход к передаче сигналов в цифровом виде на всех уровнях управления ПС позволит получить целый ряд преимуществ, в том числе:

  • Существенно сократить затраты на кабельные вторичные цепи и каналы их прокладки, приблизив источники цифровых сигналов к первичному оборудованию;
  • Повысить электромагнитную совместимость современного вторичного оборудования – микропроцессорных устройств и вторичных цепей благодаря переходу на оптические связи;
  • Упростить и, в конечном итоге, удешевить конструкцию микропроцессорных интеллектуальных электронных устройств за счет исключения трактов ввода аналоговых сигналов;
  • Унифицировать интерфейсы устройств IED, существенно упростить взаимозаменяемость этих устройств (в том числе замену устройств одного производителя на устройства другого производителя) и др.

 

ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ


УМЕНЬШЕНИЕ КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ
–    уменьшение затрат на кабельную продукцию и кабельные сооружения;
–    уменьшение стоимости терминалов (унификация аппаратной части, замена модулей ввода на цифровые интерфейсы);
–    уменьшение площади земельных участков, необходимых для обустройства ПС (применение оптических цифровых ТТ и ТН, современного микропроцессорного вторичного оборудования даст возможность уменьшить);
–    увеличение срока службы силового электрооборудования (расширенная диагностика);  
–    уменьшение затрат на проектирование, монтаж и пусконаладку (уменьшение кол-ва кабелей, уменьшение кол-ва оборудования, расширение возможностей по типизации проектных решений в части шкафного оборудования и цифровых связей).

УМЕНЬШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ (на техобслуживание)
–    упрощение эксплуатации и обслуживания (постоянная расширенная диагностика в режиме реального времени, в т.ч. метрологических характеристик; сбор и отображение исчерпывающей информации о состоянии и функционировании ПС);
–    увеличение точности измерений (особенно при токах менее 10-15%Iн) и увеличение благодаря этому точности учета электроэнергии и точности ОМП;
–    сокращение возможности появления дефектов типа «земля в сети постоянного тока» (сокращение размерности СОПТ ввиду использования цифровых оптических связей);
–    сокращение кол-ва внезапных отказов основного электрооборудования и связанных с ними штрафов за недоотпуск электроэнергии и нарушений производственного цикла (расширенная диагностика всего комплекса технических средств ЦПС);
–    уменьшение количества сбоев, неправильной работы, отказов РЗА (применение оптических кабелей вместо медных повысит электромагнитную совместимость современного вторичного оборудования  
–    микропроцессорных устройств РЗ и автоматики);  
–    повышение алгоритмической надежности функционирования РЗА (отсутствие насыщения и возможность измерения апериодической составляющей у оптических цифровых ТТ позволит упростить и усовершенствовать алгоритмы РЗА);
–    уменьшение потребления по цепям переменного тока и напряжения (в результате применения оптических ТТ и ТН).

Архитектура цифровых подстанций

А. Уровень процесса
Работа цифровой подстанции основана на архитектуре, которая позволяет проводить эксплуатационные измерения в реальном времени по данным от первичной системы. Эти данные получаются с помощью датчиков, встроенных в первичную систему. Обмен между устройствами, происходит по результатам измерений  базирующихся на "шине процесса". Самое главное в том, что интеллектуальные устройства и системы могут сразу обработать эти оперативные данные в пределах подстанции.

B. Защита и контроль
Устройства между шиной процесса и станционной шиной исторически определены как "вторичное оборудование". В цифровой подстанции эти устройства являются интеллектуальными электронными устройствами, которые взаимодействуют с потоками через шину процесса и также с равноуровневыми устройствами в стойках терминалов, с другими терминалами и цифровой системой управления через шину станции.

C. Объекты контроля станции
Некоторые объекты на подстанции могут требовать обмена всеми или частью этих предварительно обработанных данных. Одна или несколько рабочих станций, руководствуясь инструкциями (указаниями) региональных диспетчеров, может использоваться в качестве инженерной для конфигурирования терминалов, или для локальной концентрации и архивации данных энергосистемы. Для онлайн мониторинга состояния могут использоваться специализированные станции предупреждения (сигналов аварии), учитывающих историю по базе данных каждого основного устройства.


ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ


Переход на цифровые (в основном – оптические) технологии съема информации и передачи команд управления
–    возможность «замены на ходу» источника сигнала и тем самым – повышение надежности функционирования релейных защит;
–    увеличение быстродействия (не требуется защита «от дребезга», уменьшение времени срабатывания исполнительной части за счет оптических IGBT-модулей, уменьшение времени выявления аварийного режима);
–    улучшение условий в части безопасного производства работ и электромагнитной совместимости (благодаря оптическим связям нет выноса потенциала с ОРУ);
–    развитие средств и методов непрерывной диагностики (контроль деградации характеристик, контроль готовности к выполнению операций, контроль метрологических характеристик);
–    расширение количества функций, реализуемых в каждом терминале;
–    перенос части расчетно-диагностических задач в интерфейсные модули (Smart-IED).

Двухэтапность реализации ЦПС

Этап №1: Использование существующего основного оборудования, к которому добавляется интерфейсный цифровой интеллектуальный модуль (как правило, размещаемый в помещении) на базе IEC 61850-8.1 и IEC 61850-9.2. Возможно корректировка состава и типа применяемых датчиков. Получение опыта эксплуатации. Разработка всей номенклатуры устройств РЗА, ПА, измерений с интерфейсами IEC 61850-8.1 и IEC 61850-9.2.

Этап №2: Существенная модернизация основного электрооборудования с интеграцией в него специализированных цифровых необслуживаемых датчиков, полевых контроллеров, твердотельных исполнительных модулей. Расширение объема задач, выполняемых интерфейсным модулем. Доработка всех компонентов ЦПС с учетом опыта эксплуатации.

 



И, все-таки, в России процесс внедрения цифровых подстанций однозначно пошел, электроэнергетический сектор уже подходит к введению проектов ЦПС. Планируется поставка некоторых элементов ЦПС на подстанции «Федеральной сетевой компании», причем применение технологий ЦПС на выбранных энергетических объектах будет происходить совместно с созданием традиционных информационно-управляющих систем подстанций, что вызовет некоторые сложности в оценке целесообразности перехода ЕНЭС на цифровые подстанции. В данный момент осуществляется сразу несколько проектов цифровых подстанций, заслуживающих повышенного внимания, например: «Цифровая подстанция» на базе «НТЦ ФСК ЕЭС»,  а также кластер «Эльгауголь».

Международная конференция и выставка «Цифровая подстанция. Стандарт IEC 61850»


С 3 по 5 октября в АО «НТЦ ФСК ЕЭС» состоится Международная конференция и выставка «Цифровая подстанция. Стандарт IEC 61850».

Конференция проводится в соответствии с cоглашением, подписанным на 46 сессии СИГРЭ, в рамках анонсированной Правительством России программы по созданию «Цифровой экономики Российской Федерации» при поддержке и с участием руководства АО «НТЦ ФСК ЕЭС», ПАО «ФСК ЕЭС», а также компании DNV GL (правопреемник компании КЕМА), Российского национального комитета СИГРЭ и является важным отраслевым форумом специалистов в области разработки, проектирования и эксплуатации «Цифровых подстанций». Главная тема конференции: «Обеспечение совместной работы аппаратуры технологических систем (защита, автоматика, измерение и управление) различных производителей, разработанной в соответствии с технологией «Цифровая подстанция».

Портал RusCable.Ru является интернет-партнером РНК СИГРЭ и, совместно с партнером конференции — научно-техническим журналом РУМ (Руководящие материалы по проектированию и эксплуатации электрических сетей), оказывает информационную поддержку мероприятия. Наши журналисты посетят мероприятие, пообщаются со специалистами и представителями компаний, реализующими «Цифровую подстанцию». В скором времени вас ждёт подробный и интересный сюжет, продолжающий эту статью, в котором мы составим подробно расскажем о положении вещей в развитии этого направления, о текущих и планируемых проектах по введению «Цифровой подстанции».

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно
Информация по заявке
Актуальность
Город
Текст по заявке
или прикрепите файл
Прикрепить файл
Контактные данные
Организация
E-mail
Телефон
Контактное лицо
Комментарий
Отраслевая Служба Заказов от RusCable.Ru
– это оперативный бесплатный сервис для покупателей КПП.

Стоит только заполнить форму слева и в течение нескольких минут Вашу заявку увидит около сотни компаний-поставщиков. Те организации, которые могут ответить указанным Вами требованиям, напрямую свяжутся с Вами.

Остались вопросы? Задайте их операторам Службы Заказов
тел.: 8 (495) 229 33 36
или e-mail: zakaz@kab.ru


Работайте быстро и без посредников, работайте с RusCable.Ru!