Доклады и презентации

Цифровая подстанция. Обзор мировых тенденций развития

15.12.2010
Рубрика: Доклады и презентации
Метки: IPNES 2010 Интеллектуальные сети

Обсудить на форуме

Информация предоставлена: IPNES 2010

6572 просмотра

Внедрение автоматизированных систем управления подстанциями представляет собой сложную задачу, плохо поддающуюся унификации. Появление новых международных стандартов и информационных технологий открывает возможности современных подходов к решению этой проблемы, позволяя создать подстанцию нового типа — цифровую. Широкие перспективы в этом направлении открывают группы стандартов МЭК 61850 (сети и системы связи на подстанциях).

Основной особенностью и отличием стандарта МЭК 61850 является то, что в нем регламентируются не только вопросы передачи информации между отдельными устройствами, но и вопросы формализации описания схем подстанции и защиты, автоматики и измерений, конфигурации устройств. В стандарте предусматриваются возможности использования новых цифровых измерительных устройств вместо традиционных аналоговых измерителей (трансформаторов тока и напряжения). Информационные технологии позволяют перейти к автоматизированному проектированию цифровых подстанций, управляемых цифровыми интегрированными системами. Все информационные связи на таких подстанциях выполняются цифровыми, образующими единую шину процесса. Это дает возможность быстрого прямого обмена информацией между устройствами, что дает возможность сокращения количества кабельных связей, сокращения числа микропроцессорных устройств и более компактного их расположения.

Цифровые технологии более экономичны на всех стадиях внедрения: при проектировании, монтаже, наладке и в эксплуатации. Они обеспечивают возможность расширения и модернизации системы в процессе эксплуатации.

Сегодня во всем мире выполнено уже много проектов, связанных с применением стандарта МЭК 61850, показавших преимущества данной технологии. Вместе с тем ряд вопросов еще требует дополнительных проверок и решений. Это относится к надежности цифровых систем, к вопросам конфигурирования устройств на уровне подстанции и энергообъединения, к созданию общедоступных инструментальных средств проектирования, ориентированных на разных производителей микропроцессорного и основного оборудования.

В таблице приводится сравнение традиционных и цифровых подстанций, а также соображения о преимуществах использования цифровых источников информации.

Первым крупным пилотным проектом по внедрению стандарта МЭК 61850 стала подстанция TVA Bradley 500 кВ США, введенная в эксплуатацию в 2008 г. Цель проекта заключалась в проверке совместимости реализации стандарта МЭК 61850 в устройствах различных производителей. Внедрение проекта позволило улучшить совместимость между устройствами различных производителей, повысить квалификацию персонала сетевой компании в части стандарта МЭК 61850, а также выявить проблемы, возникающие при его внедрении.

В 2009 г. в Испании была завершена работа над пилотным проектом подстанции Alcala de Henares 132 кВ (г. Мадрид). В реализации проекта также использовались устройства различных производителей. Особенностью данного проекта являлось экспериментальное внедрение «Шины процесса» в части передачи дискретной информации. Системы РЗА и АСУ ТП на подстанции можно условно разделить на 4 уровня: верхний, станционный, уровень присоединения, (устройства МПРЗА и контроллеры присоединения) и полевой, включающий приборы, установленные на распределительном устройстве.

В непосредственной близости с коммутационными аппаратами на распределительном устройстве были установлены выносные модули УСО (MicroRTU), которые с помощью оптических кабелей подключались к коммутаторам, установленным в ОПУ. Все информация о состоянии коммутационных аппаратов, а также команды управления ими передавались по цифровым каналам связи (с помощью GOOSE-сообщений). На MicroRTU была реализована лишь простейшая логика с целью повышения надежности этих устройств. Функции оперативной блокировки были реализованы в устройствах уровня присоединения. Таким образом, на подстанции были внедрены следующие виды информационных потоков:
• вертикальный GOOSE для обмена информацией между MicroRTU и устройствами уровня присоединения;
• диагональный GOOSE для обмена информацией между MicroRTU одного присоединения и устройствами защиты и управления другого (например, для быстрого информирования этих устройств об отказе выключателя);
• горизонтальный GOOSE для обмена информацией между устройствами уровня присоединения (для целей организации оперативных блокировок, пуска осциллографа и т.д.);
• передача динамической информации по протоколу MMS от устройств уровня присоединения на станционный уровень;
• команды управления со станционного уровня на уровень присоединения по протоколу MMS.

Команды управления проходили через контроллеры присоединения, которые транслировали эти команды в GOOSE-сообщения для MicroRTU, что позволяло на уровне контроллеров присоединения осуществить функции оперативной блокировки.

На подстанции Alcala de Henares не были внедрены цифровые трансформаторы тока и напряжения. Однако проект является крайне интересным с точки зрения использования «Шины процесса» для передачи дискретной информации.

Тестирование цифровых трансформаторов тока и напряжения в реальных условиях работы происходило на подстанции Osbaldwick 400 кВ, которая принадлежит национальной сети NGT U.K. Проводились эксперименты, цель которых заключалась в сравнении временных характеристик МПРЗА на базе традиционных трансформаторов тока и МПРЗА на базе цифровых трансформаторов тока с использованием Mergin Units (устройств, передающих информацию о мгновенных значениях токов и напряжений по протоколу МЭК 61850-9 SMV). Результаты показали хорошие эксплуатационные характеристики цифровых трансформаторов и МПРЗА, построенных на цифровых технологиях.

Большое развитие цифровые подстанции получили в Китае. В 2006 г. была введена в эксплуатацию первая цифровая подстанция 110 кВ Qujing, Yunnan. К 2009 г. Китай занял лидирующее место в мире по цифровым подстанциям, введя в эксплуатацию 70 подстанций. Ожидается, что рынок цифровых подстанций в Китае вырастет до 4—4,5 млрд юаней в год за ближайшие 10 лет.

ОАО «НИИПТ» активно проводит исследования в области цифровых подстанций. В 2008—2010 гг. был создан испытательный стенд для проверки работы АСУ ТП с устройствами различных производителей по различным протоколам и интерфейсам. Большая часть устройств в комплексе работает по стандарту МЭК 61850: Satec SA330, Siemens Siportec 4 (7SJ64, 7UT63), Siemens TM1703, AK1703, BC1703, Areva Micom, General Electric (F60), SEL-451, Mikronika, ZIV 7IRV, МКПА Прософт, МПРЗА ЭКРА.

Для автоматизации процесса подключения устройств был создан конфигуратор МЭК 61850, позволяющий экспортировать конфигурацию из устройства в базу данных АСУ ТП. Таким образом, удалось значительно упростить интеграцию устройств различных производителей в АСУ ТП.

Создание стенда позволило оценить сложность интеграции устройств, работающих по различным протоколам в АСУ ТП. Результаты испытаний показали, что интеграция устройств, работающих по стандарту МЭК 61850, требует значительно меньше времени за счет автоматизации процесса подключения.

В рамках испытаний также проводилась проверка совместимости устройств по протоколу GOOSE. Стендовые испытания показали, что не всегда удается обеспечить совместную работу устройств различных производителей по протоколу GOOSE.

С внедрением стандарта МЭК 61850 появилась возможность производить тестирование компонентов и всего комплекса АСУ ТП без наличия необходимого количества устройств нижнего уровня. Для решения указанной задачи устройства замещаются необходимым количеством серверов МЭК 61850 (эмуляторов). Модель данных устройств загружается на серверы в виде ICD-файлов. Для осуществления таких испытаний в ОАО «НИИПТ» был разработан сервер МЭК 61850, позволяющий тестировать взаимодействие интеллектуальных электронных устройств на цифровой подстанции без наличия необходимого количества устройств нижнего уровня.

В ОАО «НИИПТ» активно ведутся работы по созданию автоматизированной системы проектирования для цифровых подстанций, которая позволит использовать преимущества МЭК 61850-6 (SCL) и CIM-моделирования в процессе проектирования подстанций.

Зарубежный и отечественный опыт внедрения систем на базе стандарта МЭК 61850 показывает, что на современном этапе необходимо уделять повышенное внимание вопросам надежности всего цифрового комплекса устройств подстанции. Для этого все устройства должны проходить вначале тестирование на функциональное соответствие стандарту. Поскольку это тестирование представляет само по себе достаточно сложную задачу, для ее решения необходимо создание специального сертификационного центра, который мог бы осуществлять в полном объеме тестирование на соответствие стандарту любых устройств.

Помимо разовых сертификационных испытаний должны быть организованы длительные испытания на надежность, которые наиболее целесообразно проводить в полной схеме действующей подстанции в реальных эксплуатационных условиях. Испытаниям должны подвергаться в первую очередь цифровые источники информации. Для решения этих задач целесообразно, по опыту США, создать пилотную цифровую подстанцию, оборудованную полным комплектом цифровых измерительных устройств и микропроцессорных устройств защиты, регулирования и измерений.

Создание пилотной цифровой подстанции должно обеспечить решение следующих целей и задач:
• проверку открытости архитектуры цифровой подстанции для защиты, управления и сбора данных;
• тестирование новых цифровых измерительных устройств вместо традиционных аналоговых измерителей (трансформаторов тока и напряжения);
• проверку совместимости интеллектуальных Электронных устройств (ИЭУ) разных производителей, реализующих функции управления и защиты. Проверку настройки системы средствами, предоставленными производителями устройств без необходимости постоянной поддержки со стороны самих производителей;
• оценку сопоставимой функциональности и производительности по сравнению с традиционным принципом исполнения подстанций при значительном уменьшении площадей, занимаемых оборудованием контроля и управления;
• оценку уровня безопасной и надежной работы системы в целом, основанной на своевременной и надежной передаче данных;
• оценку экономической эффективности проекта; опыт, полученный в рамках проекта, должен быть повторно использован для других подстанций;
• упрощение эксплуатации: мониторинг и диагностика сети для уменьшения времени обслуживания, мониторинг работоспособности системы;
• тестирование эффективного высокоскоростного управления передачей данных; проверка обмена данными между ИЭУ;
• разработку методологии тестирования и проверки системы, в том числе возможность проверки любого ИЭУ с сохранением работоспособности других ИЭУ в одной сети;
• разработку и тестирование инструментов и методологии автоматизированного проектирования системы, соответствующих новым функциям и принципам работы системы; разработку русифицированных и адаптированных под российские стандарты инструментов;
• разработку специального нормативного документа на базовые алгоритмы логики для ИЭУ.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно