Stato di sviluppo e tendenze dell'automazione integrata delle sottostazioni

La sottostazione è un anello indispensabile e importante nel sistema energetico. È responsabile dei pesanti compiti di conversione e ridistribuzione dell’energia e svolge un ruolo decisivo nella gestione economica della rete elettrica. Al fine di migliorare il livello di funzionamento stabile delle sottostazioni, ridurre i costi operativi e di manutenzione, migliorare i vantaggi economici e fornire servizi di energia elettrica di alta qualità agli utenti, ha iniziato ad emergere ed è stata ampiamente utilizzata una tecnologia di automazione completa per le sottostazioni.

L'automazione completa delle sottostazioni consiste nell'applicare la tecnologia informatica e la moderna tecnologia di comunicazione alle apparecchiature secondarie della sottostazione (inclusi controllo, segnalazione, misurazione, protezione, dispositivi automatici e dispositivi di controllo remoto, ecc.) e implementare il monitoraggio e la misurazione automatici della sottostazione attraverso combinazione funzionale e controllo e coordinamento ottimizzati della progettazione, nonché sistemi di automazione completi come la comunicazione di spedizione. Realizzare un’automazione completa delle sottostazioni può migliorare il livello di funzionamento economico della rete elettrica, ridurre gli investimenti nelle infrastrutture e fornire un mezzo per promuovere le sottostazioni non presidiate. Il rapido sviluppo della tecnologia informatica, dell'informatica e della tecnologia di rete ha portato al progresso della tecnologia di automazione completa nelle sottostazioni. Negli ultimi anni, con lo sviluppo di sistemi di misurazione elettrica digitali (come trasformatori fotoelettrici o trasformatori elettronici), apparecchiature elettriche intelligenti e relative tecnologie di comunicazione, il sistema di automazione integrato delle sottostazioni si sta muovendo verso la digitalizzazione.

I. Funzioni principali del sistema di automazione integrato della sottostazione

Le funzioni di base del sistema di automazione integrato della sottostazione si riflettono nelle funzioni dei seguenti sei sottosistemi:

1. Sottosistema di monitoraggio;

2. Sottosistema di protezione relè;

3. Sottosistema di controllo completo della tensione e della potenza reattiva;

4. Sottosistema di controllo della riduzione del carico a bassa frequenza del sistema di alimentazione;

5. Sottosistema di controllo della commutazione automatica dell'alimentazione di standby;

6. Sottosistema di comunicazione.

Questa parte è relativamente ricca di contenuti e ci sono molti documenti che la spiegano in dettaglio, quindi questo articolo non entrerà nei dettagli.

II. Sistema di automazione di sottostazione tradizionale

1. Struttura del sistema

Allo stato attuale, le strutture dei sistemi integrati di automazione delle sottostazioni in patria e all'estero sono classificate nei seguenti tre tipi in base a idee di progettazione [1]:

(1) Centralizzato

Utilizzare computer di diversi gradi per espandere i circuiti di interfaccia periferici, raccogliere centralmente informazioni analogiche, di commutazione e digitali della sottostazione, eseguire elaborazioni e calcoli centralizzati e completare il monitoraggio del microcomputer, la protezione del microcomputer e alcune funzioni di controllo automatico. Le sue caratteristiche sono: elevati requisiti di prestazioni del computer, scarsa scalabilità e manutenibilità e adatto a sottostazioni medie e piccole.

(2) Distribuito

Suddivise in base agli oggetti monitorati o alle funzioni di sistema della sottostazione, più CPU lavorano in parallelo e vengono utilizzati la tecnologia di rete o i metodi seriali per implementare la comunicazione dei dati tra le CPU. Il sistema distribuito è facile da espandere e manutenere e i guasti locali non influiscono sul normale funzionamento degli altri moduli. Questa modalità può essere utilizzata per il raggruppamento centralizzato dello schermo o per il raggruppamento dello schermo diviso durante l'installazione.

(3) Distribuzione decentralizzata

Ciascuna unità di acquisizione dati, unità di controllo (unità I/O) e unità di protezione nello strato di baia sono installate localmente sul quadro elettrico o vicino ad altre apparecchiature. Ciascuna unità è indipendente l'una dall'altra ed è interconnessa esclusivamente tramite la rete di comunicazione ed è collegata all'unità di misurazione e controllo principale a livello di sottostazione. comunicazione. Le funzioni che possono essere completate a livello di baia non dipendono dalla rete di comunicazione, come le funzioni di protezione. La rete di comunicazione è solitamente in fibra ottica o doppino intrecciato, che comprime al massimo le apparecchiature secondarie e i cavi secondari, risparmiando investimenti nella costruzione di ingegneria. L'installazione può essere dispersa in ciascun compartimento oppure può essere centralizzata o raggruppata gerarchicamente di schermi nella sala di controllo. Può anche darsi che una parte si trovi nella sala di controllo e l'altra parte sia sparpagliata nel quadro elettrico.

2.Problemi esistenti

Il sistema di automazione integrato della sottostazione ha ottenuto buoni risultati applicativi, ma ci sono anche delle carenze, riflesse principalmente in: 1. Lo scambio di informazioni tra primario e secondario continua ancora la tradizionale modalità di cablaggio via cavo, che è costosa e scomoda nella costruzione e nella manutenzione; 2. La parte secondaria della raccolta dati è in gran parte ripetuta, il che comporta uno spreco di risorse; 3. La standardizzazione delle informazioni è insufficiente, la condivisione delle informazioni è scarsa, coesistono più sistemi e l’interconnessione tra dispositivi e tra dispositivi e sistemi è difficile, formando isole di informazioni e rendendo difficile l’applicazione completa delle informazioni; 4. Quando si verifica un incidente, appariranno una grande quantità di informazioni di allarme sull'evento, prive di un efficace meccanismo di filtraggio, che interferisce con la corretta valutazione del guasto da parte degli operatori in servizio.

III. Sottostazione digitale

Le sottostazioni digitali rappresentano la fase successiva nello sviluppo dell'automazione delle sottostazioni. Il "Piano di sviluppo scientifico e tecnologico" dell'Undicesimo piano quinquennale" della Power Grid Company ha chiaramente affermato che durante il periodo dell'"Undicesimo piano quinquennale" verranno studiate le sottostazioni digitali e verranno costruite stazioni dimostrative. 2, e attualmente esistono sottostazioni digitali. Completata e messa in funzione, come la sottostazione digitale da 110 kV per la trasformazione della convenzione e dell'esposizione di Fuzhou.

1. Concetto di sottostazione digitale

La sottostazione digitale si riferisce a una sottostazione in cui i processi di raccolta, trasmissione, elaborazione e output delle informazioni sono completamente digitali. Le sue caratteristiche di base sono apparecchiature intelligenti, rete di comunicazione e funzionamento e gestione automatizzati.

Le cabine digitali hanno le seguenti caratteristiche principali:

(1) Attrezzatura primaria intelligente

Apparecchiature primarie intelligenti come trasformatori elettronici e interruttori intelligenti (o interruttori tradizionali con terminali intelligenti) che utilizzano uscita digitale. Il dispositivo primario e il dispositivo secondario si scambiano valori di campionamento, quantità di stato, comandi di controllo e altre informazioni attraverso la trasmissione in fibra ottica di informazioni codificate digitalmente.

(2) Rete di apparecchiature secondarie

La rete di comunicazione viene utilizzata per scambiare informazioni come valori analogici, valori di commutazione e comandi di controllo tra dispositivi secondari e i cavi di controllo vengono eliminati.

(3) Automazione del sistema di gestione delle operazioni

Dovrebbero essere inclusi sistemi di automazione come sistemi automatici di analisi dei guasti, sistemi di monitoraggio dello stato di salute delle apparecchiature e sistemi di controllo programmato per migliorare il livello di automazione e ridurre la difficoltà e il carico di lavoro di funzionamento e manutenzione.

2. Principali caratteristiche tecniche delle cabine digitali

(1) Digitalizzazione della raccolta dati

Il segno principale di una sottostazione digitale è l'uso di sistemi di misurazione elettrica digitali (come trasformatori fotoelettrici o trasformatori elettronici) per raccogliere parametri elettrici come corrente e tensione 3 per ottenere un efficace isolamento elettrico dei sistemi primari e secondari e aumentare Aumenta la dinamica intervallo di misurazione delle quantità elettriche e migliora la precisione della misurazione, fornendo così una base per realizzare la trasformazione dalla ridondanza convenzionale dei dispositivi delle sottostazioni alla ridondanza delle informazioni e all'applicazione dell'integrazione delle informazioni.

(2) Distribuzione gerarchica del sistema

Lo sviluppo dei sistemi di automazione delle sottostazioni ha vissuto una transizione da centralizzato a distribuito. La maggior parte dei sistemi di automazione gerarchica distribuita delle sottostazioni di seconda generazione utilizza una tecnologia di comunicazione di rete matura e protocolli di interconnessione aperti, che possono registrare le informazioni sulle apparecchiature in modo più completo e migliorare significativamente la velocità di risposta del sistema. La struttura del sistema di automazione della sottostazione digitale può essere fisicamente divisa in due categorie, ovvero apparecchiature primarie intelligenti e apparecchiature secondarie collegate in rete; in termini di struttura logica, può essere suddiviso in "livello di processo" e "livello di baia" secondo la definizione dello standard di comunicazione IEC61850. "," livello di controllo stazione" tre livelli. All'interno e tra ciascun livello viene utilizzata la comunicazione di rete ad alta velocità.

(3) Messa in rete dell'interazione delle informazioni e integrazione delle applicazioni delle informazioni

Le sottostazioni digitali utilizzano nuovi trasformatori digitali a bassa potenza invece dei trasformatori convenzionali per convertire direttamente l'alta tensione e l'alta corrente in segnali digitali. Lo scambio di informazioni avviene tra i dispositivi nel sito attraverso reti ad alta velocità. I dispositivi secondari non dispongono di interfacce I/O con funzioni duplicate. I dispositivi funzionali convenzionali diventano moduli funzionali logici per ottenere la condivisione di dati e risorse. Attualmente, IEC61850 è stato determinato a livello internazionale come standard di comunicazione per l'automazione delle sottostazioni.

Inoltre, la sottostazione digitale integra le informazioni e ottimizza le funzioni dei dispositivi del sistema secondario sparsi originali, in modo da poter evitare efficacemente la duplicazione delle configurazioni hardware nei dispositivi di monitoraggio, controllo, protezione, registrazione dei guasti, misurazione e misurazione dei problemi delle sottostazioni convenzionali come poiché si verificano la mancata condivisione delle informazioni e alti costi di investimento.

(4) Funzionamento dell'apparecchiatura intelligente

Il nuovo sistema secondario dell'interruttore automatico ad alta tensione viene realizzato utilizzando microcomputer, tecnologia elettronica di potenza e nuovi sensori. L'intelligenza del sistema dell'interruttore è realizzata dal sistema secondario controllato da microcomputer, dall'IED e dal corrispondente software intelligente. È possibile impartire comandi di protezione e controllo. La rete in fibra ottica raggiunge il sistema del circuito secondario della sottostazione non convenzionale, consentendo un'interfaccia digitale con il comando dell'interruttore.

(5) Stato di manutenzione dell'attrezzatura

Nelle sottostazioni digitali, è possibile ottenere in modo efficace i dati sullo stato operativo della rete elettrica e le informazioni sui guasti e sulle azioni di vari dispositivi IED per ottenere un monitoraggio efficace dello stato di funzionamento e del circuito di segnale. Non ci sono quasi unità funzionali non monitorate nelle sottostazioni digitali e non ci sono punti ciechi nella raccolta delle caratteristiche dello stato delle apparecchiature. La strategia di manutenzione delle apparecchiature può essere modificata da "manutenzione regolare" delle apparecchiature convenzionali delle sottostazioni a "manutenzione condizionale", migliorando così notevolmente la disponibilità del sistema.

(6) Il principio di misurazione dell'LPCT e l'aspetto dello strumento di ispezione

Come accennato in precedenza, l'LPCT è in realtà un trasformatore di corrente elettromagnetico con caratteristiche di uscita a bassa potenza. Nello standard IEC, è elencato come una forma di implementazione del trasformatore di corrente elettronico, che rappresenta il trasformatore di corrente elettromagnetico. Una direzione di sviluppo con ampie prospettive applicative. Poiché l'uscita dell'LPCT viene generalmente fornita direttamente ai circuiti elettronici, il carico secondario è relativamente piccolo; il suo nucleo è generalmente costituito da materiali altamente permeabili magneticamente come le leghe microcristalline e la precisione della misurazione può essere soddisfatta con una sezione trasversale del nucleo più piccola (dimensione del nucleo). requisiti.

(7) Compattazione della struttura del sistema e standardizzazione della modellizzazione

Il sistema di misurazione elettrica digitale ha le caratteristiche di dimensioni ridotte e leggerezza. Può essere integrato nel sistema di quadri intelligenti e la combinazione funzionale e la disposizione delle apparecchiature possono essere ottimizzati secondo il concetto di progettazione meccatronica della sottostazione. Nelle sottostazioni ad alta e altissima tensione, le unità I/O dei dispositivi di protezione, dispositivi di misurazione e controllo, registratori di guasti e altri dispositivi automatici fanno parte delle apparecchiature intelligenti primarie, realizzando la progettazione di processo chiuso degli IED; nelle sottostazioni di media e bassa tensione I dispositivi di protezione e monitoraggio possono essere miniaturizzati, compatti e completamente installati sul quadro elettrico.

IEC61850 stabilisce lo standard di modellazione per i sistemi di alimentazione e definisce un modello informativo unificato e standard e un modello di scambio di informazioni per i sistemi di automazione delle sottostazioni. La sua importanza si riflette principalmente nella realizzazione dell'interoperabilità dei dispositivi intelligenti, nella realizzazione della condivisione delle informazioni nelle sottostazioni e nella semplificazione della manutenzione del sistema, della configurazione e dell'implementazione del progetto.

3.Norma IEC61850

IEC61850 è una serie di standard per "Reti e sistemi di comunicazione di sottostazioni" formulati dal gruppo di lavoro TC57 della Commissione elettrotecnica internazionale. È uno standard di riferimento internazionale per i sistemi di automazione delle sottostazioni basati su piattaforme di comunicazione di rete. Diventerà inoltre uno standard per i sistemi di alimentazione dai centri di spedizione alle sottostazioni, all'interno delle sottostazioni e ai sistemi di distribuzione. Si prevede inoltre che lo standard di comunicazione per la connessione continua dell'automazione elettrica diventi lo standard di comunicazione di controllo industriale per la piattaforma di comunicazione di rete universale.

Rispetto al tradizionale sistema di protocolli di comunicazione, tecnicamente IEC61850 presenta le seguenti caratteristiche eccezionali: 1. Utilizza la tecnologia di modellazione orientata agli oggetti; 2. Utilizzare sistemi distribuiti e stratificati; 3. Utilizzare l'Abstract Communication Service Interface (ACSI) e la speciale tecnologia SCSM per la mappatura dei servizi di comunicazione; 4 utilizza la tecnologia MMS (Manufacture Message Specifica); 5 ha l'interoperabilità; 6 ha un'architettura aperta e orientata al futuro.

VI. Conclusione

L'applicazione dei sistemi di automazione delle sottostazioni nel nostro Paese ha raggiunto risultati molto significativi e svolge un ruolo importante nel migliorare il livello di funzionamento economico della rete elettrica. Attualmente, con il continuo sviluppo di nuove tecnologie, stanno emergendo le sottostazioni digitali. Rispetto alle sottostazioni tradizionali, le sottostazioni digitali presentano i seguenti vantaggi: riduzione del cablaggio secondario, miglioramento della precisione di misurazione, miglioramento dell'affidabilità della trasmissione del segnale, evitando problemi come compatibilità elettromagnetica, sovratensione di trasmissione e messa a terra a due punti causata dai cavi e risoluzione dei problemi tra le apparecchiature. Problemi di interoperabilità, varie funzioni della sottostazione possono condividere una piattaforma informativa unificata, evitando la duplicazione delle apparecchiature e migliorando ulteriormente il livello di funzionamento e gestione automatizzati. La sottostazione digitale è la direzione di sviluppo della tecnologia di automazione delle sottostazioni.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.