Az integrált alállomás-automatizálás fejlesztési helyzete és trendjei

Az alállomás nélkülözhetetlen és fontos láncszem az energiarendszerben. Feladata az áramátalakítás és az áram-újraelosztás nehéz feladatai, meghatározó szerepe van az elektromos hálózat gazdaságos működésében. Az alállomások stabil működési szintjének javítása, az üzemeltetési és karbantartási költségek csökkentése, a gazdasági előnyök javítása, valamint a felhasználók számára magas színvonalú villamosenergia-szolgáltatások biztosítása érdekében megkezdődött az alállomások átfogó automatizálási technológiája, amely széles körben elterjedt.

Az átfogó alállomás-automatizálás célja a számítástechnika és a korszerű kommunikációs technológia alkalmazása az alállomás másodlagos berendezésein (beleértve a vezérlést, a jelzést, a mérést, a védelmet, az automata eszközöket és a távirányító eszközöket stb.), valamint az alállomás automatikus felügyeletét és mérését megvalósítani. funkcionális kombináció és optimalizált tervezési vezérlés és koordináció, valamint átfogó automatizálási rendszerek, mint például a diszpécser kommunikáció. Az alállomások átfogó automatizálása javíthatja az elektromos hálózat gazdaságos működési szintjét, csökkentheti az infrastrukturális beruházásokat, és lehetőséget biztosíthat a felügyelet nélküli alállomások támogatására. A számítástechnika, az információs technológia és a hálózati technológia gyors fejlődése az átfogó automatizálási technológia fejlődéséhez vezetett az alállomásokon. Az elmúlt években a digitális elektromos mérőrendszerek (például fotoelektromos transzformátorok vagy elektronikus transzformátorok), az intelligens elektromos berendezések és a kapcsolódó kommunikációs technológiák fejlődésével az alállomások integrált automatizálási rendszere a digitalizáció felé halad.

I. Alállomási integrált automatizálási rendszer főbb funkciói

Az alállomási integrált automatizálási rendszer alapvető funkcióit a következő hat alrendszer funkciói tükrözik:

1. Monitoring alrendszer;

2. Relé védelmi alrendszer;

3. Feszültség és meddő teljesítmény átfogó vezérlő alrendszer;

4. A villamosenergia-rendszer kisfrekvenciás terhelésleválasztó vezérlő alrendszere;

5. Készenléti tápegység automatikus kapcsolásvezérlő alrendszere;

6. Kommunikációs alrendszer.

Ez a rész viszonylag gazdag tartalommal, és számos dokumentum van, amely részletesen kifejti, ezért ebben a cikkben nem térünk ki a részletekre.

II. Hagyományos alállomás automatizálási rendszer

1. A rendszer felépítése

Jelenleg az integrált alállomás-automatizálási rendszerek felépítését itthon és külföldön a következő három típusba sorolják a tervezési elképzelések alapján [1]:

(1) Központosított

Különböző minőségű számítógépekkel bővítheti a perifériás interfész áramköreit, központilag gyűjtheti az alállomás analóg, kapcsolási és digitális információit, végezhet központosított feldolgozást és számításokat, valamint teljesítheti a mikroszámítógép-felügyeletet, a mikroszámítógép-védelmet és néhány automatikus vezérlési funkciót. Jellemzői: magas számítógép-teljesítmény-igény, rossz skálázhatóság és karbantarthatóság, valamint közepes és kis alállomásokhoz alkalmas.

(2) Elosztott

Az alállomás felügyelt objektumai vagy rendszerfunkciói szerint felosztva több CPU párhuzamosan működik, a CPU-k közötti adatkommunikáció megvalósítására hálózati technológiát vagy soros módszereket alkalmaznak. Az elosztott rendszer könnyen bővíthető és karbantartható, a helyi hibák pedig nem befolyásolják a többi modul normál működését. Ez a mód a telepítés során központi képernyő-csoportosításra vagy osztott képernyős csoportosításra használható.

(3) Decentralizált elosztás

Minden adatgyűjtő, vezérlőegység (I/O egység) és védelmi egység az öbölrétegben helyben, a kapcsolószekrényen vagy más berendezések közelében van felszerelve. Mindegyik egység független egymástól, és csak a kommunikációs hálózaton keresztül kapcsolódik egymáshoz, és a fő alállomási szintű mérő- és vezérlőegységhez csatlakozik. kommunikáció. Az öböl szintjén végrehajtható funkciók nem függenek a kommunikációs hálózattól, például a védelmi funkciók. A kommunikációs hálózat általában optikai szál vagy csavart érpár, amely a szekunder berendezéseket és a másodlagos kábeleket maximálisan tömöríti, megtakarítva ezzel a műszaki építési beruházást. A telepítés történhet szétszórva minden rekeszben, vagy a képernyők központosított vagy hierarchikus csoportosítása lehet a vezérlőteremben. Az is előfordulhat, hogy az egyik rész a vezérlőteremben van, a másik pedig a kapcsolószekrényen van szétszórva.

2. Meglévő problémák

Az alállomási integrált automatizálási rendszer jó alkalmazási eredményeket ért el, de vannak hiányosságok is, amelyek elsősorban az alábbiakban mutatkoznak meg: 1. Az elsődleges és a szekunder közötti információcsere továbbra is a hagyományos kábelezési módot folytatja, amely költséges és kényelmetlen a kivitelezésben és karbantartásban; 2. A másodlagos adatgyűjtési rész nagyrészt ismétlődik, ami erőforrásokat pazarol; 3. Az információ szabványosítása nem kielégítő, az információmegosztás alacsony, több rendszer létezik egymás mellett, és az eszközök, valamint az eszközök és rendszerek közötti összekapcsolás nehézkes, információszigeteket képezve, és megnehezíti az információk átfogó alkalmazását; 4. Baleset bekövetkezésekor nagy mennyiségű eseményriasztási információ jelenik meg, hatékony szűrőmechanizmus hiányában, ami megzavarja az ügyeletes kezelőket a hiba helyes megítélésében.

III. Digitális alállomás

A digitális alállomások jelentik az alállomás-automatizálás fejlesztésének következő szakaszát. Az „Energiahálózati Vállalat „Tizenegyedik Ötéves Terv” Tudományos és Technológiai Fejlesztési Tervében egyértelműen szerepel, hogy a „Tizenegyedik ötéves terv” időszakában digitális alállomásokat tanulmányoznak és demonstrációs állomásokat építenek. 2, és jelenleg vannak digitális alállomások. Elkészült és üzembe helyezve, mint például a Fuzhou Convention and Exhibition Transformation 110 kV-os digitális alállomás.

1. A digitális alállomás fogalma

A digitális alállomás olyan alállomásra utal, amelyben az információgyűjtési, átviteli, feldolgozási és kimeneti folyamatok teljesen digitálisak. Alapvető jellemzői az intelligens berendezések, a kommunikációs hálózat, valamint az automatizált működés és menedzsment.

A digitális alállomások a következő fő jellemzőkkel rendelkeznek:

(1) Intelligens elsődleges berendezés

Intelligens elsődleges berendezések, például elektronikus transzformátorok és intelligens kapcsolók (vagy hagyományos kapcsolók intelligens terminálokkal), digitális kimenettel. Az elsődleges eszköz és a másodlagos eszköz mintavételi értékeket, állapotmennyiségeket, vezérlőparancsokat és egyéb információkat cserél digitálisan kódolt információk optikai szálas átvitelén keresztül.

(2) Másodlagos berendezések hálózata

A kommunikációs hálózatot olyan információk cseréjére használják, mint például analóg értékek, kapcsolási értékek és vezérlőparancsok a másodlagos eszközök között, és a vezérlőkábelek megszűnnek.

(3) Üzemeltetésirányítási rendszer automatizálása

Az automatizálási szint javítása, valamint az üzemeltetés és a karbantartás nehézségeinek és munkaterhelésének csökkentése érdekében be kell építeni az automatizálási rendszereket, például az automatikus hibaelemző rendszereket, a berendezések állapotát figyelő rendszereket és a programozott vezérlőrendszereket.

2. A digitális alállomások főbb műszaki jellemzői

(1) Az adatgyűjtés digitalizálása

A digitális alállomások fő jele a digitális elektromos mérőrendszerek (például fotoelektromos transzformátorok vagy elektronikus transzformátorok) használata az elektromos paraméterek, például az áram és a feszültség összegyűjtésére 3 a primer és szekunder rendszerek hatékony elektromos leválasztása és növelése érdekében. elektromos mennyiségek mérési tartományát és javítja a mérési pontosságot, így alapot ad a hagyományos alállomási eszközredundanciáról az információredundanciára való átalakuláshoz és az információintegráció alkalmazásához.

(2) Rendszerhierarchikus eloszlás

Az alállomási automatizálási rendszerek fejlesztése a központosítottról az elosztottra való átmenetet tapasztalta. A második generációs hierarchikus elosztott alállomás-automatizálási rendszerek többsége kiforrott hálózati kommunikációs technológiát és nyílt összekapcsolási protokollokat használ, amelyek teljesebben és jelentősen javíthatják a rendszer válaszidejét. A digitális alállomási automatizálási rendszer felépítése fizikailag két kategóriába sorolható, nevezetesen intelligens elsődleges berendezésekre és hálózatba kapcsolt másodlagos berendezésekre; logikai felépítését tekintve az IEC61850 kommunikációs szabvány definíciója szerint "folyamatrétegre" és "öböl rétegre" osztható. "," állomásvezérlő réteg" három szint. Nagy sebességű hálózati kommunikációt használnak az egyes szinteken belül és között.

(3) Az információs interakció hálózatba szervezése és az információs alkalmazások integrációja

A digitális alállomások kis teljesítményű, digitális új transzformátorokat használnak a hagyományos transzformátorok helyett, hogy a nagyfeszültséget és nagy áramot közvetlenül digitális jelekké alakítsák át. Az információcsere a helyszínen található eszközök között nagy sebességű hálózatokon keresztül történik. A másodlagos eszközök nem rendelkeznek duplikált funkciókkal rendelkező I/O interfészekkel. A hagyományos funkcionális eszközök logikai funkcionális modulokká válnak az adatok és erőforrások megosztása érdekében. Jelenleg az IEC61850 nemzetközileg az alállomás automatizálási kommunikációs szabványa.

Ezen túlmenően a digitális alállomás integrálja az információkat és optimalizálja az eredeti, szétszórt másodlagos rendszer eszközeinek funkcióit, így hatékonyan tudja elkerülni a hardver konfigurációk megkettőzését a hagyományos alállomási problémák, mint pl. mivel az információ megosztásának elmulasztása és magas beruházási költségek lépnek fel.

(4) Intelligens berendezés működése

Az új nagyfeszültségű megszakító másodlagos rendszer mikroszámítógépek, teljesítményelektronikai technológia és új érzékelők felhasználásával jön létre. A megszakító rendszer intelligenciáját a mikroszámítógép által vezérelt másodlagos rendszer, az IED és a hozzá tartozó intelligens szoftver valósítja meg. A védelmi és vezérlőparancsok átadhatók. Az optikai hálózat eléri a nem hagyományos alállomás szekunder áramköri rendszerét, lehetővé téve a digitális interfészt a megszakító működési mechanizmusával.

(5) A berendezés karbantartási állapota

A digitális alállomásokon hatékonyan beszerezhetők a különböző IED-eszközök villamosenergia-hálózati üzemállapot-adatai és hiba- és műveletinformációi, így hatékonyan figyelhetők meg a működés és a jelhurok állapota. A digitális alállomásokon szinte nincs felügyeletlen funkcionális egység, és nincsenek vakfoltok a berendezések állapotjellemzőinek gyűjteményében. A berendezések karbantartási stratégiája a hagyományos alállomási berendezések „rendszeres karbantartásáról” „feltételes karbantartásra” változtatható, ezzel nagymértékben javítva a rendszer rendelkezésre állását.

(6) Az LPCT mérési elve és az ellenőrző műszer megjelenése

Mint korábban említettük, az LPCT valójában egy elektromágneses áramtranszformátor, alacsony teljesítményű kimeneti jellemzőkkel. Az IEC szabványban az elektronikus áramváltó megvalósítási formájaként szerepel, amely elektromágneses áramváltót képvisel. Fejlesztési irány széles alkalmazási kilátásokkal. Mivel az LPCT kimenete általában közvetlenül az elektronikus áramkörökhöz jut, a másodlagos terhelés viszonylag kicsi; magja általában erősen mágneses áteresztőképességű anyagokból, például mikrokristályos ötvözetből készül, és a mérési pontosság kisebb magkeresztmetszet (magméret) mellett is teljesíthető. követelményeknek.

(7) Rendszerstruktúra tömörítés és modellezés szabványosítása

A digitális elektromos mérőrendszer kis méret és könnyű súly jellemzi. Az intelligens kapcsolóberendezés-rendszerbe integrálható, a funkcionális kombináció és a berendezés elrendezése pedig az alállomás mechatronikai tervezési koncepciójának megfelelően optimalizálható. A nagy- és ultra-nagyfeszültségű alállomásokon a védelmi eszközök, mérő- és vezérlőkészülékek, hibarögzítők és egyéb automata eszközök I/O egységei az elsődleges intelligens berendezések részét képezik, megvalósítva az IED-ek folyamatzáró kialakítását; közép- és kisfeszültségű alállomásokon A védő- és felügyeleti eszközök miniatürizálhatók, kompaktak és teljesen a kapcsolószekrényre szerelhetők.

Az IEC61850 meghatározza az energiaellátó rendszerek modellezési szabványát, és meghatározza az egységes és szabványos információs modellt és információcsere modellt az alállomási automatizálási rendszerek számára. Jelentősége elsősorban az intelligens eszközök interoperabilitásának megvalósításában, az alállomásokon történő információmegosztásban, valamint a rendszerkarbantartási konfigurálás és a projektek végrehajtásának egyszerűsítésében mutatkozik meg.

3.IEC61850 szabvány

Az IEC61850 az „Alállomási kommunikációs hálózatokra és rendszerekre” vonatkozó szabványsorozat, amelyet a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság TC57 munkacsoportja dolgozott ki. Ez egy nemzetközi szabvány referencia a hálózati kommunikációs platformokon alapuló alállomás-automatizálási rendszerek számára. A diszpécserközpontoktól az alállomásokig, az alállomásokon belül és az elosztórendszerekig is szabvány lesz. Az elektromos automatizálás zökkenőmentes csatlakoztatására szolgáló kommunikációs szabvány várhatóan az univerzális hálózati kommunikációs platform ipari vezérlési kommunikációs szabványává is válik.

A hagyományos kommunikációs protokollrendszerhez képest az IEC61850 technikailag a következő kiemelkedő tulajdonságokkal rendelkezik: 1. Objektum-orientált modellezési technológia alkalmazása; 2. Elosztott és réteges rendszerek használata; 3. Abstract Communication Service Interface (ACSI) és speciális kommunikációs szolgáltatásleképező SCSM technológia használata; 4 MMS (Manufacture Message Specification) technológiát használ; 5 interoperabilitással rendelkezik; 6 jövőorientált, nyitott architektúrájú.

VI. Következtetés

Az alállomási automatizálási rendszerek alkalmazása hazánkban igen jelentős eredményeket ért el, és fontos szerepet játszik az elektromos hálózat gazdaságos működési színvonalának javításában. Jelenleg az új technológiák folyamatos fejlődésével a digitális alállomások jelennek meg. A hagyományos alállomásokhoz képest a digitális alállomások a következő előnyökkel rendelkeznek: csökkentik a másodlagos vezetékezést, javítják a mérési pontosságot, javítják a jelátviteli megbízhatóságot, elkerülik az elektromágneses kompatibilitási problémákat, az átviteli túlfeszültséget és a kábelek okozta kétpontos földelést, valamint megoldják a berendezések közötti problémákat. Az interoperabilitási problémák, az alállomás különböző funkciói egységes információs platformon osztozhatnak, elkerülve a berendezések megkettőzését, és tovább javítva az automatizált működés és felügyelet szintjét. A digitális alállomás az alállomás-automatizálási technológia fejlesztési iránya.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.