Stav vývoje a trendy integrované automatizace rozvoden

Rozvodna je nepostradatelným a důležitým článkem v energetickém systému. Zodpovídá za těžké úkoly přeměny a redistribuce energie a hraje rozhodující roli v ekonomickém provozu elektrické sítě. Za účelem zlepšení stabilní úrovně provozu rozvoden, snížení nákladů na provoz a údržbu, zlepšení ekonomických přínosů a poskytování vysoce kvalitních služeb v oblasti elektrické energie uživatelům se začala objevovat a široce používána komplexní automatizační technika pro rozvodny.

Komplexní automatizace rozvodny spočívá v aplikaci výpočetní techniky a moderní komunikační techniky na sekundární zařízení rozvodny (včetně řízení, signálu, měření, ochran, automatických zařízení a zařízení dálkového ovládání atd.) a realizaci automatického monitorování a měření rozvodny prostřednictvím funkční kombinace a optimalizované řízení a koordinace návrhu, stejně jako komplexní automatizační systémy, jako je dispečerská komunikace. Realizace komplexní automatizace rozvoden může zlepšit úroveň ekonomického provozu elektrické sítě, snížit investice do infrastruktury a poskytnout prostředky pro podporu bezobslužných rozvoden. Rychlý rozvoj výpočetní techniky, informačních technologií a síťových technologií vedl k rozvoji komplexní automatizační techniky v rozvodnách. V posledních letech s rozvojem digitálních elektrických měřicích systémů (jako jsou fotoelektrické transformátory nebo elektronické transformátory), inteligentních elektrických zařízení a souvisejících komunikačních technologií směřuje integrovaný automatizační systém rozvoden k digitalizaci.

I. Hlavní funkce integrovaného automatizačního systému rozvodny

Základní funkce integrovaného automatizačního systému rozvodny se promítají do funkcí následujících šesti subsystémů:

1. Monitorovací subsystém;

2. Subsystém ochrany relé;

3. Subsystém komplexního řízení napětí a jalového výkonu;

4. Řídicí subsystém nízkofrekvenčního odpojování zátěže energetické soustavy;

5. Pohotovostní napájecí subsystém automatického přepínání;

6. Komunikační subsystém.

Tato část je obsahově poměrně bohatá a existuje mnoho dokumentů, které ji podrobně vysvětlují, takže tento článek nebude zabíhat do podrobností.

II. Tradiční systém automatizace rozvoden

1. Struktura systému

V současné době jsou struktury integrovaných systémů automatizace rozvoden doma i v zahraničí rozděleny do následujících tří typů na základě návrhových nápadů [1]:

(1) Centralizované

Použijte počítače různých tříd k rozšíření obvodů jejich periferních rozhraní, centrálně shromažďujte analogové, přepínací a digitální informace o rozvodně, provádějte centralizované zpracování a výpočty a kompletní monitorování mikropočítače, ochranu mikropočítače a některé funkce automatického řízení. Jeho vlastnosti jsou: vysoké požadavky na výkon počítače, špatná škálovatelnost a udržovatelnost a vhodný pro střední a malé rozvodny.

(2) Distribuováno

Rozděleno podle sledovaných objektů nebo systémových funkcí rozvodny, více CPU pracuje paralelně a pro realizaci datové komunikace mezi CPU se používá síťová technologie nebo sériové metody. Distribuovaný systém se snadno rozšiřuje a udržuje a lokální poruchy neovlivňují běžný provoz ostatních modulů. Tento režim lze použít pro centralizované seskupování obrazovek nebo seskupování na rozdělené obrazovce během instalace.

(3) Decentralizovaná distribuce

Každý sběr dat, řídicí jednotka (I/O jednotka) a ochranná jednotka ve výsuvné vrstvě jsou instalovány lokálně na rozvaděči nebo v blízkosti jiného zařízení. Každá jednotka je na sobě nezávislá a je pouze propojena komunikační sítí a je napojena na hlavní měřicí a řídicí jednotku na úrovni rozvodny. sdělení. Funkce, které lze dokončit na úrovni pole, nezávisí na komunikační síti, jako jsou ochranné funkce. Komunikační síť je obvykle optická vlákna nebo kroucená dvoulinka, která v maximální míře komprimuje sekundární zařízení a sekundární kabely a šetří tak investice do inženýrské výstavby. Instalace může být buď rozptýlená v každém oddělení, nebo může být centralizovaná či hierarchické seskupování obrazovek v řídicí místnosti. Může se také stát, že jedna část je ve velínu a druhá část je rozházená na rozvaděči.

2.Stávající problémy

Integrovaný automatizační systém rozvodny dosáhl dobrých aplikačních výsledků, ale existují i ​​nedostatky, které se projevují zejména v: 1. Výměna informací mezi primárním a sekundárním zařízením stále pokračuje v tradičním režimu kabelového vedení, což je drahé a nepohodlné při konstrukci a údržbě; 2. Část sekundárního sběru dat se do značné míry opakuje, což plýtvá zdroji; 3. Standardizace informací je nedostatečná, sdílení informací je nízké, existuje několik systémů vedle sebe a propojení mezi zařízeními a mezi zařízeními a systémy je obtížné, což vytváří informační ostrovy a ztěžuje komplexní aplikaci informací; 4. Dojde-li k nehodě, objeví se velké množství informací o poplachu události, které postrádají účinný filtrační mechanismus, což narušuje správné posouzení závady obsluhujícími operátory.

III. Digitální rozvodna

Digitální rozvodny jsou dalším stupněm ve vývoji automatizace rozvoden. Plán rozvoje vědy a techniky „Jedenáctého pětiletého plánu“ společnosti „Power Grid Company“ jasně stanovil, že během období „Jedenáctého pětiletého plánu“ budou studovány digitální rozvodny a vybudovány demonstrační stanice. 2 a v současné době existují digitální rozvodny. Dokončena a uvedena do provozu, např. transformační digitální rozvodna 110 kV ve Fuzhou Convention and Exhibition.

1. Koncepce digitální rozvodny

Digitální rozvodna se týká rozvodny, ve které jsou procesy sběru, přenosu, zpracování a výstupu zcela digitální. Jeho základními charakteristikami jsou inteligentní zařízení, komunikační síť a automatizovaný provoz a řízení.

Digitální rozvodny mají následující hlavní vlastnosti:

(1) Inteligentní primární zařízení

Inteligentní primární zařízení, jako jsou elektronické transformátory a inteligentní spínače (nebo tradiční spínače s inteligentními terminály) využívající digitální výstup. Primární zařízení a sekundární zařízení si vyměňují vzorkovací hodnoty, stavové veličiny, řídicí příkazy a další informace prostřednictvím přenosu digitálně kódovaných informací optickým vláknem.

(2) Síť sekundárního zařízení

Komunikační síť se používá k výměně informací, jako jsou analogové hodnoty, spínací hodnoty a řídicí příkazy mezi sekundárními zařízeními, a odpadají řídicí kabely.

(3) Automatizace systému řízení provozu

Měly by být zahrnuty automatizační systémy, jako jsou systémy automatické analýzy poruch, systémy monitorování stavu zařízení a naprogramované řídicí systémy, aby se zlepšila úroveň automatizace a snížila se obtížnost a pracovní zátěž provozu a údržby.

2. Hlavní technické vlastnosti digitálních rozvoden

(1) Digitalizace sběru dat

Hlavním znakem digitální rozvodny je použití digitálních elektrických měřicích systémů (jako jsou fotoelektrické transformátory nebo elektronické transformátory) ke sběru elektrických parametrů, jako je proud a napětí 3 k dosažení účinné elektrické izolace primárních a sekundárních systémů a zvýšení Zvyšuje dynamiku rozsah měření elektrických veličin a zlepšuje přesnost měření, čímž poskytuje základ pro realizaci transformace z konvenční redundance zařízení rozvodny na informační redundanci a aplikaci informační integrace.

(2) Hierarchické rozdělení systému

Vývoj systémů automatizace rozvoden zaznamenal přechod od centralizovaných k distribuovaným. Většina hierarchických systémů automatizace distribuovaných rozvoden druhé generace využívá vyspělou síťovou komunikační technologii a otevřené propojovací protokoly, které mohou zaznamenat informace o zařízení úplněji a výrazně zlepšit rychlost odezvy systému. Strukturu systému automatizace digitální rozvodny lze fyzicky rozdělit do dvou kategorií, a to inteligentní primární zařízení a síťově propojené sekundární zařízení; z hlediska logické struktury ji lze rozdělit na „process layer“ a „bay layer“ podle definice komunikačního standardu IEC61850. ""vrstva řízení stanice" tři úrovně. V rámci každé úrovně i mezi ní se používá vysokorychlostní síťová komunikace.

(3) Síťování interakce informací a integrace informačních aplikací

Digitální rozvodny používají nové digitální transformátory s nízkým výkonem namísto konvenčních transformátorů k přímé konverzi vysokého napětí a vysokého proudu na digitální signály. Výměna informací probíhá mezi zařízeními v místě prostřednictvím vysokorychlostních sítí. Sekundární zařízení nemají I/O rozhraní s duplicitními funkcemi. Konvenční funkční zařízení se stávají logickými funkčními moduly pro dosažení sdílení dat a zdrojů. V současnosti je IEC61850 mezinárodně stanoven jako komunikační standard pro automatizaci rozvoden.

Digitální rozvodna navíc integruje informace a optimalizuje funkce původních rozptýlených sekundárních systémových zařízení, takže se může účinně vyhnout duplicitě hardwarových konfigurací v monitorovacích, řídicích, ochranářských, poruchových, měřicích a měřicích zařízeních konvenčních rozvoden s problémy, jako je např. protože dochází ke nesdílení informací a vysokým investičním nákladům.

(4) Provoz inteligentního zařízení

Nový sekundární systém vysokonapěťových jističů je zřízen pomocí mikropočítačů, technologie výkonové elektroniky a nových senzorů. Inteligence systému jističů je realizována mikropočítačem řízeným sekundárním systémem, IED a odpovídajícím inteligentním softwarem. Ochranné a kontrolní příkazy lze předávat. Optická síť zasahuje do systému sekundárního okruhu nekonvenční rozvodny a umožňuje digitální rozhraní s ovládacím mechanismem jističe.

(5) Stav údržby zařízení

V digitálních rozvodnách lze efektivně získat údaje o provozním stavu rozvodné sítě a informace o poruchách a akcích různých zařízení IED, aby se dosáhlo efektivního monitorování provozu a stavu signálové smyčky. V digitálních rozvodnách nejsou téměř žádné nemonitorované funkční jednotky a ve sbírce charakteristik stavu zařízení nejsou žádná slepá místa. Strategie údržby zařízení může být změněna z „pravidelné údržby“ zařízení konvenční rozvodny na „podmíněnou údržbu“, čímž se výrazně zlepší dostupnost systému.

(6) Princip měření LPCT a vzhled kontrolního přístroje

Jak již bylo zmíněno, LPCT je ve skutečnosti elektromagnetický proudový transformátor s nízkými výstupními charakteristikami. V normě IEC je uveden jako implementační forma elektronického proudového transformátoru, představující elektromagnetický proudový transformátor. Vývojový směr s širokými aplikačními vyhlídkami. Protože výstup LPCT je obecně dodáván přímo do elektronických obvodů, sekundární zátěž je relativně malá; jeho jádro je obecně vyrobeno z vysoce magneticky permeabilních materiálů, jako je mikrokrystalická slitina, a přesnosti měření lze dosáhnout menším průřezem jádra (velikost jádra). požadavky.

(7) Zhutňování struktury systému a standardizace modelování

Digitální elektrický měřicí systém se vyznačuje malými rozměry a nízkou hmotností. Může být integrován do systému inteligentního rozváděče a funkční kombinace a uspořádání zařízení lze optimalizovat podle konceptu mechatronického návrhu rozvodny. Ve vysokonapěťových a ultravysokonapěťových rozvodnách jsou I/O jednotky ochranných zařízení, měřicích a řídicích zařízení, záznamníků poruch a dalších automatických zařízení součástí primárního inteligentního zařízení, realizujícího procesně uzavřený návrh IED; v rozvodnách vysokého a nízkého napětí Ochranná a monitorovací zařízení mohou být miniaturizovaná, kompaktní a kompletně nainstalovaná na rozvaděči.

IEC61850 zavádí modelovací standard pro energetické systémy a definuje jednotný a standardní model informací a model výměny informací pro systémy automatizace rozvoden. Jeho význam se projevuje především v realizaci interoperability inteligentních zařízení, realizaci sdílení informací v rozvodnách a zjednodušení údržby systému  konfigurace a implementace projektu.

3. Norma IEC61850

IEC61850 je řada norem pro „Komunikační sítě a systémy rozvoden“ formulovaná pracovní skupinou TC57 Mezinárodní elektrotechnické komise. Je to mezinárodní standardní reference pro systémy automatizace rozvoden založených na platformách síťové komunikace. Stane se také standardem pro energetické systémy od dispečinků po rozvodny, v rozvodnách a distribuční soustavy. Očekává se také, že komunikační standard pro bezproblémové připojení elektrické automatizace se stane komunikačním standardem průmyslového řízení pro univerzální síťovou komunikační platformu.

Ve srovnání s tradičním systémem komunikačních protokolů má IEC61850 po technické stránce následující vynikající vlastnosti: 1. Použití technologie objektově orientovaného modelování; 2. Používejte distribuované a vrstvené systémy; 3. Používejte rozhraní ACSI (Abstract Communication Service Interface) a speciální technologii SCSM pro mapování komunikačních služeb; 4 využívá technologii MMS (Manufacture Message Specification); 5 má interoperabilitu; 6 má otevřenou architekturu orientovanou na budoucnost.

VI. Závěr

Aplikace systémů automatizace rozvoden u nás dosáhla velmi významných výsledků a hraje významnou roli ve zlepšování ekonomické úrovně provozu elektrizační soustavy. V současné době s neustálým vývojem nových technologií vznikají digitální rozvodny. Ve srovnání s tradičními rozvodnami mají digitální rozvodny následující výhody: snížení sekundárního vedení, zlepšení přesnosti měření, zlepšení spolehlivosti přenosu signálu, vyhnutí se problémům, jako je elektromagnetická kompatibilita, přenosové přepětí a dvoubodové uzemnění způsobené kabely, a řešení problémů mezi zařízeními. Problémy interoperability, různé funkce rozvodny mohou sdílet jednotnou informační platformu, čímž se zabrání duplicitě zařízení a dále se zlepší úroveň automatizovaného provozu a správy. Digitální rozvodna je směr vývoje technologie automatizace rozvoden.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.