Status de desenvolvimento e tendências da automação integrada de subestações

A subestação é um elo indispensável e importante no sistema elétrico. É responsável pelas pesadas tarefas de conversão e redistribuição de energia e desempenha um papel decisivo na operação económica da rede eléctrica. A fim de melhorar o nível de operação estável das subestações, reduzir os custos de operação e manutenção, melhorar os benefícios económicos e fornecer serviços de energia eléctrica de alta qualidade aos utilizadores, a tecnologia de automação abrangente para subestações começou a surgir e tem sido amplamente utilizada.

A automação abrangente da subestação consiste em aplicar tecnologia de informática e tecnologia de comunicação moderna aos equipamentos secundários da subestação (incluindo controle, sinal, medição, proteção, dispositivos automáticos e dispositivos de controle remoto, etc.) e implementar monitoramento e medição automáticos da subestação por meio de combinação funcional e controle e coordenação de projeto otimizados, bem como sistemas de automação abrangentes, como comunicação de despacho. A realização da automação abrangente das subestações pode melhorar o nível de operação económica da rede eléctrica, reduzir o investimento em infra-estruturas e fornecer um meio para promover subestações desacompanhadas. O rápido desenvolvimento da tecnologia de informática, tecnologia da informação e tecnologia de rede levou ao avanço da tecnologia de automação abrangente em subestações. Nos últimos anos, com o desenvolvimento de sistemas digitais de medição elétrica (como transformadores fotoelétricos ou transformadores eletrônicos), equipamentos elétricos inteligentes e tecnologias de comunicação relacionadas, o sistema integrado de automação de subestações está caminhando para a digitalização.

I. Principais funções do sistema de automação integrado da subestação

As funções básicas do sistema de automação integrado da subestação refletem-se nas funções dos seis subsistemas a seguir:

1. Subsistema de monitorização;

2. Subsistema de proteção de relés;

3. Subsistema de controle abrangente de tensão e potência reativa;

4. Subsistema de controle de rejeição de carga de baixa frequência do sistema de energia;

5. Subsistema de controle de comutação automática da fonte de alimentação em espera;

6. Subsistema de comunicação.

Esta parte é relativamente rica em conteúdo e existem muitos documentos que a explicam detalhadamente, portanto este artigo não entrará em detalhes.

II. Sistema tradicional de automação de subestação

1. Estrutura do sistema

Atualmente, as estruturas de sistemas integrados de automação de subestações no país e no exterior são classificadas nos três tipos a seguir com base em ideias de projeto [1]:

(1) Centralizado

Use computadores de diferentes graus para expandir seus circuitos de interface periférica, coletar centralmente informações analógicas, de comutação e digitais da subestação, realizar processamento e cálculos centralizados e completar o monitoramento do microcomputador, proteção do microcomputador e algumas funções de controle automático. Suas características são: altos requisitos de desempenho do computador, baixa escalabilidade e facilidade de manutenção e adequado para subestações de médio e pequeno porte.

(2) Distribuído

Divididas de acordo com os objetos monitorados ou funções do sistema da subestação, múltiplas CPUs trabalham em paralelo, e tecnologia de rede ou métodos seriais são utilizados para implementar a comunicação de dados entre as CPUs. O sistema distribuído é fácil de expandir e manter, e as falhas locais não afetam o funcionamento normal de outros módulos. Este modo pode ser usado para agrupamento de tela centralizado ou agrupamento de tela dividida durante a instalação.

(3) Distribuição descentralizada

Cada aquisição de dados, unidade de controle (unidade de E/S) e unidade de proteção na camada do bay são instaladas localmente no gabinete de distribuição ou próximo a outro equipamento. Cada unidade é independente uma da outra e está interligada apenas através da rede de comunicação e está conectada à unidade principal de medição e controle no nível da subestação. comunicação. As funções que podem ser executadas no nível do bay não dependem da rede de comunicação, como funções de proteção. A rede de comunicação geralmente é de fibra óptica ou par trançado, que comprime ao máximo equipamentos secundários e cabos secundários, economizando investimentos em construção de engenharia. A instalação pode ser dispersa em cada compartimento, ou pode ser centralizada ou agrupada hierárquica de telas na sala de controle. Também pode ser que uma parte esteja na sala de controle e a outra esteja espalhada no armário de distribuição.

2.Problemas existentes

O sistema de automação integrado da subestação tem alcançado bons resultados de aplicação, mas também há deficiências, refletidas principalmente em: 1. A troca de informações entre primário e secundário ainda continua o modo tradicional de fiação de cabos, que é de alto custo e inconveniente na construção e manutenção; 2. A parte da recolha de dados secundários é em grande parte repetida, o que desperdiça recursos; 3. A padronização da informação é insuficiente, a partilha de informação é baixa, coexistem múltiplos sistemas e a interligação entre dispositivos e entre dispositivos e sistemas é difícil, formando ilhas de informação e dificultando a aplicação abrangente da informação; 4. Quando ocorre um acidente, aparecerá uma grande quantidade de informações de alarme de evento, sem um mecanismo de filtragem eficaz, o que interfere no correto julgamento da falha pelos operadores de plantão.

III. Subestação digital

As subestações digitais são o próximo estágio no desenvolvimento da automação de subestações. O "Plano de Desenvolvimento de Ciência e Tecnologia" do "Décimo Primeiro Plano Quinquenal" da Power Grid Company "afirmou claramente que durante o período do" Décimo Primeiro Plano Quinquenal ", subestações digitais serão estudadas e estações de demonstração serão construídas. 2, e atualmente existem subestações digitais. Concluída e colocada em operação, como a subestação digital de 110 kV da Transformação de Convenções e Exposições de Fuzhou.

1. Conceito de subestação digital

Subestação digital refere-se a uma subestação na qual os processos de coleta, transmissão, processamento e saída de informações são totalmente digitais. Suas características básicas são equipamentos inteligentes, rede de comunicação e operação e gerenciamento automatizados.

As subestações digitais possuem as seguintes características principais:

(1) Equipamento primário inteligente

Equipamentos primários inteligentes, como transformadores eletrônicos e interruptores inteligentes (ou interruptores tradicionais com terminais inteligentes) utilizando saída digital. O dispositivo primário e o dispositivo secundário trocam valores de amostragem, quantidades de status, comandos de controle e outras informações através de transmissão de fibra óptica de informações codificadas digitalmente.

(2) Rede de equipamentos secundários

A rede de comunicação é usada para trocar informações como valores analógicos, valores de comutação e comandos de controle entre dispositivos secundários, e cabos de controle são eliminados.

(3) Automação do sistema de gerenciamento de operações

Sistemas de automação, como sistemas automáticos de análise de falhas, sistemas de monitoramento do estado de saúde dos equipamentos e sistemas de controle programados, devem ser incluídos para melhorar o nível de automação e reduzir a dificuldade e a carga de trabalho de operação e manutenção.

2. Principais características técnicas das subestações digitais

(1) Digitalização da coleta de dados

O principal sinal de uma subestação digital é o uso de sistemas de medição elétrica digital (como transformadores fotoelétricos ou transformadores eletrônicos) para coletar parâmetros elétricos como corrente e tensão 3 para obter isolamento elétrico eficaz de sistemas primários e secundários e aumentar. faixa de medição de grandezas elétricas e melhora a precisão da medição, fornecendo assim uma base para realizar a transformação da redundância convencional de dispositivos de subestação em redundância de informações e a aplicação de integração de informações.

(2) Distribuição hierárquica do sistema

O desenvolvimento de sistemas de automação de subestações passou por uma transição de centralizado para distribuído. A maioria dos sistemas de automação de subestações distribuídas hierárquicas de segunda geração usa tecnologia de comunicação de rede madura e protocolos de interconexão abertos, que podem registrar informações do equipamento de forma mais completa e melhorar significativamente a velocidade de resposta do sistema. A estrutura do sistema de automação digital de subestações pode ser fisicamente dividida em duas categorias, nomeadamente equipamentos primários inteligentes e equipamentos secundários em rede; em termos de estrutura lógica, pode ser dividida em "camada de processo" e "camada de compartimento" de acordo com a definição do padrão de comunicação IEC61850. "," camada de controle de estação "três níveis. A comunicação de rede de alta velocidade é usada dentro e entre cada nível.

(3) Rede de interação de informações e integração de aplicações de informação

As subestações digitais usam novos transformadores digitais de baixa potência em vez de transformadores convencionais para converter diretamente alta tensão e alta corrente em sinais digitais. A troca de informações ocorre entre dispositivos do site por meio de redes de alta velocidade. Os dispositivos secundários não possuem interfaces de E/S com funções duplicadas. Dispositivos funcionais convencionais tornam-se módulos funcionais lógicos para alcançar o compartilhamento de dados e recursos. Atualmente, o IEC61850 foi determinado internacionalmente como o padrão de comunicação para automação de subestações.

Além disso, a subestação digital integra informações e otimiza as funções dos dispositivos originais do sistema secundário disperso, de modo que pode efetivamente evitar a duplicação de configurações de hardware nos dispositivos de monitoramento, controle, proteção, registro de falhas, medição e medição de subestações convencionais. à medida que ocorrem a não partilha de informações e elevados custos de investimento.

(4) Operação inteligente de equipamentos

O novo sistema secundário do disjuntor de alta tensão é estabelecido usando microcomputadores, tecnologia de eletrônica de potência e novos sensores. A inteligência do sistema do disjuntor é realizada pelo sistema secundário controlado por microcomputador, IED e software inteligente correspondente. Comandos de proteção e controle podem ser transmitidos. A rede de fibra óptica chega ao sistema de circuito secundário da subestação não convencional, possibilitando uma interface digital com o mecanismo de operação do disjuntor.

(5) Status de manutenção do equipamento

Em subestações digitais, os dados de status operacional da rede elétrica e informações sobre falhas e ações de vários dispositivos IED podem ser obtidos de forma eficaz para obter monitoramento eficaz da operação e do status do circuito de sinal. Quase não há unidades funcionais não monitoradas em subestações digitais e não há pontos cegos na coleta de características de status dos equipamentos. A estratégia de manutenção dos equipamentos pode ser alterada de “manutenção regular” dos equipamentos convencionais da subestação para “manutenção condicional”, melhorando significativamente a disponibilidade do sistema.

(6) O princípio de medição do LPCT e a aparência do instrumento de inspeção

Como mencionado anteriormente, o LPCT é na verdade um transformador de corrente eletromagnética com características de baixa potência de saída. Na norma IEC, está listado como uma forma de implementação de transformador de corrente eletrônico, representando transformador de corrente eletromagnética. Uma direção de desenvolvimento com amplas perspectivas de aplicação. Como a saída do LPCT geralmente é fornecida diretamente aos circuitos eletrônicos, a carga secundária é relativamente pequena; seu núcleo é geralmente feito de materiais altamente permeáveis ​​magneticamente, como liga microcristalina, e a precisão da medição pode ser alcançada com uma seção transversal de núcleo menor (tamanho do núcleo). requisitos.

(7) Compactação da estrutura do sistema e padronização da modelagem

O sistema de medição elétrica digital possui características de tamanho pequeno e peso leve. Ele pode ser integrado ao sistema de manobra inteligente, e a combinação funcional e o layout do equipamento podem ser otimizados de acordo com o conceito de projeto mecatrônico da subestação. Em subestações de alta e ultra-alta tensão, as unidades de E/S de dispositivos de proteção, dispositivos de medição e controle, registradores de falhas e outros dispositivos automáticos fazem parte de equipamentos inteligentes primários, realizando o projeto de fechamento de processo de IEDs; em subestações de média e baixa tensão Os dispositivos de proteção e monitoramento podem ser miniaturizados, compactos e completamente instalados no quadro elétrico.

IEC61850 estabelece o padrão de modelagem para sistemas de energia e define um modelo de informações unificado e padrão e um modelo de troca de informações para sistemas de automação de subestações. Sua importância se reflete principalmente na realização da interoperabilidade de dispositivos inteligentes, na realização do compartilhamento de informações em subestações e na simplificação da configuração da manutenção do sistema e da implementação do projeto.

3.Padrão IEC61850

IEC61850 é uma série de padrões para "Redes e Sistemas de Comunicação de Subestações" formulados pelo grupo de trabalho TC57 da Comissão Eletrotécnica Internacional. É uma referência padrão internacional para sistemas de automação de subestações baseados em plataformas de comunicação em rede. Também se tornará um padrão para sistemas de energia, desde centros de despacho até subestações, dentro de subestações e sistemas de distribuição. Espera-se também que o padrão de comunicação para conexão contínua de automação elétrica se torne o padrão de comunicação de controle industrial para plataforma de comunicação de rede universal.

Comparado com o sistema de protocolo de comunicação tradicional, tecnicamente o IEC61850 possui os seguintes recursos excelentes: 1. Use tecnologia de modelagem orientada a objetos; 2. Utilizar sistemas distribuídos e em camadas; 3. Usar Interface de Serviço de Comunicação Abstrata (ACSI) e tecnologia SCSM de mapeamento de serviço de comunicação especial; 4 utiliza tecnologia MMS (Manufacture Message Specification); 5 tem interoperabilidade; 6 tem uma arquitetura aberta e voltada para o futuro.

VI. Conclusão

A aplicação de sistemas de automação de subestações em nosso país tem alcançado resultados muito significativos e desempenha um papel importante na melhoria do nível de operação econômica da rede elétrica. Atualmente, com o contínuo desenvolvimento de novas tecnologias, surgem subestações digitais. Em comparação com as subestações tradicionais, as subestações digitais apresentam as seguintes vantagens: reduzir a fiação secundária, melhorar a precisão da medição, melhorar a confiabilidade da transmissão do sinal, evitar problemas como compatibilidade eletromagnética, sobretensão de transmissão e aterramento de dois pontos causados ​​por cabos e solucionar problemas entre equipamentos. Questões de interoperabilidade, diversas funções da subestação podem compartilhar uma plataforma unificada de informações, evitando duplicação de equipamentos e melhorando ainda mais o nível de operação e gerenciamento automatizados. A subestação digital é a direção de desenvolvimento da tecnologia de automação de subestações.

Weshine Fabricação Elétrica Co., Ltd.