Ontwikkelingsstatus en trends van geïntegreerde onderstationautomatisering

Het onderstation is een onmisbare en belangrijke schakel in het energiesysteem. Het is verantwoordelijk voor de zware taken van energieconversie en herverdeling van energie, en speelt een beslissende rol in de economische werking van het elektriciteitsnet. Om het stabiele werkingsniveau van onderstations te verbeteren, de exploitatie- en onderhoudskosten te verlagen, de economische voordelen te verbeteren en hoogwaardige elektrische energiediensten aan gebruikers te bieden, is er een uitgebreide automatiseringstechnologie voor onderstations ontstaan ​​die op grote schaal wordt gebruikt.

Uitgebreide onderstationautomatisering is het toepassen van computertechnologie en moderne communicatietechnologie op de secundaire apparatuur van het onderstation (inclusief besturing, signaal, meting, bescherming, automatische apparaten en afstandsbedieningsapparatuur, enz.), en het implementeren van automatische bewaking en meting van het onderstation via functionele combinatie en geoptimaliseerde ontwerpcontrole en -coördinatie, evenals uitgebreide automatiseringssystemen zoals verzendingscommunicatie. Het realiseren van uitgebreide automatisering van onderstations kan het economische werkingsniveau van het elektriciteitsnet verbeteren, investeringen in infrastructuur verminderen en een middel bieden om onbeheerde onderstations te promoten. De snelle ontwikkeling van computertechnologie, informatietechnologie en netwerktechnologie heeft geleid tot de vooruitgang van uitgebreide automatiseringstechnologie in onderstations. Met de ontwikkeling van digitale elektrische meetsystemen (zoals foto-elektrische transformatoren of elektronische transformatoren), intelligente elektrische apparatuur en aanverwante communicatietechnologieën, evolueert het geïntegreerde automatiseringssysteem van onderstations de afgelopen jaren in de richting van digitalisering.

I. Hoofdfuncties van een onderstation geïntegreerd automatiseringssysteem

De basisfuncties van het geïntegreerde automatiseringssysteem van het onderstation worden weerspiegeld in de functies van de volgende zes subsystemen:

1. Subsysteem voor monitoring;

2. Subsysteem voor relaisbescherming;

3. Uitgebreid besturingssubsysteem voor spanning en reactief vermogen;

4. Laagfrequent belastingafschakelingsbesturingssubsysteem van het voedingssysteem;

5. Subsysteem voor automatisch schakelen van de standby-voeding;

6. Communicatiesubsysteem.

Dit deel is relatief rijk aan inhoud en er zijn veel documenten die dit in detail uitleggen, dus dit artikel zal niet in detail treden.

II. Traditioneel automatiseringssysteem voor onderstations

1. Systeemstructuur

Momenteel worden de structuren van geïntegreerde automatiseringssystemen voor onderstations in binnen- en buitenland op basis van ontwerpideeën [1] in de volgende drie typen ingedeeld:

(1) Gecentraliseerd

Gebruik computers van verschillende kwaliteiten om hun perifere interfacecircuits uit te breiden, verzamel centraal analoge, schakel- en digitale informatie van het onderstation, voer gecentraliseerde verwerking en berekeningen uit en voltooi microcomputerbewaking, microcomputerbescherming en enkele automatische besturingsfuncties. De kenmerken zijn: hoge eisen aan computerprestaties, slechte schaalbaarheid en onderhoudbaarheid, en geschikt voor middelgrote en kleine onderstations.

(2) Gedistribueerd

Verdeeld volgens de bewaakte objecten of systeemfuncties van het onderstation, werken meerdere CPU's parallel en worden netwerktechnologie of seriële methoden gebruikt om datacommunicatie tussen CPU's te implementeren. Het gedistribueerde systeem is eenvoudig uit te breiden en te onderhouden, en lokale storingen hebben geen invloed op de normale werking van andere modules. Deze modus kan worden gebruikt voor gecentraliseerde schermgroepering of gesplitste schermgroepering tijdens de installatie.

(3) Gedecentraliseerde distributie

Elke data-acquisitie, besturingseenheid (I/O-eenheid) en beveiligingseenheid in de bay-laag worden lokaal op de schakelkast of in de buurt van andere apparatuur geïnstalleerd. Elke eenheid is onafhankelijk van elkaar en is alleen met elkaar verbonden via het communicatienetwerk en is verbonden met de meet- en regeleenheid op hoofdstationniveau. communicatie. Functies die op veldniveau kunnen worden vervuld, zijn niet afhankelijk van het communicatienetwerk, zoals beveiligingsfuncties. Het communicatienetwerk bestaat doorgaans uit optische vezels of twisted pair, waardoor secundaire apparatuur en secundaire kabels maximaal worden gecomprimeerd, waardoor investeringen in de technische bouw worden bespaard. De installatie kan in elk compartiment worden verspreid, maar kan ook bestaan ​​uit een gecentraliseerde of hiërarchische groepering van schermen in de controlekamer. Het kan ook zijn dat het ene deel zich in de controlekamer bevindt en het andere deel verspreid op de schakelkast staat.

2. Bestaande problemen

Het geïntegreerde automatiseringssysteem van het onderstation heeft goede toepassingsresultaten behaald, maar er zijn ook tekortkomingen, die vooral tot uiting komen in: 1. De informatie-uitwisseling tussen primair en secundair gaat nog steeds door op de traditionele manier van kabelbedrading, die hoge kosten met zich meebrengt en lastig is bij constructie en onderhoud; 2. Het secundaire gegevensverzamelingsgedeelte wordt grotendeels herhaald, waardoor middelen worden verspild; 3. De informatiestandaardisatie is onvoldoende, er is weinig informatie-uitwisseling, er bestaan ​​meerdere systemen naast elkaar en de onderlinge verbinding tussen apparaten en tussen apparaten en systemen is moeilijk, waardoor er informatie-eilanden ontstaan ​​en het moeilijk wordt om informatie alomvattend toe te passen; 4. Wanneer zich een ongeval voordoet, zal er een grote hoeveelheid alarminformatie over gebeurtenissen verschijnen, waarbij een effectief filtermechanisme ontbreekt, wat de juiste beoordeling van de fout door de dienstdoende operators belemmert.

III. Digitaal onderstation

Digitale onderstations vormen de volgende fase in de ontwikkeling van onderstationautomatisering. Het "Elfde Vijfjarenplan" Wetenschaps- en Technologieontwikkelingsplan van de "Power Grid Company" heeft duidelijk verklaard dat tijdens de periode van het "Elfde Vijfjarenplan" digitale onderstations zullen worden bestudeerd en demonstratiestations zullen worden gebouwd. 2, en er zijn momenteel digitale onderstations. Voltooid en in gebruik genomen, zoals Fuzhou Convention and Exhibition Transformation 110 kV digitaal onderstation.

1. Concept van digitaal onderstation

Digitaal onderstation verwijst naar een onderstation waarin de processen voor het verzamelen, verzenden, verwerken en uitvoeren van informatie volledig digitaal zijn. De basiskenmerken zijn intelligente apparatuur, communicatienetwerk en geautomatiseerde bediening en beheer.

Digitale onderstations hebben de volgende hoofdkenmerken:

(1) Intelligente primaire apparatuur

Intelligente primaire apparatuur zoals elektronische transformatoren en intelligente schakelaars (of traditionele schakelaars met intelligente terminals) die gebruik maken van digitale output. Het primaire apparaat en het secundaire apparaat wisselen bemonsteringswaarden, statushoeveelheden, besturingsopdrachten en andere informatie uit via optische vezeltransmissie van digitaal gecodeerde informatie.

(2) Secundaire apparatuurnetwerken

Het communicatienetwerk wordt gebruikt om informatie uit te wisselen, zoals analoge waarden, schakelwaarden en besturingsopdrachten tussen secundaire apparaten, en besturingskabels worden geëlimineerd.

(3) Automatisering van bedrijfsbeheersystemen

Automatiseringssystemen zoals systemen voor automatische foutanalyse, systemen voor het bewaken van de status van apparatuur en geprogrammeerde besturingssystemen moeten worden opgenomen om het automatiseringsniveau te verbeteren en de moeilijkheidsgraad en de werklast van bediening en onderhoud te verminderen.

2. Belangrijkste technische kenmerken van digitale onderstations

(1) Digitalisering van gegevensverzameling

Het belangrijkste teken van een digitaal onderstation is het gebruik van digitale elektrische meetsystemen (zoals foto-elektrische transformatoren of elektronische transformatoren) om elektrische parameters zoals stroom en spanning te verzamelen 3 om effectieve elektrische isolatie van primaire en secundaire systemen te bereiken en te vergroten. Het verhoogt de dynamiek meetbereik van elektrische grootheden en verbetert de meetnauwkeurigheid, waardoor een basis wordt geboden voor het realiseren van de transformatie van conventionele redundantie van onderstations naar informatieredundantie en de toepassing van informatie-integratie.

(2) Systeemhiërarchische distributie

De ontwikkeling van automatiseringssystemen voor onderstations heeft een transitie meegemaakt van gecentraliseerd naar gedistribueerd. De meeste hiërarchisch gedistribueerde onderstationautomatiseringssystemen van de tweede generatie maken gebruik van volwassen netwerkcommunicatietechnologie en open interconnectieprotocollen, die apparatuurinformatie vollediger kunnen registreren en de reactiesnelheid van het systeem aanzienlijk kunnen verbeteren. De structuur van het automatiseringssysteem voor digitale substations kan fysiek in twee categorieën worden verdeeld, namelijk intelligente primaire apparatuur en secundaire netwerkapparatuur; in termen van logische structuur kan deze worden onderverdeeld in "proceslaag" en "baylaag" volgens de definitie van de IEC61850-communicatiestandaard. "," Station Control Layer" drie niveaus. Binnen en tussen elk niveau wordt gebruik gemaakt van snelle netwerkcommunicatie.

(3) Netwerken van informatie-interactie en integratie van informatietoepassingen

Digitale onderstations gebruiken digitale nieuwe transformatoren met een laag vermogen in plaats van conventionele transformatoren om hoge spanning en hoge stroom direct om te zetten in digitale signalen. Informatie-uitwisseling vindt plaats tussen apparaten op de locatie via hogesnelheidsnetwerken. Secundaire apparaten hebben geen I/O-interfaces met dubbele functies. Conventionele functionele apparaten worden logische functionele modules om het delen van gegevens en bronnen te realiseren. Momenteel is IEC61850 internationaal bepaald als de communicatiestandaard voor onderstationautomatisering.

Bovendien integreert het digitale onderstation informatie en optimaliseert het de functies van de oorspronkelijke verspreide secundaire systeemapparaten, zodat het op effectieve wijze de duplicatie van hardwareconfiguraties in de bewakings-, besturings-, beschermings-, foutregistratie-, meet- en meetapparatuur van conventionele onderstationproblemen zoals omdat het niet delen van informatie en hoge investeringskosten optreden.

(4) Bediening van intelligente apparatuur

Het nieuwe secundaire systeem voor hoogspanningsstroomonderbrekers wordt tot stand gebracht met behulp van microcomputers, vermogenselektronicatechnologie en nieuwe sensoren. De intelligentie van het stroomonderbrekersysteem wordt gerealiseerd door het microcomputergestuurde secundaire systeem, IED en bijbehorende intelligente software. Beveiligings- en controlecommando's kunnen worden doorgegeven. Het glasvezelnetwerk bereikt het secundaire circuitsysteem van het onconventionele onderstation, waardoor een digitale interface met het bedieningsmechanisme van de stroomonderbreker mogelijk wordt.

(5) Onderhoudsstatus van apparatuur

In digitale substations kunnen gegevens over de bedrijfsstatus van het elektriciteitsnet en fout- en actie-informatie van verschillende IED-apparaten effectief worden verkregen om effectieve monitoring van de werking en de status van de signaallus te bereiken. Er zijn vrijwel geen niet-gecontroleerde functionele eenheden in digitale onderstations, en er zijn geen blinde vlekken bij het verzamelen van statuskenmerken van apparatuur. De onderhoudsstrategie voor apparatuur kan worden gewijzigd van "regulier onderhoud" van conventionele onderstationapparatuur naar "voorwaardelijk onderhoud", waardoor de beschikbaarheid van het systeem aanzienlijk wordt verbeterd.

(6) Het meetprincipe van LPCT en het uiterlijk van het inspectie-instrument

Zoals eerder vermeld, is LPCT eigenlijk een elektromagnetische stroomtransformator met een laag uitgangsvermogen. In de IEC-standaard wordt het vermeld als een implementatievorm van een elektronische stroomtransformator, die een elektromagnetische stroomtransformator vertegenwoordigt. Een ontwikkelingsrichting met brede toepassingsperspectieven. Omdat de uitvoer van LPCT doorgaans rechtstreeks aan elektronische circuits wordt geleverd, is de secundaire belasting relatief klein; de kern is over het algemeen gemaakt van sterk magnetisch permeabele materialen zoals een microkristallijne legering, en aan de meetnauwkeurigheid kan worden voldaan met een kleinere kerndoorsnede (kerngrootte). vereisten.

(7) Verdichting van de systeemstructuur en standaardisatie van modellen

Het digitale elektrische meetsysteem heeft de kenmerken van klein formaat en lichtgewicht. Het kan worden geïntegreerd in het intelligente schakelsysteem en de functionele combinatie en lay-out van de apparatuur kunnen worden geoptimaliseerd volgens het mechatronische ontwerpconcept van het onderstation. In hoogspannings- en ultrahoogspanningssubstations maken de I/O-eenheden van beveiligingsapparatuur, meet- en regelapparatuur, foutrecorders en andere automatische apparaten deel uit van primaire intelligente apparatuur, waardoor het processluitende ontwerp van IED's wordt gerealiseerd; in midden- en laagspanningsstations De beveiligings- en bewakingsapparaten kunnen geminiaturiseerd, compact en volledig op de schakelkast worden geïnstalleerd.

IEC61850 stelt de modelleringsstandaard voor energiesystemen vast en definieert een uniform en standaard informatiemodel en informatie-uitwisselingsmodel voor automatiseringssystemen voor onderstations. Het belang ervan komt vooral tot uiting in het realiseren van de interoperabiliteit van intelligente apparaten, het realiseren van het delen van informatie in onderstations en het vereenvoudigen van de configuratie van systeemonderhoud en projectimplementatie.

3.IEC61850-standaard

IEC61850 is een reeks normen voor "substationcommunicatienetwerken en -systemen", geformuleerd door de TC57-werkgroep van de Internationale Elektrotechnische Commissie. Het is een internationale standaardreferentie voor onderstationautomatiseringssystemen op basis van netwerkcommunicatieplatforms. Het zal ook een standaard worden voor energiesystemen van verzendingscentra tot onderstations, binnen onderstations en distributiesystemen. De communicatiestandaard voor naadloze aansluiting van elektrische automatisering zal naar verwachting ook de industriële besturingscommunicatiestandaard worden voor een universeel netwerkcommunicatieplatform.

Vergeleken met het traditionele communicatieprotocolsysteem heeft IEC61850 technisch gezien de volgende opvallende kenmerken: 1. Gebruik objectgeoriënteerde modelleringstechnologie; 2. Gebruik gedistribueerde en gelaagde systemen; 3. Gebruik Abstract Communication Service Interface (ACSI) en speciale SCSM-technologie voor het in kaart brengen van communicatiediensten; 4 maakt gebruik van MMS-technologie (Manufacture Message Specification); 5 heeft interoperabiliteit; 6 heeft een toekomstgerichte, open architectuur.

VI. Conclusie

De toepassing van onderstationautomatiseringssystemen in ons land heeft zeer significante resultaten opgeleverd en speelt een belangrijke rol bij het verbeteren van het economische werkingsniveau van het elektriciteitsnet. Momenteel, met de voortdurende ontwikkeling van nieuwe technologieën, ontstaan ​​er digitale onderstations. Vergeleken met traditionele onderstations hebben digitale onderstations de volgende voordelen: het verminderen van secundaire bedrading, het verbeteren van de meetnauwkeurigheid, het verbeteren van de betrouwbaarheid van de signaaloverdracht, het vermijden van problemen zoals elektromagnetische compatibiliteit, transmissie-overspanning en tweepuntsaarding veroorzaakt door kabels, en het oplossen van problemen tussen apparatuur. Bij interoperabiliteitsproblemen kunnen verschillende functies van het onderstation een uniform informatieplatform delen, waardoor duplicatie van apparatuur wordt vermeden en het niveau van geautomatiseerde bediening en beheer verder wordt verbeterd. Digitaal onderstation is de ontwikkelingsrichting van onderstationautomatiseringstechnologie.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.