Katayuan ng pag-unlad at mga uso ng integrated substation automation

Ang substation ay isang kailangang-kailangan at mahalagang link sa sistema ng kuryente. Ito ay responsable para sa mabibigat na gawain ng pagpapalit ng kuryente at muling pamamahagi ng kuryente, at gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa pang-ekonomiyang operasyon ng grid ng kuryente. Upang mapahusay ang matatag na antas ng operasyon ng mga substation, bawasan ang mga gastos sa pagpapatakbo at pagpapanatili, pagbutihin ang mga benepisyong pang-ekonomiya, at magbigay ng de-kalidad na serbisyo sa enerhiya ng kuryente sa mga gumagamit, nagsimulang lumitaw ang komprehensibong teknolohiya ng automation para sa mga substation at malawakang ginagamit.

Ang komprehensibong automation ng substation ay ang paggamit ng teknolohiya ng computer at modernong teknolohiya ng komunikasyon sa pangalawang kagamitan ng substation (kabilang ang control, signal, pagsukat, proteksyon, mga awtomatikong device at remote control device, atbp.), at ipatupad ang awtomatikong pagsubaybay at pagsukat ng substation sa pamamagitan ng functional na kumbinasyon at na-optimize na kontrol at koordinasyon ng disenyo, pati na rin ang mga komprehensibong sistema ng automation tulad ng komunikasyon sa pagpapadala. Ang pagsasakatuparan ng komprehensibong pag-automate ng mga substation ay maaaring mapabuti ang pang-ekonomiyang antas ng operasyon ng grid ng kuryente, bawasan ang pamumuhunan sa imprastraktura, at magbigay ng isang paraan upang isulong ang mga hindi nag-aalaga na substation. Ang mabilis na pag-unlad ng teknolohiya ng computer, teknolohiya ng impormasyon at teknolohiya ng network ay humantong sa pagsulong ng komprehensibong teknolohiya ng automation sa mga substation. Sa mga nakalipas na taon, sa pag-unlad ng mga digital electrical measurement system (tulad ng mga photoelectric transformer o electronic transformer), intelligent electrical equipment at mga kaugnay na teknolohiya ng komunikasyon, ang pinagsama-samang sistema ng automation ng mga substation ay lumilipat patungo sa digitalization.

I. Pangunahing function ng substation integrated automation system

Ang mga pangunahing pag-andar ng substation integrated automation system ay makikita sa mga pag-andar ng sumusunod na anim na subsystem:

1. Subsystem ng pagsubaybay;

2. Subsystem ng proteksyon ng relay;

3. Boltahe at reaktibong kapangyarihan komprehensibong kontrol subsystem;

4. Low-frequency load shedding control subsystem ng power system;

5. Standby power supply awtomatikong switching control subsystem;

6. Subsystem ng komunikasyon.

Ang bahaging ito ay medyo mayaman sa nilalaman, at maraming mga dokumento na nagpapaliwanag nito nang detalyado, kaya ang artikulong ito ay hindi na magdetalye.

II. Tradisyunal na substation automation system

1. Istraktura ng system

Sa kasalukuyan, ang mga istruktura ng pinagsama-samang mga sistema ng automation ng substation sa loob at labas ng bansa ay inuri sa sumusunod na tatlong uri batay sa mga ideya sa disenyo [1]:

(1) Sentralisado

Gumamit ng mga computer na may iba't ibang grado upang palawakin ang kanilang mga peripheral interface circuit, sentral na mangolekta ng analog, switching at digital na impormasyon ng substation, magsagawa ng sentralisadong pagproseso at pagkalkula, at kumpletuhin ang microcomputer monitoring, microcomputer protection at ilang awtomatikong control function. Ang mga katangian nito ay: mataas na mga kinakailangan sa pagganap ng computer, mahinang scalability at maintainability, at angkop para sa medium at maliliit na substation.

(2) Ibinahagi

Nahahati ayon sa mga sinusubaybayang bagay o mga function ng system ng substation, gumagana ang maraming CPU nang magkatulad, at ang teknolohiya ng network o mga serial na pamamaraan ay ginagamit upang ipatupad ang komunikasyon ng data sa pagitan ng mga CPU. Ang distributed system ay madaling palawakin at mapanatili, at ang mga lokal na pagkabigo ay hindi nakakaapekto sa normal na operasyon ng iba pang mga module. Maaaring gamitin ang mode na ito para sa sentralisadong screen grouping o split-screen grouping sa panahon ng pag-install.

(3) Desentralisadong pamamahagi

Ang bawat pagkuha ng data, control unit (I/O unit) at protection unit sa bay layer ay lokal na naka-install sa switch cabinet o malapit sa iba pang kagamitan. Ang bawat unit ay independiyente sa isa't isa at magkakaugnay lamang sa pamamagitan ng network ng komunikasyon at konektado sa pangunahing substation-level na sukatan at control unit. komunikasyon. Ang mga function na maaaring kumpletuhin sa bay level ay hindi nakasalalay sa network ng komunikasyon, tulad ng mga function ng proteksyon. Ang network ng komunikasyon ay kadalasang optical fiber o twisted pair, na nagpi-compress ng pangalawang kagamitan at pangalawang cable sa pinakamataas na lawak, na nagse-save ng pamumuhunan sa pagtatayo ng engineering. Ang pag-install ay maaaring ikalat sa bawat compartment, o maaari itong maging sentralisado o hierarchical na pagpapangkat ng mga screen sa control room. Maaari din na ang isang bahagi ay nasa control room at ang isa pang bahagi ay nakakalat sa switch cabinet.

2.Mga kasalukuyang problema

Ang substation integrated automation system ay nakamit ang magagandang resulta ng aplikasyon, ngunit mayroon ding mga pagkukulang, higit sa lahat ay makikita sa: 1. Ang pagpapalitan ng impormasyon sa pagitan ng pangunahin at sekondarya ay nagpapatuloy pa rin sa tradisyonal na cable wiring mode, na mataas ang gastos at hindi maginhawa sa konstruksyon at pagpapanatili; 2. Ang pangalawang bahagi ng pagkolekta ng data ay higit na paulit-ulit, na nag-aaksaya ng mga mapagkukunan; 3. Hindi sapat ang standardisasyon ng impormasyon, mababa ang pagbabahagi ng impormasyon, magkakasamang nabubuhay ang maraming sistema, at mahirap ang interconnection sa pagitan ng mga device at sa pagitan ng mga device at system, na bumubuo ng mga isla ng impormasyon at nagpapahirap sa komprehensibong paggamit ng impormasyon; 4. Kapag naganap ang isang aksidente, lilitaw ang isang malaking halaga ng impormasyon ng alarma sa kaganapan, na walang epektibong mekanismo sa pag-filter, na nakakasagabal sa tamang paghuhusga ng kasalanan ng mga on-duty na operator.

III. Digital substation

Ang mga digital na substation ay ang susunod na yugto sa pagbuo ng substation automation. Malinaw na sinabi ng "Eleventh Five-Year Plan" ng "Eleventh Five-Year Plan" ng Science and Technology Development Plan ng "Power Grid Company" na sa panahon ng "Ikalabing-isang Limang Taon na Plano", pag-aaralan ang mga digital substation at itatayo ang mga istasyon ng demonstrasyon. 2, at kasalukuyang may mga digital na substation. Nakumpleto at inilagay sa operasyon, tulad ng Fuzhou Convention at Exhibition Transformation 110 kV digital substation.

1. Konsepto ng digital substation

Ang digital substation ay tumutukoy sa isang substation kung saan ang pagkolekta ng impormasyon, paghahatid, pagproseso, at mga proseso ng output ay ganap na digital. Ang mga pangunahing katangian nito ay matalinong kagamitan, network ng komunikasyon, at awtomatikong operasyon at pamamahala.

Ang mga digital substation ay may mga sumusunod na pangunahing tampok:

(1) Matalinong pangunahing kagamitan

Intelligent na pangunahing kagamitan tulad ng mga electronic transformer at intelligent switch (o tradisyonal na switch na may intelligent na terminal) gamit ang digital na output. Ang pangunahing aparato at ang pangalawang aparato ay nagpapalitan ng mga halaga ng sampling, mga dami ng katayuan, mga control command at iba pang impormasyon sa pamamagitan ng optical fiber transmission ng digitally encoded na impormasyon.

(2) Networking ng pangalawang kagamitan

Ang network ng komunikasyon ay ginagamit upang makipagpalitan ng impormasyon tulad ng mga analog na halaga, pagpapalit ng mga halaga, at mga control command sa pagitan ng mga pangalawang device, at ang mga control cable ay inaalis.

(3) Pag-aautomat ng sistema ng pamamahala ng operasyon

Ang mga sistema ng automation tulad ng mga awtomatikong sistema ng pagsusuri ng pagkakamali, mga sistema ng pagsubaybay sa katayuan ng kalusugan ng kagamitan at mga naka-program na sistema ng kontrol ay dapat isama upang mapabuti ang antas ng automation at mabawasan ang kahirapan at workload ng operasyon at pagpapanatili.

2. Pangunahing teknikal na katangian ng mga digital na substation

(1) Pag-digitize ng pangongolekta ng datos

Ang pangunahing tanda ng isang digital substation ay ang paggamit ng mga digital electrical measurement system (tulad ng photoelectric transformers o electronic transformers) upang mangolekta ng mga de-koryenteng parameter tulad ng kasalukuyang at boltahe 3 upang makamit ang epektibong electrical isolation ng pangunahin at pangalawang sistema at tumaas Ito ay nagpapataas ng dynamic hanay ng pagsukat ng mga de-koryenteng dami at pinapabuti ang katumpakan ng pagsukat, kaya nagbibigay ng batayan para sa pagsasakatuparan ng pagbabago mula sa kumbensyonal na substation device redundancy tungo sa redundancy ng impormasyon at ang aplikasyon ng pagsasama-sama ng impormasyon.

(2) System hierarchical distribution

Ang pag-unlad ng mga sistema ng automation ng substation ay nakaranas ng paglipat mula sa sentralisado hanggang sa ipinamamahagi. Karamihan sa mga second-generation hierarchical distributed substation automation system ay gumagamit ng mature na network communication technology at open interconnection protocols, na maaaring mag-record ng impormasyon ng kagamitan nang mas ganap at makabuluhang Pagbutihin ang bilis ng pagtugon ng system. Ang istruktura ng digital substation automation system ay maaaring pisikal na nahahati sa dalawang kategorya, katulad ng intelligent primary equipment at networked secondary equipment; sa mga tuntunin ng lohikal na istraktura, maaari itong nahahati sa "process layer" at "bay layer" ayon sa kahulugan ng IEC61850 communication standard. "," station control layer" tatlong antas. Ang mataas na bilis ng komunikasyon sa network ay ginagamit sa loob at pagitan ng bawat antas.

(3) Networking ng pakikipag-ugnayan ng impormasyon at pagsasama-sama ng mga aplikasyon ng impormasyon

Gumagamit ang mga digital substation ng mababang-power, digital na mga bagong transformer sa halip na mga maginoo na transformer upang direktang i-convert ang mataas na boltahe at mataas na kasalukuyang sa mga digital na signal. Nagaganap ang pagpapalitan ng impormasyon sa pagitan ng mga device sa site sa pamamagitan ng mga high-speed network. Ang mga pangalawang device ay walang mga interface ng I/O na may mga duplicate na function. Nagiging logical functional na mga module ang mga conventional functional device para makamit ang pagbabahagi ng data at mapagkukunan. Sa kasalukuyan, ang IEC61850 ay natutukoy sa buong mundo bilang pamantayan ng komunikasyon ng substation automation.

Bilang karagdagan, ang digital substation ay nagsasama ng impormasyon at nag-o-optimize ng mga function ng orihinal na nakakalat na pangalawang sistema ng mga aparato, upang epektibong maiwasan ang pagdoble ng mga pagsasaayos ng hardware sa pagsubaybay, kontrol, proteksyon, pag-record ng kasalanan, pagsukat at pagsukat ng mga aparato ng maginoo na mga problema sa substation tulad ng dahil nangyayari ang hindi pagbabahagi ng impormasyon at mataas na gastos sa pamumuhunan.

(4) Pagpapatakbo ng matalinong kagamitan

Ang bagong high-voltage circuit breaker secondary system ay itinatag gamit ang microcomputers, power electronics technology at mga bagong sensor. Ang katalinuhan ng sistema ng circuit breaker ay natanto ng pangalawang sistema na kinokontrol ng microcomputer, IED at kaukulang matalinong software. Maaaring maipasa ang mga utos ng proteksyon at kontrol. Ang fiber optic network ay umabot sa pangalawang sistema ng circuit ng hindi kinaugalian na substation, na nagpapagana ng isang digital na interface sa mekanismo ng pagpapatakbo ng circuit breaker.

(5) Katayuan ng pagpapanatili ng kagamitan

Sa mga digital na substation, ang data ng katayuan ng pagpapatakbo ng power grid at impormasyon ng fault at aksyon ng iba't ibang IED device ay maaaring epektibong makuha upang makamit ang epektibong pagsubaybay sa operasyon at status ng signal loop. Halos walang hindi sinusubaybayang functional unit sa mga digital na substation, at walang blind spot sa koleksyon ng mga katangian ng status ng kagamitan. Ang diskarte sa pagpapanatili ng kagamitan ay maaaring baguhin mula sa "regular na pagpapanatili" ng maginoo na kagamitan sa substation tungo sa "conditional maintenance", kaya lubos na nagpapabuti sa pagkakaroon ng system.

(6) Ang prinsipyo ng pagsukat ng LPCT at ang hitsura ng instrumento sa inspeksyon

Tulad ng nabanggit bago, ang LPCT ay talagang isang electromagnetic kasalukuyang transpormer na may mababang mga katangian ng output ng kuryente. Sa pamantayan ng IEC, ito ay nakalista bilang isang paraan ng pagpapatupad ng electronic kasalukuyang transpormer, na kumakatawan sa electromagnetic kasalukuyang transpormer. Isang direksyon sa pag-unlad na may malawak na mga prospect ng aplikasyon. Dahil ang output ng LPCT ay karaniwang ibinibigay nang direkta sa mga electronic circuit, ang pangalawang load ay medyo maliit; ang core nito ay karaniwang gawa sa mataas na magnetically permeable na materyales tulad ng microcrystalline alloy, at ang katumpakan ng pagsukat ay maaaring matugunan ng isang mas maliit na core cross-section (laki ng core). kinakailangan.

(7) System structure compaction at modeling standardization

Ang digital electrical measurement system ay may mga katangian ng maliit na sukat at magaan ang timbang. Maaari itong isama sa intelligent switchgear system, at ang functional combination at equipment layout ay maaaring i-optimize ayon sa mechatronics design concept ng substation. Sa mga substation na may mataas na boltahe at napakataas na boltahe, ang mga yunit ng I/O ng mga kagamitang pang-proteksyon, mga kagamitan sa pagsukat at pangkontrol, mga fault recorder at iba pang mga awtomatikong aparato ay bahagi ng pangunahing intelligent na kagamitan, na napagtatanto ang proseso-malapit na disenyo ng mga IED; sa katamtaman at mababang boltahe na mga substation Ang mga aparatong proteksiyon at pagsubaybay ay maaaring gawing miniaturize, compact at ganap na mai-install sa switch cabinet.

Itinatag ng IEC61850 ang pamantayan sa pagmomodelo para sa mga sistema ng kuryente at tinukoy ang isang pinag-isang at karaniwang modelo ng impormasyon at modelo ng pagpapalitan ng impormasyon para sa mga sistema ng automation ng substation. Ang kahalagahan nito ay pangunahing makikita sa pagsasakatuparan ng interoperability ng mga matatalinong device, pagsasakatuparan ng pagbabahagi ng impormasyon sa mga substation at pagpapasimple ng system maintenance  configuration at pagpapatupad ng proyekto.

3.IEC61850 pamantayan

Ang IEC61850 ay isang serye ng mga pamantayan para sa "Substation Communication Networks and Systems" na binuo ng TC57 working group ng International Electrotechnical Commission. Ito ay isang pang-internasyonal na pamantayang sanggunian para sa mga sistema ng automation ng substation batay sa mga platform ng komunikasyon sa network. Magiging pamantayan din ito para sa mga power system mula sa mga dispatch center hanggang sa mga substation, sa loob ng mga substation, at mga distribution system. Ang pamantayan ng komunikasyon para sa tuluy-tuloy na koneksyon ng electrical automation ay inaasahan din na maging pang-industriya na control communication standard para sa unibersal na network communication platform.

Kung ikukumpara sa tradisyunal na sistema ng protocol ng komunikasyon, technically ang IEC61850 ay may mga sumusunod na natatanging tampok: 1. Gumamit ng object-oriented modeling technology; 2. Gumamit ng mga distributed at layered system; 3. Gumamit ng Abstract Communication Service Interface (ACSI) at espesyal na serbisyo sa komunikasyon sa pagmamapa sa teknolohiya ng SCSM; 4 ay gumagamit ng teknolohiya ng MMS (Manufacture Message Specification); 5 ay may interoperability; 6 ay may nakatutok sa hinaharap, bukas na arkitektura.

VI. Konklusyon

Ang aplikasyon ng mga substation automation system sa ating bansa ay nakamit ang napaka makabuluhang mga resulta at gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpapabuti ng pang-ekonomiyang antas ng operasyon ng grid ng kuryente. Sa kasalukuyan, sa patuloy na pag-unlad ng mga bagong teknolohiya, umuusbong ang mga digital substation. Kung ikukumpara sa mga tradisyunal na substation, ang mga digital substation ay may mga sumusunod na pakinabang: pagbabawas ng pangalawang mga kable, pagpapabuti ng katumpakan ng pagsukat, pagpapabuti ng pagiging maaasahan ng paghahatid ng signal, pag-iwas sa mga problema tulad ng electromagnetic compatibility, transmission overvoltage at two-point grounding na dulot ng mga cable, at paglutas ng mga problema sa pagitan ng mga kagamitan. Ang mga isyu sa interoperability, iba't ibang mga function ng substation ay maaaring magbahagi ng isang pinag-isang platform ng impormasyon, pag-iwas sa pagdoble ng mga kagamitan, at higit pang pagpapabuti ng antas ng automated na operasyon at pamamahala. Ang digital substation ay ang direksyon ng pag-unlad ng teknolohiya ng automation ng substation.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.