Что такое цифровая подстанция
Перейти к содержимому

Что такое цифровая подстанция

  • автор:

Цифровая подстанция – важный элемент интеллектуальной энергосистемы

В 2017 году тенденция перехода на цифровые технологии активно проявляется во всех жизненных процессах человека. В преддверии Четвертой промышленной революции, переход на цифровизацию рабочих процессов затронул и электроэнергетическую отрасль. Хотя идеи применения цифровых технологий в системах сбора и обработки информации, управления и автоматизации подстанций появились еще 15 лет назад, их стремительное развитие началось только недавно. Практически все ведущие фирмы электроэнергетической отрасли активно работают в этом направлении. Расширяется количество теоретических и практических исследований, появляются новые международные стандарты, образцы оборудования, опытные полигоны. Это открывает возможности инновационных подходов к решению задач автоматизации и управления энергообъектами, позволяя создать подстанцию нового типа — цифровую подстанцию (ЦПС). В данной статье мы подробно рассмотрим, что же такое «Цифровая подстанция», почему её так активно обсуждают и какие решения она предлагает.

В настоящее время в энергетической отрасли существует большое разнообразие точек зрения к тому, что именно понимать под термином «Цифровая подстанция». Сейчас разрабатывается общая концепция программно-аппаратного комплекса для успешного развития автоматизации процессов передачи, преобразования и распределения электроэнергии в масштабах ЕНЭС (Единая национальная электрическая сеть). Со времени начала разработок в отечественной электроэнергетике проектов автоматизированной системы управления технологическими процессами подстанций (АСУ ТП ПС), произошло существенное развитие аппаратных и программных средств систем управления для применения на электрических подстанциях. Появились высоковольтные цифровые трансформаторы тока и напряжения; разрабатывается первичное и вторичное электросетевое оборудование со встроенными коммуникационными портами; производятся микропроцессорные контроллеры, оснащенные инструментальными средствами разработки, на базе которых возможно создание надежного программно-аппаратного комплекса ПС; принят международный стандарт МЭК 61850, регламентирующий представление данных о ПС как объекте автоматизации, а также протоколы цифрового обмена данными между микропроцессорными интеллектуальными электронными устройствами (IED) ПС, включая устройства контроля и управления, релейной защиты и автоматики (РЗА), противоаварийной автоматики (ПА), счетчики электроэнергии и т.д.

Все это создает предпосылки для построения подстанции нового поколения – цифровой подстанции, в которой организация всех потоков информации при решении задач мониторинга, анализа и управления осуществляется в цифровой форме.

Цифровая подстанция (ЦПС) — подстанция, оборудованная комплексом цифровых устройств (терминалов) для решения задач релейной защиты и автоматики (РЗА) и АСУТП — регистрации аварийных событий (РАС), учёта и контроля качества электроэнергии, телемеханики. Все оборудование общается между собой и центральным сервером объекта по последовательным каналам связи на единых протоколах.

Актуальность использования
Переход к передаче сигналов в цифровом виде на всех уровнях управления подстанцией позволит создать технологическую инфраструктуру для внедрения информационно-аналитических систем, снизить ошибки недоучета электроэнергии, уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты на обслуживание подстанции, а также повысить электромагнитную безопасность и надежность работы микропроцессорных устройств. Внедрение систем, удовлетворяющих стандарту МЭК 61850 «Сети и системы связи на подстанциях», обеспечивает более высокую скорость и безопасность передачи информации, взаимозаменяемость отдельных компонентов системы, повышение надежности системы.

НОВАЯ ПАРАДИГМА «ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ»

Несмотря на то, что тенденция перехода на цифровые технологии в системах сбора и обработки информации, управления и автоматизации подстанций наметилась ещё более 15 лет назад, первая в мире цифровая подстанция была запущена лишь в 2006 году в Китае. Сегодня в данном направлении активно работают ведущие компании-производители электроэнергетической отрасли по всему миру. Развитие электроэнергетики в последние годы обусловлено фактором объединения электросетевой и информационной инфраструктуры. Цифровая подстанция – это элемент активно-адаптивной (интеллектуальной) электросети с системой контроля, защиты и управления, основанной на передаче информации в цифровом формате.
Несмотря на то, что эта тема является относительно новой, в настоящее время на планете насчитывается уже более 100 ЦПС в Китае, США, Канаде и других странах. В частности, при содействии Министерства энергетики России, в лице Российского энергетического агентства уже в 2014 году, в Париже на международной выставке CIGRE-2014 демонстрировалось совместное техническое решение отечественных компаний, предназначенное для автоматизации подстанций по технологии «Цифровая подстанция».

Предпосылки
Независимо от своего назначения все сети на планете становятся более мощными и более сложными. В том числе в геометрической прогрессии растут объёмы информационных потоков, обеспечивающих управление электросетевыми объектами, мониторинг их технического состояния, контроль качества электроэнергии, а также её коммерческий учёт. Это, в свою очередь, влечёт всё большее применение интеллектуальных электронных устройств, которых с каждым днем на объекте становится всё больше. Зачастую такие устройства применяют различные стандарты передачи данных, что затрудняет их совместную работу и, более того, начинает тормозить развитие электроэнергетики, а значит, и промышленности в целом. Это касается не только России, но и любых промышленно развитых стран. В общем в электроэнергетике настал момент, когда необходимо пересмотреть сами принципы построения энергетической инфраструктуры, а не совершенствовать оборудование в старой парадигме.
Предпосылкой к появлению отечественного решения стало активное развитие технологии «Цифровая подстанция» – появление стандартов, описывающих информационную модель подстанции и протоколы обмена между её элементами, а также оборудования, поддерживающего эти протоколы. Суть нового подхода – изменение архитектуры построения систем защиты и управления подстанциями, основанное на цифровой обработке данных.

«Цифровая подстанция», позволяет получить единый цифровой поток данных, характеризующий состояние управляемого объекта. Это позволяет абстрагироваться от существующей парадигмы построения системы защиты и управления подстанцией, при которой каждая функция автоматизации выполняется отдельным устройством, и перейти к программной платформе, размещаемой на универсальных аппаратных устройствах и имеющей свободное распределение функций. Так появляется возможность получать решения, имеющие как полностью распределённую, так и централизованную архитектуру. Кроме того, применение единой программной платформы, обеспечивающей реализацию и взаимодействие функций на основе международного стандарта, позволит в дальнейшем видоизменить рынок аппаратных устройств для построения систем защиты и управления подстанцией и перейти к рынку функциональных алгоритмов.
Основные элементы, которые позволили спроектировать подобное решение, базируются на собственных разработках двух компаний: цифровые оптические измерительные трансформаторы компании «Профотек» и цифровая система защиты и управления компании «ЛИСИС». Это уникальный альянс российских компаний, которые предлагают эффективное решение, не имеющее сегодня аналогов в мире.

Переход к передаче сигналов в цифровом виде на всех уровнях управления ПС позволит получить целый ряд преимуществ, в том числе:

  • Существенно сократить затраты на кабельные вторичные цепи и каналы их прокладки, приблизив источники цифровых сигналов к первичному оборудованию;
  • Повысить электромагнитную совместимость современного вторичного оборудования – микропроцессорных устройств и вторичных цепей благодаря переходу на оптические связи;
  • Упростить и, в конечном итоге, удешевить конструкцию микропроцессорных интеллектуальных электронных устройств за счет исключения трактов ввода аналоговых сигналов;
  • Унифицировать интерфейсы устройств IED, существенно упростить взаимозаменяемость этих устройств (в том числе замену устройств одного производителя на устройства другого производителя) и др.

ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ

УМЕНЬШЕНИЕ КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ
– уменьшение затрат на кабельную продукцию и кабельные сооружения;
– уменьшение стоимости терминалов (унификация аппаратной части, замена модулей ввода на цифровые интерфейсы);
– уменьшение площади земельных участков, необходимых для обустройства ПС (применение оптических цифровых ТТ и ТН, современного микропроцессорного вторичного оборудования даст возможность уменьшить);
– увеличение срока службы силового электрооборудования (расширенная диагностика);
– уменьшение затрат на проектирование, монтаж и пусконаладку (уменьшение кол-ва кабелей, уменьшение кол-ва оборудования, расширение возможностей по типизации проектных решений в части шкафного оборудования и цифровых связей).

УМЕНЬШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ (на техобслуживание)
– упрощение эксплуатации и обслуживания (постоянная расширенная диагностика в режиме реального времени, в т.ч. метрологических характеристик; сбор и отображение исчерпывающей информации о состоянии и функционировании ПС);
– увеличение точности измерений (особенно при токах менее 10-15%Iн) и увеличение благодаря этому точности учета электроэнергии и точности ОМП;
– сокращение возможности появления дефектов типа «земля в сети постоянного тока» (сокращение размерности СОПТ ввиду использования цифровых оптических связей);
– сокращение кол-ва внезапных отказов основного электрооборудования и связанных с ними штрафов за недоотпуск электроэнергии и нарушений производственного цикла (расширенная диагностика всего комплекса технических средств ЦПС);
– уменьшение количества сбоев, неправильной работы, отказов РЗА (применение оптических кабелей вместо медных повысит электромагнитную совместимость современного вторичного оборудования
– микропроцессорных устройств РЗ и автоматики);
– повышение алгоритмической надежности функционирования РЗА (отсутствие насыщения и возможность измерения апериодической составляющей у оптических цифровых ТТ позволит упростить и усовершенствовать алгоритмы РЗА);
– уменьшение потребления по цепям переменного тока и напряжения (в результате применения оптических ТТ и ТН).

Архитектура цифровых подстанций

А. Уровень процесса
Работа цифровой подстанции основана на архитектуре, которая позволяет проводить эксплуатационные измерения в реальном времени по данным от первичной системы. Эти данные получаются с помощью датчиков, встроенных в первичную систему. Обмен между устройствами, происходит по результатам измерений базирующихся на "шине процесса". Самое главное в том, что интеллектуальные устройства и системы могут сразу обработать эти оперативные данные в пределах подстанции.

B. Защита и контроль
Устройства между шиной процесса и станционной шиной исторически определены как "вторичное оборудование". В цифровой подстанции эти устройства являются интеллектуальными электронными устройствами, которые взаимодействуют с потоками через шину процесса и также с равноуровневыми устройствами в стойках терминалов, с другими терминалами и цифровой системой управления через шину станции.

C. Объекты контроля станции
Некоторые объекты на подстанции могут требовать обмена всеми или частью этих предварительно обработанных данных. Одна или несколько рабочих станций, руководствуясь инструкциями (указаниями) региональных диспетчеров, может использоваться в качестве инженерной для конфигурирования терминалов, или для локальной концентрации и архивации данных энергосистемы. Для онлайн мониторинга состояния могут использоваться специализированные станции предупреждения (сигналов аварии), учитывающих историю по базе данных каждого основного устройства.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ

Переход на цифровые (в основном – оптические) технологии съема информации и передачи команд управления
– возможность «замены на ходу» источника сигнала и тем самым – повышение надежности функционирования релейных защит;
– увеличение быстродействия (не требуется защита «от дребезга», уменьшение времени срабатывания исполнительной части за счет оптических IGBT-модулей, уменьшение времени выявления аварийного режима);
– улучшение условий в части безопасного производства работ и электромагнитной совместимости (благодаря оптическим связям нет выноса потенциала с ОРУ);
– развитие средств и методов непрерывной диагностики (контроль деградации характеристик, контроль готовности к выполнению операций, контроль метрологических характеристик);
– расширение количества функций, реализуемых в каждом терминале;
– перенос части расчетно-диагностических задач в интерфейсные модули (Smart-IED).

Двухэтапность реализации ЦПС

Этап №1: Использование существующего основного оборудования, к которому добавляется интерфейсный цифровой интеллектуальный модуль (как правило, размещаемый в помещении) на базе IEC 61850-8.1 и IEC 61850-9.2. Возможно корректировка состава и типа применяемых датчиков. Получение опыта эксплуатации. Разработка всей номенклатуры устройств РЗА, ПА, измерений с интерфейсами IEC 61850-8.1 и IEC 61850-9.2.

Этап №2: Существенная модернизация основного электрооборудования с интеграцией в него специализированных цифровых необслуживаемых датчиков, полевых контроллеров, твердотельных исполнительных модулей. Расширение объема задач, выполняемых интерфейсным модулем. Доработка всех компонентов ЦПС с учетом опыта эксплуатации.

И, все-таки, в России процесс внедрения цифровых подстанций однозначно пошел, электроэнергетический сектор уже подходит к введению проектов ЦПС. Планируется поставка некоторых элементов ЦПС на подстанции «Федеральной сетевой компании», причем применение технологий ЦПС на выбранных энергетических объектах будет происходить совместно с созданием традиционных информационно-управляющих систем подстанций, что вызовет некоторые сложности в оценке целесообразности перехода ЕНЭС на цифровые подстанции. В данный момент осуществляется сразу несколько проектов цифровых подстанций, заслуживающих повышенного внимания, например: «Цифровая подстанция» на базе «НТЦ ФСК ЕЭС», а также кластер «Эльгауголь».

Международная конференция и выставка «Цифровая подстанция. Стандарт IEC 61850»

С 3 по 5 октября в АО «НТЦ ФСК ЕЭС» состоится Международная конференция и выставка «Цифровая подстанция. Стандарт IEC 61850».

Конференция проводится в соответствии с cоглашением, подписанным на 46 сессии СИГРЭ, в рамках анонсированной Правительством России программы по созданию «Цифровой экономики Российской Федерации» при поддержке и с участием руководства АО «НТЦ ФСК ЕЭС», ПАО «ФСК ЕЭС», а также компании DNV GL (правопреемник компании КЕМА), Российского национального комитета СИГРЭ и является важным отраслевым форумом специалистов в области разработки, проектирования и эксплуатации «Цифровых подстанций». Главная тема конференции: «Обеспечение совместной работы аппаратуры технологических систем (защита, автоматика, измерение и управление) различных производителей, разработанной в соответствии с технологией «Цифровая подстанция».

Что такое цифровая подстанция?

Все реплики, приведенные в рубрике «Коллективный разум», — личные мнения специалистов и не отражают позиции компаний по рассматриваемым вопросам (если, конечно, не указано иное).

1. Термин «цифровая подстанция» используется по отношению к вторичному оборудованию подстанций (микропроцессорным терминалам), а также цифровому обмену данными между этими устройствами. Применение технологии цифровой подстанции позволяет оперировать большим количеством данных, что обеспечивает более эффективную работу как первичного и вторичного оборудования подстанции, так и всей энергосистемы.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Телеуправление выключателями.
  • Телеуправление всеми коммутационными аппаратами.
  • Системы, использующие СВИ.
  • Системы мониторинга технического состояния оборудования ПС.
  • Система контроля качества электроэнергии.
  • АИИС КУЭ
  • Традиционные трансформаторы + ПАС.
  • Системы кибербезопасности.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Централизованная архитектура РЗА.
  • Кластерная архитектура РЗА.
  • Децентрализованная архитектура РЗА.

Все перечисленные варианты архитектуры применимы для цифровых подстанций, но их использование зависит от решений, реализованных на конкретном объекте. Поэтому они используются в разных ситуациях. Кроме того, важно учитывать экономические факторы и факторы надежности.

4. Наиболее оптимальный принцип построения сети:

  • Разделить на две шины — шину процесса и шину станции.

Все зависит от уровня напряжения и степени важности подстанции в энергосистеме. Кроме того, ключевым фактором является объем передаваемой информации.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Эффективная работа с большими объемами данных сделает работу всей энергосистемы эффективнее.
  • Экономический эффект, хотя этот вопрос по-прежнему открыт.
  • Возможное внедрение новых технологий.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Производители слишком сильно продвигают внедрение своих решений из экономических соображений.
  • Экономический эффект не всегда очевиден.
  • Недостаточная надежность современных систем.

1. Цифровая подстанция — это подстанция с высоким уровнем автоматизации управления технологическими процессами, оснащенная развитыми информационно-технологическими и управляющими системами и средствами (ССПИ, АИИС КУЭ, РЗ, ПА, РАС, ОМП и др.), в которой все процессы информационного обмена между элементами подстанции, информационного обмена с внешними системами, а также управления работой подстанции осуществляются в цифровом виде на основе протоколов стандартов IEC 61850, 61968/61970. Первичное силовое оборудование подстанции и компоненты информационно-технологических и управляющих систем ориентированы на поддержку цифрового обмена данными.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Телеуправление всеми коммутационными аппаратами.
  • Системы, использующие СВИ.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС
  • АИИС КУЭ.
  • Электронный проект.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС

  • Определяется проектом.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Определяется проектом.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Повышение надежности электроснабжения.
  • Снижение удельных операционных и инвестиционных расходов.
  • Внедрение новых сервисов и услуг.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Пробелы в НТД.
  • Низкая надежность предлагаемых решений.
  • Отсутствие опыта эксплуатации.

1. Цифровая подстанция — это объект, на котором передача информации между устройствами выполняется в цифровой форме, за исключением тех случаев, когда использование цифрового интерфейса экономически неоправданно или невозможно технически.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Телеуправление выключателями.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.
  • Электронный проект.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Централизованная архитектура РЗА.
  • Децентрализованная архитектура РЗА.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Все данные по одной шине.

Оптимальное решение должно выбираться на этапе проектирования с учетом особенностей и возможностей оборудования. Но в перспективе — безусловно, стремиться к одной шине.

5 .Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Повышение надежности функционирования и наблюдаемости электроэнергетических объектов в условиях сокращения совокупной стоимости владения энергетическими активами.
  • Создание инфраструктуры для внедрения новых бизнес-моделей функционирования энергетики.

6. Думаю, никаких факторов в действительности нет. Есть объективные причины, не позволяющие совершить переход к чему-либо мгновенно, и это касается любой сферы деятельности. Работа в части внедрения ЦПС, как известно, ведется весьма активно

1. Цифровая подстанция — это объект электроэнергетики, на котором взаимодействие между всеми элементами подстанции осуществляется в цифровом виде.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Телеуправление всеми коммутационными аппаратами.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.
  • Система контроля качества электроэнергии.
  • АИИС КУЭ.
  • Электронный проект.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Централизованная архитектура РЗА.
  • Децентрализованная архитектура РЗА.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Отдельные шины для SV, GOOSE и MMS.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Электронный измерительные трансформаторы — точность измерений, контроль измеряемых величин.
  • Взаимодействие между терминалами РЗА — контроль и мониторинг сигналов взаимодействия между устройствами.
  • Телеуправление всеми КА — управляемость энергосистем.
  • Мониторинг тех. состояния оборудования — тех. обслуживание по состоянию.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Отсутствие нормативной базы.
  • Отсутствие единого подхода субъектов энергетики к цифровизации объектов.

1. Цифровая подстанция — это технология построения системы автоматизации и управления на базе стандарта IEC 61850 с использованием передовых способов сбора и передачи информации, с применением устройств полевого уровня как цифровые трансформаторы тока, напряжения, устройств РЗиА, УСО и т. д.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Телеуправление выключателями.
  • Телеуправление всеми коммутационными аппаратами.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Системы, использующие СВИ.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.
  • Система контроля качества электроэнергии.
  • АИИС КУЭ.
  • Электронный проект.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Децентрализованная архитектура РЗА.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Отдельные шины для SV, GOOSE и MMS.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Снижение ошибок и повышение, надежности решений применяемых на ПС. Как следствие повышение обоснованности и своевременности принятия управленческих решений.
  • Повышение функциональной совместимости устройств на новый уровень.
  • Сокращение времени на проектирование и наладку.
  • Сокращение затрат на проектирование и строительство.
  • Сокращение затрат на эксплуатацию ЦПС.
  • Повышение метрологических характеристик.
  • Использование моделей для управления ПС.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Технические вопросы, требующие дополнительной стандартизации. Нужно время для выработки и применения определенных стандартизированных решений.
  • Необходимо разрабатывать ПО для проектирования ЦПС. Разработка ПО в соответствии с IEC 61850-4.
  • Применение новых технологий. Оборудование и ПО должно проходить опытную эксплуатацию для определения явных преимуществ.
  • Повышение квалификации наладочных, эксплуатирующих и проектных организации. Создание и проведение курсов по ЦП на базе сформированных стандартов по ЦПС.

1. Цифровая подстанция — это подстанция, на которой информация необходимая для выполнения технологических задач различными устройствами и электрооборудованием передается в цифровом виде.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.
  • Использование GOOSE-сообщений для передачи дискретной информации.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Децентрализованная архитектура РЗА.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Разделить на две шины — шину процесса и шину станции.
  • Шина станции = GOOSE + MMS, шина процесса = SV.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Снижение затрат.
  • Повышение надежности.

6. Проблемам, мешающим внедрению ЦПС, нужно посвящать отдельную статью, в двух предложениях бесполезно писать.

1. Цифровая подстанция — это подстанция, построенная на современных решениях по автоматизации с использованием открытых стандартных протоколов и эксплуатация которой происходит без оперативного персонала вообще.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Телеуправление выключателями.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Системы, использующие СВИ.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Децентрализованная архитектура РЗА.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Отдельные шины для SV, GOOSE и MMS.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Технологии дают эффект от единовременного внедрения. Просто заменить трансформаторы на оптические не выход.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Устаревшие нормы и стандарты проектирование. Сейчас проектируем по-старому на 2023 год…
  • Неочевидность эффектов от внедрения. В каждом случае надо смотреть. Иногда ЦПС не окупается.

1. Цифровая подстанция — это объект энергетического хозяйства, выполняющий основные технологические функции передачи, преобразования, распределения и снабжения электроэнергией потребителей, состоящий из интеллектуального первичного и вторичного оборудования, использующего унифицированный (в соответствии со стандартом IEC 61850) цифровой информационный обмен данными для организации внутренних (вторичных) систем энергообъекта с целью поддержания его работоспособности и выполнения основных функций.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Телеуправление всеми коммутационными аппаратами.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.
  • Система контроля качества электроэнергии.
  • АИИС КУЭ.
  • Электронный проект.
  • Plug and Play.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Централизованная архитектура РЗА.
  • Кластерная архитектура РЗА.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Все данные по одной шине.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Системы мониторинга — предоставление персоналу постоянной информации о состоянии оборудования, организация ремонтов по состоянию и как конечный эффект — повышение надежности.
  • Электронный проект — повышение качества конкурсной документации, снижение трудозатрат персонала на подготовку конкурсной документации, повышение качества проектной и рабочей документации, снижение сроков проектирования.
  • Электронные трансформаторы — повышение надежности за счет исключение отказов связанных с технологическими особенностями электромагнитных трансформаторов (срабатывания диф. защит по токам небаланса при сквозных КЗ, повреждения вторичных цепей и т. д.), снижение трудозатрат на обслуживание.
  • Телеуправление коммутационными аппаратами — повышение надежности за счет снижения количества ошибок персонала при производстве оперативных переключений.
  • Plug and Play — упрощение и снижение сроков наладки, уменьшение количества ошибок наладочного персонала.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Проблема кадров. Эта ключевая проблема. Проблема всех уровней, от рядовых исполнителей до руководителей. И она касается не только технических компетенций, но и отношения к работе в целом. Часто приходится сталкиваться с подходом, когда технические и организационные решения направлены на купирование уже случившихся проблем и затыкания дыр, без продумывания шагов на будущее и формирования системного подхода. Технический персонал часто перегружен совершенно ненужной бумажной работой на корзину и им некогда заниматься ни самообразованием, ни проработкой ТЗ, ни уже реализованными пилотными проектами. Во многих компаниях отсутствует система повышения квалификации персонала, система допуска персонала к отдельным видам работ (например, сотрудника с опытом работы 2 месяца ставят на самостоятельное проектирование подстанции). Зачастую приходится сталкиваться с ситуациями, когда компании ориентируются на использование готовых специалистов и не готовы их выращивать внутри компании. Также не редки случаи, когда высококвалифицированные технические специалисты стремятся занять руководящую должность не потому, что им такая работа интереснее, а потому что исчерпаны возможности повышения финансового стимулирования на меньшей должности. При этом компания теряет квалифицированного инженера и получает посредственного руководителя, т. е. на лицо неэффективная модель финансового стимулирования. Еще одна кадровая проблема, с которой приходится периодически сталкиваться — очень сложно найти квалифицированного сотрудника и в этот же момент специалисты не могут найти работу. Работа отделов кадров и рекрутинговых агентств не выдерживает никакой критики, технических специалистов подбирают технические руководители самостоятельно с ежедневным посещением рекрутинговых сайтов. Пути решения — пересмотр всей системы образования, снижение не целевой нагрузки на технический персонал, введение адекватной системы стимулирования персонала (не как сейчас в большинстве случаев — метод кнута без пряника), формирование системных подходов к развитию электроэнергетики, более тесное взаимодействие образовательных учреждений и предприятий отрасли, повышение престижности технических специальностей, формирование продуманной кадровой политики в компаниях отрасли.
  • Проблема взаимодействия. В отрасли ведется множество интересных НИОКР, результаты и ход которых известны только специалистам, которые в нем заняты. Проблемы, которые были выявлены в рамках их выполнения так же не выносятся на широкую аудитория. Вследствие чего замедляется развитие отрасли в целом. Пути решения — создание дистанционных дискуссионных площадок (видеоконференций) для оперативного обмена опытом. Приглашение специалистов сторонних компаний в качестве наблюдателей на приемку результатов (в т. ч. промежуточных) НИОКР.
  • Проблема государственного регулирования. В настоящее время участие Минэнерго как руководства отрасли ограниченно общеконтрольной функцией, а, на мой взгляд, нужно более пристальное внимание уделить руководящей функции — определению конкретизированной технической политики, консолидации компаний отрасли в реализации этой политики. Так же хочется получать от Минэнерго экспертную оценку результатов НИОКР. На мой взгляд, эффективность национального проекта / реализации дорожной карты была бы выше при большем участии министерства в выполняемых проектах.

1. Цифровая подстанция — это подстанция, управление которой осуществляется на базе цифровой программной платформы, имеющей цифровой интерфейс обмена с первичным оборудованием.

2. Функционал ЦПС может быть любой. Должна быть единая цифровая платформа, обеспечивающая необходимую функциональность управления технологическим процессом и вспомогательные функции: самодиагностику, восстановление, безопасность.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Та, которая наиболее эффективна для данной ПС.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Разделить на две шины — шину процесса и шину станции.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Повышение эффективности сетевого комплекса.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Отсутствие понятной политики в области цифровизации: четко выстроенных целей, решаемых задач и путей их решения.

1. Цифровая подстанция — это энергетический объект, где все сигналы имеют понятное человеку и компьютеру название.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Электронный проект.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Кластерная архитектура РЗА.
  • Децентрализованная архитектура РЗА.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Разделить на две шины — шину процесса и шину станции.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Типизация.
  • Кадры.
  • Запрос на цифровые решения.
  • Снижение стоимости.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Резкий рост сложности по управлению требованиями.
  • Применение сервисов цифрового проектирования, наладки, снижающих сложность для использования.

1. Цифровая подстанция — это подстанция, в которой все функций контроля, управления защиты реализуются цифровыми средствами, отличающаяся тем, что взаимодействие между устройствами осуществляется исключительно цифровыми каналами связи.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Телеуправление выключателями.
  • Телеуправление всеми коммутационными аппаратами.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.
  • Система контроля качества электроэнергии.
  • АИИС КУЭ.
  • Традиционный трансформаторы + ПАС.
  • Электронный проект.
  • Доработка силового электрооборудования для оптимальной стыковки с устройствами MU.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Децентрализованная архитектура РЗА.
  • Централизованная архитектура РЗА используется для управляющих (защитных) систем только в тех случаях, когда этого требует принцип действия (ДЗШ). В остальных случаях — децентрализованная архитектура.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Разделить на две шины — шину процесса и шину станции.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Увеличение срока службы силового электрооборудования.
  • Уменьшение случаев внезапных отказов, повышение надежности.
  • Уменьшение эксплуатационных затрат.
  • Уменьшение затрат на проектирование и реализацию.
  • В целом — обеспечение ретрофита существующих систем контроля, управления и защиты.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Предлагаемые решения соответствуют лозунгам цифровизации, но не обеспечивают существенного улучшения эксплуатационных или каких-либо других характеристик.
  • Разобщенность разработчиков, отсутствие руководителя проекта (ЦПС — комплекс взаимозависимых решений множества устройств и функций, рынок такой задачи никогда не решит).

1. Цифровая подстанция — это объединение нескольких протоколов (IEC 61850-8.1/9.2LE, IEEE1588 v2, C37.113) в единую архитектуру, формируемую исходя из требований конкретной задачи.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Телеуправление всеми коммутационными аппаратами.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Системы, использующие СВИ.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.
  • Электронный проект.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Соответствующая требованиям заказчика.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Все данные по одной шине.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Снижение капитальных затрат (CAPEX).
  • Снижение операционных затрат (OPEX).

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Минимизация количества используемого оборудования за счет пересмотра существующей НТД.

1. Полностью цифровая подстанция — это подстанция, на которой аналоговые сигналы и дискретные сигналы передаются от/в устройства защиты, управления, измерения и другие интеллектуальные устройства в цифровом виде. Преобразование аналоговых сигналов в цифровой вид выполняется устройствами сопряжения с объектами (Merging units), либо нетрадиционными ТТ и ТН.

Частично цифровая подстанция — дискретные сигналы передаются от/в устройства защиты, управления, измерения и другие интеллектуальные устройства в цифровом виде. Аналоговые сигналы подводятся с помощью кабелей непосредственно на входы устройств защиты, управления, измерения и другие интеллектуальные устройства. Преобразование аналоговых сигналов в цифровой вид осуществляется непосредственно в устройствах защиты, управления, измерения и других интеллектуальных устройствах.

Нецифровая подстанция — передача аналоговых и дискретных сигналов от/в устройства защиты, управления, измерения и другие интеллектуальные устройства осуществляется через их дискретные и аналоговые входы/выходы. Связи между устройствами выполняются кабелями.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Традиционный трансформаторы + ПАС.
  • Преобразование аналоговых сигналов в цифровой вид отдельными устройствами (Merging Units или нетрадиционные ТТ/ТН) и передача их по системе цифровой передачи данных устройствам/функциям РЗА, измерения, управления, мониторинга и другим интеллектуальным электронным устройствам.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Централизованная архитектура РЗА.
  • Децентрализованная архитектура РЗА.
  • Архитектура должна определяться техническими требованиями к комплексу (в первую очередь требованию к надежности) с учетом показателей экономической эффективности.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Отдельные шины для SV, GOOSE и MMS.
  • Целесообразно выделить шины с учетом технологического назначения сигналов с точки зрения управления энергообъектом. Возможно использование WLAN для дополнительного сегментирования. MMS, SV, GOOSE для оперативной блокировки, GOOSE для оперативного управления аппаратами и передачи сигналов срабатывания защит выделить в разные подсети.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Повышение качества обработки аналоговых сигналов (нетрадиционные ТТ и ТН) для РЗА.
  • Повышение наблюдаемости объектов за счет использования Ethernet и технологии клиент-сервер (использование информации одновременно в нескольких подсистемах).
  • Значительное увеличение регистрируемых сигналов на энергообъектах — облегчение анализа работы РЗА и ПА для эксплуатационного персонала.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Принципиально разные подходы к обеспечению надежности в цифровых системах передачи данных на основе Ethernet и системах РЗА, ПА.
  • Отсутствие промышленных образцов цифровых ТТ и ТН, годных к широкому внедрению на энергообъектах.
  • Необходимость изменения системы эксплуатации комплексов РЗА, ПА и АСУ ТП с учетом применения технологии цифровой ПС.
  • Отсутствие нормативной документации в части организации обслуживания, которая могла бы быть принята эксплуатационными организациями на текущий момент.
  • Необходимость подготовки специалистов РЗА со знанием цифровых технологий — системный инженер (как предложение), который имеет базовые знание по электроэнергетике, РЗА и цифровым системам связи ЦПС.
  • Проблема кибербезопасности — отсутствие адекватных предложений по решению вопроса. Профильные специалисты по кибербезопасности не решают вопрос и не предлагают конкретных решений, а лишь создают новые вопросы для «запугивания» и запутывания специалистов РЗА и АСУ ТП. Текущая ситуация — бизнес ради бизнеса.

1. Цифровая подстанция — это подстанция с качественно новым уровнем управления, за счет многократного использования информации.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Телеуправление выключателями.
  • Телеуправление всеми коммутационными аппаратами.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Системы, использующие СВИ.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.
  • Система контроля качества электроэнергии.
  • АИИС КУЭ.
  • Традиционный трансформаторы + ПАС.
  • Электронный проект.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Централизованная архитектура РЗА.
  • Децентрализованная архитектура РЗА.
  • Смешанная архитектура — для некоторых систем централизованная, для некоторых децентрализованная.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Отдельные шины для SV, GOOSE и MMS.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Это качественно новый уровень управления.
  • Возможность тиражирования с низким уровнем затрат.
  • Уход от традиционных проблем дискретных и аналоговых сигналов нецифровой подстанции.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Непонимание преимуществ ЦПС.
  • Отсутствие достаточного количества квалифицированных специалистов.
  • Высокая стоимость технологии на первом этапе.

1. Цифровая подстанция — это термин, применяемый к подстанциям, управляемым с помощью интеллектуальных электронных устройств (IED), связанных между собой сетью коммуникаций.

2. Неотъемлемой частью ЦПС являются:

  • Передача данных между терминалами РЗА и контроллерами АСУ ТП в цифровой форме.
  • Телеуправление выключателями.
  • Телеуправление всеми коммутационными аппаратами.
  • Электронные трансформаторы с цифровым интерфейсом.
  • Системы, использующие СВИ.
  • Системы мониторинга тех. состояния оборудования ПС.
  • Система контроля качества электроэнергии.
  • АИИС КУЭ.
  • Традиционный трансформаторы + ПАС.
  • Электронный проект.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Централизованная архитектура РЗА.
  • Децентрализованная архитектура РЗА.
  • В перспективе централизация функций РЗА с горячим резервированием должна стать основной.

4. Наиболее оптимальные принципы построения сети:

  • Разделить на две шины — шину процесса и шину станции.
  • Допускается одна шина, но только на небольших ЦПС, с малым числом присоединений.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Экономические (уменьшение стоимости строительство + эксплуатация).
  • Новые качества и возможности технологического управления электрическими сетями и режимами с учетом развития альтернативной генерации, микросетей и т. д.
  • Стандартизация.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Несогласованность, неполнота и отставание стандартов, отраслевой нормативной базы.
  • Качество системы подготовки новых кадров и переподготовки эксплуатационного персонала.

Возможный путь решения — создание новой системы подготовки кадров, стандартов, проектирования ЦПС, свободной от фактических технологий конкретного производителя и ориентированной на международные стандарты.

1. Цифровая подстанция — это такая подстанция, на которой в несколько этапов внедрены цифровые технологии систем защиты, автоматики и управления. Они включают как оцифровку аналоговых сигналов, системы удаленного управления подстанцией и SCADA-системы, так и внедрение стандарта IEC 61850, который описывает шину станции и шину процесса на цифровой подстанции.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Децентрализованная архитектура РЗА.
  • Переход к централизованной структуре в Бразилии пока не производится. Существуют требования «Национального оператора», препятствующие такому переходу. В будущем было бы разумно подумать об этом.

5. Цели внедрения ЦПС и причины, по которым нужно внедрять технологии:

  • Улучшение наблюдаемости управления и защиты подстанции.
  • Постоянный мониторинг процесса.
  • Возможность сразу узнать о сбое при передаче сигналов (GOOSE или Sample Values), в то время как раньше о сбоях становилось известно только при авариях.
  • Возможность изменять логику или набор функций без физических изменений и переподключения устройств.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Стратегия внедрения производителями первых поколений решений с IEC 61850 и адаптацией их под существующие устройства поставили под вопрос необходимость реализации стандарта IEC 61850.
  • Несоответствия, проблемы с наладкой и обслуживанием внедренных систем заставляют задуматься о целесообразности нововведений.
  • Также есть проблема отсутствия инструментов и совместимости SSD-файлов.

1. Цифровая подстанция — это такая подстанция, на которой оцифрованные аналоговые сигналы передаются на шину процесса подстанции по протоколам стандарта IEC 61850. Также все сигналы между устройствами передаются по оптическим каналам связи по протоколам, например, IEC 61850. Кроме того, традиционные ТТ и ТН могут быть заменены на современные оптические измерительные трансформаторы для того, чтобы сразу получить оцифрованные сигналы измерений. Тем не менее, если есть необходимость оставить на подстанции традиционные средства измерения, можно использовать преобразователи аналоговых сигналов (Merging Units) для оцифровки сигналов измеряемых величин. Первичное оборудование можно заменить на цифровое с возможностью подключения к шине процесса, чтобы избавиться от медных проводов.

Я считаю, нет необходимости менять функции и алгоритмы защиты, т.к. в цифровой подстанции изменился лишь формат данных с аналогового на цифровой. Тем не менее, я считаю, нет смысла переходить от аналоговых сигналов к цифровым в релейной защите и устройствах управления ячейкой.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Децентрализованная архитектура РЗА.

5. Использовании шины процесса и протоколов передачи данных приведет к уменьшению проводов на подстанции. Это приведет к снижению стоимости, более простому взаимодействию и сокращению периода наладки/испытаний. Кроме того, можно контролировать качество соединения между различными сегментами, что невозможно при подключении проводами.

6. Основные проблемы ЦПС — это надежность каналов связи и время передачи данных между устройствами. Особенно это важно для релейной защиты, когда любая задержка в передаче данных может быть опасной. С точки зрения эксплуатации, устранение неполадок может быть настолько сложным для обычных инженеров, что решением проблемы может вызвать потерю питания подстанции. Кроме этого, привычные устройства и методы тестирования не подходят для цифровых подстанций.

1. Официального определения не существует, однако, в общем смысле выражение «цифровая подстанция» относится к подстанциям с:

  • Шиной станции.
  • Шиной процесса и обменом информацией (между первичным и вторичным оборудованием) в цифровой форме по оптоволоконным соединениям и в соответствии со стандартом IEC 61850.

Задача заключается в том, чтобы предоставить полностью готовые данные в распоряжение любого устройства, которое нуждается в этих данных, на подстанции или за ее пределами.

3. Архитектуры, которые должны применяться на ЦПС:

  • Децентрализованная архитектура РЗА
  • Возможно, в будущем произойдет переход от децентрализованной архитектуры РЗА к централизованной. В настоящее время централизованная версия как вариант не рассматривается. Можно сказать, что это вопрос средне- и долгосрочного развития.

5. Было выявлено несколько положительных моментов внедрения технологии ЦПС, начиная с уменьшения количества сердечников ТТ и повышения надежности до значительного улучшения наблюдаемости за различными процессами в пределах подстанций. Соединение вторичных цепей значительно упрощается (или сокращается), использование различных данных упрощается, не требуется специальных проводов и т. д.

Решение технических вопросов, рассматриваемые в рамках использования DSS, становится более эффективным благодаря возможности доступа к данным. В частности, это относится к таким вариантам применения, как управление эффективностью активов, когда за счет более точных и полных данных можно в полной мере использовать возможности трансформаторов, выключателей и линий передачи.

6. Проблемы, мешающие внедрению ЦПС:

  • Несоответствие различных поставщиков между собой.
  • Отсутствие соответствующего инструментария, в особенности это касается генерации файлов SSD.
  • Потеря информации о конфигурации при изменении в ходе технического обслуживания.
  • Надежность связи.
  • Синхронизация выборочных данных между ЭИТ, ПАС и т. д.
  • Тестирование комплектного оборудования.
  • Снижение срока службы электронного оборудования (также с учетом температурной зависимости).
  • Сложность системы и стандарт IEC 61850.
  • Трудности с получением соответствующих счетчиков коммерческого учета — и т. д.

Можно сказать, что не существует каких-либо серьезных технических проблем, которые бы препятствовали более широкому внедрению технологии ЦПС. Существуют проблемы, связанные с вопросами уровня развития технологии, а также с тем, как энергопредприятия понимают данную технологию. Объединяющие устройства, ЭИТ, сетевые устройства, реле, контроллеры присоединения, а также межсетевые шлюзы могут функционировать, обмениваться информацией друг с другом в цифровым формате. Бесперебойное и беспрепятственное функционирование по-прежнему нуждается в совершенствовании.

Проект РЗА

Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике

В чем преимущество Цифровой подстанции?

В чем смысл цифровой подстанции

Сколько уже было сказано слов по поводу Цифровой подстанции и ее полезности для энергетики? И меньше медных кабелей и клеммников. И новые типы устройств на иных физических принципах. И сокращение операционных затрат вследствие необслуживаемых подстанций. И взаимозаменяемость устройств разных производителей. И даже снижение потерь в сетях обещали.

Что же среди всего этого является основным преимуществом Цифровой подстанции? И понимаем ли мы зачем это все затевалось разработчиками стандартов МЭК-61850 или просто повторяем рекламные лозунги с многочисленных электротехнических выставок? Давайте попробуем разобраться

Определение Цифровой подстанции

Цифровая подстанция (ЦПС) – это подстанция с высоким уровнем автоматизации, в которой практически все процессы информационного обмена между элементами ПС, а также управление работой ПС осуществляются в цифровом виде на основе стандартов серии МЭК 61850.

Это определение из норм технологического проектирования подстанций 35-750 кВ ФСК ЕЭС от 2017 года. Из него можно выделить две основных части — “практически все процессы информационного обмена …осуществляются в цифровом виде” и “МЭК-61850”. Определение так себе потому, что слишком расплывчатое (что значит “практически все”?), но оно дает общие ориентиры на цифровизацию электрических сигналов вблизи их источника и, главное, на МЭК-61850.

цели внедрение цифровой подстанции

Это определение означает, что если не используются стандарты МЭК-61850, то подстанция не может называться цифровой. Можно спорить, что “это у ФСК, а у нас по-другому”, но никто другой даже не попытался дать определение цифровой подстанции в нормах. Да и в сознании большинства энергетиков цифровая подстанция неразрывно связана с МЭК-61850, поэтому другие технологии дальше рассматривать не будем.

Что мы знаем о Цифровой подстанции?

Очевидно, что нужно изучить стандарты МЭК-61850 для того, чтобы понять, какие именно идеи закладывали разработчики технологию под названием Цифровая подстанция.

Однако, сделать это не так просто. Даже в первой редакции в серии было 14 стандартов на 1500 страниц жесткого технического текста, а сейчас еще больше. И не все стандарты переведены на русский язык. И за стандарты нужно заплатить МЭКу приличные деньги потому, что бесплатно они не распространяются. Это не круто

Поэтому стандарты читают в основном технари, которые работают над Цифровой подстанцией, но на выставках про нее рассказывают другие люди. Обычно это продвиженцы (технический маркетинг, коммерсанты), которые могут говорить на языке заказчика, без лишних технических подробностей. Именно они определяют, на чем стоит сосредоточить внимание потенциального заказчика, который чаще всего представлен руководителями среднего звена.

Если рассказать о том, что на самом деле описывают стандарты МЭК-61850, то это будет долго, неинтересно и неэффективно с точки зрения продвижения продукции и услуг. Да еще и самому надо хорошо разобраться со стандартами. Поэтому и появляются разные “замены медных кабелей”, “инновационные устройства” и “экономия на обслуживании”. И это не всегда складывается в общую картину по многим причинам:

  • Насколько вам важно, что вы замените медные кабели на ВОЛС, если общая стоимость подстанции вырастет?
  • Так ли важны новые типы устройств, если появятся новые проблемы вроде кибербезопасности?
  • Если уже сейчас есть необслуживаемые подстанции, то зачем придумывать для этого новую технологию?

Часто эти вопросы повисают в воздухе и вызывают споры. Может стоит обратиться к первоисточнику?

Что описывают стандарты серии МЭК-61850

Большая часть стандартов МЭК-61850 описывает, как стандартизировать вторичные функции подстанции и обмен данными между ними. Т.е. как создать цифровую (абстрактную) модель подстанции, с точки зрения типовых алгоритмов РЗА, управления, измерений и других вторичных систем. Эти элементы на языке МЭК-61850 называются системой автоматизации подстанции (SAS).

Абстрактная модель данных МЭК-61850

Это как раз то, чего сейчас очень остро не хватает в энергетике — стандартизация решений. Думаю, за последние 30 лет все наелись нетиповых решений, как в устройствах, так и в проектах. И похоже такие проблемы не только у нас в стране, раз они оформились в целую серию международных стандартов.

Вторая часть стандартов МЭК-61850 описывает, как привязать абстрактные сервисы модели МЭК-68150 к реальных протоколам передачи данных (сегодня используется модель TCP/IP или прямое назначение данных на кадр Ethernet). При этом происходит разделение базовых функций системы автоматизации подстанции и транспортной системы передачи сигналов. Раньше их объединение приводило к постоянному изменению алгоритмов вторичных систем, при изменении аппаратной части блоков или применяемых протоколов передачи данных.

Назначение сервисов МЭК-61850 на протоколMMS

При использовании МЭК-61850 можно получить не просто стандартизацию решений, но еще и стандартизацию не зависящую от существующих технологий!

А как же физическая реализация Цифровой подстанции? Что по этому поводу говорит МЭК-61850? А он не говорит по этому поводу практически ничего, предоставляя выбирать нужную конфигурацию подстанции в каждом отдельном случае.

Выгодно вам на ПС 110 кВ уменьшить количество медных кабелей, установив оптические ТТ? Хорошо. Не выгодно? Можете не применять данную технологию. Вы должны считать затраты и выгоды в каждом конкретном случае. Главное, что функция измерения тока стандартизирована и не зависит от конкретного железа и существующих технологий передачи данных. Эту функцию можно применять и в обычных терминалах РЗА, и в аналоговых преобразователях сигнала (ПАС), и в оптических трансформаторах тока. А если завтра появится устройство измерения на новых принципах, то функция сможет работать и с ним.

Основные компоненты цифровой подстанции

Используете вы сегодня Ethernet 100 Мбит/с — хорошо. Завтра понадобится 1 Гбит/с — тоже нормально. А если появится новая более эффективная технология, например, надежная и помехоустойчивая беспроводная сеть? Нет проблем, абстрактная модель подстанции МЭК-61850 не изменится, просто добавиться новый стандарт, который опишет как именно назначить абстрактные сервисы на новую технологию передачи данных.

Стандартизация алгоримтов и независимость от существующих технологий передачи данных — это и есть основные преимущества Цифровой подстанции!

Потому, что они применимы к любой подстанции и на любом классе напряжения.

Что дают преимущества Цифровой подстанции

Чтобы ответить на этот вопрос нужно спросить, а что дает стандартизация? И это не такой простой вопрос, как кажется.

Начинающаяся стандартизации не дает ничего, кроме дополнительных затрат и усложнения. К сожалению, это так. Вам приходится разрабатывать новые устройства, менять привычные правила строительства и эксплуатации подстанций, вкладывать большие средства в переподготовку персонала и т.д.

Когда вы строите одну Цифровую подстанцию, имея в эксплуатации 100 обычных, результаты не улучшатся. Вам нужно обслуживать два типа подстанций, причем строительство ЦПС сегодня дороже обычной. Но с ростом числа Цифровых ПС начнет работать эффект масштаба, который будет снижать общую стоимость проекта.

Если у вас все стандартизировано, то легче производить устройства потому, что понятны правила, а сама аппаратная часть унифицируется по максимуму. Продавать потом сложнее, но производить легче) Да и сами устройства при массовом применении становятся дешевле.

Если есть стандартизация и возможность описать все алгоритмы в цифровом виде, то упрощается и ускоряется проектирование подстанций. Больше нет схем подключения терминалов РЗА с постоянно меняющимся клеммником и разводкой кабелей. Весь обмен данными идет через порты Ethernet, причем вы можете провести испытания на правильность логических связей у себя на компьютере. Параметрирование устройств также можно делать внутри проекта и с готовыми файлами ехать на ПС, чтобы сократить время наладки

проектный цикл МЭК-61850

Для эксплуатации стандартизация означает меньше ошибок в работе и масштабирование систем автоматизации (интеграция стандартных модулей на верхнем уровне). Плюс это неплохой задел для создания систем мониторинга силового оборудования, где единый формат представления данных крайне желателен.

В общем Цифровая подстанция может показать результат со временем, при строительстве большого количества однотипных объектов. А результаты всем нужны здесь и сейчас. Если на презентации ты скажешь «давайте строить ЦПС чтобы через 10-15 лет получить комплексную экономию за счет стандартизации» денег тебе скорее всего не дадут. Вот поэтому на выставках мы и слышим более сомнительные, но и более понятные неспециалистам заявления про уменьшение количества медных кабелей и сокращение землеотвода под ПС.

Цифровая подстанция всех нас спасет?

Сложно сказать. Это просто технология со своими достоинствами и недостатками, но то, что она направлена на стандартизацию — это большой плюс.
Главное не пытаться применять ее на всех без исключения подстанциях. Вернее можно применять ядро ЦПС, в виде абстрактной модели данных МЭК-61850, но ставить оптические ТТ на напряжении 6-35 кВ — это уже перебор. Возможно в будущем эти технологии станут дешевле и тогда это будет целесообразно, но сейчас надо больше уделять внимание стандартизации, а не внешним аттрибутам ЦПС.

перспективы цифровой подстанции

Одно можно сказать точно, сегодня Цифровая подстанция — это одно из самых актуальных явлений в российской энергетике и, если вы хотите не отстать от трендов, то вам нужно самим разобраться с данными технологиями и составить свое мнение об этом вопросе. Читайте первоисточники, изучайте статьи, посещайте курсы. Но не забывайте о вашей основной специальности)

Напишите ваше мнение об этой статье и Цифровой подстанции в целом. Обсудим в комментариях

Цифровая подстанция

Цели внедрения цифровой подстанции. Протоколы цифровой подстанции

Цифровая подстанция – это подстанция с высоким уровнем автоматизации, где почти все процессы информационного обмена между составляющими подстанции и управление ее работой осуществляются в цифровом виде.

Целями внедрения цифровой подстанции являются:

  1. С точки зрения разработки IED – уменьшение количества аппаратных исполнений IED и типизацию алгоритмов, что способствует уменьшению затрат на разработку и увеличению скорости разработки.
  2. С точки зрения проектирования – единые требования к проекту от заказчика, то есть типизация решений, применение цифрового проектирования и создание и использование библиотек данных, способствующие увеличению качества проектов, увеличению скорости разработки проектов, возможность повторного применения готовых проектных решений и уменьшение затрат на проект.
  3. С точки зрения строительства – использование типовых локальных вычислительных сетей и нового вида оборудования, способствующие увеличению скорости строительства и уменьшению его стоимости.
  4. С точки зрения пусконаладочных работ – самоописание устройств и новые решения для пусконаладочных работ (предварительная проверка на стадии проектирования, автоматизация пусконаладочных работ), способствующие увеличению скорости проведения пусконаладочных работ.
  5. С точки зрения заказчика – использование единого типового решения, цифровых двойников подстанции и новых характеристик оборудования (уменьшение точек обслуживания, улучшение помехоустойчивости, использование баз для мониторинга систем, независимость от производителя и т.п.), способствующие увеличению уровня надежности подстанции, увеличению управляемости, увеличению наблюдаемости и т. п.

В цифровой подстанции используются следующие протоколы:

  1. Протокол MMS — международный стандарт, который касается систем обмена сообщениями с целью передачи данных о технологическом процессе в реальном времени, а также информации диспетчерского управления между устройствами сети и компьютерными приложениями.
  2. Протокол GOOSE, который представляет собой механизм управляемой модели, где любой формат данных группируется в набор данных и передается в течении периода времени четыре миллисекунды.
  3. Sampled Values. Данный протокол является основным, используемым для передачи измерений. Он предназначен для передачи мгновенных измерений четырех напряжений и четырех токов.

Архитектуры цифровых подстанций

Существуют следующие основные архитектуры цифровых подстанций:

  1. Архитектура 1. В данной архитектуре цифровой подстанции обмен информацией между всеми интеллектуальными электронными устройствами осуществляется дискретными или аналоговыми электрическими сигналами, которые передаются по контрольному кабелю. Обмен данными между интеллектуальными электронными устройствами и станционным уровнем происходит по протоколу MMS. В данному случае протоколы GOOSE и Sampled Values не используются.
  2. Архитектура 2. В данной архитектуре цифровой подстанции взаимодействия между интеллектуальными электронными устройствами осуществляется при помощи объектно-ориентированных сообщений в соответствии с протоколом GOOSE. Обмен данными между станционным уровнем и интеллектуальными электронными устройствами происходит по цифровому протоколу MMS. Измерения напряжения и тока передаются в виде электрических аналоговых сигналов при помощи контрольного кабеля.
  3. Архитектура 3. В данной архитектуре цифровой подстанции взаимодействие между интеллектуальными электронными устройствами осуществляется при помощи объектно-ориентированных сообщений в соответствии с протоколом GOOSE. Данные от измерительных устройств тока и напряжения передаются в соответствии с протоколом Sampled Values. Обмен данными между станционным уровнем и интеллектуальными электронными устройствами происходит в соответствии с протоколом MMS.

Контрольный кабель – это многожильный провод, который предназначен для эксплуатации на участках с трудным доступом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *