CC BY
0ЦИФРОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ КАК СРЕДС ТВО ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 1Хуршид Саттаров, 2Мираббос Каримов
1 Профессор Ташкентского университета информационных технологий имени Мухаммада ал-Хоразмий. 2 Ассистент Ташкентского университета информационных технологий
имени Мухаммада ал-Хоразмий 1s.xurshid@tuit.uz, 2kharimov98@mail.ru https://doi.org/10.5281/zenodo.10719676
Аннотация. В работе рассмотрены ключевые аспекты цифровых подстанций, включая удаленный мониторинг, автоматизированные системы защиты и управление, что существенно повышает надежность и эффективность энергетической инфраструктуры. Освещаются преимущества в области оперативного реагирования на изменения в сети, устранения сбоев, а также оптимизации энергопотребления.
Ключевые слова: Цифровая подстанция, полевой уровень, уровень присоединения, подстанционный уровень, релейная защита и управления, контроль качества электроэнергии.
Abstract. The paper examines key aspects of digital substations, including remote monitoring, automated protection systems, and management, significantly enhancing the reliability and efficiency of the energy infrastructure. The advantages in terms of timely response to network changes, fault resolution, and energy consumption optimization are highlighted. The study underscores the pivotal role of digital substations in creating resilient, intelligent, and highly efficient power supply systems.
Keywords: Digital substation, field level, connection level, substation level, relay protection and control, power quality monitoring.
Annotatsiya: Ishda raqamli podstansiyalarning asosiy jihatlari, jumladan, masofaviy monitoring, avtomatlashtirilgan himoya tizimlari va boshqaruv masalalari ko'rib chiqildi. Bu energiya infratuzilmasining ishonchliligi va samaradorligini sezilarli darajada oshiradi. Tarmoqdagi o'zgarishlarga tezkor javob berish, nosozliklarni bartaraf etish, shuningdek energiya sarfini optimallashtirish sohasidagi afzalliklar ta'kidlan o'tilgan.
Kalit so'zlar: Raqamli podstansiya, maydon darajasi, ulanish darajasi, nimstansiya darajasi, rele himoyasi va boshqaruvi, elektr sifatini nazorat qilish.
Введение. Одной из главных задач сетевых предприятий и организаций является бесперебойное снабжение потребителей электрической энергией надлежащего качества. Для выполнения требований надежности необходимо современное высокотехнологичное оборудование. 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 данных систем обеспечивает более высокую скорость и безопасность передачи информации, взаимозаменяемость отдельных компонентов и повышение надежности всей системы в целом.
Целью данной работы является обоснование целесообразности применения цифровых трансформаторных подстанций для улучшения качества передаваемой энергии,
исключение возможных перебоев в питании потребителей и повышение тем самым надежности работы оборудования подстанций.
Цифровая подстанция (ЦПС) - подстанция, оборудованная комплексом цифровых устройств (терминалов) для решения задач релейной защиты и автоматики (РЗА) и АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом) - 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. 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. В настоящее время на планете насчитывается уже более 100 ЦПС в Китае, США, Канаде и других странах.
Цифровые подстанции исключают электрические связи между высоковольтным оборудованием и панелями релейной защиты и управления, что создает более безопасные условия работы, и в тоже время снижает требования к занимаемой площади, затраты на строительство, на монтажные и пусконаладочные работы, на обслуживание всей системы и эксплуатационные затраты. Цифровые подстанции являются ключевым компонентом интеллектуальной сети, в которой появляется все большее количество непостоянных возобновляемых источников электроэнергии, а также помогают повысить безопасность и надежность за счет нового качества предоставляемых данных и сокращения времени принятия решений при авариях.
Система автоматизации энергообъекта, построенного по технологии «Цифровая подстанция», делится на три уровня:
1) полевой уровень (уровень процесса);
2) уровень присоединения;
3) подстанционный уровень.
Полевой уровень состоит из:
- первичных датчиков для сбора дискретной информации и передачи команд управления на коммутационные аппараты (micro RTU);
- первичных датчиков для сбора аналоговой информации (цифровые трансформаторы тока и напряжения).
Уровень присоединения ЦПС состоит из:
- устройств управления и мониторинга (контроллеры присоединения, много функциональные измерительные приборы, счётчики АСКУЭ, системы мониторинга трансформаторного оборудования и т.д.);
- терминалов релейной защиты и локальной противоаварийной автоматики
Уровень подстанции состоит из:
- серверов верхнего уровня (сервер базы данных, сервер SCADA, сервер телемеханики, сервер сбора и передачи технологической информации и т.д., концентратор данных);
- АРМ персонала подстанции.
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.
Другим отличием является объединение среднего (концентраторов данных) и верхнего (сервера и АРМ) уровня в один станционный уровень. Это связано с единством протоколов передачи данных (стандарт МЭК 61850-8-1), при котором средний уровень, ранее выполнявший работу по преобразованию информации из различных форматов в единый формат для интегрированной АСУ ТП, постепенно теряет своё назначение. Уровень присоединения включает в себя интеллектуальные электронные устройства, которые получают информацию от устройств полевого уровня, выполняют логическую обработку информации, передают управляющие воздействия через устройства полевого уровня на первичное оборудование, а также
осуществляют передачу информации на станционный уровень. К этим устройствам относятся контроллеры присоединения, терминалы МПРЗА и другие многофункциональные микропроцессорные устройства.
Отличительной особенностью ЦПС является гибкость. Устройства для цифровой подстанции могут быть выполнены по модульному принципу и позволяют совмещать в себе функции множества устройств. Гибкость построения цифровых подстанций позволяет предложить различные решения с учётом особенностей энергообъекта. В случае модернизации существующей подстанции без замены силового оборудования для сбора и оцифровки первичной информации можно устанавливать шкафы выносных УСО. При этом выносные УСО помимо плат дискретного ввода/вывода будут содержать платы прямого аналогового ввода (1/5А), которые позволяют собрать, оцифровать и выдать в протоколе МЭК 61850-9-2 данные от традиционных трансформаторов тока и напряжения. В дальнейшем полная или частичная замена первичного оборудования, в том числе замена электромагнитных трансформаторов на оптические, не приведёт к изменению уровней присоединения и подстанционного. В случае использования КРУЭ имеется возможность совмещения функций выносного УСО, Merging Unit и контроллера присоединения. Такое устройство устанавливается в шкаф управления КРУЭ и позволяет оцифровать всю исходную информацию (аналоговую или дискретную), а также выполнить функции контроллера присоединения и функции резервного местного управления.
Таким образом, можно сделать выводы о целесообразности использования технологий ЦПС: цифровые подстанции исключают электрические связи между высоковольтным оборудованием и панелями релейной защиты и управления, что создает более безопасные условия работы, и в тоже время снижает требования к занимаемой площади, затраты на строительство, на монтажные ипусконаладочные работы, на обслуживание всей системы и эксплуатационные затраты. Цифровые подстанции являются ключевым компонентом интеллектуальной сети, в которой появляется все большее количество непостоянных возобновляемых источников электроэнергии, а также помогают повысить безопасность и надежность за счет нового качества предоставляемых данных и сокращения времени принятия решений при авариях, а также цифровые подстанции представляют собой инновационные технологические решения, привносящие существенные преимущества в сферу электроэнергетики. Их внедрение сопряжено с переходом от традиционных электроэнергетических систем к интеллектуальным, автоматизированным структурам, способствуя повышению эффективности, надежности и управляемости энергетической инфраструктуры.
Одним из ключевых преимуществ цифровых подстанций является возможность удаленного мониторинга и управления. Это позволяет оперативно реагировать на изменения в работе сети, быстро выявлять и устранять возможные сбои, а также оптимизировать расход электроэнергии. Использование современных цифровых технологий также способствует снижению затрат на обслуживание и ремонт оборудования благодаря автоматизации процессов диагностики и прогнозирования.
Важным аспектом цифровых подстанций является их вклад в общую стратегию устойчивого развития. Оптимизация энергопотребления, совместно с повышением эффективности и уменьшением воздействия на окружающую среду, делают цифровые подстанции не только технологически продвинутым, но и экологически ответственным решением в энергетике.
Заключение. Таким образом, внедрение цифровых подстанций в энергетический комплекс представляет собой важный шаг в направлении современной, эффективной и
устойчивой системы управления электроэнергией, способствуя повышению общей
производительности и снижению негативного воздействия на окружающую среду.
REFERENCES
1. Чичёв С.И. Методология проектирования цифровой подстанции в формате новых технологий / С.И. Чичёв В.Ф.
2. "Digital Substation: Automation, Protection, and Control" by Alexander Apostolov, Klaus Froehlich, and John Lewis.
3. Что такое цифровая подстанция [Электронный ресурс] / Цифровая подстанция. -Режимдоступа:http://digitalsubstatюn.com/Ыog/2018Л2/28^hto-takoe-tsifrovaya-podstantsiya.
4. Могиленко, А. В. Влияние цифровизации на энергетическую отрасль/ А. В. Могиленко // Новости Электротехники. - 2018. - № 4 (112). - С. 34-37.
5. Руководство по релейной защите и автоматике энергосистем. - Мировой контактный центр компании Alstom Grid. - Alstom Grid, 2011. - 576 с.
