Рассмотрен процесс и особенности проектирования цифровых подстанций с применением интеллектуальных электронных устройств, применительно к реконструкции ПС 110 Никольск. Выделены и описаны три архитектуры построения цифровых подстанций.
Ключевые слова: проектирование, интеллектуальные электронные устройства, цифровая подстанция, GOOSE.
На сегодняшний день на территории Российской Федерации реализуются проекты новых цифровых подстанций (ЦПС), а также осуществляется модернизация действующих ПС с применением цифровых интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ). ЦПС предлагает собой ПС, оснащенную комплексом цифровых устройств, обеспечивающих функционирование систем релейной защиты и автоматики, учета электроэнергии, АСУ ТП, регистрации аварийных событий, использующих протокол МЭК 61850. Внедрение данного протокола дает возможность связать все технологические оборудование ПС единой информационной сетью, по которой передаются не только данные от измерительных устройств к терминалам РЗА, но и сигналы управления, аналоговые сигналы, GOOSE сообщения и потоки выборок аналоговых сигналов Sampled Values.
Бурное развитие цифровых технологий приводит к стремительному увеличению объема генерируемых данных энергетических объектах. Это обусловлено, с одной стороны, большим объемом генерируемой устройствами информации, с другой- развитием технологий передачи данных. Причиной перехода инфраструктуры подстанций (ПС) на цифровые технологии стало принятие еще в 1983 г. стандарта IEEE 802.3, который до сих пор продолжает свое развитие. Ethernet — технология локальных-вычислительных сетей (ЛВС), являющаяся фактически для передачи данных в информационных системах. Она вытеснила такие устаревшие технологии, как Token Ring, FDDI и ARCNET. Основные факторы, способствовавшие широкому применению Ethernet в качестве основы ЛВС:
- Широкий ряд производителей в различных сегментах рынка;
- Открытость системы для всех заинтересованных участников;
- Относительная простота подключения и масштабируемость;
- Приемлемая надежность;
- Высокая пропускная способность;
- Широкая номенклатура наборов микросхем и радиокомпонентов, соответствующих требованиям текущих и вновь вводимых стандартов;
- Непрерывная разработка все более функциональных и эффективных решений в рамках международных стандартов;
Именно поэтому, благодаря совокупности указанных свойств Ethernet стал не просто исключительно нишевой технологией, а массовым явлением и его внедрение сравнимо с революцией, которая произошла в телефонии с появлением мобильной связи.
Эволюция в сфере электроэнергетики обусловлена переходом на использование стандарта МЭК 61850. В свою очередь использование стандарта МЭК 61850 в устройствах привело к применению более мощных аппаратных средств из-за необходимости обработки большего потока информации из сети Ethernet и работы с информационной моделью устройства. Применение информационной модели МЭК 61850 в устройстве привело к взрывному росту объема информации, генерируемого устройствами. При этом данные собираются не только на стадии разработки и изготовления продукта, но и в течение всего жизненного цикла объекта. Жизненный цикл объекта становиться сквозным цифровым процессом — порождение и уничтожение/модификация узлов устройств, элементов информационной модели ПС, становиться похожим на разработку программного обеспечения (ПО) на проблемно-ориентированном языке программирования, с присущим описанием функций объектов- от требований до вывода из эксплуатации.
Цифровая модель вбирает все данные, начиная от стадии проектирования, заводского этапа, наладки, эксплуатации ПС и заканчивая выводом из работы. Для этого на самой ранней стадии проектирования требуется описать все объекты ПС в рамках единого электронного проекта ПС, который затем становиться источником информации для последующих этапов реализации, применяемых для расчетов, наладки, мониторинга и контроля правильности работы. Основой проектирования является информационная модель стандарта МЭК 61850. Информационная модель стандарта МЭК 61850 является виртуальным представлением реального физического оборудования, устройств и исполняемых ими функций.
На сегодняшний день определены три типа архитектуры построения ПС:
Архитектура 1-го типа, в которой обмен всей информации между ИЭУ РЗА осуществляется дискретными и аналоговыми электрическими сигналами, передаваемых по контрольному кабелю; Информационный обмен с верхним уровнем (SCADA) осуществляется по цифровому протоколу MMS; токи и напряжения передаются в аналоговом виде [1].
Архитектура 2-го типа, в которой взаимодействие между ИЭУ РЗА выполняется при помощи объектно-ориентированных сообщений (протокол GOOSE), согласно стандарту МЭК 61850–8-1; информационный обмен с верхним уровнем (SCADA) осуществляется по цифровому протоколу MMS; измерения тока и напряжения передаются в виде электрических аналоговых сигналов с использованием контрольных кабелей [1].
Архитектура 3-го типа, в которой взаимодействие между ИЭУ РЗА выполняется при помощи объектно-ориентированных сообщений (протокол GOOSE), согласно стандарту МЭК 61850–8-1; информация от измерительных устройств тока и напряжения передаются с использованием протокола передачи мгновенных значений (SV) согласно стандарту МЭК 61850–9-2; информационный обмен с верхним уровнем (SCADA) осуществляется по цифровому протоколу MMS [2].
При реконструкции ПС 110 кВ Никольск была выбрана архитектура построения цифровой подстанции 2-го типа.
Рис. 1. Структурная схема оборудования ПАС и ПДС на ПС 110 Никольск
Применение на ПС 110 Никольск преобразователей аналоговых сигналов (ПАС) и преобразователей дискретных сигналов (ПДС) на ОРУ-110 кВ, установленных в непосредственной близости от силового оборудования, а также ИЭУ РЗА с поддержкой протокол GOOSE дает возможность получить цифровую подстанцию архитектуры второго типа.
Литература:
- Типовые технические требования к КРУ классов напряжения 6–35 кВ. Стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС». Дата введения: 14.10.2011. Дата введения изменений: 24.04.2018.
- Шеметов А. С. Разработка и внедрение ЦПС на вновь строящихся и реконструируемых объектах энергетики [Электронный ресурс] // http://digitalsubstation.com, апрель 2018. http://digitalsubstation.com/wp-content/uploads/2018/04/4.-FSK.pdf
