ЦИФРОВЫЕ ПОДСТАНЦИИ И УМНЫЕ ЭНЕРГОСЕТИ

АННОТАЦИЯ

Произведен анализ современных цифровых подстанций (ЦПС), кратко изложено определение и цели создания ЦПС, дано описание структуры, а также исследованы рекомендуемые стандартами протоколы данных. Определены условия совмещения и разделения структурных уровней и способы виртуализации. Конкретизированы преимущества и недостатки ЦПС, а также рассмотрены реальные примеры ЦПС в РБ и мире.

ABSTRACT

The analyzes modern digital substations, summarizes the definition and objectives of the creation of a DS, describes the structure, and examines the data protocols recommended by the standards. The conditions for combining and separating structural levels and methods of virtualization are defined. The advantages and disadvantages of the DS are specified, as well as real examples of the DS in the Republic of Belarus and the world are considered.

Ключевые слова: цифровые подстанции, SmartGrid, автоматизация.

Keywords: digital substations, SmartGrid, automation.

Введение

Стандарт МЭК 61580 позволил создавать подстанции нового поколения – цифровые, которые должны стать элементами умной сети, а точнее, «интеллектуальной электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью». Внедрение МЭК 61850 дало возможность связать всё технологическое оборудование подстанции единой информационной сетью, по которой передаются не только данные от измерительных устройств к терминалам релейной защиты и автоматики (РЗА), но и сигналы управления.

Термины и определения цифровых подстанций

Появление новых международных стандартов и развитие современных информационных технологий открывает возможности инновационных подходов к решению задач автоматизации и управления энергообъектами, позволяя создать подстанцию нового типа. Одним из элементов SmartGrid систем принято считать цифровую подстанцию.

Термин «цифровая подстанция», как и определение SmartGrid систем, появился относительно недавно и трактуется по-разному специалистами в области энергетики.

Цифровая подстанция (ЦПС) – это подстанция с высоким уровнем автоматизации, в которой практически все процессы информационного обмена между элементами подстанции (ПС), а также управление работой ПС осуществляются в цифровом виде на основе стандартов серии МЭК 61850 [1, 2].

Цели создания цифровой подстанции

Непосредственными целями создания ЦПС являются:

- совершенствование мониторинга и управления электросетевым оборудованием ПС;

- повышение надежности работы и эффективности эксплуатации оборудования техники «вторичных цепей» подстанции путем развития и унификации основных информационно-технологических и управляющих систем (ИТС) ПС;

- переход к «необслуживаемым» подстанциям, т.е. к подстанциям без постоянного дежурства на них оперативного персонала, управляемым из удаленных центров управления (с помощью команд телеуправления).

Описание структуры цифровой подстанции

Цифровая подстанция подразумевает особое цифровое построение и взаимодействие технологических систем подстанции между системами, внутри каждой системы и между первичным оборудованием и системами [3].

Работа и управление цифровыми подстанциями основывается на программно-техническом комплексе цифровой подстанции (ПТК ЦПС), который разделен на структурные уровни (рис. 1), которые объединяются между собой посредством сегментов локально-вычислительной сети Ethernet [4].

Рисунок 1. Системные уровни программно-технического комплекса цифровой подстанции

Совмещение и разделение уровней процесса, присоединения и подстанции

Обеспечивается надежное и эффективное применение следующих технических решений:

• раздельная реализация уровней процесса и присоединения для напряжения 110/220 кВ;
• совмещение уровней процесса и присоединения для напряжения 6, 10, 20 и 35 кВ на базе унифицированных многофункциональных терминалов РЗА/контроллеров присоединений;
• отдельная реализация уровня подстанции [5, с.33].

Протоколы передачи данных

Рекомендуется в части применения протоколов передачи данных (и применении соответствующего оборудования) руководствоваться приведенной ниже таблицей [5, с.33-34].

Таблица 1.

Протоколы передачи данных

Виртуализация уровня присоединения

Для разделения трафика (РЗА, АСУТП, АИИС КУЭ, видеонаблюдение, связь и др.), совместно использующего среду передачи, а также с целью повышения безопасности, должна использоваться технология виртуальных локальных сетей (VLAN). Разделение трафика по VLAN должно выполняться на стадии проектирования объекта с учетом приоритезации и логической сегрегации трафика. При необходимости, связь между VLAN должна осуществляться через соответствующие маршрутизаторы [5, с. 38-42].

Преимущества и недостатки цифровых подстанций

Анализируя цифровую подстанцию, можно выделить ряд преимуществ, таких как:

1. Упрощение вторичных присоединений;
2. Повышение качества измерения;
3. Отсутствует электрическая связь между первичным и вторичным оборудованием;
4. Единая информационная платформа;
5. Уменьшение размеров централизованных диспетчерских помещений на подстанции.

При всех преимуществах цифровой подстанции, у нее есть недостатки:

1. требует установку нового дорогостоящего оборудования, которое пока имеет небольшой период опытной эксплуатации. Однако при переходе на серийный выпуск продукции стоимость данного решения не будет превышать стоимости традиционных решений систем автоматизации.
2. не накоплен опыт внедрения и эксплуатации, необходимо обучение персонала.

Примеры цифровых подстанций

В феврале 2015 года в Гомельэнерго введена в работу ПС-110 «Приречная» с применением системы Hard Fiber Process Bus GE Multilin. Подстанция предназначена для электроснабжения строящегося городского микрорайона «Шведская горка».

19 ноября 2021 года в Беларуси в Могилевском районе состоялось открытие первой в Республике цифровой подстанции напряжения 330 кВ «Могилев-330».

Стоит отметить, что делегация ГПО «Белэнерго» посещала действующую цифровую подстанцию 225/90/20 кВ «Blocaux» («Блоко») во Франции, что является подтверждением цифровизации в мире.

Заключение

В настоящее время уже решен большой комплекс вопросов, стоявших на пути внедрения цифровых подстанций. Данные результаты уже сегодня позволяют реализовывать пилотные проекты цифровых подстанций и накапливать опыт проектирования, монтажа, наладки и эксплуатации.

Для серийной реализации проектов цифровых подстанций должна быть создана нормативная база, обеспечивающая легитимность принимаемых в рамках проектов решений, а также приняты руководящие указания по проектированию и наладке таких объектов.

Список литературы:

1. What is the digital substation and what makes it digital: EEP – Electrical Engineering Portal [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://electrical-engineering-portal.com/digital-substation#:~:text=The%20Digital%20Substation%20is%20a,technology%20in%20the%20substation%20environment (дата обращения: 22.02.2022).
2. МЭК-61850 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%AD%D0%9A-61850#%D0%A1%D1%81%D1%8B%D0%BB%D0%BA%D0%B8 дата обращения: 21.02.2022).
3. СТО 34.01-21-004-2019. Цифровой питающий центр. Требования к технологическому проектированию цифровых подстанций напряжением 110-220 кВ и узловых цифровых подстанций напряжением 35 кВ [Электронный ресурс]. – Введ. 29.03.2019. – Москва: ПАО «Россети», 2019. – 114 с. – Режим доступа: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293730/4293730674.pdf (дата доступа: 18.02.22).
4. СТО 56947007-29.240.10.248-2017. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ (НТП ПС) [Электронный ресурс]. – Взамен СТО 56947007-29.240.10.028-2009 ; введ. 25.08.2017. – Москва: ПАО «ФСК ЕЭС», 2017. – 135 с. – Режим доступа: https://www.fsk-ees.ru/upload/docs/STO_56947007-29.240.10.248-2017.pdf (дата обращения: 18.02.22).
5. Цифровая подстанция. Эффективные решения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://isup.ru/articles/72/13855/ (дата обращения: 15.02.2022).