Цифровая подстанция - важный элемент интеллектуальной энергосистемы

ПОДСТАНЦИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
ЦИФРОВАЯ
КОМПАКТНАЯ
НЕОБСЛУЖИВАЕМАЯ
САМОДИАГНОСТИРУЕМАЯ

цифровая подстанция
В настоящее время в отрасли существует большое разнообразие точек зрения и подходов к тому, что понимать под термином «цифровая подстанция». Для успешного развития автоматизации процессов передачи, преобразования и распределения электроэнергии в масштабах ЕНЭС, сейчас разрабатывается общая концепция программно-аппаратного комплекса цифровой подстанции.
Со времени начала разработок в отечественной электроэнергетике проектов 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), телемеханики, счетчики электроэнергии и т.д. Все это создает предпосылки для построения подстанции нового поколения – цифровой подстанции (ЦПС), в которой организация всех потоков информации при решении задач мониторинга, анализа и управления осуществляется в цифровой форме.

цифровая подстанция
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, ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
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).

ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ, ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ
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);

ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ, ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ
УМЕНЬШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ
(на техобслуживание)
- 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)

ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ, ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
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, уменьшения времени выявления аварийного режима*).
- улучшение условий в части безопасного производства работ и электромагнитной совместимости (благодаря оптическим связям нет выноса потенциала с ОРУ)
Увеличение интеллектуальной составляющей в оборудовании ЦПС
- 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).

ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ, ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ
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.

СТРУКТУРА ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

КОМПОНЕНТЫ ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ
Цифровые измерительные трансформаторы
Измерение гармонических составляющих
Расширенный динамический и частотный диапазон
Синхронность измерений
Снижение метрологических потерь
Устранено влияние электромагнитных эффектов (влияние помех, остаточной намагниченности и т.д.)
Безопасность эксплуатации, простота обслуживания
Отсутствие феррорезонансных явлений
Повышение точности измерений (особенно при малых токах), повышение точности ОМП.
Самодиагностика
Упрощение монтажа (меньше вес)
Ниже стоимость (для класса напряжения 500-750 кВ)

КОМПОНЕНТЫ ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ
(подстанционный координационный центр - ПКЦ)
ПКЦ - программно–аппаратное ядро ЦПС, коорди-нирующее основные информационные потоки в ЦПС и автоматизирующее процессы принятия и реализа-ции решений по управлению оборудованием ПС.
С этой целью ПКЦ должен обеспечивать:
ведение актуализируемой модели технологических процессов подстанции, как основы для построения алгоритмов контроля, анализа, достоверизации информации и управления функционированием ПС;
работу подсистем анализа технологических ситуаций, в т.ч. поддержки процессов принятия решений по управлению в сложных / аварийных ситуациях на основе актуальной модели;
организацию и ведение БД состояния оборудования ЦПС; отслеживание его предаварийных состояний и выдачу предупредительных или аварийных сигналов и сообщений;
взаимодействие с центрами управления в качестве «представителя» ЦПС в высших уровнях иерархии управления в ЭЭС;
телеуправление оборудованием ЦПС с обеспече-нием контроля его возможности, допустимости и безопасности (с учетом реального состояния оборудования ПС), а также успешности выполнения команд управления

Метрологическое обеспечение
Новые качества измерений
Потери во вторичных цепях (для всех устройств разные);
Многократные АЦ преобразования (в каждом устройстве);
Не синхронность измерений;
Большое влияние ЭМ эффектов;
и т.д.
Отсутствие потерь при передаче информации;
Неограниченное тиражирование информации;
Единожды выполняемое АЦ преобразование (первичное измерение)
и т.д.
Традиционная подстанция
Цифровая подстанция

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
(инструментальные средства, ЕСКК)
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА
поддержка полного жизненного цикла ПАК ЦПС (при проектировании, пусконаладке, в процессе эксплуатации)
поддержка единого информационного пространства (единая система классификации и кодирования, следование международным стандартам IEC при работе с данными)
поддержка «самодокументирования» ПАК ЦПС (автоматизированное формирование документации в электронном виде, согласованные формы доступа к документам из ЦУС, МЭС, ПМЭС);
поддержка конфигурирования и обслуживания Smart IED (технологическое ПО, актуальные конфигурационные файлы, эксплуатационная документация);
постоянный контроль и диагностика сетей передачи данных.
ЕДИНАЯ СИСТЕМА КЛАССИФИКАЦИИ И КОДИРОВАНИЯ
единая система обозначений для всех видов электросетевых объектов;
- единое обозначение объектов классификации и маркировки при проектировании, внедрении (сооружении), эксплуатации и модернизации (реконструкции) энергообъектов;
- децентрализация процесса идентификации оборудования;
- уникальность кода идентификации;
- устойчивость кода идентификации к области применения;
- однозначность и корректность выполнения запросов для получения различных данных и документов при машинной обработке (на этапе проектирования и в процессе эксплуатации);
- возможность гармонизации с другими системами классификации (в частности – CIM);
- обеспечение возможности сохранения действующих локальных обозначений оборудования

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
(общая информационная модель – CIM)
CIM-представление является единым языком описания данных и, соответственно, интерфейса в общей интегрированной среде. CIM - общий язык для приложений при работе в единой АСТУ ОАО «ФСК ЕЭС».
Исходными данными для построения информационной модели являются:
- электрическая схема нормального режима ПС;
- классификационные таблицы и методика построения уникальных идентификаторов объектов, оборудования, измерений, сигналов и документов;
профиль модели, определяющий: 1) классы, атрибуты и отношения между ними в схеме информационной модели; 2) стандарты в области информационных технологий (с точностью до версий), следование которым является обязательным в процессе проектирования, внедрения и эксплуатации системы управления.

Обеспечение надежности
Структура

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ
(диагностика и тестирование)
Самодиагностика аппаратных средств:
- модули Smart IED основного электрооборудования
- микропроцессорные терминалы
- цифровые сети
Внешняя автоматическая диагностика специализированными программно – техническими средствами:
- без вывода из работы (сравнение мгновенных значений токов от разных ЦТТ одного присоединения, сравнение напряжений электрически связанных ТН, контроль суммы токов/мощностей в узле).
- с кратковременным выводом из работы (эмуляция тестовых сигналов для терминалов и сравнение полученной реакции терминала с тестовой)

Информационная безопасность
Структура системы
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ
СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПОДСТАНЦИИ

Информационная безопасность
Схема взаимодействия
Задачи системы ИБ
Обеспечение безопасности канала
Гибкое управление правами пользователей
Диагностика кибер-атак
Защита от подмены сообщений
Защита от атак на отказ в доступе (DoS)