Андэст

Главная Электрические сети Вопросы стандартизации при реализации концепции цифровой подстанции

Вопросы стандартизации при реализации концепции цифровой подстанции

E-mail Печать PDF

В данной статье рассматриваются ключевые вопросы применения стандартов в рамках создания и реализации концепции цифровой подстанции.

На основе общедоступной информации выполнен краткий обзор этих стандартов и областей их применения, выделены аспекты, которые следует учитывать разработчикам оборудования, а также предприятиям отрасли, планирующим внедрение элементов цифровой подстанции на своих объектах.

(Поскольку отечественная терминология еще не сформировалась, в статье предлагается свой вариант терминологии, для однозначного понимания терминов приводится устоявшийся англоязычный эквивалент.)



Введение

Отсутствие завершенной и четко определенной нормативной базы создает барьеры в процессе внедрения инновационных технологий в электроэнергетике. Однако знание уже имеющихся стандартов и понимание перспектив их развития позволяют решать возникающие вопросы. В данной статье рассматривается применение стандартов в рамках реализации инновационной концепции цифровой подстанции, рис. 1.



Цифровая подстанция

Цифровая подстанция – это подстанция нового поколения, на которой применяются самые современные технологии, а информация передается в цифровом виде.




Ключевыми элементами цифровой подстанции являются:
• цифровые (электронные и оптические) трансформаторы тока и напряжения (NCIT – non-conventional instrument transformers);
• шина процесса (process bus);
• объединяющие устройства (merging units) с поддержкой шины процесса;
• интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ – IEDs) с подержкой шины процесса;
• станционная шина (station bus), используемая не только для связи клиент – сервер между АСУ ТП и ИЭУ, но и для горизонтального обмена информацией между ИЭУ при помощи GOOSE-сообщений, включая высокоприоритетные сигналы релейной защиты.

Стоит отметить, что в зависимости от конкретных условий в рамках одной подстанции могут применяться как все перечисленные элементы, так и только некоторые из них (вплоть до единичных элементов).

Далее рассматриваются аспекты стандартизации при реализации шины процесса, объединяющих устройств, измерительных трансформаторов, а также вопросы обеспечения работы шины процесса в едином времени.



Шина процесса

Под шиной процесса понимается локальная вычислительная сеть, соединяющая первичное оборудование с интеллектуальными электронными устройствами (ИЭУ), выполняющими различные функции: релейной защиты, различного рода автоматики, технического (измерительные преобразователи) и коммерческого (счетчики) учета и т. д. При этом цифровой интерфейс может быть реализован либо в самом первичном оборудовании, либо при помощи различных комбинаций объединяющих устройств:
• измерительных объединяющих устройств;
• специализированных объединяющих устройств;
• полевых контроллеров ввода/вывода.

Информация, передаваемая по этой сети, – это выборки токов и напряжений в цифровом виде (sampled values) – стандарт IEC 61850‑9–2, и другая информация (в основном дискретная) в виде GOOSE-сообщений – стандарт IEC 61850‑8‑1.

На рис. 1 шина процесса и станционная шина организованы независимо друг от друга, хотя теоретически могут объединяться в единую локальную вычислительную сеть. Современная аппаратная реализация устройств, подключаемых к шине процесса, диктует необходимость в организации выделенных сетей связи.

Для упрощения и ускорения коммерческого внедрения стандарта IEC 61850‑9‑2 группой пользователей UCA разработан и выпущен документ, более известный как IEC 61850‑9‑2LE (light edition – облегченная версия). Данное руководство предназначено для реализации цифрового интерфейса «нетрадиционных» измерительных трансформаторов (NCIT), соответствующих стандартам IEC 60044‑7/8, в нем на широкие возможности стандарта IEC61850‑9‑2 накладывается определенный набор ограничений.

Основные «упрощения» IEC 61850‑9‑2LE включают в себя:
• фиксированную частоту выборок для аналоговых величин: 80 выборок на период для задач релейной защиты и учета, 256 выборок на период для задач контроля качества электроэнергии;
• передачу по шине процесса только выборок токов и напряжений, без дискретной информации (данное ограничение также приводит к необходимости организации выделенной сети связи для шины процесса);
• предопределенный набор передаваемых данных: 3 фазных тока и ток нейтрали и 3 фазных напряжения и напряжение нейтрали с описателями качества;
• оптический сигнал 1PPS для синхронизации времени.



Синхронизация времени шины процесса

Исключительно важным фактором при построении шины процесса является синхронизация времени с точностью до нескольких микросекунд. Стандарт, обеспечивающий требуемую точность уже существует – IEEE 1588/IEC 61588, и некоторые производители, в первую очередь коммуникационного оборудования, уже имеют в линейке продуктов устройства с поддержкой этого стандарта. В этом случае шина процесса будет использоваться не только для передачи аналоговой и дискретной информации, но и для синхронизации времени.

Однако на текущий момент в соответствии c IEC61850‑9‑2LE для точной синхронизации принято использование секундного импульcа 1PPS, совместно с которым применяется протокол SNTP. Первый метод обеспечивает точную (несколько микросекунд), а второй грубую (несколько миллисекунд) синхронизацию времени и даты часов устройств.

Использование сигнала 1PPS приводит к необходимости построения выделенной шины синхронизации времени устройств, взаимодействующих по шине процесса, но снижает нагрузку на шину процесса и упрощает требования к ИЭУ и оборудованию локальной вычислительной сети.



Измерительные трансформаторы

В настоящее время технический комитет 38 МЭК (TC38) готовит серию стандартов IEC 61869 для измерительных трансформаторов, которая будет введена на смену IEC 60044.

Стандарт IEC 61869‑9 «Измерительные трансформаторы. Часть 9. Цифровой интерфейс для измерительных трансформаторов» заменит IEC 60044‑8, он основывается на серии стандартов IEC 61850, и в нем будет обеспечена совместимость с IEC61850‑9‑2LE. Кроме этого, рассматривается вопрос включения в данный стандарт следующих аспектов:
• использование IEEE 1588/IEEE 61588 и различные вопросы синхронизации времени;
• дополнительные наборы данных, кроме указанных в IEC 61850‑9‑2LE;
• профили частотных характеристик трактов аналого-цифрового преобразования для конкретных задач, например для релейной защиты.



Измерительные объединяющие устройства

Другой стандарт, необходимость в котором очень остро ощущается уже сейчас и который будет выпущен в составе IEC 61869, это IEC 61869‑13 «Измерительные трансформаторы. Часть 13. Независимое объединяющее устройство», посвященный измерительным объединяющим устройствам (SAMU – Stand-Alone Merging Unit). Под измерительным объединяющим устройством (ИОУ) понимается объединяющее устройство с цифровым интерфейсом в соответствии с IEC 61869‑9, но подключаемое к обмоткам 1А/5А/100В традиционных измерительных трансформаторов. На текущий момент статус IEC 61869‑13 – утвержденный к разработке (ANW – Approved New Work), т. е. пока не существует даже варианта для обсуждения.

Для появившихся на рынке ИОУ производителями может заявляться только соответствие IEC 61850‑9–2, другие характеристики ничем не нормируются, что на практике означает неопределенность класса точности всей измерительной системы – измерительных трансформаторов и ИОУ и реакции всей системы при возникновении аварийного режима работы энергообъекта.




Производители «нетрадиционных» (электронных, оптических) измерительных трансформаторов, соответствующих IEC 60044‑7/8, имеют возможность реализовать цифровой интерфейс шины процесса, соответствующий IEC 61850‑9‑2LE, на базе собственного объединяющего устройства, гарантируя при этом класс точности и динамические характеристики системы и обеспечивая корректную работу устройств РЗА в любых режимах, рис. 2. Уже сейчас на рынке присутствуют готовые решения от нескольких производителей, а компанией АББ представлено первое в мире сертифицированное объединяющее устройство с интерфейсом IEC 61850‑9‑2LE.



Цифровой интерфейс к высоковольтным коммутационным аппаратам

Аналог стандарта IEC 61869‑9, но для высоковольтной коммутационной аппаратуры уже разработан и введен в действие – IEC 62271‑3 «Аппаратура распределения и управления высоковольтная. Часть 3. Цифровые интерфейсы на основе IEC 61850».

Стандарт, как это следует из названия, основывается на IEC 61850 и определяет для оборудования:
• информационные модели из серии стандартов IEC 61850;
• классы соответствия (conformance class) для коммуникационных сервисов;
• изменения и расширения типов и программ испытаний;
• расширение объектной модели IEC 61850.

В случае IEC 62271‑3 речь идет только о передаче дискретной информации в виде GOOSE-сообщений, при этом конструктивно контроллер может быть выполнен как в составе высоковольтной аппаратуры, так и отдельным модулем (для такого устройства в отечественной практике применяется термин полевой контроллер), см. рис. 1.



Заключение

Разработка измерительных объединяющих устройств (ИОУ), работающих с традиционными ТТ/ТН, для которых стандарт еще не опубликован (IEC 61869‑13), требует особого внимания, так как невозможно определить влияние ИОУ на работу зависимых от него систем, в первую очередь на релейную защиту, во время переходных процессов, а в дальнейшем такие устройства могут оказаться не соответствующими стандарту. Использование ИОУ на действующих объектах недопустимо без проведения полноценных предварительных испытаний.

В настоящее время в Федеральной сетевой компании реализуется несколько пилотных проектов цифровой подстанции, а на базе НТЦ электроэнергетики даже создан соответствующий экспериментальный полигон. В этих проектах задействовано оборудование многих производителей: АББ, Alstom Grid, «Континуум-Сети». Результаты опытной эксплуатации должны помочь всем участвующим сторонам: производителям – проверить оборудование на соответствие заявленным стандартам, а пользователям – оценить выбранные концепции и внести в них необходимые изменения.

Андрей МАСЛОВ, Павел ЛОБАНОВ, ООО «АББ Силовые и Автоматизированные Системы»

СПРАВКА

Международные организации, вовлеченные в процессы стандартизации

Существует несколько организаций и партнерств, вовлеченных в процесс создания и применения стандартов, упомянутых в данной статье.

Международная электротехническая комиссия (МЭК (IEC)) – международная некоммерческая организация по стандартизации в области электрических, электронных и смежных технологий. Некоторые из стандартов МЭК разрабатываются совместно с Международной организацией по стандартизации (ISO). МЭК состоит из технических комитетов (TC), которые занимаются непосредственной подготовкой стандартов.

Институт инженеров по электротехнике и электронике – (IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)) – международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике. Состоит из сообществ, разделенных далее на комитеты. Стандарты, как и в случае с МЭК, подготавливаются комитетами. Сообщество для электроэнергетики – PES (Power & Energy Society).

CIGRE (Международный комитет по большим электрическим системам) является лидирующей всемирной организацией в области энергосистем. CIGRE не выпускает стандарты, но отчеты, публикуемые CIGRE, часто связаны с применением новых стандартов или содержат требования к будущим стандартам.

Международная группа пользователей UCA – некоммерческая организация, состоящая из поставщиков и потребителей продукции в электросетевом комплексе. Одна из основных целей организации – поддержка пользователей стандартов серии IEC 61850.







ООО «АББ Силовые и Автоматизированные Системы»
428000, Чебоксары, пр. Ивана Яковлева, 1
Тел.: (8352) 25‑61-62 Факс: (8352) 56‑05‑03

111250, Москва, Красноказарменная ул., 12/45
Тел.: (495) 956‑05‑44 Факс: (495) 956‑30‑18
www.abb.ru

 
|