Структура цифровых подстанций

Введение
В сфере энергетики интенсивными темпами разрабатываются и внедряются все более инновационные и эффективные технологии. Разработки, связанные с созданием и модернизацией цифровых подстанций, являются одним из основных направлений развития в энергетической области на сегодняшний день. Цифровая подстанция является уникальной технологией, способной в автоматизированном режиме производить сбор, анализ и хранение информации, с целью повышения эффективности и рациональной работы предприятия. Исходя из этого, на сегодняшний день существует колоссальная актуальность, связанная с разработкой инновационных и модернизацией существующих цифровых подстанций в энергетической сфере на сегодняшний день.
Основной целью данной работы является изучение структуры цифровых подстанций.
Для достижения данной цели выделены следующие задачи:
- изучить основные сведения, связанные с цифровыми подстанциями;
- изучить основные сведения, связанные с структурой цифровых подстанций;
- изучить инновационные технологии, используемые в цифровых подстанциях;
- изучить актуальность применения и экономические выгоды применения цифровых подстанций на сегодняшний день.
1 Основные сведения, связанные с цифровыми подстанциями
1.1 Технологии и стандарты цифровых подстанций
Рассматривая вопрос, касающийся технологии и стандартов цифровых подстанций необходимо отметить следующее:
- цифровая подстанция является автоматизированной подстанцией, имеющей взаимодействующие в режиме реального времени цифровые информационные, а также управляющие системы не нуждаясь при этом в присутствии регулярного дежурного и персонала;
- цифровая подстанция имеет высокий уровень автоматизации, в ходе работы которой абсолютно все процессы информационного обмена между элементами подстанции наряду с управленческой работой подстанции производятся посредством цифрового вида на основе стандартов серии МЭК 61850.
Стандарт предлагает все оборудование вторичной системы называть «интеллектуальными электронными устройствами» (IED) и разделять на три уровня, представленных на рисунке 1:
Рисунок 1 – Уровни цифровых стандартов, разделенные стандартом серии МЭК 61850
Обмен информацией между устройствами полевого уровня и уровня присоединения, а также между различными устройствами уровня присоединения, осуществляется посредством шины процесса. Обмен данными на уровне подстанции, а также от устройств уровня присоединения к устройствам уровня подстанции, осуществляется с помощью шины подстанции.
Рассмотренным ранее стандартом определяется, что система автоматизации подстанции представляет собой набор функций различного назначения.
Сюда включаются как функции, относящиеся к технологическому процессу (управление коммутационными аппаратами, измерения, работа релейной защиты), так и функции интерфейса: считывание данных, конфигурирование, запись файлов

.
Так как в реализации одной функции может быть задействовано несколько устройств, в каждой из них удобно выделить несколько логических узлов. С другой стороны, один логический узел может участвовать в нескольких функциях.
Также, рассматривая вопрос и технологии цифровых подстанций, необходимо отметить, что данная разработка заключает в себе организационно-техническое объединение электросетевых объектов, оснащенных цифровыми системами измерения параметров режима сети, мониторинга состояния оборудования и линий электропередачи, защиты и противоаварийной автоматики, сетевого и объектового управления, информационный обмен между которыми осуществляется по единым протоколам с обеспечением синхронизации по времени.
1.2 Структура цифровых подстанций
Рассмотрим подробнее структуру цифровой подстанции, выполненную в соответствии со стандартом МЭК 61850. Система автоматизации энергообъекта, построенного по технологии «Цифровая подстанция», делится на три уровня:
- полевой уровень (уровень процесса);
- уровень присоединения;
- станционный 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 состоит из интеллектуальных электронных устройств:
- устройств управления и мониторинга (контроллеры присоединения, многофункциональные измерительные приборы, счётчики АСКУЭ, системы мониторинга трансформаторного оборудования и т.д.);
- терминалов релейной защиты и локальной противоаварийной автоматики.
Станционный уровень 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.
Из основных особенностей построения системы в первую очередь необходимо выделить новый «полевой» уровень, который включает в себя инновационные устройства первичного сбора информации: выносные УСО, цифровые измерительные трансформаторы, встроенные микропроцессорные системы диагностики силового оборудования и т.д.
Цифровые измерительные трансформаторы передают мгновенные значения напряжения и токов по протоколу МЭК 61850-9-2 устройствам уровня присоединения. Существует два вида цифровых измерительных трансформаторов: оптические и электронные. Оптические измерительные трансформаторы являются наиболее предпочтительными при создании систем управления и автоматизации цифровой подстанции, так как используют инновационный принцип измерений, исключающий влияние электромагнитных помех. Электронные измерительные трансформаторы базируются на базе традиционных трансформаторов и используют специализированные аналогово-цифровые преобразователи.
Данные от цифровых измерительных трансформаторов, как оптических, так и электронных, преобразуются в широковещательные Ethernet-пакеты с использованием мультиплексоров (Merging Units), предусмотренных стандартом МЭК 61850-9