Интеллектуальные сети SmartGrid

Интеллектуальные сети SmartGrid
Автоматизация подстанции в соответствии с МЭК 61850
«Умная» энергетика уверенно шагает по миру, завоёвывая одну страну за
другой: США, Швеция, Китай, Дания, Испания, Великобритания. Несколько лет
назад концепция SmartGrid1 пришла и в Россию. Строительство и развитие
интеллектуальных сетей стало приоритетным направлением энергетической
стратегии нашего государства. Согласно планам Президента и Правительства, к
2030 году будут созданы системообразующие и распределительные электрические
системынового поколения. Серьёзность подобных намерений подтверждает
включение расходов на автоматизацию в инвестиционную программу ОАО «ФСК
ЕЭС».
Основы Intelligrid
Институт
инженеров
электротехники
и
электроники
(IEEE
–
TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers) определяет SmartGrid как электрические
сети,
удовлетворяющие
требованиямэнергоэффективного
и
экономичного
функционирования энергосистемы за счёт скоординированного управления при помощи
современных двусторонних коммутаций между подстанциями, аккумулирующими
источниками и потребителями. В таблице 1 приведено подробное сравнение Intelligridи
традиционной сети.
Табл. 1. Сравнение основных функций интеллектуальной и традиционной сетей
Сеть сегодня
Перспектива развития
(концепция SmartGrid)
Односторонняя коммуникация
Двусторонние коммуникации
Централизованная генерация
Распределённая генерация
Радиальная структура (как правило)
Сеточная структура (как правило)
Оборудование работает до отказа
Жизнь оборудования продлена за счёт
самомониторинга и самодиагностики
Ручное восстановление
Автоматическое восстановление
Подверженность системным авариям
Адаптивная защита и автоматика деления сети
Проверка оборудования по месту
Удалённый мониторинг оборудования
Ограниченный контроль сверхтоков
Управление сверхтоками
Недоступная или запоздавшая информация о Цена в реальном времени
цене потреблённой энергии
В масштабах города умная сеть выполняет следующие функции:
 Удалённый доступ к распределительным подстанциям, оснащённым системой
мониторинга, управления и защиты силового оборудования;
 Предотвращение развития аварии за счёт быстрого и селективного отключения
повреждённого участка;
 Обеспечение в режиме реального времени информацией о состоянии сети,
необходимой для оптимального управления потребляемой энергией.
Исходя извышесказанного очевидно, что интеллект любой энергетической сети
начинается с автоматизации оборудования распределительных трансформаторных
пунктов(см. схему 1).
Для того чтобы усовершенствованные устройства могли передавать и использовать
цифровые данные, при разработке концепции SmartGridвозникла необходимость создания
новой информационной модели коммуникации. Эта задача была решена комитетом МЭК
От англ. smart – умный и grid – энергосистема. Также часто встречается термин Intelligrids, который имеет
аналогичное значение.
1
ТС57, который разработал протокол МЭК 61850 «Коммуникационные сети и системы
подстанций». Он отличается от более ранних стандартов тем, что регламентирует
вопросыописания схем подстанции, схем защиты, автоматики и измерений, конфигурации
устройств. В стандарте предусматриваются возможности использования новых цифровых
измерительных устройств вместо традиционных аналоговых измерителей.
МЭК 61850 активно применяется в разных странах для электрических подстанций,
что позволило обеспечить высокий уровень совместимости различных устройств защиты
и автоматики (в том числе и аппаратов разных производителей) и снабдить пункты
распределения энергии современными средствами связи. Стандарт целесообразно
применять прежде всего при сооружении новых подстанций, но многие
электроэнергетические компании стремятся использовать его и при выполнении
модернизации существующих объектов.
Схема 1. Четыре функциональных уровня для автоматизации оборудования
УРОВЕНЬ 4
Комплексная
осведомлённость
Отключениеп
овреждения
Контроль
режимов сети
Селективность
защиты
Защита
УРОВЕНЬ 3
Выключатели с
дистанционным
управлением для
входящих/отходящих
линий
Измерение
Измерение
Точное измерение
СН
Точное измерение
СН
Управление
Управление
Управление
Выключатели СН
Выключатели НН
Выключатели СН
Выключатели НН
Выключатели СН
Выключатели НН
Мониторинг
Мониторинг
Мониторинг
Мониторинг СН/НН
Изменение НН
Мониторинг СН/НН
Изменение НН
Мониторинг СН/НН
Изменение НН
УРОВЕНЬ 2
УРОВЕНЬ 1
Мониторинг
Мониторинг сетей
среднего и низкого
напряжения
(СН/НН)
Изменение НН
Совершенствование автоматизации
(на старом объекте)
Комплексное решение по автоматизации и
первичному оборудованию (на новом объекте)
Совершенствование автоматизации
Для достижения целей, поставленных государством к 2030 году, в первую очередь
требуется реконструкция существующих объектов электросетевого комплекса. Частью
интеллектуализации действующих сетей должно стать внедрение стандарта МЭК 61850.
В России подобная практика
пока не развита, однако в странах
Европы уже есть примеры успешно
проведённых
модернизаций.
Так,
швейцарская
компания
«Электростанция
Заднего
Рейна»
(ЭЗР)провела
ретрофитоткрытой
подстанции 380/220 кВ в Силсе.
Необходимость усовершенствования
данного
энергетического
узла
возникла
вследствие
того,
что
вторичная система подстанции и
основная
часть
оборудования
вторичной цепи на 380 кВ выработали
Рис. 1. Пульт управления подстанции в Силсе.
свой ресурс.
Вторичная система подстанции выполняет такие функции, как контроль состояния
первичной цепи и защита её от короткого замыкания. Обе задачи решаются при помощи
так называемых интеллектуальных электронных устройств, которые через свои входы и
выходы соединены с оборудованием первичной цепи и контролируют всю или часть ячеек
распределительного пункта.
На подстанции в Силс были внедрены интеллектуальные электронные устройства
серии Relion670 компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и
технологий для электроэнергетики и автоматизации. Все интеллектуальные электронные
устройства присоединены к каналу передачи информации МЭК 61850. Стандарт
определяет файл, который содержит все необходимые данные о конфигурации
подстанции: от топологии основного оборудования до данных о вторичных цепях.
Вторая часть проекта (220 кВ) была интегрирована с использованием протокола
МЭК 61850, для управления подстанцией 380/220кВс новой системой контроля
MicroSCADAPro.
Совместная деятельность компаний АББ и ЭЗР продемонстрировала пригодность
стандарта МЭК 61850 для проектов модернизации.
Комплексное решение по автоматизации и первичному оборудованию
Помимо модернизации существующих объектов, для полноценного развития
энергетики необходимо строить новые сети. Конечно, для этого нужны современные
решения, а именно – создание цифровых подстанций с интеллектуальным первичным и
вторичным оборудованием, соединённым посредством протокола связи МЭК 61850.В
частности, на новых интеллектуальных объектах должны использоватьсяцифровые
измерительные трансформаторы тока и напряжения (оптические или электронные),
многофункциональные приборы измерений и учёта, станционная шина и шина процесса,
система синхронизации, новая система отображения и управления подстанцией (SCADA).
В этом году специалистами компании АББ была предложенаинновационная
концепция для создания цифровых распределительных пунктов – КРУ2среднего
напряженияUniGearDigital. Это перспективное решение на основе МЭК 61850, главная
особенность которого состоит в объединении электронных измерительных
трансформаторов (ЭИТ) тока и напряжения.Оно даёт следующие преимущества:
 Экономия до 250 мВт и сокращение выбросов СО2 на 150 тонн за 30 лет3
благодаря отсутствию потерь с измерительных трансформаторов;
Комплектное распределительное устройство.
По сравнению с UniGearZS1 на 14 фидеров.
2
3
 Сокращение
сроков
поставки
оборудования, в связи с тем, что
ЭИТ являются складской позицией и
не требуют производства под
проект;
 Сокращается срок ввода объекта в
эксплуатацию, т.к. монтажная
группа избавлена от трудоёмких
работ по монтажу и коммутации
тяжёлых трансформаторов тока и
напряжения (ТТ и ТН);
 Нет необходимости в объёмных
инженерных расчётах для подбора
ТТ и ТН. Это связано тем что ЭИТ
Рис.2. КРУ среднего напряжения
охватывает
весь
диапазон
UniGearDigital
электротехнических параметров, а
так же при изменении электротехнических параметров сети можно
использовать тот же ЭИТ, в отличие от ТТ и ТН.
Ячейка
UniGearDigital
укомплектована интеллектуальными
электронными
устройствами
серииABBRelion. Они отличаются от
аналогов запатентованным блочным
дизайном,
который
позволяет
сократить время на установку,
настройку и тестирование устройства
защиты.
Есть
возможность
монтировать корпуса до поставки
самих аппаратов. Кроме того,
релейная
защита
серии
Рис.3. Интеллектуальные электронные устройства серии
ABBRelionосуществляет
ABBRelion
высокоэффективный обмен GOOSEсигналами (так называемая «горизонтальная связь»). Коммуникация релейной защиты и
автоматики по данному протоколу обеспечивает расширяемость и гибкость системы.
КРУ среднего напряжения UniGearDigital успешно используются в Китае,
Великобритании, Германии, Финляндии и других странах.
Благодаря внедрению «умных» сетей человечество вступит в новую фазу
существования, которая будет характеризоваться гармоничным взаимодействиемс
окружающей средой, улучшением качества жизни и общим экономическим подъёмом.