État de développement et tendances de l’automatisation intégrée des sous-stations

La sous-station est un maillon indispensable et important du système électrique. Elle est responsable des tâches lourdes de conversion et de redistribution de l'électricité et joue un rôle décisif dans l'exploitation économique du réseau électrique. Afin d'améliorer le niveau de fonctionnement stable des sous-stations, de réduire les coûts d'exploitation et de maintenance, d'améliorer les avantages économiques et de fournir des services d'énergie électrique de haute qualité aux utilisateurs, une technologie d'automatisation complète pour les sous-stations a commencé à émerger et a été largement utilisée.

L'automatisation complète de la sous-station consiste à appliquer la technologie informatique et la technologie de communication moderne aux équipements secondaires de la sous-station (y compris le contrôle, le signal, la mesure, la protection, les dispositifs automatiques et les dispositifs de télécommande, etc.), et à mettre en œuvre une surveillance et une mesure automatiques de la sous-station via combinaison fonctionnelle et contrôle et coordination de conception optimisés, ainsi que des systèmes d'automatisation complets tels que la communication de répartition. Réaliser une automatisation complète des sous-stations peut améliorer le niveau de fonctionnement économique du réseau électrique, réduire les investissements dans les infrastructures et fournir un moyen de promouvoir les sous-stations sans surveillance. Le développement rapide de la technologie informatique, des technologies de l’information et de la technologie des réseaux a conduit au progrès d’une technologie d’automatisation complète dans les sous-stations. Ces dernières années, avec le développement des systèmes de mesure électrique numériques (tels que les transformateurs photoélectriques ou les transformateurs électroniques), des équipements électriques intelligents et des technologies de communication associées, le système d'automatisation intégré des sous-stations évolue vers la numérisation.

I. Principales fonctions du système d'automatisation intégré de la sous-station

Les fonctions de base du système d'automatisation intégré de la sous-station se reflètent dans les fonctions des six sous-systèmes suivants :

1. Sous-système de surveillance ;

2. Sous-système de protection des relais ;

3. Sous-système de contrôle complet de tension et de puissance réactive ;

4. Sous-système de contrôle de délestage basse fréquence du système électrique ;

5. Sous-système de contrôle de commutation automatique de l'alimentation de secours ;

6. Sous-système de communication.

Cette partie est relativement riche en contenu, et il existe de nombreux documents qui l'expliquent en détail, cet article n'entrera donc pas dans les détails.

II. Système d'automatisation de sous-station traditionnel

1. Structure du système

À l'heure actuelle, les structures des systèmes intégrés d'automatisation de sous-stations au pays et à l'étranger sont classées dans les trois types suivants sur la base d'idées de conception [1] :

(1) Centralisé

Utilisez des ordinateurs de différentes qualités pour étendre leurs circuits d'interface périphériques, collecter de manière centralisée les informations analogiques, de commutation et numériques de la sous-station, effectuer un traitement et des calculs centralisés et compléter la surveillance des micro-ordinateurs, la protection des micro-ordinateurs et certaines fonctions de contrôle automatique. Ses caractéristiques sont : des exigences élevées en matière de performances informatiques, une évolutivité et une maintenabilité médiocres, et adaptées aux sous-stations moyennes et petites.

(2) Distribué

Répartis en fonction des objets surveillés ou des fonctions système de la sous-station, plusieurs CPU fonctionnent en parallèle et la technologie réseau ou les méthodes série sont utilisées pour mettre en œuvre la communication de données entre les CPU. Le système distribué est facile à étendre et à entretenir, et les pannes locales n'affectent pas le fonctionnement normal des autres modules. Ce mode peut être utilisé pour le regroupement d'écrans centralisé ou le regroupement d'écrans partagés lors de l'installation.

(3) Distribution décentralisée

Chaque unité d'acquisition de données, unité de contrôle (unité d'E/S) et unité de protection dans la couche de baie est installée localement sur l'armoire électrique ou à proximité d'autres équipements. Chaque unité est indépendante les unes des autres et est uniquement interconnectée via le réseau de communication et est connectée à l'unité principale de mesure et de contrôle au niveau de la sous-station. communication. Les fonctions pouvant être réalisées au niveau de la travée ne dépendent pas du réseau de communication, comme les fonctions de protection. Le réseau de communication est généralement une fibre optique ou une paire torsadée, qui comprime au maximum les équipements secondaires et les câbles secondaires, économisant ainsi les investissements en construction technique. L'installation peut être soit dispersée dans chaque compartiment, soit centralisée ou regroupée hiérarchiquement des écrans dans la salle de contrôle. Il se peut également qu'une partie se trouve dans la salle de contrôle et que l'autre partie soit dispersée sur l'armoire électrique.

2. Problèmes existants

Le système d'automatisation intégré de la sous-station a obtenu de bons résultats d'application, mais il existe également des inconvénients, principalement reflétés dans : 1. L'échange d'informations entre le primaire et le secondaire continue le mode de câblage par câble traditionnel, qui est coûteux et peu pratique dans la construction et la maintenance ; 2. La partie collecte de données secondaires est largement répétée, ce qui gaspille des ressources ; 3. La normalisation de l'information est insuffisante, le partage d'informations est faible, plusieurs systèmes coexistent et l'interconnexion entre les appareils et entre les appareils et les systèmes est difficile, formant des îlots d'informations et rendant difficile l'application globale de l'information ; 4. Lorsqu'un accident se produit, une grande quantité d'informations d'alarme d'événement apparaîtra, sans mécanisme de filtrage efficace, ce qui interfère avec le jugement correct du défaut par les opérateurs en service.

III. Sous-station numérique

Les sous-stations numériques constituent la prochaine étape dans le développement de l’automatisation des sous-stations. Le « Plan de développement scientifique et technologique du « onzième plan quinquennal » de Power Grid Company a clairement indiqué qu'au cours de la période du « onzième plan quinquennal », des sous-stations numériques seront étudiées et des stations de démonstration seront construites. 2, et il existe actuellement des sous-stations numériques. Achevé et mis en service, comme la sous-station numérique 110 kV de Fuzhou Convention and Exhibition Transformation.

1. Concept de sous-station numérique

La sous-station numérique fait référence à une sous-station dans laquelle les processus de collecte, de transmission, de traitement et de sortie des informations sont entièrement numériques. Ses caractéristiques de base sont un équipement intelligent, un réseau de communication et un fonctionnement et une gestion automatisés.

Les sous-stations numériques présentent les principales caractéristiques suivantes :

(1) Équipement principal intelligent

Équipements primaires intelligents tels que transformateurs électroniques et commutateurs intelligents (ou commutateurs traditionnels avec bornes intelligentes) utilisant une sortie numérique. Le dispositif principal et le dispositif secondaire échangent des valeurs d'échantillonnage, des quantités d'état, des commandes de contrôle et d'autres informations par transmission par fibre optique d'informations codées numériquement.

(2) Mise en réseau des équipements secondaires

Le réseau de communication est utilisé pour échanger des informations telles que des valeurs analogiques, des valeurs de commutation et des commandes de contrôle entre appareils secondaires, et les câbles de commande sont éliminés.

(3) Automatisation du système de gestion des opérations

Des systèmes d'automatisation tels que des systèmes d'analyse automatique des pannes, des systèmes de surveillance de l'état de santé des équipements et des systèmes de contrôle programmés doivent être inclus pour améliorer le niveau d'automatisation et réduire la difficulté et la charge de travail d'exploitation et de maintenance.

2. Principales caractéristiques techniques des postes numériques

(1) Numérisation de la collecte de données

Le signe principal d'une sous-station numérique est l'utilisation de systèmes de mesure électrique numériques (tels que des transformateurs photoélectriques ou des transformateurs électroniques) pour collecter des paramètres électriques tels que le courant et la tension 3 afin d'obtenir une isolation électrique efficace des systèmes primaires et secondaires et d'augmenter la dynamique. plage de mesure des grandeurs électriques et améliore la précision de mesure, fournissant ainsi une base pour réaliser la transformation de la redondance conventionnelle des dispositifs de sous-station en redondance des informations et l'application de l'intégration des informations.

(2) Distribution hiérarchique du système

Le développement des systèmes d'automatisation des sous-stations a connu une transition de centralisé vers distribué. La plupart des systèmes d'automatisation de sous-stations distribuées hiérarchiques de deuxième génération utilisent une technologie de communication réseau mature et des protocoles d'interconnexion ouverts, qui peuvent enregistrer les informations sur les équipements de manière plus complète et améliorer considérablement la vitesse de réponse du système. La structure du système d'automatisation de sous-station numérique peut être physiquement divisée en deux catégories, à savoir les équipements primaires intelligents et les équipements secondaires en réseau ; en termes de structure logique, il peut être divisé en « couche de processus » et « couche de baie » selon la définition de la norme de communication IEC61850. "", "couche de contrôle de station" à trois niveaux. La communication réseau à haut débit est utilisée au sein et entre chaque niveau.

(3) Mise en réseau de l'interaction de l'information et intégration des applications de l'information.

Les sous-stations numériques utilisent de nouveaux transformateurs numériques de faible puissance au lieu de transformateurs conventionnels pour convertir directement la haute tension et le courant élevé en signaux numériques. L'échange d'informations s'effectue entre les appareils du site via des réseaux à haut débit. Les appareils secondaires ne disposent pas d'interfaces E/S avec des fonctions en double. Les dispositifs fonctionnels conventionnels deviennent des modules fonctionnels logiques pour réaliser le partage de données et de ressources. À l'heure actuelle, la norme IEC61850 a été déterminée au niveau international comme norme de communication pour l'automatisation des sous-stations.

De plus, la sous-station numérique intègre les informations et optimise les fonctions des dispositifs du système secondaire dispersés d'origine, de sorte qu'elle puisse éviter efficacement la duplication des configurations matérielles dans les problèmes de surveillance, de contrôle, de protection, d'enregistrement des défauts, de mesure et de comptage des problèmes de sous-stations classiques tels que car le non-partage d’informations et les coûts d’investissement élevés se produisent.

(4) Fonctionnement intelligent de l'équipement

Le nouveau système secondaire du disjoncteur haute tension est établi à l'aide de micro-ordinateurs, de technologies électroniques de puissance et de nouveaux capteurs. L'intelligence du système de disjoncteur est réalisée par le système secondaire contrôlé par micro-ordinateur, l'IED et le logiciel intelligent correspondant. Des commandes de protection et de contrôle peuvent être transmises. Le réseau de fibre optique atteint le système de circuit secondaire de la sous-station non conventionnelle, permettant une interface numérique avec le mécanisme de commande du disjoncteur.

(5) État de maintenance de l'équipement

Dans les sous-stations numériques, les données sur l'état de fonctionnement du réseau électrique et les informations sur les défauts et les actions de divers dispositifs IED peuvent être obtenues efficacement pour obtenir une surveillance efficace du fonctionnement et de l'état de la boucle de signal. Il n'y a presque aucune unité fonctionnelle non surveillée dans les sous-stations numériques, et il n'y a aucun angle mort dans la collecte des caractéristiques de l'état des équipements. La stratégie de maintenance des équipements peut passer d'une « maintenance régulière » des équipements de sous-station conventionnels à une « maintenance conditionnelle », améliorant ainsi considérablement la disponibilité du système.

(6) Le principe de mesure du LPCT et l'apparence de l'instrument d'inspection

Comme mentionné précédemment, le LPCT est en fait un transformateur de courant électromagnétique avec des caractéristiques de faible puissance de sortie. Dans la norme CEI, il est répertorié comme une forme de mise en œuvre de transformateur de courant électronique, représentant un transformateur de courant électromagnétique. Une direction de développement avec de larges perspectives d’application. Étant donné que la sortie du LPCT est généralement fournie directement aux circuits électroniques, la charge secondaire est relativement faible ; son noyau est généralement constitué de matériaux hautement perméables magnétiquement tels qu'un alliage microcristallin, et la précision de mesure peut être atteinte avec une section transversale de noyau plus petite (taille du noyau). exigences.

(7) Compactage de la structure du système et normalisation de la modélisation

Le système de mesure électrique numérique présente les caractéristiques de petite taille et de légèreté. Il peut être intégré au système d'appareillage intelligent, et la combinaison fonctionnelle et la disposition des équipements peuvent être optimisées en fonction du concept de conception mécatronique de la sous-station. Dans les sous-stations haute tension et ultra haute tension, les unités d'E/S des dispositifs de protection, les dispositifs de mesure et de contrôle, les enregistreurs de défauts et autres dispositifs automatiques font partie des équipements intelligents primaires, réalisant la conception proche du processus des IED ; dans les sous-stations moyenne et basse tension Les dispositifs de protection et de surveillance peuvent être miniaturisés, compacts et entièrement installés sur l'armoire électrique.

IEC61850 établit la norme de modélisation pour les systèmes électriques et définit un modèle d'information unifié et standard ainsi qu'un modèle d'échange d'informations pour les systèmes d'automatisation de sous-station. Son importance se reflète principalement dans la réalisation de l'interopérabilité des appareils intelligents, la réalisation du partage d'informations dans les sous-stations et la simplification de la configuration de la maintenance du système et de la mise en œuvre des projets.

3.Norme IEC61850

IEC61850 est une série de normes pour les « réseaux et systèmes de communication de sous-stations » formulées par le groupe de travail TC57 de la Commission électrotechnique internationale. Il s'agit d'une référence standard internationale pour les systèmes d'automatisation de sous-stations basés sur des plates-formes de communication en réseau. Il deviendra également une norme pour les systèmes électriques, des centres de répartition aux sous-stations, en passant par les sous-stations et les systèmes de distribution. La norme de communication pour une connexion transparente de l'automatisation électrique devrait également devenir la norme de communication de contrôle industriel pour la plate-forme de communication réseau universelle.

Par rapport au système de protocole de communication traditionnel, la norme IEC61850 présente techniquement les caractéristiques exceptionnelles suivantes : 1. Utiliser la technologie de modélisation orientée objet ; 2. Utiliser des systèmes distribués et en couches ; 3. Utiliser l'interface de service de communication abstraite (ACSI) et la technologie SCSM de cartographie de service de communication spéciale ; 4 utilise la technologie MMS (Manufacture Message Spécification) ; 5 a l’interopérabilité ; 6 a une architecture ouverte et tournée vers l’avenir.

VI. Conclusion

L'application de systèmes d'automatisation de sous-stations dans notre pays a obtenu des résultats très significatifs et joue un rôle important dans l'amélioration du niveau de fonctionnement économique du réseau électrique. Actuellement, avec le développement continu de nouvelles technologies, des sous-stations numériques font leur apparition. Par rapport aux sous-stations traditionnelles, les sous-stations numériques présentent les avantages suivants : réduction du câblage secondaire, amélioration de la précision des mesures, amélioration de la fiabilité de la transmission du signal, évitement des problèmes tels que la compatibilité électromagnétique, la surtension de transmission et la mise à la terre à deux points provoqués par les câbles, et résolution des problèmes entre les équipements. Problèmes d'interopérabilité, diverses fonctions de la sous-station peuvent partager une plate-forme d'informations unifiée, évitant ainsi la duplication des équipements et améliorant encore le niveau d'exploitation et de gestion automatisées. La sous-station numérique est la direction de développement de la technologie d'automatisation des sous-stations.

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