変電所統合自動化の開発状況と動向

変電所は電力システムに不可欠かつ重要なリンクです。電力変換と電力再分配という重労働を担っており、電力網の経済的な運用において決定的な役割を果たしています。変電所の安定稼働レベルを向上させ、維持管理コストを削減し、経済効果を向上させ、需要家に高品質な電力サービスを提供するために、変電所の包括的な自動化技術が登場し始め、広く普及しています。

総合的な変電所自動化とは、コンピュータ技術と最新の通信技術を変電所の二次設備（制御、信号、測定、保護、自動装置、遠隔制御装置などを含む）に適用し、変電所の自動監視と測定を実装することです。機能の組み合わせ、最適化された設計の制御と調整、およびディスパッチ通信などの包括的な自動化システム。変電所の包括的な自動化を実現すると、送電網の経済的な運用レベルが向上し、インフラ投資が削減され、変電所の無人化を促進する手段が提供されます。コンピュータ技術、情報技術、ネットワーク技術の急速な発展により、変電所における総合的な自動化技術が進歩しました。近年、光電変圧器や電子変圧器などのデジタル電気計測システムやインテリジェント電気機器、関連通信技術の発展により、変電所の統合自動化システムはデジタル化が進んでいます。

I. 変電所統合自動化システムの主な機能

変電所統合自動化システムの基本機能は、次の 6 つのサブシステムの機能に反映されています。

1. 監視サブシステム。

2. リレー保護サブシステム。

3. 電圧および無効電力総合制御サブシステム。

電力システムの低周波負荷遮断制御サブシステム ５．

5. 待機電源自動切替制御サブシステム。

6. 通信サブシステム。

この部分は比較的内容が豊富で、詳細に説明している文献も多数あるため、この記事では詳しく説明しません。

II.従来の変電所自動化システム

1. システム構成

現在、国内外の統合変電所自動化システムの構造は、設計思想に基づいて次の 3 つのタイプに分類されています [1]。

(1) 集中化

さまざまなグレードのコンピュータを使用して、周辺インターフェース回路を拡張し、変電所のアナログ、スイッチング、およびデジタル情報を集中収集し、集中処理および計算を実行し、マイコン監視、マイコン保護およびいくつかの自動制御機能を完了します。その特徴は、コンピュータの高いパフォーマンス要件、拡張性と保守性が低いこと、そして中小規模の変電所に適していることです。

(2) 分散型

変電所の監視対象やシステム機能に応じて分割され、複数のCPUが並列動作し、CPU間のデータ通信にはネットワーク技術やシリアル方式が使用されます。分散システムは拡張と保守が容易で、局所的な障害が他のモジュールの通常の動作に影響を与えることはありません。このモードは、インストール中に集中画面グループ化または分割画面グループ化に使用できます。

(3) 分散型配信

ベイ層の各データ収集、制御ユニット (I/O ユニット)、および保護ユニットは、スイッチ キャビネット上または他の機器の近くにローカルに設置されます。各ユニットは互いに独立しており、通信ネットワークを通じてのみ相互接続され、主変電所レベルの測定および制御ユニットに接続されます。コミュニケーション。ベイレベルで完結できる機能は、保護機能など通信ネットワークに依存しません。通信ネットワークは通常、光ファイバーまたはツイストペアであり、二次機器と二次ケーブルを最大限に圧縮し、エンジニアリング建設への投資を節約します。設置は各コンパートメントに分散することも、制御室の画面を集中化または階層的にグループ化することもできます。また、一部が制御室にあり、もう一方の部分が配電盤上に散らばっている場合もあります。

2.既存の問題点

変電所統合自動化システムは良好な適用結果を達成しているが、主に次の点に反映される欠点もあります。 1. 一次側と二次側の間の情報交換は依然として従来のケーブル配線モードを継続しており、コストが高く、建設とメンテナンスが不便です。 2. 二次データ収集部分の大部分が繰り返されるため、リソースが無駄になります。 3. 情報の標準化が不十分で、情報共有が低く、複数のシステムが共存し、機器間および機器とシステム間の相互接続が困難であり、情報の島を形成し、情報を包括的に適用することが困難である。 4. 事故が発生すると、大量のイベントアラーム情報が表示されますが、有効なフィルタリングメカニズムが欠如しているため、勤務中のオペレータによる故障の正確な判断が妨げられます。

Ⅲ．デジタル変電所

デジタル変電所は、変電所自動化開発の次の段階です。 「パワーグリッド社の『第11次5カ年計画』科学技術発展計画」には、「第11次5カ年計画」期間中にデジタル変電所の検討と実証局の建設が明記されている。 2、そして現在デジタル変電所があります。福州会展変電110kVデジタル変電所などを完成、運用開始。

1. デジタル変電所の概念

デジタル変電所とは、情報の収集、送信、処理、出力のプロセスが完全にデジタル化されている変電所を指します。基本的な特徴は、インテリジェント機器、通信ネットワーク、自動運用管理です。

デジタル変電所には次の主な機能があります。

(1) インテリジェント主要機器

デジタル出力を使用する電子変圧器やインテリジェント スイッチ (またはインテリジェント端子を備えた従来のスイッチ) などのインテリジェントな主要機器。プライマリ装置とセカンダリ装置は、デジタル符号化された情報を光ファイバ伝送することにより、サンプリング値、状態量、制御コマンドなどの情報を交換します。

(2) 二次機器のネットワーク化

通信ネットワークは、二次装置間でのアナログ値、スイッチング値、制御コマンドなどの情報の交換に使用され、制御ケーブルが不要になります。

(3) 運用管理システムの自動化

自動化のレベルを向上させ、運用と保守の困難さと作業負荷を軽減するには、自動障害分析システム、機器の健全性状態監視システム、プログラム制御システムなどの自動化システムを組み込む必要があります。

2. デジタル変電所の主な技術的特徴

(1) データ収集の電子化

デジタル変電所の主な兆候は、デジタル電気測定システム (光電変圧器や電子変圧器など) を使用して電流や電圧 3 などの電気パラメータを収集し、一次システムと二次システムの効果的な電気絶縁を達成し、動的電力を増加させることです。電気量の測定範囲の拡大と測定精度の向上により、従来の変電機器の冗長化から情報の冗長化や情報統合の応用を実現する基盤となります。

(2) システムの階層分散

変電所自動化システムの開発は、集中型から分散型への移行を経験しました。第 2 世代の階層型分散変電所自動化システムのほとんどは、成熟したネットワーク通信技術とオープン相互接続プロトコルを使用しており、機器情報をより完全かつ大幅に記録できるため、システムの応答速度が向上します。デジタル変電所自動化システムの構造は、物理的に 2 つのカテゴリ、つまりインテリジェントな一次機器とネットワーク化された二次機器に分類できます。論理構造的には、IEC61850通信規格の定義に従って「プロセス層」と「ベイ層」に分けることができます。 「ステーション制御層」の3層であり、各層内および各層間で高速なネットワーク通信が行われます。

(3) 情報連携のネットワーク化と情報アプリケーションの統合

デジタル変電所は、従来の変圧器の代わりに、低電力の新しいデジタル変圧器を使用して、高電圧と大電流をデジタル信号に直接変換します。情報交換は、高速ネットワークを介してサイト内のデバイス間で行われます。セカンダリ デバイスには、重複した機能を持つ I/O インターフェイスがありません。従来の機能デバイスは論理的な機能モジュールとなり、データとリソースの共有を実現します。現在、変電所自動化通信規格として国際的にはIEC61850が決定されています。

さらに、デジタル変電所は情報を統合し、元々散在していた二次システムのデバイスの機能を最適化するため、従来の変電所の問題である監視、制御、保護、障害記録、測定、計量装置におけるハードウェア構成の重複を効果的に回避できます。情報が共有されず、多額の投資コストが発生するためです。

(4) 機器のインテリジェントな運用

マイコン、パワーエレクトロニクス技術、新センサーを活用し、新たな高圧遮断器二次系を構築。サーキットブレーカーシステムのインテリジェンスは、マイクロコンピュータ制御の二次システム、IED、および対応するインテリジェントソフトウェアによって実現されます。保護および制御コマンドを渡すことができます。光ファイバー ネットワークは、従来とは異なる変電所の 2 次回路システムに到達し、回路ブレーカーの動作メカニズムとのデジタル インターフェイスを可能にします。

(5) 設備の保守状況

デジタル変電所では、電力網の動作状態データやさまざまな IED デバイスの障害および動作情報を効果的に取得して、動作および信号ループの状態を効果的に監視できます。デジタル変電所には監視されていない機能ユニットがほとんどなく、機器の状態特性の収集に死角がありません。設備保全方針を従来の変電設備の「定期保全」から「条件保全」に変更することで、システムの可用性が大幅に向上します。

(6) LPCTの測定原理と検査装置の外観

前述したように、LPCT は実際には低出力特性を備えた電磁変流器です。 IEC規格では電磁変流器を代表する電子変流器の実装形態として記載されています。幅広いアプリケーションの見通しを備えた開発の方向性。 LPCT の出力は通常、電子回路に直接提供されるため、二次負荷は比較的小さくなります。そのコアは通常、微結晶合金などの透磁性の高い材料で作られており、より小さなコア断面積（コアサイズ）で測定精度を満たすことができます。要件。

(7) システム構造の圧縮とモデリングの標準化

デジタル電気計測システムは小型・軽量という特徴を持っています。インテリジェント開閉装置システムに統合でき、変電所のメカトロニクス設計コンセプトに合わせて機能の組み合わせや機器のレイアウトを最適化できます。高電圧および超高圧変電所では、保護装置、測定および制御装置、障害記録装置、およびその他の自動装置の I/O ユニットが主要なインテリジェント機器の一部であり、IED のプロセスに近い設計が実現されています。中電圧および低電圧の変電所での保護および監視デバイスは小型化、コンパクト化され、配電盤に完全に設置できます。

IEC61850 は電力システムのモデリング標準を確立し、変電所自動化システムの統一された標準情報モデルと情報交換モデルを定義します。その重要性は主に、インテリジェントデバイスの相互運用性の実現、変電所での情報共有の実現、システムメンテナンスの構成とプロジェクトの実装の簡素化に反映されています。

3.IEC61850規格

IEC61850は、国際電気標準会議のTC57作業部会によって策定された「変電所通信ネットワークおよびシステム」に関する一連の規格です。これは、ネットワーク通信プラットフォームに基づく変電所自動化システムの国際標準規格です。また、指令センターから変電所、変電所内、配電システムに至る電力システムの標準にもなるでしょう。電気オートメーションのシームレスな接続のための通信規格は、ユニバーサルネットワーク通信プラットフォームの産業用制御通信規格になることも期待されています。

従来の通信プロトコル体系と比較して、IEC61850 は技術的に次のような優れた特徴を持っています。 1. オブジェクト指向モデリング技術を使用します。 2. 分散型および階層型システムを使用します。 3. 抽象通信サービス インターフェイス (ACSI) および特別な通信サービス マッピング SCSM テクノロジを使用します。 4 MMS (製造メッセージ仕様) テクノロジーを使用します。 5 相互運用性があります。 6 は未来志向のオープン アーキテクチャを採用しています。

VI.結論

我が国における変電所自動化システムの適用は非常に大きな成果を上げており、送電網の経済的運用レベルの向上に重要な役割を果たしています。現在、新技術の継続的な開発により、デジタル変電所が出現しています。従来の変電所と比較して、デジタル変電所には、二次配線の削減、測定精度の向上、信号伝送の信頼性の向上、電磁両立性、伝送過電圧、ケーブルによる2点接地などの問題の回避、機器間の問題の解決などの利点があります。相互運用性の問題では、変電所のさまざまな機能が統一された情報プラットフォームを共有できるため、機器の重複が回避され、自動化された運用と管理のレベルがさらに向上します。デジタル変電所は、変電所自動化技術の開発方向です。

ウェシャイン電機製造株式会社