Praktisk vejledning til intelligent understationsautomatisering i elektricitetsforsyning

Understationautomationsystemet (SAS), som navnet antyder, er kendt for sin evne til at erstatter manuelle operatør-opgaver med automatiserede funktioner. Automatiserede operationer spiller en afgørende rolle i sikring af sikkert og pålideligt drift af elektrisk strømtransmission og -distribution. Dets funktioner inkluderer, men er ikke begrænset til, overvågning, dataindsamling, beskyttelse, kontrol og fjernkommunikation.

Tidligere blev kun Remote Terminal Units (RTUs) anvendt som mellemled mellem elektrisk strømskifteudstyr på processniveau i understationer og netværksstyringssystemet hos virksomheder til formål af langdistancesurveillance (se figur 1 nedenfor).

Disse enheder er udstyret med flere ind- og udgange, der fungerer som kommunikationsgrænseflader til fjerne netværkskontrolcentre. Remote Terminal Units (RTUs) og Network Control Center (NCC) sammen danner Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA), som vist på figur 1.

Der findes flere bemærkelsesværdige specifikke funktioner i understationautomationsystemet:

• Spændingsomformering kontrol (Load Tap Changer Control)

• Udstyrbeskyttelse for busser, linjer, forsyningslinjer, transformatorer, generatorer og andet udstyr.

• Implementering af automatiserede låsninger og skiftereklamper.

• Overførsel af overvågningsdata til kontrolcentret.

• Løsning af strømsystemfejl enten lokalt eller fjernstyringsmæssigt.

• Opbygning af kommunikation med andre understationer (intra-understation) og regionale kontrolcentre.

For eksempel koordineres mange funktioner i Understationautomationsystemet (SAS) for automatisk at genvinde fra udstyrsfejl eller kortslutningsfejl. Disse funktioner involverer flere enheder, med deres ansvarsfordeling mellem primært udstyr (som kredsløbsbrydere, transformatorer, måletransformatorer osv.) og sekundært udstyr (som beskyttelsesspire, mergeenheder, intelligente elektroniske enheder).

Figur 1 - Understationautomationsystemet: Arkitektur af klassiske SCADA-systemer

Dermed bliver kablings- og ledningsforbindelser mellem disse enheder og udstyr komplekse, hvilket kræver betydelig indsats og tid for vedligeholdelse, reparation, udvidelse eller ændringer. Bestræbelser er gjort for at reducere mængden af kabler og ledninger ved at implementere serielle kommunikationsnetværk på forskellige niveauer i understationshierarkiet. Disse initiativer har ført til proprietære løsninger udviklet af understationsudstyrsleverandører.

Store virksomheder, herunder nonprofitgrupper som Utility Communication Architecture (UCA), der består af understationsudstyrsleverandører og utilitybrugere, arbejder aktivt på at forbedre kommunikation i understationer. De gør dette ved at deltage i udviklingen af internationale standarder for at forbedre funktionskompatibilitet og foreslå arkitekturer, der tilbyder højere netværksbåndbredde. Målet er at forbedre kommunikationens pålidelighed både inden for understationer og mellem forskellige understationer.

Understationautomationshierarkiet i SAS er kategoriseret baseret på teknologiske implementeringer. Understationautomationsystemet omfatter tre niveauer: stationniveau, bayniveau og processniveau (som illustreret på figur 2). Disse niveauer kan bruges til at opnå diverse funktioner. Med hensyn til tekniske specifikationer vil dimensionerne af et understationautomationsystem (SAS) i ekstra høvspændings-transmissionsunderstationer være større sammenlignet med de i høvspændings-distributionsunderstationer.

I moderne understationer er bayniveauet en almindelig egenskab, selvom konceptet af bayniveau ikke var anerkendt i begyndelsen af SAS.

Typisk måler sensorer yderst store strøm- og spændingsmængder. Strøm- og spændingstransformatorer (CTs/VTs) anvendes til at konvertere store mængder strøm og spænding til standardiserede værdier, som derefter fødes ind i relæindgange. Skalerede værdier svarer typisk til 5A (1A i Europa) for strøm og 120 Volt for spænding. I essensen implementerer beskyttelsesrelæer eller moderne intelligente elektroniske enheder beskyttelseslogikken.

Figur 2 - Strukturen af et understationautomationsystem, der viser station, bay og processniveauer

Disse enheder detekterer og måler elektriske strøm- og spændingsniveauer for at beregne bestemte værdier, der overvåges af beskyttelseslogikken, såsom elektrisk strøm på de to forskellige sider af en Ekstra Høvspænding (EHV)/Høvspænding (HV)-transformator. Når en parameter overstiger en angivet værdi (pickup-indstilling), vil beskyttelseslogikken handle i henhold til en foruddefineret række trin eller et programmeret styringsalgoritme. Typisk sendes en trip-signal til den relevante kredsløbsbryder for at isolere en linje eller bus, når der opstår et problem.