Примена на технологијата за БПА во секвенцијалните контролни операции на подстанции

Со напредокот на технологиите за паметни мрежи, секвенцијалното управување (автоматско преклопување базирано на SCADA) во подстанциите стана основна техника за осигурување стабилна операција на системот за енергија. Иако постојачките технологии за секвенцијално управување биле широко применети, предизвици поврзани со стабилноста на системот при комплексни услови на работа и интероперабилноста на опремата остануваат значајни. Технологијата на безпилотните летелици (UAV) - карактеризирана со својата ловкост, подвигливост и капацитет за инспекција без контакт - нуди иновативно решение за оптимизација на операциите на секвенцијално управување. 

Дубоката интеграција на функции базирани на UAV, како што се аеријан патрул и реално време премагување на условии, во традиционалните системи за секвенцијално управување, може ефективно да надмине ограничувањата на рачните операции, дозволувајќи прецизно, реално време перцепција на состојбата на опремата и значително зголемувајќи како надежноста, така и нивото на интелигенција на секвенцијалното управување. Исследувањето на примените на UAV во секвенцијалното управување во подстанции има значителна практична важност за напредокот на развојот на паметните мрежи.

1.Преглед на операциите на секвенцијално управување во подстанции
1.1 Дефиниција
Секвенцијалното управување во подстанции се однесува на автоматската, чекор по чекор извршување на серија на операции со електрична опрема според предодредени процедури и логички правила преку систем за автоматско управување. Како пример, при пренос на бус (преклопување): традиционално, операторите мораат рачно да управуваат прекинувачи, дисјункции и друга опрема еден по еден. Според тоа, со секвенцијално управување, операторите само мораат да издадат една целосна команда од работната станица за надзор; системот потоа автоматски и точно извршува целиот ред - како што е прекинување на прекинувач на линија следено со отварање на поврзани дисјункции - значително ја поедноставува работната процедурата.

1.2 Технички принципи
Секвенцијалното управување во подстанции се заснова на интегриран систем за автоматско управување составен од клучни компоненти вклучувајќи го надзорниот хост, единици за мерење и управување, и интелигентни терминали. Надзорниот хост служи како интерфејс помеѓу човек и машината, прими команди од операторите и ги конвертира во извршувачки контролни сигнали. Единиците за мерење и управување непрекинато собираат реално време оперативни податоци - како што се стрuja, напон и положение на опремата - давајќи како ситуативна свест на операторите, така и критични входи за декизија на секвенцијална логика. Интелигентните терминали директно се интерфецираат со основната опрема за извршување на операции со преклопување и комуницираат со единици за мерење/управување и друга опрема преку влакна или кабели, осигурувајќи брзо и точно пренесување на податоци за поддршка на безбедно и ефикасно извршување на секвенцијалното управување.

1.3 Преимущества
1.3.1 Подобренa оперативна ефикасност
Во традиционалните операции во подстанциите, процедурите за преклопување страдаат од забележливи неефикасности. На пример, при 220 kV пренос на бус, персоналот мора многу пати да се движи меѓу боксовите за да провери ID-еви на опремата, да потврди состојби и рачно да управува прекинувачи и дисјункции. Зборов за лимитациите на човечката способност, една целосна операција типично бара 2–3 часа, потрошувaјќи значително количина на работна сила и носејќи унутрешни ризики од грешки кои влијаат на ефикасноста на мрежата.

Со еволуцијата на технологии за паметни мрежи, системите за секвенцијално управување нудат трансформативен пристап. По примирање на команда од задната страна на надзорот, системот автоматски извршува целата последователност - вклучувајќи ги верификацијата на состојба на опремата, валидацијата на билетот за работа и командите за преклопување - со брзина на милисекунди според предпрограмирана логика. Полеви податоци покажуваат дека користејќи го секвенцијалното управување, временото за пренос на 220 kV бус се намалува до под 20 минути - повеќе од 80% подобрување според традиционалните методи. Овој променлив го подобрува флексибилитетот на операцијата на мрежата, дозволувајќи брза реконфигурација при флуктуации на нагузба и значително скратувајќи продолжителноста на прекинување при грешки, со тоа подобрувајќи надежноста и квалитетот на доставата на енергија.

1.3.2 Подобренa оперативна безбедност
Рачните операции во подстанциите се изложени на многу непредвидливи човечки фактори што предизвикуваат скриени ризици од безбедност. Бдителноста на операторите е критична; умор од ноќни смени, на пример, може да доведе до погрешно читање на етикети или извршување на чекори во погрешен редослед. Поради тоа, нивоата на вештини варираат меѓу персоналот - новите запослени се многу помалку познати со комплексните процедури од искуствениот персонал - што зголемува можноста за грешки. Непотполни статистики покажуваат дека стотици случаи на повреди на опремата во подстанциите и инциденти на мрежата годишно произлегуваат од човечка грешка.

Секвенцијалното управување го установува силниот барьер на безбедност. Пред извршувањето, вградената логика за валидација ригорозно проверува секој чекор според предодредени правили за безбедност и електрична интерлокирање. Само кога се исполнети сите услови, системот продолжува. На пример, при енергирање на линија, системот автоматски ги верификува состојбите на прекинувачите и дисјункциите; ако се детектира некоја аномалија, операцијата се спира моментално и се активира аларма. Ова ги предизвика сериозни грешки како отварање на дисјункција под нагузба или затворање на земјишниот прекинувач додека е енергиран, основно ја намалува можността за повреда на опремата и инциденти на мрежата, и гарантира подобро, постабилно функционирање на подстанциите.

1.4 Тековна статус на примена
Како Кина продолжува да напредува со својата иницијатива за паметни мрежи, секвенцијалното управување стана темел во модерните операции на подстанциите. Во новоизградени подстанции, интелигентните принципи на дизајн сега се стандард, со секвенцијалното управување интегрирано како основен функционален модул. На пример, во источната Кина, степенот на усвојување на секвенцијалното управување во нови подстанции во последните пет години достигна 95%. Во економски развити градови како Шенжен и Шангај, покривноста надминува 80% за подстанции со 220 kV и повисок напон, значително го подобрува ефикасноста и безбедноста на регионалната мрежа.

Меѓутоа, и модернизацијата на постарите подстанции со интелигентни можности се напредува стабилно. Во северната Кина, 20-годишна 110 kV подстанција беше успешно обновена со функционалност за секвенцијално управување преку замена на интелигентни I/O единици и модернизација на надзорниот систем, значително го подобри оперативната ефикасност и надежност.

Меѓутоа, како што секвенцијалната контрола се зголемува, техничките бутлеки во комплексни сценарија стануваат очигледни. Под екстремни временски услови, повреди на повеќе линии или изненадни колебании на напонот, системот мора да обработува масивни реални податоци и да ги извршува сложени логики, што може да доведе до забрзувања во одговор, застој во логиката или дури и до грешки во акциите. Поради тоа, проблемите со интероперабилност помеѓу опремата од различни производители - поради несогласности во комуникациски протоколи, формати на податоци и стандарди за интерфејси - често предизвикуваат аномална трансмисија на податоци или забрзување во одговорите на команди, што ја ослабнува гладкоста и точноста на секвенцијалните операции.

За да се надградат овие предизвици, електроенергетската индустрија ги следи двострани решенија: технолошка иновација и стандардизација. Технички, алгоритмите се оптимизираат за подобрување на обработката на податоци и донесувањето на одлуки под комплексни услови. На фронтот на стандардите, нaporот е фокусиран на унифицирањето на комуникациски интерфејси и протоколи за подобрување на интероперабилноста помеѓу вендери.

Во овој контекст, технологијата на БПА (беспilotни леталa) - која нуди гибка маневреност, разнообразни агли на гледање и неконтактен сензинг - претставува иновативен пат за подобрување на секвенцијалната контрола. Во текот на секвенцијалните операции, БПА-тa можат да извршат реално време динамичко мониторинг на состојба на опремата користејќи многоспектрална слика, инфрачервен термографски и други напредни техники, што овозможува точна придобивка на параметри и брзо детектирање на аномалии. Овој реално време фидбек ефективно поддржува поинтелигентно донесување на одлуки во системите за секвенцијална контрола, подигајќи ги интелигенцијата и надежноста на операциите на електроенергијата.

2. Примена на технологијата на БПА во секвенцијалната контрола на подстанција
2.1 Изградба на 3D реалистичен модел на подстанцијата користејќи технологијата на БПА
Интеграцијата на технологијата на БПА за изградба на високо-веродостоен 3D дигитален двојник на подстанција претставува високо иновативен и практично напредок во секвенцијалната контрола. Оборудувани со камери на висока прецизност, БПА-тa можат да провежуваат целостни аериски прегледи од повеќе висини и агли, зафаќајќи и целиот распоред и фини детали на критичната опрема. Ова генерира богата база на податоци од слики на висока резолуција потребни за точна 3D моделирање. За да се осигура конзистентноста и геометриската точност на податоците, мисиите на летот мора строго да се придружат на специфицираните параметри за работа на БПА, како што се детаљно опишани во Табела 1.

Од овие параметри, висината на летање е поставена на 120 м — висина која гарантира дека ДПВ ја зафаќа целата подстанција додека се одржува соодветна детална јасност. Брзината на летање е контролирана помеѓу 2–5 м/с за да се задржи стабилноста на ДПВ во време на летање и да се спречи замаглувањето на движењето поради премногу брза брзина. Интервалот на експозиција е поставен на 2–3 секунди, што овозможува константна светлина на сликата и надежна квалитет под различни услови на осветлување.

Претходно преклопување од 85% и странично преклопување од 75% гарантираат доволно преклопување помеѓу соседните слики, што обезбедува потребната редунданција за последователна зашивање на слики и 3D моделирање. Фокусното растојание на камерата е од 35 до 50 мм, споено со сензор на висока резолуција од 6,048 × 4,032 пиксели, ефективно зафаќајќи фино детали на различни опреми во подстанцијата. Поради тоа, земјишко узорувано растојание (GSD) од 1,5 см/пиксел гарантува дека секој пиксел точно одговара реалната размера на земјата, значително го подобрува просторната точност.

Со строго следење на овие параметри за летање, ДПВ придобива слики на висок квалитет што, после процесирање низ професионално софтвер за фотограметрија вклучувајќи зашивање, фузија и 3D реконструкција, произведува многу реалистичен и детаљен 3D дигитален двојник на подстанцијата. Овој модел обезбедува интуитивна и точна просторна референтна информација за последователни контролни операции, овозможувајќи операторите да јасно разберат распоредот и состојбата на опремата, темејќи тврда основа за прецизно извршување на автоматски секвенци на превклучување.

2.2 Имплементација на „Двойна потврда“ за положба на преклопувачи во подстанции
Уредот за „двойна потврда“ на преклопувачи служи како важен компонент за верификација на положбата на преклопувачите. Тој користи сензори монтирани директно на главниот механички оперативен механизам за мониторинг на фактичната состојба на преклопувачите. Системот има две микропреклопувачи: вториот микропреклопувач е директно поврзан со сензорот и е одговорен за запишување на истинската физичка положба на леместот на преклопувачот. Забележан сигнал се пренесува преку сензорот до приемникот на сигналите, кој потоа ги пренесува податоците до системот за мерење и контрола на подстанцијата. Овој затворен циклус на пренос на сигнал овозможува реално време, високо-веродостојно детектирање на положбата на преклопувачите, обезбедувајќи надежна потврда на положбата за последователни контролни операции.

Како централна јазел, единицата за мерење и контрола на подстанцијата прима сигнали од првиот микропреклопувач (механичен фидбек) и обработениот сигнал од вториот микропреклопувач (сензорски фидбек). После интеграција и потврдување на овие двојни входи, единицата испраќа консолидирани податоци за состојба до хостот за последователна контрола. Едновремено, анти-грешковиот хост проверува сите команди за операции испратени од хостот за последователна контрола. Само по поминање на оваа анти-грешкова верификација, последователната операција може да продолжи.

Овој механизам на „двойна потврда“ технички елиминира ризици поврзани со неуспех на сигнал или грешка во судењето од една точка, значително подобрувајќи надежноста на детекцијата на положбата на преклопувачите. Во реални сценарија — било тоа во текот на рутински операции за превклучување или во случај на хитна ситуација — двојната потврда на преклопувачите осигурува дека операторите секогаш ќе добијат точни информации за положбата, ефективно спречувајќи грешки во операциите и подобрувајќи безбедноста и стабилноста на системите за последователна контрола.

2.3 Практична применa
Во проектот за експанзија на 110 kV подстанција, интеграцијата на нова опрема во постојниот систем за последователна контрола предизвика големи предизвици — предизвици кои ефективно беа решени преку технологијата на ДПВ. Операторите изразија ДПВ следејќи строги параметри за летање: висина на летање од 120 м обезбеди комплетна покривност на подстанцијата додека се одржуваа деталите на опремата; брзина на летање од 2–5 м/с задржуваше стабилноста на платформата за остри слики; и интервал на експозиција од 2–3 секунди се адаптирале на менувањата на условите на осветлување за да се осигурат висококвалитетни фотографии. Со 85% претходно преклопување и 75% странично преклопување, податочната база обезбеди доволна редунданција за робустна обработка на фотограметријата.

Користејќи напредни техники на фотограметрија и 3D моделирање, високорезолутивните слики на ДПВ беа трансформирани во точен 3D дигитален двојник на подстанцијата. Овој имерзивен просторен модел дозволи оперативниот тим да прецизно анализира просторните односи помеѓу старата и ново инсталираната опрема. Токму во симулацијата на процедурите за последователна контрола, операторите користеле моделот за предварително планирање на оптимални оперативни патишта и прецизно идентификување на целните уреди со точни геопросторни координати — значително намалувајќи времето за употреба на новата опрема.

На практика, овој пристап дозволи проектниот тим да заврши интеграцијата и употребата на системот за последователна контрола три дена предвидени. Ова не само скрати общата временска рамнина на проектот, туку и убрза преходот на подстанцијата кон интелигентна операција, ставајќи тврда основа за неговата долгосрчна безбедна и надежна работа.

Во секојдневните сценарија за последователна контрола и одржуване на оваа 110 kV подстанција, механизмот за „двойна потврда“ на преклопувачите служи како основна заштита за оперативна безбедност и ефикасност, додека технологијата на ДПВ обезбедува силна помошна поддршка. Како пример, во случај на ноќна хитна последователна контролна операција: по издавање на команда за отварање на преклопувач од страна на хостот за последователна контрола, уредот за „двойна потврда“ одма активира својот прецизен механизам за пренос и верификација на сигнал. Двете микропреклопувачи во уредот пренесуваат сигналите за положбата на леместот на преклопувачот во реално време до единицата за мерење и контрола на подстанцијата. Оваа единица интегрира и препроцесира сигналите пред да ги пренесе до хостот за последователна контрола. Едновремено, анти-грешковиот хост прави логичка верификација на командата за операција; само по потврдување на командата како валидна од страна на анти-грешковиот хост, операцијата за отварање може да се изврши.

Токму во овој процес, ДПВ игра многу важна улога. Користејќи своите агилни летни капацитети, ДПВ прави реално време, целокупен мониторинг на опремата во подстанцијата — особено фокусирајќи се на областа на преклопувачите. Додека уредот за „двойна потврда“ работи, ДПВ пренесува жив видео пренос од местото назад до контролната соба, обезбедувајќи операторите дополнителна визуелна референца за да се подобри оперативната точност.

Споредено со традиционалната рачна на-место проверка, овој интегриран пристап го намалува времето на операција од изворните 10 минути до само 3 минути, што значително ја подобрува ефикасноста. Помалку важно, ефективно елиминира ризикот од погрешно судење поради лош осветлување и умор на операторот во време на рачни проверки ноќем.

3.Заклучок
Технологијата на БПА (беспилотни повратни апарати) довела до иновативни преломи во последователните контролни операции на преобразувачките станции. Со конструирање на 3D реалистични модели, ефективно ја подобрува ефикасноста на интеграцијата на нова опрема во системот за последователна контрола и забрзува реализацијата на проектите. Кога работат во синергија со уредите за „дупло потврдување“ на прекинувачите, БПА значително ги подобруваат безопасноста и точноста на операциите со опремата. Како технологијата на БПА продолжува да се развива и посебно се интегрира со системите за последователна контрола, обетува да се надградат предизвици како прилагодливост при комплексни услови на работа и интероперабилност на опремата, непрекинувајќи го напредокот на операциите во преобразувачките станции кон поголема интелигенција и надежност, и давајќи јачка техничка поддршка за стабилна и ефикасна работа на системите за енергија.