Современные мировые тенденции развития систем РЗА Г. Нудельман (ОАО «ВНИИР») Москва мая 2012 г. X X I конференция «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России –2012» 1

ПЕРВЫЕ ИТОГИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МП РЗА Обеспечение надежной и устойчивой работы Единой национальной электрической сети (ЕНЭС) в значительной мере связано с функционированием релейной защиты, предназначенной осуществлять с высоким быстродействием селективную автоматическую ликвидацию повреждений и анормальных режимов в электрической части энергосистем. Важнейшую роль в работе электроэнергетической системы играет также противоаварийная автоматика. Практически семнадцатилетний опыт эксплуатации интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) – микропроцессорных (МП) терминалов показал преимущества и широкие возможности новой технологии реализации устройств РЗА. Выявлены также определенные «узкие» места и проблемные вопросы, которые надлежит взвешенно изучить для того, чтобы успешно решить их. 2

КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА Концепция развития - это рельсы по которым движется отрасль. Концепция будущего развития РЗА, несколько лет тому была представлена в отчете, выполненном по заданию ФСК ЕЭС. В 2011г. в журнале ЭПиР была опубликована статья, касающаяся развития систем РЗА в ближайшее 10 -лет. Статья, в основном, базировалась на материалах сессии СИГРЭ 2010 г, согласно которым отмечалось: развитие РЗА должно учитывать тенденции развития автоматизации подстанций (АП). А это значит, что стратегическое направление развития РЗА и ПА должно рассматриваться в совокупности со смежными системами. В свою очередь, отмечалось также, что для того, чтобы понять, как будет развиваться РЗА и АП, нужно рассмотреть, как будет развиваться сама электроэнергетическая система, каковы будут тенденции и итоговые требования к энергетическим компаниям. 3

КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА Изучение материалов по РЗА ряда конференций и коллоквиумов, проводимых под эгидой СИГРЭ, отечественных форумов и журнальных публикаций показывает, что Вектор развития РЗА и АП остается тем же и учитывает 3 базовых положения: БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ; ГИБКАЯ СВЯЗЬ ЯВЛЯЕТСЯ ГЛАВНОЙ ОСОБЕННОСТЬЮ БУДУЩИХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ; ДОЛЖЕН ОБЕСПЕЧИВАТЬСЯ ЦЕЛОСТНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ РЕШЕНИЙ. 4

КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА Изменения в энергосистеме – большая проблема для работы самой энергосистемы. Эффективность существующих решений в области релейной защиты электроэнергетических систем снижается в связи с происходящими в энергосистемах изменениями: внедрением распределенной генерации, появлением устройств продольной компенсации, вставок постоянного тока, фазоповоротных трансформаторов. В новых условиях более целесообразным оказывается применение адаптивной защиты, т.е. защиты, автоматически «подстраивающейся» под режимы функционирования энергосистемы. Наиболее важный вопрос – это обеспечение хорошего запаса устойчивости энергосистемы и предотвращение системных отключений. Для этого необходимо иметь не только намного больше информации от всех узлов энергосистемы, но также и скоординированные действия значительно большего числа центров управления ЭЭС. Все эти задачи требуют быстрой, адаптивной и селективной реакции, чтобы справиться с любой ситуацией посредством соответствующих автоматических воздействий 5

КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА Несмотря на выявленные недоработки стандарта IEC и некоторую "свободу", допускаемую при принятии решений, которая затрудняет интеграцию в систему разных производителей, внедрение стандарта стало привычным делом, и число публикаций по этой тематике явно сократилось (всего 4 из 30 докладов, представленных на конгресс CIGRE 2012). Практически отсутствуют также доклады по идеологии SMART GRID (хотя еженедельно в той или иной стране проходят конференции и курсы по этой теме). 6

КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА На первый план выступают вопросы организации удаленного доступа и кибербезопасности, автоматизированного получения и анализа данных, своевременного реагирования на изменение режима с использованием интеллектуальных электронных устройств ПС. Все эти вопросы так или иначе вытекают из задач SMART GRID. В перспективе развитие энергосистем потребует дальнейшего совершенствования систем автоматического восстановления подстанций с использованием коммуникационных сетей и организацией высокоскоростного обмена данными на подстанции применительно к усовершенствованным электрическим сетям будущего. В центре внимания должны быть вопросы выполнения нового поколения интеллектуальных подстанций. 7

КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА Необходимость Автоматизированного мониторинга энергетических систем связана с тремя основными факторами, которые характерны для электросетей 21-го века: а) масштабное развертывание интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) создало большое количество данных записей в нормальных, аварийных режимах и при отказах ИЭУ; б) увеличение нагрузки энергосистемы с приближением к предельным значениям, которые могут привести к нежелательным последствия, таким как каскадные повреждения; в) экономическое условия, обусловливающие необходимость в полной мере использовать активы в оптимальных режимах и экологически чистым способом. 8

БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ Микропроцессорная технология в будущем останется определяющей технологией на уровне присоединения. Потребности обработки «в реальном времени», так же как тяжелые условия эксплуатации (например, EMC), будут в будущем приводить к использованию различных встраиваемых устройств. Дальнейшее развитие технологии идет в сторону увеличения характеристик работы процессора (несколько сотен МГц), большего размера памяти и более высокой плотности памяти, высокой разрешающей способности и быстрого аналогово-цифрового преобразования (например, 24-битовое разрешение). 9

БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ Дополнительной движущей силой, направленной на совершенствование интеллектуальных устройств станет быстро развивающаяся технология коммуникации. Вследствие такого развития, а также новых структур, ЭЭС станет более разнородной, однако классические интерфейсы, такие как дискретные сигналы, а также измерительные преобразователи все еще будут востребованы для обновления и ремонта. При новом строительстве будут реализовываться преимущества новых технологий, особенно применение каналов связи от присоединения до уровня подстанции. 10

БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ Разнообразие требований диктует изготовителям устройств разработку гибкой архитектуры программной и аппаратной части, оптимально отвечающей на изменяющиеся условия. Объединение РЗА и коммуникационных схем призвано в корне изменить как саму систему РЗА, так и её роль в системе управления. Необходимые функциональные возможности отбираются в зависимости от требований и назначаются на соответствующее устройство. Это приводит к дальнейшей функциональной интеграции. Функциональная Интеграция не означает, что все функции должны всегда содержаться в одном устройстве. В зависимости от условий и требований, функциональные возможности могут быть объединены по-разному. 11

БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ На практике функциональная интеграция означает, что в отдельных терминалах защиты распределены дополнительные функции, такие как мониторинг, повышенная точность измерения, ОМП и др. Современным техническим решением должна стать эффективная связь с системой управления, между устройствами или с PDC (phasor data concentrator). 12

ГИБКАЯ СВЯЗЬ - ГЛАВНАЯ ОСОБЕННОСТЬ БУДУЩИХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ Предполагается, что почти все устройства, в том числе и используемые в распределительных сетях, будут обеспечивать быстрые интерфейсы связи Ethernet. Существующая последовательная связь с устройством «Мастер», заменится на связь, основанную на IP, поэтому уже через несколько лет последовательная связь будет использоваться только для обслуживания/ремонта/восстановления устройств. В IP - инфраструктуре, устройство действует как сервер, который передает свои данные одному или более клиентам. Через быстрые интерфейсы Ethernet многие протоколы и сервисы могут быть переданы параллельно. В такой же манере, сервер выполняет различные задачи в сети в соответствии со своими функциональными возможностями как поставщик данных. Это позволяет автономно выполнять функции защиты и мониторинга и затем предоставить результаты различным системам. 13

ГИБКАЯ СВЯЗЬ - ГЛАВНАЯ ОСОБЕННОСТЬ БУДУЩИХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ IEC является больше чем просто протоколом управления на подстанции. Это – стандарт, который всесторонне определяет функции, данные и системы связи в сетях электроэнергетики. Развитие сетевых технологий Доступность сетевых компонентов является предпосылкой для использования протоколов IP и в пределах подстанции и вне подстанции. Синхронизм и соответствие реальному времени в сети. Кибербезопасность как основа безопасной работы сетей. По причине использования сетевых технологий, безопасность в пределах сети становится критичной задачей. Необходимо всесторонне учитывать возможные отрицательные последствия широкого распространения сетевых технологий и разработать действенные меры защиты от преднамеренных деструктивных воздействий. Необходимо расширение и уточнение в части кибербезопасности стандартов МЭК и МЭК 62351; 14

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦЕЛОСТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И УНИВЕРСАЛЬНОСТИ РЕШЕНИЙ Системы передачи и распределения энергии становятся большими и все более и более связанными. Чтобы лучше распознать тенденцию развития, необходимо оглянуться на существующее положение дел, и увидеть четкое разделение релейной защиты и коммуникационных схем. Новые стандарты, такие как вторая редакция стандарта IEC 61850, объединяют этот мир и обе стороны получают гибкость и комплексность. Объединение РЗА и коммуникационных схем призвано в корне изменить как саму систему РЗА, так и её роль в системе управления. Двойное резервирование портов, тщательно применённое, приведет к новой коммуникационной архитектуре АП. Коммуникация согласно МЭК между подстанциями позволит реализовать схемы защиты линии с устройствами различных производителей, а также улучшенные схемы защиты и автоматики за пределами подстанции. 15

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦЕЛОСТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И УНИВЕРСАЛЬНОСТИ РЕШЕНИЙ Нетрадиционные измерительные трансформаторы (NCIT), и соответствующая шина процесса с MU, уже эксплуатируемые на некоторых пилотных объектах, станут привычными для новых подстанций и при модернизации. Автономные подключаемые модули (SAMU) будут преобразовывать сигналы от CIT в стандартные посылки. Поэтому гибридные подстанции с произвольной комбинацией NCIT и CIT, и при наличии и при отсутствии шины процесса будут нормально работать. Синхронизация отсчётов с точностью 1 мкс через Ethernet становится обычным свойством.. Интерфейсы, интегрированные в коммутационное оборудование, в результате приведут к появлению первых интеллектуальных или поддерживающих МЭК выключателей и разъединителей. 16

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦЕЛОСТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И УНИВЕРСАЛЬНОСТИ РЕШЕНИЙ В материалах предстоящего конгресса СИГРЭ 2012 Содержатся предложения изменить требования к ИЭУ: - увеличить вычислительный ресурс ИЭУ для обеспечения кибербезопасности в части шифрования/дешифровки выходных/входных сообщений; - реализовать несколько уровней доступа к ИЭУ (ограниченный доступ, доступ для контроля, полный доступ). Одним из важных результатов использования стандарта МЭК стала возможность усовершенствования алгоритмов реализации функций РЗА и самих систем РЗА, обеспечивающая повышение надежности. Примером является предлагаемый нами подход к реализации токовой дифференциальной защиты линии, связывающей возобновляемый источник генерации с ЭЭС. 17

ЗАКЛЮЧЕ НИЕ Стратегическое направление развития РЗА и ПА должно рассматриваться в совокупности со смежными системами. Развитие РЗА и ПА идет по пути реализации преимуществ и широких возможности новой технологии. Будущее за интеллектуальными и многофункциональными устройствами. Объединение РЗА и коммуникационных схем призвано в корне изменить как саму систему РЗА, так и её роль в системе управления. успешное внедрение «умных» ЭЭС, глобальных распределенных систем мониторинга, защиты и управления требует решения проблемы КИБЕРБЕЗОПАСНОСТИ. Современные мировые тенденции развития систем РЗА 18

Современные мировые тенденции развития систем РЗА СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ Тел. +7 (495) ; +7 (8352)