Комплекс RTDS для моделирования цифровых подстанций в реальном времени

Важное место в цифровой ПС занимают нетрадиционные измерительные трансформаторы, имеющие ряд преимуществ по сравнению с обычными измерительными трансформаторами тока и напряжения. Достоинствами нетрадиционных трансформаторов являются большая, чем у традиционных ТТ точность и отсутствие насыщения, например за счет использования катушек Роговского. Их вес и размер значительно снижены вследствие уменьшения требуемого количества объема трансформаторной стали и трансформаторного масла или полного отказа от него. Специальные объединяющие устройства (Merging Units MU) и независимые объединяющие устройства (Stand Alone MU SAMU) будут использоваться в случаях, когда нетрадиционные трансформаторы имеют собственный особый протокол или при невозможности отказа от классических измерительных трансформаторов. Передача всей цифровой информации о токах и напряжениях к устройствам защиты и автоматики осуществляется по шине процесса в соответствии с протоколом МЭК 61850-9-2.

Наиболее важные дискретные сигналы между вторичными устройствами, например, информация о блокировке, межрелейные и межблочные сигналы управления, передаются посредством, так называемых, GOOSE сообщений, которые имеют более высокий приоритет, чем остальная информация. С другой стороны, требования к релейной защите, системе управления и автоматизации ПС, а также требования к функционированию систем управления в нормальных и аварийных условиях остаются неизменными, а значит, их проверка должна осуществляться надлежащим образом.

Проверка оборудования энергосистем посредством комплекса цифрового моделирования реального времени является хорошо известным и зарекомендовавшим себя методом, который обеспечивает:

• для поставщиков: высокое качество продукции и быстрый выход на рынок,
• для научно-исследовательских предприятий: повышение эффективности и сокращение сроков выполнения работ,
• для эксплуатирующих организаций: надежное и хорошо протестированное оборудование, сокращение времени опытной эксплуатации оборудования.

Конечно же ожидается, что такой симулятор будет отвечать современным требованиям к моделированию энергосистем и цифровых ПС. Компания RTDS Technologies Inc. (Канада) выпустила специальный коммуникационный модуль (GTNET) для комплекса моделирования RTDS, обеспечивающий как обмен информацией внутри симулятора, так и связь с самыми современными видами вторичного оборудования для цифровых ПС.

На рисунке 1 представлен пример схемы подключения комплекса RTDS к современным устройствам РЗА для цифровых ПС. Требуемые виды исследуемых энергосистем симулируются посредством хорошо зарекомендовавших себя моделей и методов. Измеряемые значения токов и напряжений в местах подключения реле преобразуются в цифровые коды соответствующими модулями GTNET-SV и передаются по шине процесса на входы проверяемых устройств РЗА. Информация о положениях выключателей, а также команды на отключение и прочие команды от реле и к реле защиты передаются в виде GOOSE сообщений через шину GTNET-GSE. Таким образом, в режиме реального времени производится моделирование работы всей цифровой ПС с замкнутой обратной связью, учитывающей реакции моделируемой энергосистемы на сигналы управления, формируемые проверяемыми устройствами РЗА.

Модуль GTNET обеспечивает связь в реальном времени с комплексом RTDS посредством Ethernet соединения. GTNET использует различные виды микропрограмм для разных протоколов IEEE C37.118, IEC 61850 GOOSE, IEC 61850-9-2 Sampled Values, DNP, а также микропрограммы для воспроизведение длительных COMTRADE файлов, хранящихся на жестком диске ПК. Самые последние решения поддерживают также протокол МЭК 60870-5-104, что позволяет использовать комплекс RTDS для проверки SCADA систем, применяющих этот специальный протокол. Рассмотрим эти микропрограммы подробнее.

Микропрограмма GTNET SV формирует сообщения о мгновенных значениях токов и напряжений моделируемой энергосистемы в соответствии с требованиями протокола МЭК 61850-9-2. Для синхронного формирования потока мгновенных значений, модуль GTNET может синхронизоваться по ежесекундным импульсам (1PPS), поступающим по коаксиальному или волоконно-оптическому кабелям. Как альтернатива, модуль GTNET может сам формировать сигнал 1PPS для синхронизации испытуемых устройств РЗА.

Рисунок 1. Схема подключения комплекса RTDS к цифровым РЗА по шине процесса и шине подстанции с использованием плат GTNET

Новый комплект GTNET_SV9_v5 позволяет формировать одновременно два потока данных, состоящих из 4 каналов тока и 4 каналов напряжения в каждом, со скоростью 80 выборок за период, либо формировать один поток со скоростью до 256 выборок за период. Модуль может также быть сконфигурирован на прием данных мгновенных значений с одного устройства векторных измерений (4 х U и 4 х I) с любым значением выборок на период (80 или 256). При этом используется модуль GTSYNC для синхронизации шага моделирования с внешним источником времени.

Микропрограмма GTNET GSE позволяет обмениваться информацией о состояниях 64 входных и 64 выходных дискретных сигналов между симулятором RTDS и восьмью устройствами РЗА, работающими по МЭК61850 . Поддерживаются два вида сообщений GSSE (UCA GOOSE) и GOOSE, но невозможна их одновременная поддержка от одного модуля GTNET. SCD редактор используется для создания и редактирования SCL файлов, необходимых при конфигурировании МЭК 61850. Микропрограмма GTNET-GSE версии 4.3 прошла испытания и сертифицирована в КЕМА в ноябре 2009 года. КЕМА является независимым испытательным центром с уровнем А-1, уполномоченным UCA Users Group для выполнения официальных испытаний на совместимость с IEC 61850 и выдачу свидетельств UCA.

Микропрограмма GTNET PMU для проверки устройств векторных измерений (PMU устройств) необходима для любого приложения PMU, будь то простые системы визуализации и регистрации или более сложные системы обработки в реальном времени. Функции PMU реализованы на оборудовании РЗА многих производителей. Эти функции могут быть встроены в реле защиты, регистраторы аварийных процессов, или для их реализации могут быть использованы отдельные завершенные устройства. Комплекс RTDS может симулировать работу устройства PMU, что позволяет использовать данные от PMU для проведения неограниченных по продолжительности исследований колебаний энергосистем, расхождения фазовых углов, ухода частоты и изменения напряжения. Другие идеи применения PMU включают в себя мониторинг сети, определение различных уставок, оценку состояния системы и управление при перегрузках и прочем. Модуль GTNET может моделировать до восьми устройств PMU, каждый из которых имеет независимые компоненты симметричных составляющих, трехфазный набор мгновенных значений напряжений и токов.

Модуль GTNET подключается к вычислительному модулю PB5 через порты ввода/вывода GTIO. Выход GTNET-PMU синхронизирован с внешним сигналом 1PPS или сигналом IEEE 1588, поступающего с модуля GTSYNC. Любое из восьми устройств PMU формирует посылки со скоростью до 240 кадров в секунду, а также поддерживает посылки формата IEEE C37.118.2 и используется как отличный инструмент для проверки физических устройств сбора данных (PDC).

Заключение

На сегодняшний день цифровые ПС предъявляют особые требования для инженеров различного профиля. С другой стороны, остаются требования по эксплуатации аналогичных ПС, на базе классических решений или может быть даже выше. Комплексы RTDS включают в себя новейшие разработки и обеспечивают выполнение самых высоких требований, выдвигаемых научно-исследовательскими и производственными предприятиями, проектными организациями для достижения общей цели: создания высоконадежных цифровых ПС и совершенствования энергосистем.