Chociaż podstacje cyfrowe są koncepcją stosowaną w branży energetycznej od pewnego czasu, ich przyjęcie było utrudnione przez takie czynniki, jak przestarzałe procesy, przepisy, konserwatywne podejście i ograniczona wiedza; jednak fala się odwraca, a podstacje cyfrowe zyskują obecnie na popularności.
Czym różnią się one od starszych lub konwencjonalnych podstacji? Cyfrowe podstacje wykorzystują czujniki i dane w czasie rzeczywistym do obsługi zdalnego monitorowania i sterowania, umożliwiają cyfrową komunikację i promują wydajne, rentowne systemy zasilania.
Z naszego punktu widzenia, oto pięć najcenniejszych korzyści, jakie podstacje cyfrowe zapewniają przedsiębiorstwom użyteczności publicznej.
1. Ich wdrożenie kosztuje mniej
W porównaniu ze starszymi lub konwencjonalnymi podstacjami, podstacje cyfrowe mogą być bardziej wydajne pod względem kosztów i czasu instalacji. Dlaczego? Ponieważ znacznie zmniejszają zależność od okablowania miedzianego.
Zazwyczaj podstacje elektryczne opierają się na wielu kilometrach kabli miedzianych oraz tysiącach zakończeń do obsługi systemów sterowania i komunikacji punkt-punkt, takich jak wyłączniki, przekładniki prądowe, przekładniki napięciowe i przekaźniki zabezpieczające.
Ewolucja podstacji jest napędzana przez rosnący proces cyfryzacji, ułatwiony przede wszystkim przez powszechne przyjęcie normy IEC 61850. Postęp ten obejmuje nie tylko wykorzystanie magistrali stacyjnej, ale także integrację magistrali procesowej. Magistrala procesowa obejmuje instalację urządzeń cyfrowych, takich jak jednostki łączące i jednostki interfejsu procesowego, w rozdzielni. Urządzenia te przesyłają istotne dane do inteligentnych urządzeń elektronicznych (IED) znajdujących się w sterowni. Transmisja danych jest ułatwiona dzięki szybkim światłowodowym sieciom Ethernet.
W rezultacie cyfrowe podstacje opierają się głównie na łączności światłowodowej w celu wsparcia cyfryzacji systemów przesyłu i dystrybucji energii. Upraszcza to projektowanie infrastruktury podstacji i drastycznie zmniejsza ilość potrzebnego okablowania miedzianego. Przykładowo, szacujemy, że w małej lub średniej podstacji można zredukować ilość miedzi o prawie 30 km (ponad 18 mil) i zastąpić ją zaledwie 1,5 km (lub mniej niż milą) światłowodu.
2. Są bezpieczniejsze w zarządzaniu
Cyfrowe podstacje znacznie zwiększają bezpieczeństwo, ograniczając zagrożenia elektryczne występujące w konwencjonalnych podstacjach.
W konwencjonalnych podstacjach wykorzystanie miedzi do przesyłania sygnałów ze stacji rozdzielczej do sterowni stwarza potencjalne zagrożenie dla bezpieczeństwa - zwłaszcza w przypadku podłączenia przekładników prądowych i napięciowych. Każdy miedziany przewód niesie ze sobą ryzyko porażenia prądem.
W podstacjach cyfrowych przekładniki prądowe i napięciowe są zastępowane przekładnikami LPIT (low-power instrument transformers), które zapewniają większe bezpieczeństwo i niezawodność. W przeciwieństwie do tradycyjnych przekładników, LPIT nie mają wyjścia sygnału elektrycznego; zamiast tego przesyłają zmierzone prądy i napięcia do w pełni cyfrowego licznika energii.
Jedną z istotnych zalet podstacji cyfrowych jest eliminacja połączeń elektrycznych między urządzeniami wysokiego napięcia a systemami zabezpieczeń i sterowania. Zmniejszenie liczby punktów połączeń elektrycznych minimalizuje ryzyko narażenia pracowników na działanie prądu elektrycznego. Obniżając potencjalne ryzyko, cyfrowe podstacje mogą przyczynić się do zmniejszenia kosztów pracy związanych z niebezpiecznym środowiskiem pracy.
3. Pomagają przekształcić dyspozytornie podstacji w mikro centra danych
Dyspozytornie podstacji mają stać się mikro centrami danych, które zawierają własne komputery, pamięć masową, sieć, zasilanie, chłodzenie i inną infrastrukturę dla danych obciążeń roboczych. Cyfrowe podstacje są czynnikiem umożliwiającym tę transformację.
Mikro centra danych mogą pomóc przedsiębiorstwom użyteczności publicznej obniżyć koszty i szybko skalować się w górę lub w dół. Przenosząc przetwarzanie brzegowe do świata rzeczywistego i bliżej źródeł danych, pozwoli to dyspozytorniom na szybsze wdrażanie i mniejsze opóźnienia.
4. Ułatwiają konserwację
Urządzenia takie jak przekaźniki, zabezpieczenia i panele sterowania znajdujące się w sterowni podstacji mają typową żywotność od 10 do 15 lat. Po tym czasie nadchodzi czas na modernizację sprzętu. Cyfrowa podstacja sprawia, że modernizacja i wymiana sprzętu jest szybsza i łatwiejsza, a także umożliwia zdalne zarządzanie. Czasy przestojów ulegają znacznemu skróceniu, wraz z ryzykiem dla personelu konserwacyjnego.
Mniej urządzeń jest podłączonych na stałe do sieci, a dokumentacja konserwacyjna jest cyfrowa i łatwo dostępna.
Prosta i otwarta architektura podstacji cyfrowej sprawia również, że przyszła rozbudowa jest łatwiejsza, szybsza i bardziej opłacalna.
5. Zapewniają dostęp do danych w czasie rzeczywistym
Cyfrowe podstacje zapewniają zakładom energetycznym możliwość przechwytywania, wykorzystywania i przesyłania dokładnych danych w czasie rzeczywistym, w przeciwieństwie do starszych podstacji, które oferują ograniczony dostęp do takich informacji. Te dane w czasie rzeczywistym umożliwiają zakładom energetycznym skuteczne monitorowanie i kontrolowanie stabilności sieci oraz szybkie reagowanie na warunki panujące w sieci.
Umożliwia to lepszą wizualizację na poziomie lokalnym i centrum sterowania, zwiększając świadomość systemu i jego odporność. Daje to również zakładom energetycznym głębszy dostęp do ich zdigitalizowanych systemów i elastyczność w standaryzacji danych we wspólnym modelu danych opartym na języku konfiguracji stacji (SCL) IEC 61850.