Цифровая подстанция (ЦПС) – автоматизированная подстанция, оснащенная взаимодействующими в режиме единого времени цифровыми информационными и управляющими системами и функционирующая без присутствия постоянного дежурного персонала.

Термин «Цифровая подстанция» (ЦПС) обозначает особое (цифровое) построение и взаимодействие технологических систем подстанции (таких как РЗА, АСУ ТП, АИИС КУЭ и т.д.) внутри каждой системы, между системами, а также между системами и первичным оборудованием.

Работа и управление такими подстанциями базируется на программно-техническом комплексе цифровой подстанции (ПТК ЦПС), разделенном на структурные уровни (процесса, присоединения и подстанции), которые объединяются между собой посредством сегментов локально-вычислительной сети Ethernet.

Достоинствами оптимального построения цифровой ПС являются:
- значительно меньшее общее количество и номенклатура оборудования в составе ПТК, что снижает объем профилактического обслуживания, сокращает время восстановления работоспособности и
- требуемые объемы ЗИП;
- сокращение времени поставки и затрат на поставку ЗИП за счет использования вычислительных и коммуникационных средств общего назначения (серверов) в составе системы, которые имеют более
- низкую стоимость по сравнению со специальными, при более высокой производительности;
- снижение объемов и частоты периодических проверок за счет организации более оптимального планирования профилактических и необходимых восстановительных работ

Недостатками применения ЦПС могут появиться в случае применения не оптимального ПТК с дублированием, что приведет к увеличение стоимости оборудования.
Кроме того, остро встает вопрос кибербезопасности.

подробнее - здесь (https://elensis.ru/2019/04/20/цифровые-подстанции/)

---

PS
общие знания будут полезны проектировщикам электросетей
приведены примеры уже построенных ЦПС в России.
очень актуальное и востребованное проектирование.
ниже приведена структура и ЦПС.

Старт цифровой трансформации электросетей, заданный июньской энергетической стратегией страны 2020 , по сути, меняет традиционный баланс технической достаточности и экономической целесообразности уровня оборудования в силовых сетях, и отнюдь не в пользу последней, во всяком случае в отношении сроков окупаемости.

Так, силовую сеть любого объекта уже в ближайшей перспективе придется интегрировать с автоматической системой управления (АСУ) с собственными или совместными (по высокочастотной связи через силовой кабель) каналами телекоммуникации, программно-аппаратным комплексом, оборудование дооснащать датчиками, контроллерами управления и т. д., причем, в рамках долгосрочного инвестирования, со сложно прогнозируемым экономическим эффектом.

В свою очередь, в направлении «очистки» силовой сети от искажений параметров качества электроэнергии для эффективной работы всего цифрового комплекса оборудования и средств, традиционный подход к оценке целесообразности экономии электроэнергии по окупаемости капитальных вложений становится неактуальным как минимум на этапе цифровой трансформации. Т. е. сейчас придется инвестировать в средства компенсации реактивной мощности, локализации гармонических возмущений вне зависимости от их сроков окупаемости, а минимальные объемы вложений будут определяться технической достаточностью этих средств для выполнения поставленных задач в условиях цифровой сети.

На чем экономить при нивелировании перетоков реактивной мощности в цифровых сетях низкого и среднего напряжения?
Если абстрагироваться от маркетинговой демагогии, то любая цифровая сеть — та же силовая с дополнительным сегментом целевых электронных технических средств, коммуникаций, дооснащенная датчиками, контроллерами, точечно модернизированная, но в целом использующая тот же пакет оборудования, обеспечивающий функциональность объекта и выполнение производственно-технологического процесса.

Автоматически, без модернизации пролонгируются в цифровую сеть эксплуатируемые технические средства, приборы, оборудование фоновых режимов, в том числе неавтоматические (нерегулируемые) конденсаторные блоки, модули, установки, работающие по демпфированию постоянной потребности в реактивной мощности, а также шунтирующие реакторы и пассивные L-C-фильтры, «срезающие» наброс токов гармоник первых порядков.

Т. е. менять нерегулируемую конденсаторную установку, батарею, компенсирующие конденсаторы фоновых режимов при их наличии на объекте не нужно, а если до перехода на «цифру» использовались только автоматические УКРМ, то снизить мощность и стоимость тиристорных УКРМТ можно за счет интеграции в установку нерегулируемой конденсаторной батареи с мощностью, определенной по результатам энергоаудита силовой сети. Аналогично целесообразно снизить мощность и стоимость активных фильтров гармоник путем применения L-C-контуров для демпфирования гармонических искажений первых порядков с большой амплитудой.

Новые направления разработки технических средств компенсации реактивной мощности
Ключевые требования к техническим средствам компенсации реактивной мощности (на фундаментальной частоте) — оперативность отклика на управляющие сигналы программно-аппаратного комплекса АСУ и максимально возможная плавность регулирования генерации реактивной энергии.

Применение бесконтактных полупроводниковых вентилей (тиристорных ключей) позволяет повысить скорость отклика до одной коммутации в период промышленной частоты без бросков тока и перенапряжений, что перекрывает текущие требования ПАО «Россети» к оперативности реакции на управляющие сигналы и уровню искажений параметров качества электроэнергии в цифровых сетях. Вместе с тем, de facto, в тиристорных УКРМТ частота коммутации ступеней ограничивается скоростью разряда конденсаторной батареи или конденсатора, модуля, выступающего в роли ступени, причем тем сильнее, чем больше их емкость (и, соответственно, мощность).

С другой стороны, УКРМТ с 2-мя ступенями имеет 3 варианта генерации мощности (1;2;1:2), с тремя — 7 вариантов (1;1:2;1:3;2;2:3;3;1:2:3), с 4-мя уже 15 — 1;2;3;4;1:2;1:3;1:4;2:3;2:4;3:4;1:2:3;1:2:4;1:3:4;2:3:4;1:2:3:4) и т. д. То есть при правильном проектировании «наборки» конденсаторов (или блоков, модулей, батарей) и оптимизации зоны нечувствительности, можно обеспечить почти плавное дискретное регулирование генерации реактивной мощности.

Безусловно, «дробление» мощности и переход на условно «бесступенчатую» генерацию реактивной энергии ведет к применению большего числа конденсаторов, а значит и укрупнению сборок (с учетом нормированных зазоров между элементами для эффективного теплоотвода). Вместе с тем использование принудительного охлаждения в шкафах дает возможность более компактно размещать конденсаторы, а многовариантность генерации УКРМТ при управлении контроллером с современным программным обеспечением позволит обеспечить эффективную компенсацию реактивной мощности практически (условно) без рисков пере- или недокомпенсации.

Источник: Завод конденсаторных установок «МИРКОН» (https://www.mircond.com/)

Чем цифровая подстанция отличается от обычной подстанции?

Даже наличие современных микропроцессорных устройств РЗА и электронных приборов учета электрической энергии не делает обычную подстанцию цифровой подстанцией. Ведь для обслуживания такой подстанции требуется оперативный персонал.

Чтобы понять, что же такое цифровая подстанция, обратимся к стандарту ПАО «Россети» СТО 34.01-21-004-2019. Определение дано в пункте 3.27. Цифровая подстанция: Автоматизированная подстанция, оснащенная взаимодействующими в режиме единого времени цифровыми информационными и управляющими системами и функционирующая без присутствия постоянного дежурного персонала.

ЦПС отличает высокая степень автоматизации и наличие информационных и управляющих систем, объединенных в одну сеть. Все процессы обмена информацией и управления работой отдельных элементов ЦПС производятся в цифровом виде на основе универсального стандарта МЭК-61850.

Для перевода аналоговых сигналов, получаемых от оборудования, например, от трансформаторов тока, в цифровую форму используют специальные преобразователи — устройства сопряжения с объектом. Также могут применяться и оптические датчики тока и напряжения, передающие данные в цифровом виде.

Данные от таких датчиков по волоконно-оптическим линиям передаются на коммутаторы, которые, в свою очередь, передают информацию в центр управления сетями (ЦУС) или в региональное диспетчерское управление (РДУ), а также на сервер обработки данных. Также через коммутаторы могут передаваться команды управления оборудованием и для изменения уставок защит.

Внедрение ЦПС позволяет решить вопросы наблюдаемости всех параметров работы оборудования и систем, обеспечить управляемость процессами в режиме реального времени. Кроме того, надежность работы систем обеспечивается функцией самодиагностики.

подробнее - здесь (https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/7675/)

Цифровая подстанция (ЦПС) - подстанция, оборудованная комплексом цифровых устройств (терминалов) для решения задач релейной защиты и автоматики (РЗА) и АСУТП — регистрации аварийных событий (РАС), учёта и контроля качества электроэнергии, телемеханики. Все оборудование общается между собой и центральным сервером объекта по последовательным каналам связи на единых протоколах.

Актуальность использования
Переход к передаче сигналов в цифровом виде на всех уровнях управления подстанцией позволит создать технологическую инфраструктуру для внедрения информационно-аналитических систем, снизить ошибки недоучета электроэнергии, уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты на обслуживание подстанции, а также повысить электромагнитную безопасность и надежность работы микропроцессорных устройств. Внедрение систем, удовлетворяющих стандарту МЭК 61850 «Сети и системы связи на подстанциях», обеспечивает более высокую скорость и безопасность передачи информации, взаимозаменяемость отдельных компонентов системы, повышение надежности системы.

Архитектура цифровых подстанций

А. Уровень процесса
Работа цифровой подстанции основана на архитектуре, которая позволяет проводить эксплуатационные измерения в реальном времени по данным от первичной системы. Эти данные получаются с помощью датчиков, встроенных в первичную систему. Обмен между устройствами, происходит по результатам измерений  базирующихся на "шине процесса". Самое главное в том, что интеллектуальные устройства и системы могут сразу обработать эти оперативные данные в пределах подстанции.

B. Защита и контроль
Устройства между шиной процесса и станционной шиной исторически определены как "вторичное оборудование". В цифровой подстанции эти устройства являются интеллектуальными электронными устройствами, которые взаимодействуют с потоками через шину процесса и также с равноуровневыми устройствами в стойках терминалов, с другими терминалами и цифровой системой управления через шину станции.

C. Объекты контроля станции
Некоторые объекты на подстанции могут требовать обмена всеми или частью этих предварительно обработанных данных. Одна или несколько рабочих станций, руководствуясь инструкциями (указаниями) региональных диспетчеров, может использоваться в качестве инженерной для конфигурирования терминалов, или для локальной концентрации и архивации данных энергосистемы. Для онлайн мониторинга состояния могут использоваться специализированные станции предупреждения (сигналов аварии), учитывающих историю по базе данных каждого основного устройства.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ

Переход на цифровые (в основном – оптические) технологии съема информации и передачи команд управления
–    возможность «замены на ходу» источника сигнала и тем самым – повышение надежности функционирования релейных защит;
–    увеличение быстродействия (не требуется защита «от дребезга», уменьшение времени срабатывания исполнительной части за счет оптических IGBT-модулей, уменьшение времени выявления аварийного режима);
–    улучшение условий в части безопасного производства работ и электромагнитной совместимости (благодаря оптическим связям нет выноса потенциала с ОРУ);
–    развитие средств и методов непрерывной диагностики (контроль деградации характеристик, контроль готовности к выполнению операций, контроль метрологических характеристик);
–    расширение количества функций, реализуемых в каждом терминале;
–    перенос части расчетно-диагностических задач в интерфейсные модули (Smart-IED).

Двухэтапность реализации ЦПС

Этап №1: Использование существующего основного оборудования, к которому добавляется интерфейсный цифровой интеллектуальный модуль (как правило, размещаемый в помещении) на базе IEC 61850-8.1 и IEC 61850-9.2. Возможно корректировка состава и типа применяемых датчиков. Получение опыта эксплуатации. Разработка всей номенклатуры устройств РЗА, ПА, измерений с интерфейсами IEC 61850-8.1 и IEC 61850-9.2.

Этап №2: Существенная модернизация основного электрооборудования с интеграцией в него специализированных цифровых необслуживаемых датчиков, полевых контроллеров, твердотельных исполнительных модулей. Расширение объема задач, выполняемых интерфейсным модулем. Доработка всех компонентов ЦПС с учетом опыта эксплуатации.

подробнее - здесь (https://www.ruscable.ru/article/Tsifrovaya_podstantsiya__vazhnyj_element_intellektualynoj_energosiste/#:~:text=Цифровая%20подстанция%20(ЦПС)%20-%20подстанция%2C,каналам%20связи%20на%20единых%20протоколах)