МЭК 61850: раздзелы і перавагі стандарту

З развіццём лічбавых тэхналогій у баку не засталіся і вытворцы электратэхнічнага абсталявання. Нягледзячы на наяўнасць міжнароднай класіфікацыі ISO, у Расіі быў распрацаваны уласны стандарт МЭК 61850, які адказвае за сістэмы і сеткі падстанцый.

трохі гісторыі

Развіццё камп'ютэрных тэхналогій не абыйшло бокам сістэмы кіравання электрычнымі сеткамі. Агульнапрыняты сёння стандарт МЭК 61850 першапачаткова быў прадстаўлены ў 2003 годзе, хоць спробы ўкаранення сістэм на гэтай аснове вяліся яшчэ ў 60-х гадах мінулага стагоддзя.

Сутнасць яго зводзіцца да выкарыстання спецыяльных пратаколаў кіравання электрычнымі сеткамі. На іх аснове зараз і вырабляецца адсочванне функцыянавання ўсіх сетак такога тыпу.

Калі раней асноўная ўвага надавалася выключна мадэрнізацыі камп'ютэрных сістэм, якія кантралююць электраэнергетыку, то з укараненнем правілаў, стандартаў, пратаколаў у выглядзе МЭК 61850 сітуацыя змянілася. Галоўнай задачай гэтага Даста стала забеспячэнне маніторынгу з мэтай своечасовага выяўлення непаладак у працы адпаведнага абсталявання.

Пратакол МЭК 61850 і яго аналогі

Сам жа пратакол найбольш актыўна пачаў прымяняцца ў сярэдзіне 80-х гадоў. Тады ў якасці першых тэстоўваных версій выкарыстоўваліся мадыфікацыі МЭК 61850-1, IEC 60870-5 версій 101, 103 і 104, DNP3 і Modbus, якая аказаўся зусім незаможнай.

І менавіта пачатковая распрацоўка легла ў аснову сучаснага пратаколу UCA2, які ў сярэдзіне 90-х гадоў быў паспяхова ужыты ў Заходняй Еўропе.

Як гэта працуе

Спыняючыся на пытанні функцыянавання, варта растлумачыць, што такое пратакол МЭК 61850, для «чайнікаў» (людзей, якія толькі спасцігаюць асновы працы і разумення прынцыпаў зносін з кампутарнай тэхнікай).

Сутнасць складаецца ў тым, што на падстанцыі або энэргастанцыі усталёўваецца мікрапрацэсарнай чып, які дазваляе перадаваць дадзеныя аб стане ўсёй сістэмы непасрэдна на цэнтральны тэрмінал, які ажыццяўляе асноўнае кіраванне.

Перадача дадзеных, якую прадугледжвае ДАСТ Р МЭК 61850, ажыццяўляецца праз высакахуткаснае злучэнне. Груба кажучы, вырабляецца прывязка чыпа да бліжэйшай ЛВС.

Сістэма збору дадзеных DAS (Data Acquisition System) выкарыстоўвае як мінімум 64-бітную перадачу сумесна з адпаведнымі алгарытмамі шыфравання дадзеных.

Але, як паказвае практыка, і гэтыя сістэмы аказваюцца дастаткова уразлівымі. Глядзелі амерыканскія фільмы, калі ў адным з эпізодаў адключаецца энергазабеспячэнне цэлага квартала? Вось яно! Кіраванне электрычнымі сеткамі на аснове пратаколу МЭК 61850 можа быць скаардынавана з любога вонкавага крыніцы (далей будзе зразумела, чаму). А пакуль разгледзім асноўныя сістэмныя патрабаванні.

Стандарт Р МЭК 61850: патрабаванні да сістэм сувязі

Калі раней мелася на ўвазе, што сігнал павінен аддавацца з выкарыстаннем тэлефоннай лініі, сёння сродкі сувязі ступілі далёка наперад. Убудаваныя чыпы здольныя забяспечваць перадачу на ўзроўні 64 Мбіт, з'яўляючыся абсалютна незалежнымі ад правайдэраў, якія прадстаўляюць стандартныя паслугі падключэння.

Калі разглядаць стандарт МЭК 61850 для «чайнікаў», тлумачэнне выглядае досыць проста: чып энергаблока выкарыстоўвае уласны пратакол перадачы дадзеных, а не агульнапрыняты стандарт TCP / IP. Але і гэта яшчэ не ўсё.

Сам стандарт і ёсць пратакол МЭК 61850 перадачы дадзеных з абароненым злучэннем. Іншымі словамі, падключэнне да таго ж інтэрнэту, бесправадной сеткі і т. Д. Ажыццяўляецца вельмі спецыфічным спосабам. У наладах, як правіла, задзейнічаюцца параметры проксі-сервераў, паколькі менавіта такія (хай нават віртуальныя) з'яўляюцца найбольш бяспечнымі.

Агульная вобласць ужывання

Зразумела, што згодна з тым патрабаванням, якія выстаўляе ГОСТ МЭК 61850, усталяваць абсталяванне такога тыпу ў звычайную трансфарматарную будку не атрымаецца (кампутарнаму чыпе там проста месца няма).

Працаваць такая прылада пры ўсім жаданні таксама не будзе. Яму патрэбна як мінімум пачатковая сістэма ўводу / высновы падобна BIOS, а таксама адпаведная камунікатыўная мадэль перадачы дадзеных (бесправадная сетка, правадное абароненае падключэнне і т. Д.).

Затое ў цэнтры кіравання агульнай або лакальнай энергасетках можна атрымаць доступ практычна да ўсіх функцый электрастанцый. У якасці прыкладу, хоць і не самай лепшай, можна прывесці фільм «Зямное ядро» (The Core), калі хакер прадухіляе гібель нашай планеты шляхам дэстабілізацыі энергічна крыніцы, сілкавальнага «запасны» варыянт раскруткі ядра Зямлі.

Але гэта чыстая фантастыка, хутчэй нават віртуальнае пацверджанне патрабаванняў МЭК 61850 (хоць пра гэта прама і не гаворыцца). Тым не менш нават самая прымітыўная эмуляцыя МЭК 61850 выглядае менавіта такім чынам. А бо колькіх катастроф можна было пазбегнуць?

Той жа 4-ы энергаблок Чарнобыльскай АЭС, калі б на ім былі ўсталяваныя сродкі дыягностыкі, якія адпавядаюць стандарту хоць бы МЭК 61850-1, можа быць, і не выбухнуў б. А з 1986 года застаецца толькі пажынаць плён таго, што адбылося.

Радыяцыя - яна такая, што дзейнічае ўтойліва. У першыя дні, месяцы або гады прыкметы прамянёвай хваробы могуць і не праяўляцца, не кажучы ўжо пра перыяды паўраспаду ўрану і плутонію, на што сёння мала хто звяртае ўвагу. А вось інтэграванне тых жа лічыльнікаў Гейгера ў энергастанцый магло б істотна знізіць рызыку знаходжання ў гэтай зоне. Дарэчы, і сам пратакол дазваляе перадаваць такія дадзеныя на праграмна-апаратным узроўні задзейнічанага комплексу.

Методыка мадэлявання і пераўтварэнне ў рэальныя пратаколы

Для самога простага разумення таго, як працуе, напрыклад, стандарт МЭК 61850-9-2, варта сказаць, што ні адзін жалезны провад не можа вызначыць кірунак перадаюцца дадзеных. Гэта значыць патрэбен адпаведны рэтранслятар, здольны перадаваць дадзеныя пра стан сістэмы, прычым у зашыфраваным выглядзе.

Прыняць сігнал, як аказваецца, досыць проста. Але вось каб ён быў прачытаны і расшыфраваны якія прымаюць прыладай, прыйдзецца папацець. На самай-жа справе, каб расшыфраваць які паступае сігнал, напрыклад, на аснове МЭК 61850-2 на пачатковым узроўні трэба выкарыстоўваць сістэмы візуалізацыі накшталт SCADA і P3A.

Але зыходзячы з таго што гэтая сістэма выкарыстоўвае правадныя сродкі сувязі, асноўнымі пратаколамі лічацца GOOSE і MMS (не блытаць з мабільнымі паведамленнямі). Такое пераўтварэнне стандарт МЭК 61850-8 вырабляе паслядоўным выкарыстаннем спачатку MMS, а затым GOOSE, што ў канчатковым выніку дазваляе дамагчыся адлюстравання інфармацыі па тэхналогіях P3A.

Асноўныя тыпы канфігуравання падстанцый

Любая падстанцыя, якая выкарыстоўвае дадзены пратакол, павінна валодаць хаця б мінімальным наборам сродкаў для перадачы дадзеных. Па-першае, гэта тычыцца самога фізічнай прылады, падлучанага да сеткі. Па-другое, у кожным такім агрэгаце павінен мецца адзін або некалькі лагічных модуляў.

У гэтым выпадку сам девайс здольны выконваць функцыю концентратора, шлюза ці нават своеасаблівага пасярэдніка для перадачы інфармацыі. Самі ж лагічныя вузлы маюць вузкую скіраванасць і падзяляюцца на наступныя класы:

• «А» - аўтаматызаваныя сістэмы кіравання;
• "М" - сістэмы вымярэнняў;
• «З» - тэлеметрычную кіраванне;
• «G» - модулі агульных функцый і параметраў налады;
• "I" - сродкі ўстаноўкі сувязі і прымяняюцца метады архівавання дадзеных;
• «L» - лагічныя модулі і сістэмныя вузлы;
• «P» - абарона;
• «R» - звязаныя ахоўныя кампаненты;
• «S» - датчыкі;
• «T» - трансфарматары-вымяральнікі;
• «X» - блок-кантактная камутацыйная апаратура;
• «Y» - трансфарматары сілавога тыпу;
• «Z» - усё астатняе, што не ўваходзіць у вышэйпералічаныя катэгорыі.

Лічыцца, што пратакол МЭК 61850-8-1, напрыклад, здольны забяспечыць меншае выкарыстанне правадоў або кабеляў, што, вядома ж, толькі станоўча ўплывае на прастату канфігурацыі абсталявання. Але асноўная праблема, як аказваецца, складаецца ў тым, што не ўсе адміністратары здольныя апрацоўваць прымаюцца дадзеныя нават пры наяўнасці адпаведных праграмных пакетаў. Хочацца спадзявацца, што гэта часовая праблема.

прыкладное ПА

Тым не менш нават у сітуацыі неразумення фізічных прынцыпаў дзеяння праграм такога тыпу эмуляцыя МЭК 61850 можа адбывацца ў любой аперацыйнай сістэме (нават у мабільнай).

Лічыцца, што кіраўнік персанал або інтэгратары марнуюць нашмат менш часу на апрацоўку дадзеных, якія паступаюць з падстанцый. Архітэктура такіх прыкладанняў інтуітыўна зразумелая, інтэрфейс просты, а ўся апрацоўка заключаецца толькі ў увядзенні лакалізаваных дадзеных з наступнай аўтаматычнай выдачай выніку.

Да недахопаў такіх сістэм можна аднесці хіба што завышаную кошт абсталявання P3A (мікрапрацэсарныя сістэмы). Адсюль і немагчымасць яго масавага прымянення.

практычнае прымяненне

Да гэтага ўсе выкладзенае ў дачыненні да пратаколу МЭК 61850 тычылася толькі тэарэтычных звестак. Як гэта працуе на практыцы?

Дапусцім, у нас маецца сілавая ўстаноўка (падстанцыя) з трохфазным харчаваннем і двума вымяральнымі ўваходамі. Пры вызначэнні стандартнага лагічнага вузла выкарыстоўваецца імя MMXU. Для стандарту МЭК 61850 іх можа быць два: MMXU1 і MMXU2. Кожны такі вузел для спрашчэння ідэнтыфікацыі можа мець яшчэ і дадатковы прэфікс.

У якасці прыкладу можна прывесці змадэляваны вузел на аснове XCBR. Ён атаясамліваецца з ужываннем некаторых асноўных аператараў:

• Loc - вызначэнне лакальнага або аддаленага месцазнаходжання;
• OpCnt - методыка падліку выкананых (выконваемых) аперацый;
• Pos - аператар, які адказвае за лакацыі і падобны з параметрамі Loc;
• BlkOpn - каманда адключэння блакавання включатель;
• BlkCls - уключэнне блакавання;
• CBOpCap - выбар рэжыму спрацоўвання перамыкача.

Такая класіфікацыя для апісання класаў дадзеных CDC ў асноўным ужываецца ў сістэмах мадыфікацыі 7-3. Аднак нават у гэтым выпадку канфігураванне пабудавана на выкарыстанні некалькіх прыкмет (FC - функцыянальныя абмежаванні, SPS - стан адзінкавай кантрольнай кропкі, SV і ST - ўласцівасці падстаноўных сістэм, DC і EX - апісанне і пашыранае вызначэнне параметраў).

Што тычыцца вызначэння і апісання класа SPS, лагічная ланцужок ўключае ў сябе ўласцівасці stVal, якасць - q, і параметры бягучага часу - t.

Такім чынам вырабляецца трансфармаванне дадзеных па тэхналогіях падлучэння Ethernet і пратаколам TCP / IP непасрэдна ў аб'ектную зменную MMS, якая ўжо потым ідэнтыфікуецца з прысвоеным імем, што і прыводзіць да атрымання сапраўднага значэння любога задзейнічанага на дадзены момант паказчыка.

Акрамя таго, сам пратакол МЭК 61850 з'яўляецца ўсяго толькі абагульненай і нават абстрактнай мадэллю. Але на яго аснове вырабляецца апісанне структуры любога элемента энергасістэмы, што дазваляе мікрапрацэсарныя чыпам цалкам дакладна ідэнтыфікаваць кожнае прылада, задзейнічанае ў гэтай галіне, у тым ліку тыя, якія выкарыстоўваюць тэхналогіі энергазберажэння.

Тэарэтычна фармат пратакола можна пераўтварыць у любы тып дадзеных, грунтуючыся на стандартах MMS і ISO 9506. Але чаму ж тады быў абраны менавіта кіраўнік стандарт МЭК 61850?

Яго звязваюць выключна з пэўнасцю атрымліваюцца параметраў і лёгкім працэсам працы з прысвойваннем складаных імёнаў ці мадэляў самага сэрвісу.

Такі працэс без задзейнічання пратаколу MMS аказваецца вельмі працаёмкім нават пры фарміраванні запытаў накшталт «чытанне-запіс-справаздачу". Не, вядома, можна вырабіць пераўтварэнне такога тыпу нават для архітэктуры UCA. Але, як паказвае практыка, менавіта ўжыванне стандарту МЭК 61850 дазваляе зрабіць гэта без асаблівых высілкаў і выдаткаў па часе.

Пытанні верыфікацыі дадзеных

Аднак жа дадзеная сістэма не абмяжоўваецца толькі прыёмам-перадачай. На самай справе ўбудавальныя мікрапрацэсарныя сістэмы дазваляюць вырабляць абмен дадзенымі не толькі на ўзроўні падстанцый і цэнтральных кіруючых сістэм. Яны могуць пры наяўнасці адпаведнага абсталявання апрацоўваць дадзеныя паміж сабой.

Прыклад просты: электронны чып перадае дадзеныя пра сілу току або напружанні ў адказным участку. Адпаведна, любая іншая падсістэма на аснове падзення напружання можа задзейнічаць або адключыць дадатковую сістэму харчавання. Усё гэта заснавана на стандартных законах фізікі і электратэхнікі, праўда, залежыць ад току. Напрыклад, у нас стандартам з'яўляецца напружанне 220 В. У Еўропе - 230 В.

Калі зірнуць на крытэрыі адхіленняў, у былым СССР гэта +/- 15%, у той час як у развітых еўрапейскіх краінах ён складае не больш за 5%. Нядзіўна, што фірмовая заходняя тэхніка проста выходзіць з ладу толькі па прычыне перападаў напружання ў электрасеткі.

І напэўна, не трэба казаць, што многія з нас назіраюць у двары будынак у выглядзе трансфарматарнай будкі, пабудаванай яшчэ ў часы Савецкага Саюза. Як вы думаеце, можна туды ўсталяваць кампутарны чып або падключыць спецыяльныя кабелі для атрымання інфармацыі аб стане трансфарматара? Вось то-то і яно, што няма!

Новыя сістэмы на аснове стандарту МЭК 61850 дазваляюць вырабіць поўны кантроль ўсіх параметраў, аднак відавочная немагчымасць яго паўсюднага ўкаранення адштурхвае адпаведныя службы накшталт «Энергазбыту» у плане задзейнічання пратаколаў гэтага ўзроўню.

Нічога дзіўнага ў гэтым няма. Кампаніі, якія размяркоўваюць электраэнергію паміж спажыўцамі, могуць проста пазбавіцца прыбытку або нават прывілеяў на рынку.

замест выніку

У цэлым жа пратакол, з аднаго боку, з'яўляецца простым, а з другога - вельмі складаным. Праблема складаецца нават не ў тым, што на сённяшні дзень няма адпаведнага ПА, а ў тым, што ўся сістэма кантролю за электраэнергетыкай, якая дасталася нам ад СССР, для гэтага проста не падрыхтаваная. А калі ўзяць у разлік нізкую кваліфікацыю абслуговага персаналу, тут і гаворкі не можа быць пра тое, што хтосьці здольны кантраляваць або ўстараняць праблемы своечасова. У нас жа як прынята? Праблема? Абясточваць мікрараён. Толькі і ўсяго.

Затое прымяненне гэтага стандарту дазваляе пазбегнуць падобнага роду сітуацый, не кажучы ўжо аб усякіх веерных адключэннях.

Такім чынам, застаецца толькі падвесці нейкі вынік. Што канчатковаму карыстачу нясе выкарыстанне пратаколу МЭК 61850? У самым простым разуменні - гэта бесперабойнае электразабеспячэнне з адсутнасцю перападаў напружання ў сетцы. Заўважце, калі для камп'ютэрнага тэрмінала або ноўтбука не прадугледжана выкарыстанне блока бесперабойнага харчавання або стабілізатара напругі, перапад або скачок могуць справакаваць маментальнае адключэнне сістэмы. Добра, калі спатрэбіцца аднаўленне на праграмным узроўні. А калі згараць планкі аператыўнай памяці або выйдзе з ладу вінчэстар, што тады рабіць?

Гэта, вядома, з'яўляецца асобным прадметам для даследавання, аднак самі стандарты, цяпер прымяняюцца ў энергастанцый з адпаведнымі «жалезнымі» і праграмнымі сродкамі дыягностыкі здольныя кантраляваць абсалютна ўсе параметры сетак, прадухіляючы сітуацыі са з'яўленнем крытычных збояў, якія могуць прывесці не толькі да паломкі бытавой тэхнікі , але і да выхаду з ладу ўсёй хатняй праводкі (яна, як вядома, разлічана не больш чым на 2 кВт пры стандартным напрузе ў сеткі 220 у). Таму, уключаючы адначасова халадзільнік, пральную машыну ці бойлер для падагрэву вады, сто разоў падумайце, наколькі гэта апраўдана.

Калі ж дадзеныя версіі пратаколаў задзейнічаны, налады падсістэмы будуць ужытыя аўтаматычна. І ў самой большай ступені гэта тычыцца спрацоўвання тых жа 16-ампернай засцерагальнікаў, якія жыхары 9-этажек часам усталёўваюць самастойна, абмінаючы службы, за гэта адказваюць. Але цана пытання, як аказваецца, нашмат вышэй, бо дазваляе абыйсці некаторыя абмежаванні, звязаныя з вышэй названым стандартам і яго спадарожнымі правіламі.