IEC 61850: раздели и предимства на стандарта

С развитието на цифровите технологии производителите на електрическо оборудване не са оставени настрана. Въпреки съществуването на международната ISO класификация, Русия разработи свой собствен стандарт IEC 61850, който отговаря за подстанционните системи и мрежи.

Малко история

Развитието на компютърните технологии не е пощадило системата за управление на електрическата мрежа. Общоприетият стандарт IEC 61850 беше първоначално въведен през 2003 г., въпреки че опитите за внедряване на системи на тази основа бяха извършени през 60-те години на миналия век.

Същността му се свежда до използването на специални протоколи за управление на електрическите мрежи. На тяхна основа, сега, и наблюдение на функционирането на всички мрежи от този тип.

Ако преди това основният фокус беше единствено върху усъвършенстването на компютърните системи, които контролират производството на електроенергия, след това с прилагането на правила, стандарти, протоколи под формата на IEC 61850, ситуацията се промени. Основната цел на този GOST е да осигури мониторинг с оглед навременното откриване на проблеми при експлоатацията на съответното оборудване.

Протоколът IEC 61850 и неговите аналози

Самият протокол беше използван най-активно в средата на 80-те години на миналия век. След това версиите на IEC 61850-1, IEC 60870-5 версии 101, 103 и 104, DNP3 и Modbus бяха използвани като първите тествани версии, които се оказаха напълно несъстоятелни.

И това беше първоначалното развитие, което формира основата на модерния протокол UCA2, който в средата на 90-те години на миналия век бе успешно приложен в Западна Европа.

Как работи

Спирайки се на въпроса за функционирането, струва си да обясним кой е протоколът на IEC 61850 за "манекени" (хора, които само разбират основните принципи на работа и разбират принципите на комуникация с компютърното оборудване).

Най-важното е, че в подстанцията или електроцентралата е инсталиран микропроцесор, който позволява предаването на данни за състоянието на цялата система директно на централния терминал, който изпълнява основния контрол.

Предаването на данни, който осигурява GOST R IEC 61850, се осъществява чрез високоскоростна връзка. Приблизително казано, чипът е свързан с най-близката локална мрежа.

Система за придобиване на данни от DAS (Система за събиране на данни) използва поне 64-битово предаване във връзка със съответното алгоритми за криптиране данни.

Но, както показва практиката, тези системи също са доста уязвими. Гледайки американски филми, когато един епизод изключи захранването на целия блок? Ето го! Управлението на електрическите мрежи въз основа на протокола IEC 61850 може да бъде координирано от всеки външен източник (ще бъде разбрано защо). Междувременно разгледайте основните системни изисквания.

Стандарт P IEC 61850: изисквания за комуникационни системи

Ако преди това беше подсказано, че сигналът трябва да бъде изпратен с помощта на телефонна линия, днес средствата за комуникация са стъпнали далеч напред. Вградените чипове са в състояние да предават на 64 Mbps, като са абсолютно независими от доставчиците, предоставящи стандартни услуги за връзка.

Ако приемем стандарта IEC 61850 за "манекени", обяснението изглежда доста просто: чипът на захранващия блок използва свой собствен протокол за предаване на данни, а не стандартен TCP / IP стандарт. Но това не е всичко.

Самият стандарт е протоколът за предаване на данни от IEC 61850 със сигурна връзка. С други думи, връзката със същия интернет, безжична мрежа и др. Се осъществява по много специфичен начин. В настройките обикновено се използват параметри на прокси сървър, тъй като те са тези (дори виртуални), които са най-сигурните.

Обща област на приложение

Ясно е, че съгласно изискванията на GOST IEC 61850, няма да е възможно да се инсталира този тип оборудване в конвенционална трансформаторна кутия (просто няма място за компютърен чип там).

Същевременно такова устройство също няма да работи. Необходима е поне една първоначална система за вход / изход, подобна на BIOS, както и съответния комуникативен модел за предаване на данни (безжична мрежа, жична защитена връзка и др.).

Но в контролния център на обществената или местната електрическа мрежа можете да получите достъп до почти всички функции на електроцентралите. Като пример, въпреки че не е най-добрият, можете да донесете филма "Earth Core" (The Core), когато хакерът предотвратява смъртта на нашата планета чрез дестабилизиране на енергичен източник, който захранва "резервната" версия на въртенето сърцевината на Земята.

Но това е чиста фикция, по-вероятно дори виртуално потвърждение на изискванията на IEC 61850 (въпреки че това не се споменава директно). Въпреки това дори и най-примитивното емулиране на IEC 61850 изглежда точно по този начин. Но колко бедствия биха могли да бъдат избегнати?

Едно и също 4-то мощно устройство на АЕЦ "Чорнобил", ако е било оборудвано с диагностични инструменти, отговарящи на стандарта, поне IEC 61850-1, може да не е избухвало. И от 1986 г. насам, остава само да пожъне плодовете на случилото се.

Радиация - тя е такова, че тя действа тайно. В ранните дни, месеци или години, признаците на радиационна болест може да не се проявяват, да не говорим за полуживот на уран и плутоний, на които малко хора обръщат внимание днес. Но интеграцията на същото Geiger броячи в електроцентралата може значително да намали риска от това да бъде в тази зона. Между другото, самият протокол позволява да се предават такива данни на хардуерно-софтуерно ниво на съответния комплекс.

Методът на моделиране и трансформация в реални протоколи

За най-опростено разбиране за това как например работи стандарта IEC 61850-9-2, струва си да се каже, че никоя желязна жица не може да определи посоката на предаваните данни. Това означава, че имаме нужда от подходящ повторител, който да може да предава данни за състоянието на системата и в криптирана форма.

Много е лесно да получите сигнал. Но тук, че е бил прочетен и дешифриран от приемащото устройство, е необходимо да се поти. Всъщност, за да разчетете входящия сигнал, например, въз основа на IEC 61850-2 на първоначалното ниво, трябва да използвате системи за визуализация като SCADA и P3A.

Но въз основа на факта, че тази система използва жични комуникации, основните протоколи са GOOSE и MMS (да не се бъркат с мобилните съобщения). Този стандарт за преобразуване IEC 61850-8 дава последователна първа употреба на MMS, последвана от GOOSE, което в крайна сметка позволява показването на информация за технологиите P3A.

Основни типове конфигурация на подстанцията

Всяка подстанция, използваща този протокол, трябва да има поне минимален набор от средства за предаване на данни. Първо, то се отнася до много физическо устройство, свързано към мрежата. На второ място във всяко такова устройство трябва да има един или повече логически модули.

В този случай самият уред може да изпълнява функцията на хъб, шлюз или дори посредник за прехвърляне на информация. Самите логически възли имат тесен фокус и са разделени на следните класове:

• "А" - автоматизирани системи за управление;
• "М" - измервателни системи;
• "C" - телеметричен контрол;
• "G" - модули с общи функции и настройки;
• "Аз" означава комуникационната настройка и методите, използвани за архивиране на данните;
• "L" - логически модули и системни възли;
• "P" - защита;
• "R" - свързани защитни елементи;
• "S" - сензори;
• «Т» - измервателни трансформатори;
• "X" - блок-контактно превключващо оборудване;
• "Y" - трансформатори тип мощност;
• "Z" - всичко останало, което не е включено в горните категории.

Смята се, че протоколът IEC 61850-8-1, например, е в състояние да осигури по-малко използване на проводници или кабели, което, разбира се, само влияе положително върху лекотата на хардуерната конфигурация. Но основният проблем, както се оказва, е, че не всички администратори могат да обработват получените данни, дори ако има съответни софтуерни пакети. Бих искал да се надявам, че това е временен проблем.

Приложен софтуер

Независимо от това, дори в ситуация на неразбиране на физическите принципи на програмите от този тип, емулирането на IEC 61850 може да се осъществи във всяка операционна система (дори и в мобилни устройства).

Смята се, че ръководният персонал или интеграторите прекарват много по-малко време в обработката на данните, идващи от подстанциите. Архитектурата на такива приложения е интуитивна, интерфейсът е прост и цялата обработка се състои само в въвеждането на локализирани данни с последващо автоматично извеждане на резултата.

Недостатъците на такива системи могат да се отдадат само на надценената цена на оборудването P3A (микропроцесорни системи). Оттук и невъзможността за масовото му приложение.

Практическо приложение

Преди това всичко казано за протокола IEC 61850 засяга само теоретична информация. Как действа това на практика?

Да предположим, че имаме електроцентрала (подстанция) с трифазно захранване и два измервателни входа. При дефинирането на стандартен логически възел се използва името MMXU. За стандарта IEC 61850 може да има два от тях: MMXU1 и MMXU2. Всяка такава възлова точка може да съдържа и допълнителен префикс за опростяване на идентификацията.

Пример за това е симулирано въз основа на XCBR възел. Тя се идентифицира с прилагането на някои основни оператори:

• Loc - дефиниция на локално или отдалечено място;
• OpCnt - техниката за отчитане на извършените операции;
• Pos - операторът, отговарящ за местоположението и подобни на параметрите Loc;
• BlkOpn - команда за деактивиране на блокирането на ключа;
• BlkCls - активирайте заключването;
• CBOpCap - избира режима на работа на превключвателя.

Такава класификация за описване класове на данни на CDC се прилага главно в системи за 7-3 модификация. Въпреки това, дори и в този случай, конфигурацията на базата на използването на няколко характеристики (FC - функционални ограничения, SPS - ГКПП държавна единица, SV и ST - свойства пермутация системи, DC и EX - описание и параметри разширено определение).

Що се отнася до дефиницията и описанието на класа SPS, логическата верига включва свойствата stVal, качеството q и параметрите на текущото време са t.

По този начин превръщането се извършва чрез данни технология с Ethernet връзка и TCP / IP протокол директно към променливите MMS съответните предмети, които едва по-късно, идентифицирани с възложената му име, което води до истинската стойност на който и да е замесен в този момент индекс.

В допълнение, самият протокол IEC 61850 е просто генерализиран и дори абстрактен модел. Но на негова основа е описана структурата на всеки елемент от енергийната система, която позволява на микропроцесорните чипове да идентифицират точно всяко устройство, включено в тази област, включително тези, които използват енергоспестяващи технологии.

Теоретично, форматът на протокола може да бъде преобразуван във всеки тип данни, базиран на стандартите MMS и ISO 9506. Но защо беше избран контролен стандарт IEC 61850?

Тя се свързва изключително с надеждността на получените параметри и лесния процес на работа с възлагането на сложни имена или модели на самата услуга.

Подобен процес без използването на MMS протокола се оказва много времеемка, дори при създаване на заявки като "четене-записване". Не, разбира се, можете да извършите този тип конверсия дори и за UCA архитектурата. Но, както показва практиката, прилагането на стандарта IEC 61850 прави това възможно без много усилия и разходи във времето.

Проблеми с проверката на данните

Тази система обаче не се ограничава само до получаване и предаване. Всъщност вградените микропроцесорни системи позволяват обмен на данни не само на ниво подстанция и централни системи за управление. Те могат да обработват данните помежду си с подходящо оборудване.

Примерът е прост: електронен чип предава данни за тока или напрежението в критична област. Съответно всяка друга подсистема, основаваща се на спада на напрежението, може да активира или деактивира допълнителната електроенергийна система. Всичко това се основава на стандартните закони на физиката и електротехниката, но зависи от тока. Например, имаме стандартно напрежение 220 V. В Европа - 230 V.

Ако погледнете критериите за отклонения, в бившия СССР това е +/- 15%, докато в развитите европейски държави не е повече от 5%. Не е изненадващо, марковата западна технология просто се провали поради колебанията на напрежението в електрическата мрежа.

И вероятно не е необходимо да казваме, че много от нас наблюдават в двора сградата под формата на трансформаторна кабина, построена по времето на Съветския съюз. Мислите ли, че можете да инсталирате там един компютър или да свържете специални кабели, за да получите информация за състоянието на трансформатора? Това е, не е!

Новите системи, базирани на стандарта IEC 61850, позволяват пълен контрол над всички параметри, но очевидната невъзможност за нейното широко разпространено приложение отблъсква съответните услуги като "Energosbytov" по отношение на използването на протоколи от това ниво.

Няма нищо изненадващо в това. Компаниите, които разпределят електроенергия между потребителите, могат просто да загубят печалби или дори привилегии на пазара.

Вместо общо

Като цяло, протоколът, от една страна, е прост, а от друга - много трудно. Проблемът дори не е, че няма съвместим софтуер за днешна дата, но цялата система на контрол над електроенергийната индустрия, която наследихме от СССР, просто не е подготвена за това. И ако вземете предвид ниската квалификация на персонала, не може да има съмнение, че някой може да контролира или елиминира проблемите своевременно. На нас в крайна сметка, както е прието? Проблемът? Изключваме микродистрикт. Това е всичко.

Но прилагането на този стандарт позволява да се избегнат подобни ситуации, да не говорим за каквито и да е вентилационни прекъсвания.

По този начин остава само да се обобщи определен резултат. Какво е използването на протокола IEC 61850 за крайния потребител? В най-простия смисъл - това е непрекъснато захранване без капки напрежение в мрежата. Имайте предвид, че ако компютърът не е проектиран да използва непрекъсваемо захранване или регулатор на напрежението, капка или скок може да предизвика незабавно изключване на системата. Добре, ако имате нужда от възстановяване на програмно ниво. И ако RAM слотовете се изгорят или твърдият диск се провали, какво трябва да направя?

Това, разбира се, е отделна тема за изследване, но самите стандарти, сега се използват в електроцентрали със съответните "желязо" и софтуер за диагностика могат да контролират всички параметри на мрежи, предотвратяване на ситуацията с появата на критични повреди, които могат да доведат не само до увреждане на домакински уреди , но също така и на неизправността на всички домашни кабели (известно е, че е проектирана за не повече от 2 kW при стандартно напрежение от 220 V). Ето защо, включително едновременно хладилник, пералня или котел за отопление на водата, помислете сто пъти колко е оправдано.

Ако тези версии на протокола са активирани, настройките на подсистемата ще се прилагат автоматично. И в най-голяма степен се отнася до работата на едни и същи предпазители от 16 ампера, които понякога жителите на 9-етажни сгради инсталират самостоятелно, заобикаляйки отговорните за това служби. Но цената на проблема, както се оказа, е много по-висока, защото ви позволява да заобиколите някои ограничения, свързани с гореспоменатия стандарт и придружаващите го правила.