Протокол мэк что это

Обновлено: 04.05.2024

ГОСТ Р 54835-2011/IEC/TR 61850-1:2003

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ НА ПОДСТАНЦИЯХ

Введение и обзор

Communication networks and systems in substations. Part 1. Introduction and overview

Дата введения 2012-09-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-технический центр электроэнергетики" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии документа, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 396 "Автоматика и телемеханика"

4 Настоящий стандарт идентичен международному документу IEC/TR 61850-1:2003* "Системы и сети связи на подстанциях. Часть 1. Введение и обзор" (IEC/TR 61850-1:2003 "Communication networks and systems in substations - Part 1: Introduction and overview", IDT).

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 Некоторые элементы настоящего стандарта могут быть предметом патентных прав

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июнь 2020 г.

Введение

Стандарты серии МЭК 61850 состоят из следующих частей под групповым заголовком, общим для всех стандартов серии, "Сети и системы связи на подстанциях":

- Часть 1. Введение и обзор;

- Часть 2. Словарь терминов;

- Часть 3. Общие требования;

- Часть 4. Управление системой и проектом;

- Часть 5. Требования к связи для функций и моделей устройств;

- Часть 6. Язык описания конфигурации для связи между интеллектуальными электронными устройствами на электрических подстанциях;

- Часть 7-1. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Принципы и модели;

- Часть 7-2. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Абстрактный интерфейс услуг связи (ACSI);

- Часть 7-3. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Классы общих данных;

- Часть 7-4. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Совместимые классы логических узлов и классы данных;

- Часть 9-1. Специфическое отображение сервиса связи (SCSM). Выборочные значения в пределах последовательного однонаправленного многоточечного канала связи типа "точка-точка";

- Часть 9-2. Специфическое отображение сервиса связи (SCSM). Выборочные значения в соответствии с ИСО/МЭК 8802-3;

- Часть 10. Проверка соответствия.

Настоящий стандарт представляет собой обзорную и вводную часть к стандартам серии МЭК 61850. Она включает в себя описание основополагающих принципов, подхода к разработке стандартов, содержания других частей, а также документов других организаций, имеющих отношение к данной теме.

1 Область применения

Настоящий стандарт предназначен для применения к системам автоматизации подстанции (SA-системам). В нем приведено определение связи между интеллектуальными электронными устройствами (IED-устройствами) подстанции и сформулированы соответствующие системные требования.

Настоящий стандарт, входящий в состав комплекса стандартов, подготовленных на основе применения стандартов серии МЭК 61850, представляет собой обзорный и вводный стандарт данной серии. Настоящий стандарт содержит ссылки на другие части стандартов серии МЭК 61850, а также текст и рисунки из других частей указанной серии.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения).

IEC 60870-5-103:1997, Telecontrol equipment and systems - Part 5-103: Transmission protocols - Companion standard for the informative interface of protection equipment (Устройства и системы телемеханики. Часть 5-103. Протоколы передачи данных. Обобщающий стандарт по информационному взаимодействию оборудования защиты)

IEC 61850-3, Communication networks and systems in substations - Part 3: General requirements (Сети и системы связи на подстанциях. Часть 3. Общие требования)

IEC 61850-5, Communication networks and systems in substations - Part 5: Communication requirements for functions and device models (Сети и системы связи на подстанциях. Часть 5. Требования к связи для функций и моделей устройств)

IEC 61850-7-1, Communication networks and systems in substations - Part 7-1: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Principles and models (Сети и системы связи на подстанциях. Часть 7-1. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Принципы и модели)

IEC 61850-7-2, Communication networks and systems in substations - Part 7-2: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Abstract communication service interface (ACSI) [Сети и системы связи на подстанциях. Часть 7-2. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Абстрактный интерфейс услуг связи (ACSI)]

IEC 61850-7-3, Communication networks and systems in substations - Part 7-3: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Common data classes (Сети и системы связи на подстанциях. Часть 7-3. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Классы общих данных)

IEC 61850-7-4, Communication networks and systems in substations - Part 7-4: Basic communication structure for substation and feeder equipment - Compatible logical node classes and data classes (Сети и системы связи на подстанциях. Часть 7-4. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Совместимые классы логических узлов и классы данных)

ISO 9001:2001, Quality management systems - Requirements (Системы менеджмента качества. Требования)

3 Термины, определения и сокращения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 абстрактный интерфейс услуг связи; ACSI (abstract communication service interface; ACSI): Виртуальный интерфейс с IED-устройством, обеспечивающий логическим устройствам, логическим узлам, данным, атрибутам данных и услугам связи абстрактные методы информационного моделирования, например соединение, доступ к переменным, незатребованную передачу данных, услуги по управлению устройством и по передаче файлов независимо от фактически применяемого стека связи и профилей.

3.1.2 присоединение (bay): Тесно связанные между собой участки, из которых состоит подстанция и которые имеют ряд общих функциональных возможностей. Примерами могут служить коммутационное оборудование между входящей или отходящей линией и сборной шиной, шинный соединитель со своим выключателем, разъединителями и заземляющими переключателями, трансформатор с собственным коммутационным оборудованием между двумя сборными шинами, представляющими собой два уровня напряжения. Принцип присоединения может быть применен к подстанции с полуторной схемой коммутации и подстанции с кольцевой схемой соединения шин, если выключатели со всем дополнительным оборудованием объединены в виртуальное присоединение. Подобные присоединения охватывают часть электрической сети, подлежащую защите, например трансформатор или конец линии и органы управления его коммутационным оборудованием, которые имеют ряд общих связей, таких как взаимные блокировки или четко определенные последовательности операций. Определение таких участков подстанции важно для целей технического обслуживания и текущего ремонта (какие участки могут быть одновременно отключены с минимальными последствиями для остального оборудования подстанции) или для планов расширения (что необходимо добавить, если планируется подключение новой линии). Эти участки называют "присоединениями", управление ими может осуществляться устройствами под общим наименованием "контроллеры присоединений". Системы защиты называют "защитой присоединения". Уровень присоединения представляет собой дополнительный уровень управления, находящийся ниже общего подстанционного уровня.

3.1.3 объект данных (data object): Часть объекта логического узла, представляющая специфическую информацию, например состояние или измерение. Применительно к объектноориентированному подходу объект данных представляет собой экземпляр класса данных. Объекты данных, как правило, используются в качестве объектов транзакций, т.е. как структуры данных.

3.1.4 устройство (device): Механизм или единица оборудования, имеющая специальное назначение или выполняющая определенную функцию, например выключатель, реле или вычислительное устройство подстанции.

3.1.5 функции (functions): Задачи, выполняемые системой автоматизации подстанции, т.е. прикладными функциями. Как правило, эти функции обмениваются данными с другими функциями. Конкретный процесс зависит от задействованных функций. Функции выполняются IED-устройствами (физическими устройствами). Функции могут быть разделены на части, которые резидентно находятся в IED-устройствах, но сообщаются друг с другом (распределенная функция) и с частями других функций. Эти сообщающиеся части функции называют логическими узлами. В соответствии с настоящим стандартом декомпозиция функций или степень их детализации определяется только характером связи. Поэтому считают, что все функции состоят из логических узлов, обменивающихся данными.

3.1.6 интеллектуальное электронное устройство; IED-устройство (Intelligent Electronic Device; IED): Любое устройство, содержащее один или несколько процессоров и способное получать или направлять данные/управляющие воздействия от внешнего источника или на внешний источник (например, электронные многофункциональные измерительные приборы, цифровые реле, контроллеры).

3.1.7 взаимозаменяемость (interchangeability): Возможность замены устройства от одного изготовителя на устройство от другого изготовителя без изменения других элементов системы.

3.1.8 взаимодействие (interoperability): Способность двух или нескольких IED-устройств от одного или различных поставщиков обмениваться информацией и использовать эту информацию для правильного выполнения заданных функций.

3.1.9 логический узел; LN (Logical Node; LN): Наименьшая часть функции, обменивающаяся данными. Как объект LN определяется своими данными и методами.

3.1.10 открытый протокол (open protocol): Протокол, имеющий стандартизованный или открытый для всеобщего доступа стек.

3.1.11 физическое устройство; PD (Physical Device PD): В соответствии с настоящим стандартом - это устройство, равнозначное интеллектуальному электронному устройству (IED).

3.1.12 PICOM: Описание передачи информации на заданном логическом соединении с заданными атрибутами связи между двумя логическими узлами (единица передаваемой информации), содержащее также передаваемую информацию и необходимые атрибуты, например характеристики. PICOM не описывает фактическую структуру или формат данных, передаваемых по сети связи. Понятие PICOM введено Рабочей группой CIGRE 34.03 (см. приложение В).

3.1.13 протокол (protocol): Набор правил, определяющих характер поведения функциональных блоков при обмене информацией.

3.1.14 самоописание (self-description): Наличие в устройстве информации о собственной конфигурации. Представление этой информации должно быть стандартизовано и доступно через средства связи.

3.1.15 система (system): В соответствии с настоящим стандартом - это система автоматизации подстанции, если не указано иное.

3.1.16 специфическое отображение сервиса связи; SCSM (Specific Communication Service Mapping; SCSM): Стандартизованная процедура, обеспечивающая конкретное отображение сервисов и объектов ACSI-интерфейса в конкретном стеке протоколов/профиле связи. Для обеспечения взаимодействия предполагается наличие минимального числа профилей и соответствующего специфического отображения сервиса связи (SCSM). Отдельные прикладные субдомены, такие как "станционная шина" и "технологическая шина", могут иметь более одного отображения. Однако для выбранного отдельного стека протоколов должны быть указаны только одно SCSM и только один профиль. SCSM должно содержать подробные указания на конкретизацию абстрактных сервисов в конкретном единичном сервисе или в последовательности сервисов, которые выполняют функции сервиса, как указано в ACSI. Дополнительно SCSM должно содержать подробные указания на отображение ASCI-объектов в объекты, поддерживаемые данным протоколом прикладного уровня. Отображения SCSM подробно описаны в частях 8 и 9 данной серии стандартов.

3.2 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ACSI (Abstract Communication Service Interface) - абстрактный интерфейс услуг связи;

AIS (Air Insulated Switchgear) - распределительное устройство с воздушной изоляцией;

СВ (Circuit Breaker) - выключатель;

CDC (Common Data Class) - класс общих данных;

DO (Data Object) - объект данных;

EMC (Electro Magnetic Compatibility) - электромагнитная совместимость;

GIS (Gas Insulated Switchgear) - распределительное устройство с газовой изоляцией;

GOMSFE (Generic Object Models for Substation and Feeder Equipment) - общие объектные модели для подстанций и линейного оборудования;

HMI (Human-Machine Interface) - интерфейс "человек - машина";

IED (Intelligent Electronic Device) - интеллектуальное электронное устройство;

Набор стандартов IEC 61850 (ГОСТ Р МЭК 61850) представляет собой развернутое описание электрической подстанции, начиная от выключателей линий электропередач до протоколов обмена между различными устройствами. Стандарт создан для управления электрическими сетями на основе современных цифровых технологий. Для реализации протокола необходимы устройства нового поколения с универсальной параметризацией и цифровыми каналами передачи и обработки данных. Эти устройства (счетчики измерители, РЗА, ПАВ и др.) должны свободно интегрироваться в цифровые подстанции вне зависимости от производителя. Алгоритмы цифровой подстанции включают в себя верификацию входных и передаваемых данных, а так же алгоритмы управления в случае нештатных ситуаций. Вся информация в стандартах имеет четко выраженную иерархическую структуру, узлами которой являются логические узлы(LN). Каждый узел является описателем того или иного свойства системы и участвует в системе управления цифровой подстанцией.

Средствами встроенного программного обеспечения прибора BINOM3 реализован сервер МЭК 61850, который отвечает за организацию внешних коммуникаций устройства с другими устройствами. В сервере реализовано одно логическое устройство (Logical Device), в котором сгруппированы логические узлы прибора. Каждый логический узел в устройстве отвечает за ту или иную функциональность прибора. Совокупная модель данных в устройстве представлена в виде древовидной структуры. В таком виде информацию об устройстве можно будет получить при чтении информационной модели устройства по протоколу MMS, либо при рассмотрении файла описания устройства (BINOM3.cid) в соответствии с МЭК 61850-6.

Информационная модель многофункционального устройства BINOM3 по стандарту IEC 61850.

1. Логическое устройство BINOM3.

Средствами встроенного программного обеспечения прибора BINOM3 реализован сервер МЭК 61850, который отвечает за организацию внешних коммуникаций устройства с другими устройствами. В сервере реализовано одно логическое устройство (Logical Device), в котором сгруппированы логические узлы прибора. Каждый логический узел в устройстве отвечает за ту или иную функциональность прибора. Совокупная модель данных в устройстве представлена в виде древовидной структуры. В таком виде информацию об устройстве можно будет получить при чтении информационной модели устройства по протоколу MMS, либо при рассмотрении файла описания устройства *.cid в соответствии с МЭК 61850-6.

2. Логические узлы BINOM3.

Логический узел (Logical Node) является наименьшим элементом, способным обмениваться данными. Логический узел описывает одну из функциональных возможностей устройства. Логический узел может иметь префикс, указывающий на его принадлежность к той или иной ступени или функции, таким образом, имя логического узла состоит из трёх частей: префикса, наименования класса логического узла и номера экземпляра. В приборе BINOM3 реализованы следующие логические узлы:

2.1 Системный логический узел LLN0.

2.2 Общий логический узел GGIO.

Общие логические узлы предназначены для моделирования узлов данных, не подпадающих под описание ни одной из остальных функциональных групп. В логическом узле GGIO BINOM3 описаны телесигналы (ТС) как индикаторы состояния. В случае проектного (рабочего) использования индикаторы состояния из узла GGIO переносятся в узлы XCBR, XSWI.

2.3 Измерения MMXU.

Логический узел, описывающий измерения. Группа измерений по стандарту IEC 61850, которая в BINOM3 соответствует каналу вывода прибора mTI - параметры сети.

2.4 Выключатели XCBR.

Логический узел выключателя. Формируются из 2-х индикаторов состояния, описанных в узле GGIO(канал вывода прибора mTS – телесигналы). Логический узел соответствует каналу вывода mDTS – двухпозиционные телесигналы.

2.5 Разъединители XSWI.

Логический узел разъединителя. Формируются из 2-х индикаторов состояния, описанных в узле GGIO(канал вывода прибора mTS – телесигналы). Логический узел соответствует каналу вывода mDTS – двухпозиционные телесигналы

2.6 Управление CSWI.

Логический узел контроллера присоединения. В BINOM3 этот узел соответствует функции телеуправления. Каждое телеуправление описано отдельным логическим узлом.

2.7 Последовательность и небаланс MSQI.

В данном логическом узле реализован набор параметров SeqA (ток прямой, обратной и нулевой последовательностей) и набор параметров SeqV (напряжение прямой, обратной и нулевой последовательностей). Группы параметров соответствуют каналу вывода sysTI (параметры несимметрии) прибора BINOM3.

2.8 Показания счетчика электрической энергии MMTR.

Логический узел с показаниями счетчика активной и реактивной энергии. Группа измерений по стандарту IEC 61850 , которая в BINOM3 соответствует каналу вывода прибора eTI - энергия.

2.9 Гармонические составляющие MHAI.

Логический узел с расчетными данными гармонических составляющих в трехфазной сети. Группа измерений по стандарту IEC 61850 , которая в BINOM3 соответствует следующим каналам вывода прибора:

ihTI - гармонические составляющие тока;
uhTI - гармонические составляющие напряжения;
phTI - активная мощность гармонических составляющих;
qhTI - реактивная мощность гармонических составляющих;
shTI - полная мощность гармонических составляющих.

2.10 Качество электроэнергии.

Логические узлы, описывающие отклонения параметров электрической сети. В связи с расхождениями российских стандартов по качеству от стандартов IEC в многофункциональном приборе BINOM3 применяются пользовательские логические узлы.

2.10.1 QFDV Frequency Deviation Отклонение частоты
QFDV class
Data object name Common data class Explanation T M/O/C
Data objects
Status information
Measured and metered values
Hz MV Установившееся значение частоты M
HzDev MV Отклонение частоты M
HzDevPs MV Положительное отклонение частоты
HzDevNg MV Отрицательное отклонение частоты
2.10.2 QVDV Voltage Deviation Отклонение напряжения
QVDV class
Data object name Common data class Explanation T M/O/C
Data objects
Status information
Measured and metered values
PhVDevPs WYE Положительное отклонение напряжения фазы M
PhVDevNg WYE Отрицательное отклонение напряжения фазы M
PPVDevPs DEL Положительное отклонение междуфазного напряжения
PPVDevNg DEL Отрицательное отклонение междуфазного напряжения
PhVHCff WYE Коэффициент несинусоидальности напряжения фазы
DQ0Imbff SEQ Коэффициент несимметрии напряжения
2.10.3 QVEV Случайные события (Провал, Перенапряжение, Прерывание)
QVEV class
Data object name Common data class Explanation T M/O/C
Data objects
Status information
DipStr SPS Начало провала
SwellStr SPS Начало перенапряжения
IntrStr SPS Начало прерывания
Measured and metered values
VDipNum MV Номер провала напряжения
VDipTms MV Длительность провала напряжения (s) M
VDipVal MV Глубина провала напряжения (%) M
VSwellNum MV Номер перенапряжений
VSwellTms MV Длительность перенапряжения (ms) M
VSwellCff MV Коэф. Перенапряжения M
VIntrNum MV Номер прерываний напряжения
VIntrTms MV Длительность прерывания напряжения(s) M
VIntrVal MV Глубина прерывания напряжения (%) M

3. Наборы данных (DataSet) BINOM3.

Индикаторы состояния
Двухпозиционные элементы управления
Измеряемые параметры сети
Параметры прямой и обратной последовательности
Показания счетчика электроэнергии
Гармонические составляющие
Нарушения качества электроэнергии

4. Отчеты MMS (Reporting MMS).

В информационной модели 61850 BINOM3 каждому набору данных соответствует свой отчет. Для дискретных значений параметров используются буферизируемые отчеты, для измеренных и расчетных параметров используются небуферизируемые отчеты.

4.1 Buffered reporting (буферизируемые отчеты).

Настройка отчета для индикаторов состояния
Настройка отчета для двухпозиционных элементов управления

4.2 Unbuffered reporting (небуферизируемые отчеты)

/ReportControl> Настройка отчета для измеряемых параметров сети
Настройка отчета для параметров прямой и обратной последовательности
Настройка отчета для показаний счетчика электроэнергии
Настройка отчета для гармонических составляющих
Настройка отчета для параметров, характеризующих нарушения качества электроэнергии

5. Функция телеуправления.

В многофункциональном приборе BINOM3 реализована функция телеуправления в соответствии с со второй (sbo-with-normal-security) и четвертой (sbo-with-enhanced-security) моделью управления IEC 61850. По умолчанию реализована четвертая модель. Объекты телеуправления (CSWI) создаются автоматически в зависимости от наличия телеуправления в конфигурации прибора. Логическим узлам присваиваются имена по номеру телеуправления: CSWI1…CSWI4. Телеуправление по четвертой модели (SBOw - управление с предварительным выбором с расширенными параметрами контроля управляемого объекта) проводится в три этапа:

  • Подготовка телеуправления. Сервис SelectWithValue (SelVal) - выбор объекта управления с дополнительным контролем.






7. Передача SV 61850-9-2.

Реализация сервера протокола SV (Sampled Values, МЭК 61850-9-2) в BINOM3 основана на обработке мгновенных значений фазных токов и напряжений и расчете действующих значений, традиционно выдаваемых нормализованными датчиками тока, напряжения, мощности. Логические узлы сервера SV содержат наборы информации по основным параметрам электрической сети. Они рассчитываются на интервалах, равных 10 периодам частоты (по методам ГОСТ 30804.4.30), и передаются в технологическую шину процесса системы управления цифровой подстанции. Вычисления производятся синхронно, поэтому клиенты информации не зависят от возможных расхождений в алгоритмах расчета. Реализуется единый алгоритм маркирования по времени действующих значений, определяемых из мгновенных значений синусоиды (6 400 значений за 10 периодов с интервалом выборки 31,25 мкс). Настройка SV производится во встроенном WEB параметризаторе BINOM3.


8. Доступ к файлам осциллограмм, архивов и журналов событий.

Многофункциональный прибор BINOM3 снабжен функцией осциллографирования и функцией архивирования данных, которые хранятся в виде файлов на SD карте прибора.

8.1 Файлы осциллограмм.

Файлы осциллограмм расположены в каталоге sd:\OSC\OSC\. Имена файлов представляют собой время начала записи осциллограммы (timestamp) в шестнадцатиразрядном виде. Каждую осциллограмму описывают 2 файла с расширеним BIN и OSC. В файле OSC храниться информация о записанной осциллограмме в формате XML, а в файле BIN хранятся сами данные.

8.2 Файлы архивных данных.

Файлы архивных данных расположены в каталогах sd:\ARCH\ARC0 … sd:\ARCH\ARCX, где X – номер последнего архивного канала. Имена файлов представляют собой время создания архивного файла (timestamp) в шестнадцатиразрядном виде. Каждый архивный канал описывает файл arc.xml. В файлах с расширением BIN хранятся сами архивные данные.

8.3 Файлы журналов событий.

Файлы журналов событий расположены в каталоге sd:\JOURNAL\. Имена файлов представляют собой порядковый номер журнала в шестнадцатиразрядном виде. Расширение ATS формируется у журналов по требованиям АТС. Расширение EVE формируется у обобщенного журнала событий BINOM3. Очередной файл создается при превышении допустимого размера файла. В одном файле хранится 1024 событий для журнала АТС (размер файла 32768 байтов) и 4095 для обобщенного журнала событий (размер файла 131040 байта).


9. Настройка коммуникационных параметров для доступа к серверу 61850 многофункционального прибора BINOM3.

9.1 Подключение протокола 61850 в конфигурацию устройства.



9.2 Формирование каналов вывода, наборов данных и логических узлов.



9.3 Настройка логических узлов XCBR и XSWI.



9.5 Сохранение конфигурации в виде CID файла.

9.6 Сохранение конфигурации и запуск сервера 61850.

С появлением первых цифровых устройств, начали формироваться требования к системам передачи данных. Эти требования касались надежности, производительности и совместимости программно-аппаратных решений.

С 1960-х годов делалось множество попыток создать систему, удовлетворяющую этим требованиям, но из-за технических сложностей достижение поставленных целей было затруднено.

Движение к достижению 100 % надежности, совместимости и гарантированной доставке данных велось не только путем модернизации компьютерных систем и систем связи, но и путем разработки новых протоколов передачи данных.

Каждый производитель строил систему на основе тех протоколов передачи данных, которые он считал наиболее подходящими для решения той или иной задачи. Использовались такие протоколы как 60870-101/103/104, Modbus, DNP3 и т. д. Некоторые из них стали более популярными, некоторые менее, но такое разнообразие решений приводило к отсутствию совместимости и взаимозаменяемости оборудования и усложнению процесса системной интеграции.

История создания МЭК-61850 началась еще в 1980-х годах в США в Детройте. На заводах, собирающих автомобили, были установлены роботы-сборщики, управление которыми производилось по протоколу MMS (англ.) (Manufacturing Message Specification). Использование этого протокола оказалось достаточно успешным и уже в 90-х годах он лег в основу UCA2 (Utility Communication Architecture), который активно применялся в Европе в электроэнергетике.

И наконец, в 2003 году появилась первая редакция стандарта МЭК-61850.

Область применения стандарта МЭК 61850 — системы связи внутри подстан­ции. Это набор стандартов, в который входят стандарт по одноранговой связи и связи клиент-сервер, стандарт по струк­туре и конфигурации подстанции, стан­дарт по методике испытаний, стандарт экологических требований, стандарт проекта. Полный набор стандартов имеет следующие разделы:

Разделы стандарта

Преимущества стандарта

Основным требованием к системе сбо­ра данных в стандарте является обеспе­чение способности микропроцессорных электронных устройств к обмену техно­логическими и другими данными. Стан­дарт предъявляет следующие требова­ния к системе:

  • Высокоскоростной обмен данными ми­кропроцессорных электронных устройств между собой (одноранговая связь).
  • Привязка к подстанционной ЛВС.
  • Высокая надежность.
  • Гарантированное время доставки.
  • Функциональная совместимость обо­рудования различных производителей.
  • Средства поддержки чтения осцилло­грамм.
  • Средства поддержки передачи файлов.
  • Конфигурирование / автоматическое конфигурирование.
  • Поддержка функций безопасности.

МЭК 61850 является объектноориентированным протоколом, фокусированным на автоматизацию под­станций, и значительно расширяет возможности предшествующих стан­дартов МЭК. Из-за сложности программной реализа­ции МЭК 61850, что включает реа­лизацию целого ряда стандартов по пе­редаче данных (MMS ISO 9506, стека протоколов ISO, GOOSE и GSSE), на рынке практически отсутствуют надежные готовые решения, позволяющие принимать данные с устройств, поддерживающих 61850.

Обзор стандарта МЭК-61850

МЭК-61850 задумывался как универсальный стандарт, который позволит упорядочить разрозненные решения различных производителей устройств релейной защиты и систем передачи данных, применяемых на подстанциях.

Стандарт получился достаточно сложным именно из-за своей универсальности. Он описывает не только как передаются данные, но и закрепляет требования к описанию электрических систем на всех уровнях, начиная от уровня системы в целом, заканчивая конфигурацией отдельного терминала РЗА.

Согласно этим требованиям, система описывается в понятной и стандартизованной форме. Вся информация о конфигурациях хранится в файлах определенного формата. Это приводит к тому, что разработка систем на базе 61850 проста и понятна.

Кроме того, в стандарте прописаны требования по электромагнитной совместимости, по взаимозаменяемости устройств и т. д.

Значительная часть стандарта посвящена протоколам передачи данных — MMS и GOOSE.

Передача данных в системах на базе МЭК-61850

Согласно 61850 устройства РЗА объединены шиной, по которой сами устройства обмениваются данными между собой и передают эти данные на верхний уровень. Такая архитектура удобна тем, что применение технологической шины значительно уменьшает количество медных проводов, что упрощает настройку, проектирование и эксплуатацию системы.

Данные от терминалов релейной защиты по станционной шине могут передаваться на верхний уровень оператору, кроме того, у контролирующих органов, имеющих соответствующий уровень доступа, есть возможность получать оперативные данные с любой подстанции и с любого терминала РЗА. Эта информация позволяет контролировать деятельность подчиненных служб, что повышает надежность энергетических объектов в целом.

Возможность такого гибкого конфигурирования информационных потоков появилась, благодаря той части стандарта, которая посвящена передаче данных.

Основными протоколами передачи данных, согласно стандарту МЭК-61850, являются протоколы MMS и GOOSE.

MMS используется для передачи данных от терминалов РЗА в SCADA систему для дальнейшей визуализации, а GOOSE — для обмена данными между терминалами.

Взаимозаменяемость отдельных компонентов системы достигается за счет стандартизации протоколов передачи данных, а также за счет жестких требований по совместимости оборудования.

Системы построенные на 61850 проще обслуживать из-за уменьшения количества кабельных линий связи, что положительно сказывается на надежности системы в целом.

Архитектура системы интуитивно понятна, в результате разработчики и интеграторы тратят меньше времени на понимание архитектуры конкретного объекта и, как следствие, значительно снижается стоимость проектирования и интеграции.

Обслуживание таких систем по сравнению со стандартными в целом проще, хоть и предъявляет несколько иные требования к опыту персонала.

К недостаткам можно отнести повышенную сложность и новизну стандарта. У разработчиков и интеграторов мало опыта построения подобных систем, но этот недостаток, очевидно, временный.

Еще одним недостатком систем, построенных на 61850, является повышенная стоимость микропроцессорного оборудования РЗА, однако, нужно помнить, что применение 61850 дает ряд преимуществ, именно поэтому, количество подстанций по всему миру, построенных на основе 61850, увеличивается.

Сбор данных с аппаратуры РЗА

В настоящий момент все основные производители аппаратуры РЗА (ABB, SIEMENS, ALSTOM, GE, SEL, ЭКРА, ИЦ "Бреслер", "Прософт-Системы") поддерживают 61850. Российские компании также не отстают от западных производителей и внедряют поддержку 61850 в производимую ими аппаратуру РЗА. Каждый производитель оборудования предлагает свои собственные решения по сбору и обработке данных. Однако большое количество системных интеграторов предпочитает использовать независимые SCADA системы.

Это связано с тем, что независимые SCADA системы более универсальны, и системные интеграторы умеют решать практически любые задачи с использованием этого программного обеспечения.

С другой стороны, производители большинства универсальных SCADA систем не поддерживают 61850 в силу специфичности и сложности протоколов стандарта. Но на рынке существуют и независимые решения, основанные на стандарте OPC, позволяющие интегрировать поддержку 61850 в практически любую SCADA систему.

Каждый из этих вариантов (использование решений от производителя и применение независимых решений) имеет свои достоинства и недостатки.

Несмотря на заявления о полной поддержке 61850, аппаратное и программное обеспечение различных производителей подчас несовместимо между собой.

Так, например, если в систему построенную целиком на SIEMENS (включая программное обеспечение верхнего уровня) добавить терминал от ABB, то скорее всего технические специалисты столкнутся с определенными трудностями при интеграции этого терминала в SCADA.

Независимые поставщики программных решений обычно поддерживают оборудование различных производителей именно за счет 100 % поддержки 61850 с учетом специфической реализации протоколов стандарта у каждого производителя аппаратуры.

Небольшим плюсом использования программного обеспечения производителя оборудования является то, что системный интегратор избавлен от вопросов по поиску независимого программного решения. Такая дополнительная организационная нагрузка, а также риск нарваться на недобросовестного поставщика вынуждает компании переплачивать за программное обеспечение, обращаясь именно к производителям аппаратуры РЗА.

Кроме того, решения от производителей РЗА всегда дороже. Стоимость программного обеспечения заложена в цену системы, и как бы растворена в ней. При бюджете на создание системы в сотни тысяч долларов, при отказе от такого ПО экономия может составить весьма значительные суммы.

За счет прочих преимуществ применения независимых решений можно не только снизить стоимость, но и значительно сократить сроки ввода объектов в эксплуатацию.

Таким образом, гибкость конфигурирования, цена и удобство использования- это основные преимущество выбора независимого поставщика программных решений.

Автоматизация подстанции – это процесс объединения существующих устройств подстанции в новую сетевую инфраструктуру, связывая различные устройства для сбора данных, управления и записи событий, в автоматизированную сеть связи, практически не требующую вмешательства человека.

Подстанции, соответствующие стандарту МЭК 61850-3 принято делить на три логических уровня: уровень станции, присоединения и процесса.

  • На уровне станции происходит протоколирование нарушений работы, защита шин, определение последовательности действий, а также архивация данных, диспетчерский контроль и синхронизация времени.
  • На уровне присоединений осуществляется релейная защита и мониторинг линий, протоколирование нарушений (сбор данных), работает локальная противоаварийная автоматика.
  • На уровне процессов осуществляется сбор данных, протоколирование нарушений и выдача команд управления.

Уровень процесса подстанции связан со сбором таких данных, как данные о состоянии, параметры тока и напряжения. Эти данные получают с трансформаторов и преобразователей, установленных на первичном оборудовании энергосистемы, выполняющей передачу электроэнергии.

На уровне процесса данные с оптических/электронных датчиков напряжения и тока, а также данные состояния собираются и в цифровом виде преобразуются объединяющими микропроцессорными устройствами (MU).



Сети связи, обеспечивающие обмен данными между уровнями подстанции принято называть коммуникационными шинами:

  • Шина процесса – информационная сеть, по которой осуществляется мгновенный обмен информацией от трансформаторов тока и напряжения между уровнем присоединения и уровнем процесса, а также обмен информацией управления между этими уровнями.
  • Шина станции – информационная сеть, по которой осуществляется обмен информацией, относящейся к защите и управлению внутри уровня присоединения, а также между уровнем присоединения и станции.

Протоколы передачи данных на подстанциях МЭК 61850

Стандартом определены основные протоколы обмена данными на подстанции:

Требования к сетевым устройствам подстанции

Минимальные требования к исполнению сетевых устройств по МЭК 61850-3:

Требования к надежности работы систем подстанции:

  • Синхронизация времени на всех устройствах
  • Устойчивость к единичным отказам
  • Передача данных без потерь
  • Приоритетная доставка трафика GOOSE, SV, MMS

Коммуникационное оборудование Moxa для энергетических подстанций

Для построения сетей связи на интеллектуальных подстанциях компания Moxa выпускает Ethernet-коммутаторы серии PowerTrans (PT). Оборудование MOXA сертифицировано по стандартам IEС 61850 и IEEE1613 и отвечает всем требованиям по производительности, надежности и электромагнитной совместимости, предъявляемым к системам автоматизации объектов электроэнергетики.

Технологии, позволяющие коммутаторам Moxa построить эффективную систему на подстанции:

Надежность:

Производительность:

  • МЭК 61850 QoS
  • VLAN
  • IEEE 1588 v2

Управляемость:

Noise Guard™ - Технология нулевой потери пакетов при электромагнитных помехах

Компания Moxa разработала технологию, которая гарантирует отсутствие потери данных в условиях высоких электромагнитных помех. Noise Guard не только обеспечивает соответствие стандарту IEEE 1613 Class 2 по уровню электромагнитной совместимости, но и превышает требования данного стандарта. Достигается это за счёт комплексного улучшения коммутаторов, предназначенных для работы на подстанциях:


  • Исполнение коммутатора – реализован на единой плате
  • Индивидуальные компоненты – специально разработанные оптические приемопередатчики
  • Усовершенствованная элементная база – оптимизированная схема питания и новые электронные компоненты

Поддерживаемое оборудование: коммутаторы серии PT-7528.

Fiber Check™- Диагностика оптических портов ST/SC или SFP

Коммутаторы Moxa обладают возможностью отслеживать состояние оптических портов и сигнализировать об ухудшениях характеристик сигналов. Данный инструмент позволяет вовремя реагировать на изменения качества связи и предотвращать потерю данных из-за возможной деградации характеристик оптического передатчика или износа оптической линии.

В IT-системах распространена технология DDM (Digital Diagnostics Monitoring) - функция цифрового контроля параметров производительности SFP трансивера. Технология FiberCheck является усовершенствованием технологии DDM.

Обе технологии, Fiber Check и DDM, позволяют производить мониторинг оптических параметров: температура трансмиттера, рабочее напряжение и мощность приемопередатчика Tx/Rx. А также осуществлять оповещение: по протоколу SNMP или MMS в систему управления, по Email, с помощью реле или осуществление записи в журнал событий.

В отличии от DDM, технология Fiber Check кроме текущих значений оптических параметров также показывает и эталонные, что упрощает контроль за линией.


Оборудование, поддерживающее Fiber Check - коммутаторы серий PT-7528, PT-G7728/7828

Оборудование, поддерживающее DDM - коммутаторы серии PT-G503, PT-7728/PT-7828

Протоколы PRP/HSR – Бесшовное резервирование сети

В критически важных системах нельзя допускать прерывания связи даже на миллисекунды, так как этого времени будет достаточно, чтобы серьезно повлиять на работу системы или поставить под угрозу безопасность персонала.

В стандарте МЭК 61850 указано, что на подстанциях не должна присутствовать потеря пакетов типа GOOSE и SMV, то есть при построении избыточных топологий связи необходимо организовывать нулевое время переключения между каналами связи. Технологии PRP/HSR, способные осуществить бесшовную передачу данных и обеспечить требуемую надежность развертываемой сети, описаны в стандарте МЭК 62439.

  • PRP (Parallel Redundancy Protocol) – протокол параллельного резервирования

При использовании PRP строятся две независимые сети, по которым передаются две копии каждого пакета данных.

  • HSR (High-availability Seamless Redundancy) – протокол резервирования по кольцевому соединению

HSR используют в кольцевых топологиях. Каждый передаваемый кадр дублируется и передается в обоих направления кольца HSR.


Подробнее о технологиях PRP и HSR смотрите в нашей статье по ссылке.

IEC 61850 QoS – Приоритезация трафика

QoS (Quality of Service) – технология позволяющая устанавливать приоритет в обслуживании разного типа трафика. Распределение трафика осуществляется на основании тэгов, которыми маркируется весь трафик, и портов.

IEC 61850 QoS гарантирует доставку критически важных пакетов с наивысшим приоритетом. Сетевые пакеты стандарта IEC 61850 помещаются в отдельную очередь и передаются вне очередей остального трафика.



Коммуникационным пакетам могут быть назначены разные приоритеты, в зависимости от их важности. Выявление приоритета осуществляется на основании типа трафика.

Тип пакетов в очереди МЭК 61850: GOOSE, SMV, PTP

Уровень приоритета пакетов внутри очереди МЭК 61850: High, Medium, Normal, Low

Подробная информация по технологии QoS - в статье QoS – Приоритезация трафика

Поддерживаемое оборудование: коммутаторы серий PT-7528, PT-7728/PT-7828, PT-G7728/7828.

IEEE 1588 v2 – Синхронизация времени

Синхронизация времени на подстанциях необходима для обеспечения точности измерительных систем и систем управления. В подобных системах недостаточно общепринятых в IT-системах протоколов синхронизации NPT и SNPT.

Стандарт IEEE 1588 v2 разработан специально для промышленных сетей и описывает протокол точного времени PTP (Precision Time Protocol). PTP предназначен для использования в локальных сетях и гарантирует высокую точность синхронизации.


МЭК 61850-90-4 – Интеграция с энергетическими SCADA-системами (Power SCADA)

В стандарте МЭК 61850-90-4 описывается система управлением устройствами МЭК 61850, которые используют протокол MMS для обмена данными. Для того, чтобы централизованно управлять сетями передачи данных и подключенным энергетическим оборудованием необходимо, чтобы коммуникационное оборудование также поддерживало протокол MMS и могло быть интегрировано в единую Power SCADA-систему.

В серии коммутаторов Moxa Power Trans реализована возможность мониторинга и управления по протоколу MMS. За счет этого повышается эффективность управления всем оборудованием на подстанциях, а также уменьшаются затраты на развертывание и обслуживание системы.

Преимущества использования MMS:

  • Мониторинг и управление IED устройствами, коммутаторами, встраиваемыми компьютерами и другими устройствами с единой системы Power SCADA
  • Построение сетевой иерархии всей системы
  • Составление отчетов и настройка оповещения


Поддерживаемое оборудование: Коммутаторы серий PT-G503, PT-7528, PT-7728, PT-G7728/7828.

Wizard – Мастер быстрой настройки

Для коммутаторов серии PT-7528 Moxa разработала инструмент быстрой настройки – Wizard. Мастер настройки оптимизирует процесс конфигурирования коммутаторов и сводит его к 7 шагам, необходимым для эффективного функционирования сетевого устройства на подстанции.


Поддерживаемое оборудование: коммутаторы серии PT-7528

Технология VLAN – Эффективная передача данных

Технология c (Virtual Local Area Network) позволяет разделить общую сеть подстанции на функциональные группы, обмен данными между которыми будет ограничен. Это обеспечит более эффективную и надежную связь на всем объекте.

Настройка сетевых устройств для управления пропускной способностью магистральных портов

Разделение потока данных между функциональными группами, а также ограничение доступа к устройствам.

  • Снижение нагрузки на подключенные устройства

Разделение широковещательных доменов приводит к тому, что уменьшается количество данных, которое необходимо обрабатывать конечным устройствам.

Читайте также: