Марка • Оборудование

СИМЕНС
Цифровая подстанция

Сергей Горенков, руководитель	Анатолий Преминин, ведущий специалист
Технический центр подразделения «Автоматизация в энергетике» департамента «Управление электроэнергией» ООО «Сименс», г. Москва

Открыть в формате PDF

В настоящее время в электроэнергетике всё более активно обсуждаются вопросы создания цифровой подстанции (ЦП), иностранные и отечественные компании предлагают рынку передовые микропроцессорные (МП) устройства, поддерживающие новые коммуникационные возможности, но, как представляется авторам, единого понимания технологии ЦП среди специалистов не наблюдается.

Наиболее распространенным пониманием технологии ЦП является передача сигналов релейной защиты и автоматики (РЗА) между МП-устройствами по цифровым каналам связи – так называемый сервис GOOSE-коммуникации. Более продвинутые в этом вопросе специалисты под технологией ЦП понимают возможность передачи значений выборок тока и напряжения и сигналов управления первичным оборудованием по цифровой шине процесса согласно части 9-2 стандарта МЭК 61850.

В действительности такое понимание технологии ЦП является неполным и не раскрывает всех возможностей этой технология будущего, основы которой были заложены еще в 2004 г. с появлением стандарта МЭК 61850. Этот стандарт, основанный на широко распространенной во всем мире коммуникационной технологии Ethernet, глубоко и системно решает вопрос создания комплекса РЗА объекта в цифровом формате, определяя принципиальные основы такой реализации:

• весь функционал РЗА разделен на единичные стандартные функции – логические узлы, получившие в стандарте МЭК 61850 уникальные обозначения и определенные назначения. Логические узлы являются стандартными вне зависимости от производителя и понятными всем специалистам функциями, на которых строится цифровая РЗА объекта;
• для каждого логического узла (стандартной функции) МЭК 61850 определил входные и выходные сигналы коммуникации с другими логическими узлами, необходимые как для работы алгоритмов самого логического узла, так и для функционирования всего цифрового комплекса РЗА;
• сигналы коммуникации логических узлов, точнее, структуры данных каждого типа сигнала, также были стандартизованы в МЭК 61850 в виде объектов данных. Объект данных – это единичный стандартный сигнал, которым обмениваются логические узлы вне зависимости от того, находятся они в одном МП-устройстве или в разных МП-устройствах разных производителей;
• стандарт МЭК 61850 определил целый ряд принципов и правил взаимодействия между логическими узлами на основе объектов данных, а также конкретные требования к параметрам коммуникации между логическими узлами. Принципы и правила взаимодействия между логическими узлами (сервисы) позволяют реализовывать полноценные функции релейной защиты и автоматики на основе логических узлов, а требования к параметрам коммуникации обеспечивают работу этих функций в режиме реального времени вне зависимости от того, реализована полноценная функция в одном МП-устройстве (традиционный подход) или она является распределенной в нескольких МП-устройствах, в которых функционируют соответствующие логические узлы. Ключевым требованием к коммуникации между логическими узлами является требование поддержки и обработки атрибутов качества сигнала. Обработка атрибутов качества сигнала необходима как для нормального рабочего процесса, так и для целей технического обслуживания. Такая обработка особенно актуальна, когда логические узлы находятся в разных МП-устройствах.

Основываясь на перечисленных положениях стандарта МЭК 61850, под технологией ЦП следует понимать комплекс РЗА объекта, выполненный в цифровом формате на основе стандартных логических узлов, взаимодействующих между собой с помощью стандартных сигналов (объектов данных) вне зависимости от того, находятся взаимодействующие узлы в одном МП-устройстве или в разных МП-устройствах разных производителей.

Ключевым требованием технологии ЦП к производителям МП-устройств является построение внутренней архитектуры МП-устройства в соответствии со стандартом МЭК 61850. Внутренняя архитектура МП-устройства должна быть ясно представлена пользователю в виде модели данных (совокупности логических узлов со стандартными обозначениями) и давать пользователю возможность работы внутри МП-устройства со стандартными типами сигналов – объектами данных по МЭК 61850, в том числе свободно добавлять их в модель данных для реализации пользовательских задач.

ЦП не может быть реализована на МП-устройствах, поддер­живающих только коммуникационные возможности стандарта МЭК 61850, поскольку обработка атрибутов качества принимаемых сигналов и их стандартных информационных структур должна осуществляться не только в точке приема, но и во внутренней архитектуре МП-устройства стандартными логическими узлами. К тому же такие МП-устройства не способны обеспечить прямую коммуникацию со стандартными логическими узлами МП-устройств других производителей в соответствии со стандартом МЭК 61850.

Хорошо известная и отработанная технология GOOSE-коммуникации уже позволяет реализовать ЦП в описанном контексте с размещением логических узлов уровня присоединения в разных МП-устройствах, но логические узлы полевого уровня по-прежнему остаются в МП-устройствах защиты и автоматики.

Постепенно внедряющаяся технология шины процесса позволит вынести логические узлы полевого уровня из МП-устройств защиты и автоматики в МП-устройства полевого уровня – устройства сопряжения.

Здесь важно подчеркнуть, что ЦП – это цифровой комплекс РЗА, информационная модель или архитектура которого по­строена на стандартных и явно выраженных для пользователя элементах: логических узлах, объектах данных, моделей и сервисов. При этом современные коммуникационные технологии являются вспомогательным инструментом для создания гибкой и удобной аппаратной основы (набор МП-устройств защиты и автоматики, устройства сопряжения, коммуникационное оборудование, линии связи и их расположение на объекте) цифрового комплекса РЗА, реализованного в соответствии со стандартом МЭК 61850.

Залогом успеха реализации аппаратной основы будущих ЦП является поддержка МП-устройствами широкого спектра коммуникационных интерфейсов и протоколов, которые используются:

• для интеграции в шины процесса объекта с поддержкой резервирования и в станционную шину объекта также с поддержкой резервирования;
• для прямого обмена данными защиты;
• для отдельной передачи информации мониторинга и контроля для целей технического обслуживания.

Принимая во внимание описанную выше технологию ЦП, уместно отметить, что ЦП может быть создана уже не на МП-устройствах или терминалах в их классическом понимании, а на гибкой модульной многофункциональной и универсальной аппаратной платформе. Именно такой платформой является SIPROTEC 5 – принципиально новый продукт компании «Сименс», внутренняя архитектура которого изначально разработана в соответствии со стандартом МЭК 61850 и требованиями информационной безопасности.

Благодаря модульному аппаратному обеспечению, огромным коммуникационным возможностям, гибкому назначению набора функций (логических узлов), возможности добавления пользовательских объектов данных и свободнопрограммируемой логике платформы SIPROTEC 5, уже сейчас компания «Сименс» может предложить реализацию ЦП с размещением функций РЗА, управления, мониторинга, оперативной блокировки и измерений в одном устройстве. Это решение по­зволяет разгрузить сети GOOSE-коммуникации и сделать шаг навстречу полностью цифровым подстанциям. Перечисленные функции также могут быть размещены в разных устройствах с сохранением принципов взаимодействия логических узлов и с использованием GOOSE-коммуникации.

В сочетании с устройством сопряжения 6MU модульная платформа SIPROTEC 5 позволяет реализовать ЦП не только с сервисом GOOSE-коммуникации, но и с применением технологии шины процесса. Это существенно упрощает традиционную аппаратную часть устройств уровня присоединения, но не изменяет их функционального назначения. Благодаря модульной аппаратной платформе SIPROTEC 5 и информационной модели функций в соответствии с МЭК 61850 в эксплуатации возможен переход от первого варианта ко второму без изменения функций.

В заключение отметим основные преимущества реализации ЦП согласно концепции, представленной в статье:

• безопасность инвестиций в будущем благодаря применению модульных (адаптируемых) аппаратных платформ, гибких (настраиваемых) наборов стандартных функций, обеспечивающих совместную работу устройств разных производителей. При этом намного проще решаются вопросы эксплуатации и технического обслуживания оборудования разных производителей за счет стандартизации цифровых функций, сигналов и сервисов;
• значительное сокращение количества физических устройств и переход на единую платформу – отказ от традиционной ассоциации функций с устройствами с одновременным обеспечением 100% резервирования функций в цифровом формате. При этом затраты на оперативное и техническое облуживание физических устройств сокращаются пропорционально их количеству и повышается удобство их обслуживания;
• значительное сокращение цепей вторичной коммутации за счет применения шины процесса и, как следствие, существенное сокращение затрат на проектирование, пусконаладочные работы, а также на плановое техническое обслуживание комплекса РЗА объекта;
• сокращение затрат на оперативное и техническое обслуживание комплекса РЗА за счет полноценной самодиагностики МП-устройств и контроля исправности коммуникаций между МП-устройствами.

smart-grid.ru@siemens.com, www.siemens.ru/smart-grid