IEC 61850: secțiuni și avantaje ale standardului

Odată cu dezvoltarea tehnologiilor digitale, producătorii de echipamente electrice nu au fost lăsați la o parte. În ciuda existenței clasificării internaționale ISO, Rusia și-a dezvoltat propriul standard IEC 61850, responsabil cu sistemele și rețelele de stații.

Un pic de istorie

Dezvoltarea tehnologiilor informatice nu a scutit sistemul de management al rețelei electrice. Standardul general acceptat IEC 61850 a fost inițial introdus în 2003, deși încercările de implementare a sistemelor pe această bază au fost efectuate în anii 60 ai secolului trecut.

Esența acestuia este redusă la utilizarea unor protocoale speciale pentru gestionarea rețelelor electrice. Pe baza lor, acum, și monitorizarea funcționării tuturor rețelelor de acest tip.

În cazul în care anterior sa concentrat exclusiv modernizarea sistemelor informatice care controlează energie electrică, odată cu introducerea normelor, standardelor, protocoalelor ca IEC 61850, situația sa schimbat. Scopul principal al acestui GOST a fost de a asigura monitorizarea în vederea detectării în timp util a problemelor legate de funcționarea echipamentului respectiv.

Protocolul IEC 61850 și analogii acestuia

Protocolul în sine a fost utilizat cel mai activ la mijlocul anilor 1980. Apoi, ca și primele versiuni test ale modificării utilizate IEC 61850-1, IEC 60870-5 versiuni 101, 103 și 104, DNP3 și Modbus, care sa dovedit a fi cu totul de neconceput.

Și dezvoltarea inițială a constituit baza protocoalelor moderne UCA2, care la mijlocul anilor 1990 a fost aplicată cu succes în Europa de Vest.

Cum funcționează

Revenind la problema funcționării, ar trebui să explice ce protocolul IEC 61850, pentru „Dummies“ (oameni care înțeleg doar elementele de bază ale muncii și de înțelegere a principiilor de comunicare cu calculatoare).

Ideea este că, la instalația de substație sau putere instalată cip microprocesor care poate transmite date cu privire la starea întregului sistem direct la terminalul centrale, efectuarea controlului de bază.

Transmiterea datelor, care furnizează GOST R IEC 61850, este implementat printr-o conexiune de mare viteză. Aproximativ vorbind, cipul este legat la cel mai apropiat LAN.

Sistemul de achiziții de date DAS (Sistem de preluare a datelor) utilizează transmisie de cel puțin 64 de biți în combinație cu cea corespunzătoare algoritmi de criptare date.

Dar, după cum arată practica, aceste sisteme sunt, de asemenea, destul de vulnerabile. Urmărind filme americane, când un episod oprește alimentarea întregului bloc? Aici este! Gestionarea rețelelor electrice bazate pe protocolul IEC 61850 poate fi coordonată de la orice sursă externă (va fi înțeles de ce). Între timp, ia în considerare principalele cerințe ale sistemului.

Standard P IEC 61850: cerințe pentru sistemele de comunicații

Dacă sa sugerat anterior că semnalul ar trebui transmis prin intermediul unei linii telefonice, astăzi mijloacele de comunicare au avansat mult. Chips-urile încorporate sunt capabile să transmită la 64 Mbps, fiind absolut independente de furnizorii care oferă servicii de conectare standard.

Dacă luăm în considerare standardul IEC 61850 pentru „manechinele“, explicația este destul de simplu: puterea cip utilizează un protocol de transfer de date de proprietate, mai degrabă decât standardul TCP convenționale / IP. Dar asta nu e tot.

Standardul în sine este protocolul transferului de date IEC 61850 cu o conexiune securizată. Cu alte cuvinte, conexiunea la același Internet, rețeaua fără fir etc., se realizează într-un mod foarte specific. În setări, de regulă, sunt utilizați parametrii serverului proxy, deoarece acestea sunt cele (chiar cele virtuale) care sunt cele mai sigure.

Domeniul general de aplicare

Este clar că, în conformitate cu cerințele standard IEC care expune 61850, pentru a instala echipamente de acest tip în cabina de transformator de obicei nu va funcționa (cip de computer pur și simplu nu există nici un loc).

În același timp, un astfel de dispozitiv nu va funcționa. Este nevoie de cel puțin un sistem de intrare / ieșire inițial similar cu BIOS-ul, precum și un model comunicativ de transfer de date (rețea fără fir, conexiune securizată prin cablu etc.).

Dar, în centrul de control al rețelei electrice generale sau locale, puteți accesa aproape toate funcțiile de putere. Ca un exemplu, deși nu cel mai bun, putem reduce filmul „Pământ de bază» (The Core), atunci când un hacker previne distrugerea planetei noastre de către o sursă de destabilizare energetică furnizarea «rezervă» de promovare varianta miezul Pământului.

Dar aceasta este ficțiune pură, mai probabil chiar și o confirmare virtuală a cerințelor IEC 61850 (deși acest lucru nu este menționat în mod direct). Cu toate acestea, chiar și emulația cea mai primitivă a IEC 61850 arată exact în acest fel. Dar cât de multe dezastre ar putea fi evitate?

Același a patra unitate a centralei nucleare de la Cernobâl, în cazul în care au fost stabilite instrumente de diagnosticare care sunt conforme cu IEC 61850-1 cel puțin, probabil, nu ar fi explodat. Și din 1986, rămâne doar să secerați fructele a ceea ce sa întâmplat.

Radiații - este de așa natură încât acționează în secret. În primele zile, luni sau ani de simptome de boala radiatii nu se poate manifesta, ca să nu mai vorbim de înjumătățire uraniu și plutoniu pentru că astăzi, puțini oameni să acorde o atenție. Dar integrarea aceluiași Contoare Geiger în centrala electrică ar putea reduce în mod semnificativ riscul de a fi în această zonă. Apropo, protocolul în sine permite transmiterea acestor date la nivelul hardware-software al complexului implicat.

Metoda de modelare și transformare în protocoale reale

Pentru o mai bună înțelegere a modului în care, de exemplu, funcționează standardul IEC 61850-9-2, merită spus că niciun fir de fier nu poate determina direcția datelor transmise. Adică avem nevoie de un repetor adecvat capabil să transmită date despre starea sistemului și într-o formă criptată.

Este destul de simplu să primiți un semnal. Dar aici, că a fost citit și decriptat de dispozitivul receptor, este necesar să transpirați. De fapt, pentru a descifra semnalul de intrare, de exemplu, bazat pe IEC 61850-2 la nivelul inițial, trebuie să utilizați sisteme de vizualizare precum SCADA și P3A.

Dar pe baza faptului că acest sistem utilizează comunicații prin cablu, protocoalele principale sunt GOOSE și MMS (nu trebuie confundate cu mesajele mobile). Acest standard de conversie IEC 61850-8 produce o primă utilizare consistentă a MMS, urmată de GOOSE, care permite în cele din urmă afișarea informațiilor despre tehnologiile P3A.

Tipurile de bază ale configurației stației

Orice substație care utilizează acest protocol trebuie să aibă cel puțin un set minim de mijloace pentru transmiterea datelor. În primul rând, se referă la dispozitivul foarte fizic conectat la rețea. În al doilea rând, în fiecare astfel de unitate trebuie să existe unul sau mai multe module logice.

În acest caz, dispozitivul însuși este capabil să efectueze funcția unui hub, a unui gateway sau chiar a unui fel de intermediar pentru transferul de informații. Nodurile logice au un focus îngust și sunt împărțite în următoarele clase:

• "A" - sisteme automatizate de control;
• "M" - sisteme de măsurare;
• "C" - controlul telemetriei;
• "G" - module de funcții și setări generale;
• "I" înseamnă configurarea comunicațiilor și metodele utilizate pentru arhivarea datelor;
• "L" - module logice și noduri de sistem;
• "P" - protecție;
• "R" - componente de protecție asociate;
• S-senzori;
• «T» - transformatoare de măsură;
• "X" - echipamente de comutare a contactelor bloc;
• "Y" - transformatoare de tip putere;
• "Z" - orice altceva care nu este inclus în categoriile de mai sus.

Se crede că protocolul IEC 61850-8-1, de exemplu, este în măsură să asigure utilizarea mai puțin de fire sau cabluri, care, desigur, au doar un efect pozitiv asupra ușurința de configurare a echipamentului. Dar problema principală, așa cum se dovedește, este că nu toți administratorii pot procesa date primite chiar dacă există pachete software corespunzătoare. Aș dori să sper că aceasta este o problemă temporară.

Software de aplicație

Cu toate acestea, chiar și în situația neînțelegerii principiilor fizice ale programelor de acest tip, emulația IEC 61850 poate fi efectuată în orice sistem de operare (chiar și în cel mobil).

Se crede că personalul de conducere sau integratorii petrec mult mai puțin timp prelucrând date provenite de la substații. Arhitectura unor astfel de aplicații este intuitivă, interfața este simplă și toate prelucrările constau numai în introducerea datelor localizate, cu ieșirea automată a rezultatului.

Dezavantajele unor astfel de sisteme pot fi atribuite doar costul supraevaluat al echipamentelor P3A (sisteme microprocesoare). De aici imposibilitatea aplicării sale în masă.

Aplicare practică

Înainte de aceasta, tot ceea ce sa spus despre protocolul IEC 61850 se referea doar la informații teoretice. Cum funcționează acest lucru în practică?

Să presupunem că avem o centrală electrică (substație) cu putere trifazată și două intrări de măsurare. La definirea unui nod logic standard, se utilizează numele MMXU. Pentru standardul IEC 61850, pot exista două dintre acestea: MMXU1 și MMXU2. Fiecare astfel de nod poate conține, de asemenea, un prefix suplimentar pentru a simplifica identificarea.

Un exemplu este un nod simulat bazat pe XCBR. Se identifică cu aplicarea unor operatori de bază:

• Loc - definiție a locației locale sau îndepărtate;
• OpCnt - tehnica de numărare a operațiunilor efectuate (efectuate);
• Poz - operatorul responsabil pentru locație și similar cu parametrii Loc;
• BlkOpn - comandă pentru a dezactiva interblocarea comutatorului;
• BlkCls - activați blocarea;
• CBOpCap - selectează modul de funcționare al comutatorului.

O astfel de clasificare pentru descrierea claselor de date CDC este folosită în principal în Modificarea sistemelor 7-3. Cu toate acestea, chiar și în acest caz, configurația bazată pe utilizarea mai multor caracteristici (FC - limitări funcționale, SPS - unitate de stat punctul de control, SV și ST - proprietăți permutare sisteme, DC si EX - descrierea și parametrii extinse definiție).

În ceea ce privește definiția și descrierea clasei SPS, lanțul logic include proprietățile stVal, calitatea este q, iar parametrii de timp actuali sunt t.

Astfel, transformarea se realizează pe o tehnologie de date de conexiune Ethernet și protocolul TCP / IP direct la MMS variabile obiect, care abia mai târziu identificat cu numele atribuit, ceea ce duce la o valoare reală a oricărui implicat în acest indice de timp.

În plus, protocolul IEC 61850 în sine este doar un model generalizat și chiar abstract. Dar pe baza sa este descrisă structura oricărui element al sistemului de putere, care permite chips-urilor de microprocesoare să identifice cu precizie fiecare dispozitiv implicat în acest domeniu, inclusiv pe cele care utilizează tehnologii de economisire a energiei.

Teoretic, formatul protocolului poate fi convertit în orice tip de date, bazat pe standardele MMS și ISO 9506. Dar de ce a fost ales standardul de control IEC 61850?

Este asociat exclusiv cu fiabilitatea parametrilor primiti si cu un proces usor de lucru cu atribuirea de nume complexe sau modele complexe ale serviciului.

Un astfel de proces fără utilizarea protocolului MMS se dovedește a fi foarte consumator de timp, chiar și atunci când se creează interogări precum "citiți-scrie-raport". Nu, desigur, puteți efectua acest tip de conversie chiar și pentru arhitectura UCA. Dar, după cum arată practica, aplicarea standardului IEC 61850 face posibilă fără prea mult efort și cheltuieli în timp.

Probleme de verificare a datelor

Cu toate acestea, acest sistem nu este limitat doar la recepția-transmisie. De fapt, sistemele microprocesoare încorporate permit schimbul de date nu numai la nivelul stației și al sistemelor centrale de control. Aceștia pot prelucra datele împreună cu echipamentul corespunzător.

Exemplul este simplu: un cip electronic transmite date despre curent sau tensiune într-o zonă critică. În consecință, orice alt subsistem bazat pe căderea de tensiune poate activa sau dezactiva sistemul de alimentare suplimentar. Toate acestea se bazează pe legile standard ale fizicii și ingineriei electrice, cu toate acestea, depinde de curent. De exemplu, avem o tensiune standard de 220 V. În Europa - 230 V.

Dacă analizați criteriile de abateri, în fosta URSS aceasta este de +/- 15%, în timp ce în țările europene dezvoltate nu este mai mult de 5%. Fără a fi surprinzător, tehnologia occidentală de marcă pur și simplu nu reușește din cauza fluctuațiilor de tensiune din rețeaua electrică.

Și, probabil, nu este necesar să spunem că mulți dintre noi observăm în curte o clădire în formă de cabină de transformare, construită în vremurile Uniunii Sovietice. Credeți că aveți posibilitatea să instalați un cip de computer acolo sau să conectați cabluri speciale pentru a obține informații despre starea transformatorului? Asta e, nu este!

Noile sisteme bazate pe standardul IEC 61850 permisul de un control complet al tuturor parametrilor, dar este evident că aceasta nu poate punerea în aplicare pe scară largă a serviciilor adecvate repels cum ar fi „vânzări de putere“ în termenii de angajare a protocoalelor strat.

Nu este nimic surprinzător în asta. Companiile care distribuie energie electrică între consumatori pot pierde pur și simplu profituri sau chiar privilegii pe piață.

În loc de total

În general, protocolul, pe de o parte, este simplu, iar pe de altă parte - foarte dificil. Problema nu este chiar că nu există niciun software corespunzător pentru ziua de azi, ci că întregul sistem de control asupra industriei de energie electrică, pe care l-am moștenit din URSS, pur și simplu nu este pregătit pentru acest lucru. Și dacă țineți seama de calificarea scăzută a personalului, nu poate fi nici o îndoială că cineva poate controla sau elimina problemele în timp util. La noi, după cum este acceptat? Problema? Dezactivați microdistrictul. Asta e tot.

Dar aplicarea acestui standard permite evitarea unor astfel de situații, ca să nu mai vorbim de nicio întrerupere a ventilatorului.

Astfel, rămâne doar să rezumăm un anumit rezultat. Care este utilizarea protocolului IEC 61850 pentru utilizatorul final? În cel mai simplu sens - aceasta este o sursă de alimentare neîntreruptă, fără căderi de tensiune în rețea. Rețineți că, dacă un terminal sau un laptop nu este proiectat să utilizeze o sursă de alimentare neîntreruptibilă sau un regulator de tensiune, o cădere sau salt poate declanșa o oprire imediată a sistemului. Bine, dacă ai nevoie de o recuperare la nivel de program. Și dacă sloturile RAM ard sau hard diskul nu reușește, ce ar trebui să fac?

Aceasta, desigur, este un subiect separat pentru studiu, dar standardele în sine, este acum utilizat în centralele electrice cu corespunzătoare „de fier“ și diagnosticarea software-ului sunt în măsură să controleze toți parametrii rețelelor, prevenind situația cu apariția de eșecuri critice, care poate duce nu numai la deteriorarea aparatelor de uz casnic , dar și la defectarea tuturor cablajelor la domiciliu (se știe că sunt proiectate pentru nu mai mult de 2 kW la o tensiune standard de 220 V). Prin urmare, inclusiv simultan un frigider, o mașină de spălat sau un cazan pentru încălzirea apei, gândiți-vă de o sută de ori cât este justificată.

Dacă aceste versiuni de protocol sunt activate, setările subsistemului vor fi aplicate automat. Și în cea mai mare măsură se referă la funcționarea acelorași siguranțe de 16 amperi, pe care locuitorii clădirilor cu 9 etaje uneori instalează independent, ocolind serviciile responsabile pentru acest lucru. Dar prețul problemei, după cum se dovedește, este mult mai mare, deoarece vă permite să ocoliți anumite restricții legate de standardul menționat mai sus și regulile sale de însoțire.