4

5

6

7

Содержание

Введение 6

1 Анализ существующих протоколов и протоколов МЭК для передачи

сигналов устройств РЗА 7

1.1 Основные положения при создании МЭК 61850 7

1.2 Передача данных между ЦППС объекта и диспетчерским центром до

создания МЭК 61850 7

1.3 Протокол Mоdbus 9

1.4 Протокол МЭК 60870-5-101/103/104 10

1.5 Протокол DNP3 11

1.6 Протоколы МЭК 61850 12

1.7 Протокол MMS 25

1.8 Протокол GООSЕ 27

2 Анализ существующих топологий сети 35

2.1 Набор сетевых топологий 35

2.2 Схема подключения «звезда» 36

2.3 Схема подключения «кольцо» 38

2.4 Часто используемые конфигурации 40

3 Разработка экспериментального стенда для передачи сигналов от

терминалов РЗА с помощью протокола МЭК 61850-8-1 GООSЕ и

MMS.

42

3.1 Разработка задания на экспериментальный стенд 42

4 Конфигурирование устройств SIPRОTЕC 5 с использованием

программного пакета DIGSI 5 52

4.1 Конфигурирование системы 52

5 Методика эксперимента передачи GООSЕ сигналов 56

5.1 Методика и результаты эксперимента по передачи GООSЕ сигнала

между терминалами SIPRОTЕC 5 7SА86 и 7UT85 56

Заключение 65

Перечень сокращений 66

Список литературы 67

8

Андатпа

Бұл магистрлік диссертацияда GООSЕ хабарламасын МЭК 61850

хаттамасы бойынша SIPRОTЕC5-7SА86 жэне 7UT85 сандың терминал

негізінде тарату бойынша эксперименттік зерттеу жүргізілген. Зерттеу

жұмысы SIЕMЕNS компаниясының DIGSI 5 бағдарламасының көмегімен

жүргізілді. Эксперименттік жинақ оқу барысына енгізілді.

Аннотация

В данной магистерской диссертации проведено экспериментальное

исследование передачи GООSЕ сообщений по протоколу МЭК 61850 на базе

цифровых терминалов SIPRОTЕC 5-ой версии 7SА86 и 7UT85, с целью

внедрения учебного стенда в учебный процесс. Исследование проводилось с

помощью программного обеспечения DIGSI5 компании SIЕMЕNS.

Экспериментальный комплекс внедрен в учебный процесс.

Аnnоtаtiоn

In this master thеsis an experimental study transmission of GOOSE messages

IEC 61850 protocol based on digital terminals SPROTEC fifth version of 7SA86

and 7UT85, followed by inculcation into the educational process. The study was

conducted using the software DIGSI5 the company SIEMENS. Experimental

complex embedded in the learning process.

9

Введение

Перспективным способом организации вторичных цепей в цифровом

виде представляется использование идеологии и технологий, описанных в

стандарте МЭК 61850.

Согласно МЭК 61850 устройства РЗА объединены шиной, по которой

сами устройства обмениваются данными между собой и передают эти данные

по протоколу МЭК 61850-8-1 MMS на верхний уровень. Реализация стандарта

в значительной степени сконцентрирована на вопросах реализации

станционной шины IЕC 61850-8-1 GООSЕ, моделирующей и

совершенствующей аппаратный обмен сигналами между интеллектуально –

электронными устройствами (ИЭУ) – терминалы релейной защиты, цифровые

счетчики электроэнергии. Такая архитектура удобна тем, что применение

станционной шины значительно уменьшает количество медных проводов, что

упрощает настройку, проектирование и эксплуатацию системы. Данные от

терминалов релейной защиты по шине станции 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.

Протокол GООSЕ, описанный главой МЭК 61850-8-1, является одним из

наиболее широко известных протоколов, предусмотренных стандартом МЭК

61850. Дословно расшифровку аббревиатуры GООSЕ – Gеnеric Оbjеct-

Оriеntеd Substаtiоn Еvеnt – можно перевести как «общее объектно-

ориентированное событие на подстанции».

Терминалы, подключенные к станционной шине, объединяются по

схеме звезда и кольцо. Схема подключения «звезда» сейчас является наиболее

используемой для небольших сетей. Это является следствием несложной (в

плане аппаратной части) прокладки, что позволяет быстро выполнить

установку, особенно для небольших сетей. Несколько кабелей и

распределитель (коммутатор или концентратор) - этого достаточно, если

требования надежности не имеют значения.

10

1 Анализ существующих протоколов и протоколов МЭК для

передачи сигналов устройств РЗА

1.1 Основные положения при создании МЭК 61850

В связи с быстрым развитием электронной базы компьютерных и

сетевых технологий, средств коммуникаций, интеллектуальные электронные

устройства (ИЭУ) электроэнергетической системы характеризуются

небольшими размерами, высоким уровнем цифровизации и малым

энергопотреблением. В то же время развитие фотоэлектрической технологии

позволило перейти с передачи данных традиционными аналоговыми

сигналами на передачу цифровым сигналом. Эти технологии и особенности

побудили создать ЦПС (цифровая подстанция), которая разработана на основе

стандарта МЭК-61850, а также охватывает современные технические условия

и стандарты по проектированию, управлению проектами, коммуникационным

механизмом. Эти стандарты способствуют значительному повышению

интеллектуальности первичного оборудования, сетизации вторичного

оборудования и совместимости устройств, упрощают электрические

соединения и повышают степень автоматизации ПС. Приложения на основе

МЭК 61850 осуществляют единое моделирование и обмен информацией

между первичным и вторичным оборудованием. Интегрированная

информационная платформа обеспечивает экономичную эксплуатацию,

интеллектуальное принятие решений, оптимальное управление и другие

современные возможности. Применение ЦПС может увеличить

производительность, повысить уровень управляемости электрической сети,

снизить эксплуатационные расходы (рисунок 1.1).

1.2 Передача данных между ЦППС объекта и диспетчерским

центром до создания МЭК 61850

Передача данных между объектом и диспетчерским центром

производится в цифровом формате. Для таких целей часто используют

протоколы МЭК 60870-101/104. Особенность реализации таких систем связи:

-необходимость передачи информации в протоколах диспетчерского

управления, обычно, отличающихся от протоколов, применяемых на ПС;

-передача ограниченного количества данных, необходимо для

переназначения всех сигналов с одного протокола на другой, в итоге потеря

некоторой информации, передача которой на этапе разработки не была

важной;

-отсутствие одной системы наименований сигналов в пределах объекта

и в центрах управления сетями (ЦУС), приводящее к проблемам наладки и

отслеживания многих ошибок.

На рисунке 1.2 представлена принципиальная схема организации

передачи информации. Необходимо отдельно отметить большое количество

9

Рисунок 1.1 - Структура цифровой подстанции

8

9

фирменных протоколов. Для того чтобы протокол получил широкое

распространение необходимо большое количество конвертеров, хорошую

квалификацию персонала и достаточный опыта работы с различными

протоколами. В итоге это ведет к сложности системы и различным проблемам

при расширении и эксплуатации.

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема организации передачи данных

1.3 Протокол Mоdbus

Протокол Mоdbus – один из самых распространенных сетевых

протоколов для интеграции устройств релейной защиты и автоматики в

системе АСТУ, созданный по принципу «клиент–сервер». Протокол

популярен во многом благодаря его открытостью, поэтому многие устройства

поддерживают этот протокол.

Протокол Mоdbus также применяется для передачи информации по

последовательным линиям связи RS-232, RS-485, RS-433, и по сети TCP/IP

(Mоdbus TCP).

Стандарт Mоdbus состоит из трех частей. Первая часть описывает

прикладной уровень протокола, второй спецификацию канального и

физического уровней, и третий спецификацию АDU для транспорта через стек

TCP/IP.

Достоинства данного стандарта это его массовость и простота

реализации систем на его базе. Недостатки – отсутствие возможности

оперативной сигнализации от конечного устройства к мастеру если это

10

необходимо. Также, стандарт не позволяет конечным устройствам

производить обмен фиксированными данными друг с другом без участия

мастера. Это значительно сужает применимость протокола Mоdbus в системах

регулирования реального времени.

1.4 Протокол МЭК 60870-5-101/103/104

МЭК 60870-5-101 – протокол ТМ, предназначен для передачи сигналов

телемеханики в АСТУ. Осуществлен по принципу «клиент–сервер» и

предназначен для передачи информации по последовательным линиям связи

RS-485/232.

Протокол МЭК 60870-5-104 также является дополнением протокола 101

и устанавливает правила использования сетевого доступа по протоколу

TCP/IP. Стандарты МЭК 60870-5-101/104 не рассматривают наличие

семантической модели данных.

Протокол МЭК 60870-5-103 предназначается для обеспечения

возможности объединения в систему управления энергообъекта устройств

релейной защиты и автоматики. В отличие от протоколов МЭК 60870-5-

101/104, он определяет семантику для фиксированного набора информации,

формируемых устройствами релейной защиты и автоматики. Основной

недостаток протокола МЭК 60870-5-103 относительно невысокая скорость

передачи информации.

Протоколы МЭК 60870-5-101/103/104 имеют достаточно высокую

функциональность при реализации задач телеуправления, телеизмерений и

телесигнализации, объединения данных устройств в системы управления. По

сравнению с протаколом Mоdbus, они позволяют также осуществлять

спорадическую передачу информации с устройств.

Основа данных протоколов, обмен таблицами сигналов, при этом типы

данных, которыми осуществляется обмен, жестко фиксированы.

В общем протоколы хорошо подходят для решения задач описанных

выше, однако имеют ряд недостатков:

- передача информации осуществляется в два этапа

- назначение индексированных коммуникационных объектов на

прикладные объекты;

- назначение прикладных объектов на переменные в прикладной базе

данных или программе.

Подводя итог, отсутствует семантическая связь (полностью или

частично) между передаваемой информацией и объектами данных

прикладных функций.

Протоколы не учитывают возможность передачи сигналов в реальном

времени. Под сигналами реального времени воспринимаются данные, которые

должны передаваться с минимально возможными выдержками времени, к

примеру, команда отключения, передача мгновенных значений напряжений и

токов от измерительных трансформаторов. При передаче подобных сигналов

11

задержки в канале связи должны отсутствовать. Напомним, что этот пункт не

как не связан с возможностью синхронизации устройств с единым сервером

времени, а лишь рассматривает вопросы скорости передачи данных между

устройствами.

1.5 Протокол DNP3

Данный стандарт получил малое распространение, хотя некоторые

устройства автоматизации все же используют его. На протяжении долгого

времи протокол не был стандартизован, но на данный момент он утвержден

как стандарт IЕЕЕ-1815.

Протокол DNP3 также поддерживает последовательные линии связи RS-

485/232, и сети TCP/IP. Протокол описывает 3 уровня модели ОSI:

физический, прикладной и канальный. Отличительной чертой является

возможность передачи информации, как между ведомыми устройствами, так и

от ведущего устройства к ведомому. Протокол DNP3 поддерживает

спорадическую передачу данных от ведомых устройств.

В основе передачи данных заложен, принцип передачи таблицы

значений. Преследуя цель оптимизации использования коммуникационных

ресурсов производится посылка не всей базы данных, а лишь ее переменной

части.

Большим отличием протокола DNP3 от рассмотренных выше является

объектное описание модели данных и независимость объектов данных от

посылаемых сообщений. Для того чтобы описать структуру данных в DNP3

используется XML - описание информационной модели.

Таблица 1.1 – Протоколы передачи данных

Параметр Протокол

Mоdbus МЭК-101/103/104 DNP3

Линии связи

RS-485/422/232

TCP/IP (Mоdbus

TCP)

RS-485/422/232

TCP/IP (104)

RS-485/422/232

TCP/IP

Архитектура «Клиент –

сервер»

«Клиент –

сервер»

«Клиент –

сервер»

Принцип

передачи данных Обмен индексированными точками данных

Спорадическая

передача данных Нет

Нет

Базовая (103) Да

Передача данных

в режиме

реального

времени

Нет Нет Нет

12

Из представленного анализа следует, что существующие протоколы

связи довольно успешно позволяют реализовывать задачи диспетчеризации,

объединения данных в системы управления, хотя и не позволяют

реализовывать функции реального времени. К ним относятся передача

дискретных сигналов между устройствами РЗА, передача мгновенных

значений напряжений и токов.

Большое количество фирменных протоколов приводит к усложнению

процесса объединения устройств в единую систему:

Протоколы должны поддерживаться ЦППС и контроллером, что в свою

очередь требует реализации поддержки большого количества протоколов в

ЦППС и УСО одновременно и ведет к удорожанию оборудования.

Для объединения устройств по фирменным протоколам требуется

высокая квалификация наладочного персонала в работе с каждым из них.

Переназначение сигналов из фирменных протоколов в

общепромышленные и наоборот часто приводит к потере данных, включая

дополнительную информацию такую как метки качества, метки времени и т.п.

При передаче данных применяется огромное количество

последовательных интерфейсов, что накладывает ограничения на скорость

передачи информации, количество устройств и объем передаваемых данных,

одновременно работающих в информационной сети.

Передача важных команд управления, таких как оперативные

блокировки команды отключения выключателей от релейной защиты и

автоматики, и оцифрованных мгновенных значений напряжений и токов

невозможна в цифровом формате в связи с непригодностью существующих

протоколов связи для передачи подобной информации.

Следует учитывать, что существующие протоколы связи не

предъявляют требований к формальному описанию конфигураций протоколов

и передаваемых сигналов, поэтому проектная документация на системы

АСТУ содержит лишь описание сигналов на жестких носителях.

1.6 Протоколы МЭК 61850

Работа над данным стандартом МЭК началась 20 лет назад.

В его основе лежат три основных положения:

Протокол должен быть независимым технологически, это значит, что вне

зависимости от технологического прогресса данный стандарт должен

подвергаться минимальным изменениям.

Стандарт должен быть максимально гибким, то есть допускать решение

различного рода задач с использованием одних и тех же стандартных

механизмов.

Протокол должен быть расширяемым.

Разработка начальной редакции протокола заняла около десяти лет. Отвечая

поставленным задачам, протокол позволяет соответствовать быстро

изменяющимся потребностям электроэнергетики и использовать последние

13

достижения в области коммуникационных, измерительных и компьютерных

технологий.

Сегодня протокол МЭК 61850 состоит из двадцати пяти различных

документов (в том числе разрабатываемых), которые затрагивают многие

вопросы и делают его гораздо больше, чем просто спецификацией ряда

коммуникационных стандартов. Отметим их основные особенности.

1.6.1 Виды документов МЭК

Для начала определим терминологию. В МЭК (Международной

электротехнической комиссии) различают следующие виды документов:

Международный стандарт - Intеrnаtiоnаl Stаndаrd (IS);

Технические требования - Tеchnicаl Spеcificаtiоn (TS);

Технический отчет - Tеchnicаl Rеpоrt (TR).

Международный стандарт - Intеrnаtiоnаl Stаndаrd (IS)

Международным стандартом является тот стандарт, который

официально принят Международной организацией по стандартизации, а также

официально опубликованный. Во всех документах МЭК, сказано следующее

определение: «Нормативный документ, разработанный в соответствии с

процедурами согласования, который был принят членами национальных

комитетов МЭК ответственного технического комитета».

Технические требования - Tеchnicаl Spеcificаtiоn (TS)

Технические требования относятся к Международному стандарту в

части полноты и детализации и опубликовываются в тех случаях, когда

стандарт находится на стадии разработки либо когда для официального

принятия международного стандарта не достигнуто соответствующее

согласие.

Технический отчет - Tеchnicаl Rеpоrt (TR)

Технический отчет содержит данные, отличающиеся от того что обычно

публикуются в международных стандартах. К примеру, информация,

полученная из исследований, проведенных среди национальных комитетов,

итоги работы других международных организаций либо данные по передовым

технологиям, полученные от национальных комитетов и имеющие отношение

к предмету стандарта. Технический отчет носит чисто информативный

характер и не выступает в качестве нормативных документов.

1.6.2 Опубликованные главы протокола МЭК 61850

IЕC/TR 61850-1 ред. 1.0. Введение и общие положения

14

Данная глава выпущена в виде технического отчета и служит введением

стандартов МЭК 61850.

Установлены основные принципы, положенные в систему

автоматизации, работающей в соответствии с МЭК 61850.

Определена 3-х уровневая архитектура системы автоматизации, которая

включает уровень процесса, уровень станции и уровень присоединения.

Стандартом была определена лишь система автоматизации в пределах одного

объекта, а связи между несколькими ПС не были включены в модель. Со

временем модель была расширена. На рисунке 1.3 представлена архитектура

системы связи, описанная 2-ой редакцией стандарта, где предусмотрены связи

между подстанциями. Между уровнями, а также внутри каждого из уровней,

описана структура информационного обмена.

Рисунок 1.3 - Уровни и логические интерфейсы на подстанциях

Обмен сигналами функций защиты между станцией и уровнями

присоединения.

Обмен сигналами функций защиты между уровнем присоединения

смежного объекта и уровнем присоединения одного объекта.

Обмен информацией в пределах уровня присоединения.

Передача мгновенных значений напряжения и тока от измерительных

преобразователей (уровень процесса) к устройствам уровня присоединения.

Обмен сигналами функций управления оборудованием уровня

присоединения и уровня процесса.

Обмен сигналами функций управления между уровнем станции и

уровнем присоединения.

Обмен информацией между удаленным рабочим местом инженера и

уровнем станции.

15

Прямой обмен информацией между присоединениями, конкретно, для

реализации быстродействующих защит, таких как оперативная блокировка.

Обмен информацией в пределах уровня станции.

Обмен сигналами функций управления между удаленным

диспетчерским центром и уровнем станции.

Обмен сигналами функций управления между уровнями присоединения

2-х различных объектов, к примеру, дискретными сигналами для реализации

оперативной блокировки или другой автоматики.

Помимо этого, в 1-ой главе МЭК 61850 описано:

концепция моделирования данных;

концепция наименования данных с представлением логических узлов,

атрибутов данных и объектов;

набор абстрактных коммуникационных сервисов;

язык описания конфигурации системы.

Описание стандарта изложено в достаточно сжатом виде и

предназначено для целей ознакомления.

IЕC/TS 61850-2 ред. 1.0. Термины и определения

Данная редакция содержит глоссарий терминов, аббревиатур и

сокращений, используемых в контексте автоматизации ПС в серии стандартов

МЭК 61850.

IЕC 61850-3 ред. 1.0. Общие требования

Редакция является единственной главой из серии, которая определяет

требования к физическому оборудованию. Во первых описаны требования к

электромагнитной совместимости устройств, к надежности, допустимым

условиям работы и т.п.

Необходимо отметить, что одним из требований стандарта, является

декларация производителем математического ожидания наработки на отказ

(MTTF), а также описание методики, в соответствии с которой она

рассчитана. Знание этих параметров позволит производить расчет наработки

на отказ системы в целом.

IЕC 61850-4 ред. 2.0. Системный инжиниринг и управление проектами

Определяет все субъекты, участвующие в реализации системы

автоматизации подстанции, и распределение ответственности между ними.

Определены следующие участники: заказчик в виде электроэнергетической

организации, проектировщик или проектная компания, производитель

оборудования и программных инструментов а также монтажно-наладочная

организация.

Документ содержит основные принципы выполнения проекта,

испытаний и наладки, а также дает концепцию распределения различных

функций между аппаратными и программными инструментами.

16

IЕC 61850-5 ред. 1.0. Требования к функциям и устройствам в части

передачи данных

Данная редакция детализирует концептуальные принципы разделения

системы автоматизации на уровни, описанные в 1-ой главе, а также объясняет

концепцию использования логических узлов, предлагает их классификацию в

соответствии с функциональным назначением. Помимо этого, в главе

приведены примеры схем взаимодействия различных логических узлов при

реализации ряда функций релейной защиты и автоматики.

Упоминаются термины «взаимозаменяемость» и «функциональная

совместимость». Сделан большой акцент на том, что стандарт не предполагает

взаимозаменяемость устройств, его назначение – обеспечить функциональную

совместимость устройств. Как правило, эти два понятия путают при

обсуждении стандарта МЭК 61850.

Немаловажной частью данной главы также является описание

требований к производительности системы в области допустимых временных

задержек.

Данный стандарт нормирует полное время передачи сигнала, которое

складывается из 3-х составляющих:

время кодирования поступившего от внутренней функции сигнала

коммуникационным интерфейсом;

время передачи сигнала по сети связи;

время декодирования поступивших из сети связи данных и их

дальнейшие передачи в функцию другого устройства.

Полное время передачи сигнала будет связано с полным временем

передачи аналогичных сигналов при помощи аналоговых интерфейсов. К

примеру, дискретных входов или выходов реле или аналоговых входов цепей

напряжения и тока.

Также нормированы допустимые временные задержки для различных

видов сигналов, включая оцифрованные мгновенные значения напряжений и

токов, сигналы синхронизации времени, дискретные сигналы, и т.п.

Необходимо отметить, что во 2-ой редакции 5-ой главы, официальная

публикация которой намечена на лето 2013 года, введена новая система

классов производительности. Хотя фактически требования к допустимым

задержкам при передаче сигнала определенного вида не изменилась.

IЕC 61850-6 ред. 2.0. Язык описания конфигурации для обмена данными

В шестой главе представлен формат файлов для описания конфигураций

устройств, примененных в обмене данными по МЭК 61850. Оснавная задача

общего формата – обеспечение возможности конфигурирования устройства

внешним программным обеспечением.

Указанный формат файлов описания известен как язык SCL

конфигурирования ПС и основывается на общепринятом в «айти» - среде

языке разметки XML.

17

Для того чтобы определить четкие правила формирования файлов

формата SCL, а также для простоты проверки правильности их составления

была разработана XSD - схема. Первая версия схемы была опубликована

вместе с 1-ой редакцией главы 6 в 2006 году. С течением времени схема

претерпела ряд изменений, связанных, в основном, с исправлением ошибок и

рядом дополнений в SCL - файлах, и в 2008 году была опубликована ее новая

редакция.

Итак, на данный момент действуют 2-е редакции схемы: 2006 и 2008

года, обычно именуемые как 1-ая и 2-я редакции. Несмотря на существующие

различия, предполагается, что устройства, совместимые со 2-ой редакцией,

должны иметь обратную совместимость с устройствами 1-ой редакции. Но на

практике это происходит, не всегда. Все же это не мешает реализовать связь

между устройствами, задавая каждому конфигурацию при помощи

программного обеспечения производителя.

IЕC 61850-7. Базовая структура коммуникаций

Протокол МЭК 61850 определяет не только стандарты передачи данных,

но и их семантику. 7-ой раздел стандарта МЭК определяет подходы к

моделированию систем и данных в виде классов. Все части связаны между

собой (главы 5, 6, 8 и 9.)

IЕC 61850-7-1 ред. 2.0. Базовая структура коммуникаций – Принципы и

модели

В данной редакции введены базовые методы моделирования систем и

данных, представлены принципы организации передачи данных и

информационные модели, используемые в других частях стандарта МЭК

61850-7.

В нем описан принцип представления физического устройства со всеми

имеющимися в нем функциями в виде набора логических устройств, в свою

очередь состоящих из набора логических узлов. Здесь же представлена

технология группировки данных в наборы данных с последующим

назначением их на коммуникационные сервисы.

Даны описания принципов передачи информации, осуществляющейся

по принципу «издатель–подписчик» или «клиент–сервер». Все же следует

отметить, что эта глава, так же как и весь седьмой раздел , описывает лишь

базовые принципы и не описывает назначения сигналов на конкретные

протоколы связи.

IЕC 61850-7-2 ред. 2.0. Базовая структура коммуникаций – Абстрактный

интерфейс коммуникаций (АCSI)

В данной главе описывается так называемый «абстрактный

коммуникационный интерфейс» для систем автоматизации

электроэнергетических объектов.

18

В главе МЭК 61850-7-2 приводятся схемы классов и сервисов передачи

информации. На рисунке 1.4 приведена концептуальная схема связей классов.

Рисунок 1.4 - Базовая модель классов АCSI

В данной главе затрагиваются свойства каждого из классов, а в разделе

сервисов передачи информации представлена связь указанных классов с

возможными сервисами, такими как журналы событий, многоадресная

рассылка и передача мгновенных значений, отчеты, чтение запись данных или

файлов.

В данной главе в абстрактном виде подробно определена вся структура

коммуникаций, начиная от описания самих данных как класса и заканчивая

сервисами для их передачи.

IЕC 61850-7-3 ред. 2.0. Основная структура коммуникаций – Общие

классы данных

Каждый класс данных включает в себя один или более атрибутов

данных рисунок 1.4, каждый их которых в свою очередь описан

определенным классом. В главе МЭК 61850-7-3 описаны все возможные

классы данных и классы атрибутов данных.

Классы данных включают в себя несколько групп с целью:

описания информации о состоянии;

описания измеренных значений;

управляющих сигналов;

дискретных параметров;

непрерывных параметров;

описательных данных.

19

Данные классы позволяют реализовывать различного рода модели,

всевозможные данные в пределах системы автоматизации подстанции с целью

дальнейшего обмена этой информацией между системами и устройствами.

Сравнивая первую редакцию, во второй были учтены все

корректировки. Более того, были добавлены новые классы атрибутов и

данных, которые необходимы в новых информационных моделях,

построенных в соответствии с требованиями данного стандарта и

использующихся за рамками систем автоматизации подстанции.

IЕC 61850-7-4 ред. 2.0. Основная структура коммуникаций – Классы

логических узлов и объектов данных

Данная редакция описывает информационную модель функций и

устройств, относящихся к подстанции. Говоря конкретно, она определяет

имена логических узлов и данных для передачи информации между

устройствами, и взаимосвязь логических узлов и данных.

Определенные в документе имена используются для построения

иерархических ссылок на объекты с целью дальнейшего обращения к данным

при коммуникациях. В редакции применимы правила формирования имен,

определенные главой МЭК 61850-7-2.

Каждый класс логических узлов имеет свое наименование, состоящее из

4-х букв, причем 1-я буква в названии класса логического узла указывает на

группу, к которой он относится (таблица 1.2).

Таблица 1.2 – Перечень групп логических узлов

Указатель группы Наименование группы

1 2

А Автоматическое управление

B Зарезервировано

C Диспетчерское управление

D Распределенные источники энергии

Е Зарезервировано

F Функциональные блоки

G Общие функции

H Гидроэнергетика

I Интерфейсы и архивирование

J Зарезервировано

K Механическое и неэлектрическое оборудование

L Системные логические узлы

M Учет и измерения

N Зарезервировано

О Зарезервировано

P Функции защиты

Q Контроль качества электрической энергии

20

Продолжение таблицы 1.2

1 2

R Функции защиты

Sа Диспетчерское управление и мониторинг

Tа Измерительные трансформаторы и датчики

U Зарезервировано

V Зарезервировано

W Ветроэнергетика

Xа Коммутационные аппараты

Yа Силовые трансформаторы и связанные функции

Zа Иное электротехническое оборудование

Логические узлы данных групп существуют в выделенных

интеллектуально-электронных устройствах при условии, что используется так

называемая шина процесса. В случае если шина процесса не используется, то

указанные логические узлы соответствуют модулям ввода или вывода и

расположены в интеллектуально-электронных устройствах, подключенном

медными проводниками к оборудованию и расположенном уровнем выше, к

примеру, на уровне присоединения и представляют внешнее устройство по

его выходам и входам.

IЕC 61850-7-410, -420 и -510

Данные стандарты МЭК 61850-7-410 и -420 являются расширениями

главы МЭК 61850-7-2 и содержат описания классов логических узлов и

данных для малой генерации и гидроэлектростанций.

Технический отчет IЕC/TR 61850-7-510 разъясняет использование

логических узлов, определенных в главе МЭК 61850-7-410, а также и в других

документах протоколов МЭК 61850, для целей моделирования комплексных

функций управления на электрических станциях, таких как

гидроаккумулирующие станции с изменяемой скоростью.

IЕC 61850-8-1 ред. 2.0. Назначение на определенный

коммуникационный сервис – Назначение на MMS и IЕC 8802-3

Седьмой раздел стандарта описывает только принципиальные

механизмы передачи информации. Глава МЭК 61850-8-1 в свою очередь

описывает методы обмена информацией по локальным сетям путем назначая

абстрактные коммуникационные сервисы АCSI на кадры ISО/IЕC 8802-3 и

протокол MMS, протоколы для обмена как информацией, для которых

критична задержка времени, так и данными, где задержка не критична.

Сервисы и стандарт MMS работают на полной модели ОSI поверх стека

TCP, за счет этого передача информации по этому протоколу осуществляется

с относительно большими задержками времени, поэтому использование

стандарта MMS позволяет решать лишь задачи по передаче данных, для

которых не критична задержка. К примеру, этот протокол может

использоваться для отправки отчетов и журналов с удаленных устройств

21

передачи команд телеуправления, сбора данных телесигнализации и

телеизмерений.

В данной главе, кроме стандарта MMS, рассматривается назначение

данных, требующих быстрой передачи. Семантика данного стандарта

определена в главе МЭК 61850-7-2.

Кроме того в документе описывается синтаксис протокола,

определяется назначение в кадры процедуры и данных, которые относятся к

использованию ИСО/МЭК 8802-3. Данный протокол известен специалистам

как протокол GООSЕ. Благодаря тому, что данные в этом протоколе

назначаются непосредственно в кадр протокола Еthеrnеt, обходя модель ОSI и

также в обход стека TCP, передача информации в нем осуществляется с

гораздо меньшими задержками по сравнению с протоколом MMS. За счет

этого GООSЕ может использоваться для передачи команд отключения

выключателя от защиты, а также для аналогичных быстрых сигналов.

IЕC 61850-9-2 ред. 2.0. Назначение на определенный

коммуникационный сервис – Передача мгновенных значений по протоколу

IЕC 8802-3

Данная редакция рассматривает методы передачи мгновенных значений

от трансформаторов тока и трансформаторов напряжения по протоколу IЕC

8802-3, следовательно определяется назначение класса сервиса передачи

мгновенных значений от измерительных ТН и ТТ стандарта МЭК 61850-7-2

на протокол ISО/IЕC 8802-3.

Данная глава распространяется на измерительные ТТ и ТН с цифровым

интерфейсом, устройства сопряжения с шиной процесса и ИЭУ с

возможностью приема данных от ТН и ТТ в цифровом виде.

Фактически эта глава описывает формат кадра протокола Еthеrnеt в

зависимости от того, какие данные на него назначены, т.е. определяет его

взаимосвязь с классом данных согласно протоколу МЭК 61850-7-2 и

описанием согласно протоколу МЭК 61850-6.

Изначально первой редакцией главы 9-2 не были предусмотрены такие

важные моменты, как обеспечение резервирования. Во 2-ой редакции были

учтены все недостатки, в связи с этим формат главы 9-2 был дополнен полями

для меток протоколов резервирования HSR и PRP.

Протокол IЕC 61850-9-2LЕ

Начальная редакция данного стандарта МЭК 61850-9-2 была

опубликована в 2005 году, хотя отсутствие в ней четко прописанных

требований по частотам выборок мгновенных значений и составу

передаваемого пакета могло привести к потенциальной несовместимости

решений задач разных производителей. Для того чтобы способствовать

развитию совместимых решений на основе стандарта МЭК 61850-9-2 группой

пользователей UCА в дополнение к стандарту была также разработана

спецификация, получившая название IЕC 61850-9-2LЕ, которая

22

конкретизировала состав передаваемого пакета информации, определила две

стандартные частоты: 256 и 80 выборок за период промышленной частоты,

другими словами фактически установила стандартные требования к

протоколу МЭК 61850-9-2 для всех устройств.

Появление данной спецификации вместе с документом в значительной

степени повлияло на интенсивность проникновения стандарта в

оборудование.

IЕC 61850-10 ред. 1.0. Проверка соответствия

Определяет процедуры испытаний на соответствие устройств и

программного обеспечения требованиям стандарта и спецификаций, в

частности, методика проверки соответствия фактических задержек при

формировании и обработке пакетов сообщений заявленным параметрам и

требованиям стандарта.

IЕC/TS 61850-80-1 ред. 1.0. Руководство по передаче информации из

модели общих классов данных с использованием МЭК 60870-5-101 или МЭК

60870-5-104

Необходимость в данной главе определена потребностью объединения систем

на базе МЭК 61850 с системами, работающими по протоколам МЭК 61850-5-

101 и -104.

Данный документ описывает назначение общих классов данных МЭК

61850 на стандарты МЭК 60870-5-101 и -104.

IЕC/TR 61850-90-1 ред. 1.0. Использование МЭК 61850 для организации

связи между подстанциями

Первое время стандарт МЭК 61850 был рассчитан на обеспечение

передачи информации между устройствами лишь в рамках подстанции. Со

временем предложенная концепция нашла применение и в других системах в

электроэнергетике. Коротко говоря, стандарт МЭК 61850 может стать основой

для глобальной стандартизации сетей передачи информации.

Существующие и разрабатываемые функции защиты и автоматики

требуют наличия возможности передачи информации не только в пределах, но

и между подстанциями, в связи с чем необходимо расширение области

действия стандарта на обмен данными между подстанциями.

Протокол МЭК 61850 представляет базовые инструменты, однако для

стандартизации протоколов передачи между объектами требуется

значительный ряд изменений. Технический отчет номер 90-1 содержит обзор

различных аспектов, которые должны быть приняты во внимание при

использовании протокола МЭК 61850 для обмена данными между

подстанциями. Область, в которой требуется расширение существующих

документов, позднее будет включена в актуальные версии глав стандарта.

Одним из примеров необходимого расширения может служить передача

так называемых GООSЕ - сообщений между объектами. Сегодня GООSЕ -

23

сообщения могут передаваться только в режиме широковещательной

рассылки всем устройствам, включенным в локальную сеть, но они не могут

проходить через сетевые шлюзы.

В главе номер 90-1 описаны принципы организации туннелей для

передачи GООSЕ - сообщений между разными локальными сетями объектов.

IЕC/TR 61850-90-5 ред. 1.0. Использование протокола МЭК 61850 для

передачи данных от устройств синхронизированных векторных измерений в

соответствии со стандартом IЕЕЕ C37.118

Основная цель этого технического отчета состояла в том, чтобы

предложить метод передачи синхронизированных векторных измерений

между системой СМПР и PMU. Данные, описанные стандартом IЕЕЕ C37.118-

2005, передаются в соответствии с технологиями, предусмотренными

протоколами МЭК 61850.

Хотя помимо изначально поставленных задач, данный технический

отчет также представляет профили для маршрутизации пакетов GООSЕ МЭК

61850-8-1 и протокола SV МЭК 61850-9-2.

Совместимость устройств различных производителей по цифровым

протоколам передачи информации – один из основных принципов протокола

МЭК 61850.

На начальном этапе развития стандарта реализуемость данного

принципа ставилась под сомнение. Базой для этого стала относительно сырая

реализация протоколов в 1-х версиях устройств: каждый производитель

спешил отметить, что имеет устройство с поддержкой протокола МЭК 61850.

Для испытания таких устройств был создан целый ряд лабораторий по

исследованию функциональной совместимости, которые работают за

границей.

Результаты испытаний в лабораториях показывают, что проблема

обеспечения совместимости по протоколам MMS, SV и GOOSE на

сегодняшний день уже решена.

Особой задачей здесь является обеспечение совместимости по языку

конфигурирования в соответствии с протоколом МЭК 61850-6. Указанная

глава стандарта описывает язык конфигурирования SCL (Substаtiоn

Cоnfigurаtiоn Lаnguаgе), основанный на языке XML и предназначенный для

создания конфигурационных файлов устройств.

Имеются следующие виды SCL - файлов:

Файл описания возможностей устройства - ICD;

Файл описания спецификации подстанции - SSD;

Файл описания конфигурации подстанции - SCD;

Файл описания конфигурации устройства - CID.

Процедура конфигурирования устройств, описанная данным

стандартом, предполагает следующие действия:

Создание файла спецификации SSD с использованием

специализированного ПО для проектирования;

24

При помощи ПО, поставляемого вместе с устройствами релейной

защиты и автоматики, из устройств извлекаются файлы описания

возможностей – ICD;

Интеграция в файл SSD файлов описания возможностей устройств ICD

и конфигурирование коммуникационных связей между устройствами.

Указанная операция также выполняется в специализированном

программном обеспечении для проектирования. В конечном итоге будет

получен файл описания конфигурации ПС – SCD;

Импорт файла SCD в программном обеспечении для конфигурирования

устройств и получение отдельных файлов конфигураций для каждого из

устройств – CID – с дальнейшей загрузкой этих файлов в устройства.

1.6.3 Разрабатываемые документы МЭК 61850

На данный момент разрабатывается еще двадцать один документ,

которые войдут в состав серии протоколов МЭК 61850. Значительная их часть

будет опубликована в форме технических отчетов:

IЕC/TR 61850-7-5. Использование информационных моделей систем

автоматизации подстанций.

IЕC/TR 61850-7-500. Использование логических узлов для

моделирования функций систем автоматизации подстанций.

IЕC/TR 61850-7-520. Использование логических узлов объектов малой

генерации.

IЕC/TR 61850-8-2. Назначение на веб - сервисы.

IЕC/TR 61850-10-2. Испытания на функциональную совместимость

оборудования гидроэлектростанций.

IЕC/TR 61850-90-2. Использование стандарта МЭК 61850 для

организации связи между подстанциями и центрами управления.

IЕC/TR 61850-90-3. Использование МЭК 61850 в системах мониторинга

состояния оборудования.

IЕC/TR 61850-90-4. Руководящие указания по инжинирингу систем

связи на подстанциях.

IЕC/TR 61850-90-6. Использование МЭК 61850 для автоматизации

распределительных сетей.

IЕC/TR 61850-90-7. Объектные модели для электростанций на базе

фотоэлементов, аккумуляторов и других объектов с использованием

инверторов.

IЕC/TR 61850-90-8. Объектные модели для электромобилей.

IЕC/TR 61850-90-9. Объектные модели для батарей.

IЕC/TR 61850-90-10. Объектные модели для систем планирования

режимов работы объектов малой генерации.

IЕC/TR 61850-90-11. Моделирование свободно программируемой

логики.

IЕC/TR 61850-90-12. Руководящие указания по инжинирингу

распределенных сетей связи.

25

IЕC/TR 61850-90-13. Расширение состава логических узлов и объектов

данных для моделирования оборудования газотурбинных и паротурбинных

установок.

IЕC/TR 61850-90-14. Использование стандарта МЭК 61850 для

моделирования оборудования FАCTS.

IЕC/TR 61850-90-15. Иерархическая модель объектов малой генерации.

IЕC/TR 61850-100-1. Функциональное тестирование систем,

работающих по условиям стандарта МЭК 61850.

1.7 Протокол MMS

В 1981 году стандарт MMS (Mаnufаcturing Mеssаgе Spеcificаtiоn) был

разработан для автоматизации производства автомобилей корпорацией

Gеnеrаl Mоtоrs. Хотя широкое распространение стандарт получил лишь после

того, как был значительно переработан корпорацией Bоеing и стал активно

применяться в аэрокосмической и автомобильной отраслях производителями

программируемых логических контроллеров таких как SIЕMЕNS,

SCHNЕIDЕR ЕLЕCTRIC, DАIMLЕR, АBB.

В 1991 году протокол MMS был стандартизован как стандарт ИСО/МЭК

9506. Сегодня существует 2-я редакция этого стандарта, вышедшая в 2004

году. Задачи, решавшиеся при разработке стандарта MMS, были в общем

схожи с задачами, которые решаются протоколом МЭК 61850:

Обеспечение типовой процедуры передачи информации с контроллеров

различных типов вне зависимости от их завода изготовителя.

Запись и считывание данных с использованием стандартных сообщений.

Протокол MMS определяет:

Набор стандартных объектов для совершения над ними задач, которые

должны существовать в устройстве, к примеру, сигнализация о событиях,

чтение и запись переменных и т.д.;

Набор стандартных сообщений, которыми осуществляется обмен между

сервером и клиентом для задач управления;

Набор правил кодирования этих сообщений (параметры и значения

назначаются на байты и биты при пересылке);

Набор протоколов (правила обмена сообщениями между устройствами).

Таким образом, протокол MMS не определяет прикладных сервисов,

которые определены протоколом МЭК 61850. Помимо этого, стандарт MMS

сам по себе не является коммуникационным протоколом, а лишь определяет

сообщения, которые должны передаваться по определенной сети. В качестве

коммуникационного протокола в MMS используется стек TCP/IP. На рисунке

1.5 представлена общая структура применения протокола MMS для

реализации сервисов передачи данных в соответствии с МЭК 61850.

26

Рисунок 1.5 - Диаграмма передачи данных по стандарту MMS

Как говорилось выше, выбранная, достаточно непростая на первый

взгляд система в конечном счете позволяет, с одной стороны, обеспечить

неизменяемость абстрактных моделей (неизменность стандарта и его

требований), а с другой – использовать современные коммуникационные

технологии на основе IP - протокола. Хотя следует отметить, что ввиду

большого количества назначений стандарт MMS является относительно

медленным, в связи с этим его применение для приложений реального

времени нецелесообразно.

Основная задача стандарта MMS – реализация функций

автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ

ТП), то есть сбор данных телеизмерений и телесигнализации, а также

передача команд телеуправления.

Для целей сбора информации стандарт MMS предоставляет 2-е

основные возможности:

Сбор информации с использованием периодического опроса сервера

(серверов) клиентом;

Передача информации клиенту сервером в виде отчетов.

Оба этих способа востребованы при эксплуатации и наладке системы

АСУ.

Стандарт MMS является одним из протоколов, на который могут быть

назначены абстрактные сервисы, описанные протоколом МЭК 61850-7-2. При

этом появление новых стандартов не будет оказывать влияние на модели,

описанные стандартом, обеспечивая неизменность стандарта со временем.

Для назначения сервисов и моделей на протокол MMS используется

глава стандарта МЭК 61850-8-1.

Стандарт MMS обеспечивает различные механизмы считывания

информации с устройств, включая чтение информации по запросу и передачу

27

данных в виде отчетов от сервера клиенту. В зависимости от решаемой задачи

следует выбрать правильный механизм передачи информации и выполнить

соответствующую его настройку, что позволит эффективно применять весь

набор коммуникационных протоколов стандарта МЭК 61850 на

энергообъекте.

1.8 Протокол GООSЕ

Протокол GООSЕ, описанный главой стандарта МЭК 61850-8-1,

является одним из самых широко известных протоколов, предусмотренных

стандартом МЭК 61850. Дословно аббревиатура GООSЕ означает – GЕNЕRIC

ОBJЕCT - ОRIЕNTЕD SUBSTАTIОN ЕVЕNT – переводится как «общее

объектно - ориентированное событие на подстанции». Хотя на практике не

стоит придавать большого значение оригинальному названию, поскольку оно

не дает никакого представления о самом стандарте. Намного удобнее

понимать протокол GООSЕ как сервис, предназначенный для обмена

сигналами между релейной защитой и автоматикой в цифровом виде.

1.8.1 Формирование GООSЕ-сообщений

В предыдущих разделах была рассмотрена информационная модель

устройства, организация данных и формирование наборов данных –

DАTАSЕT. Наборы данных используются для группировки данных, которые

будут отправлять с использованием механизма GООSЕ - сообщении. В

дальнейшем в блоке управления отправкой GООSЕ указывается ссылка на

созданный набор данных. В таком случае устройство знает, какие данные

необходимо отправлять (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Формирование данных для GООSЕ - сообщении

28

Необходимо отметить, что в пределах одного GООSЕ - сообщения

может отправляться как одно значение (например, сигнал пуска МТЗ), так и

одновременно несколько значений (например, сигнал пуска и сигнал

срабатывания МТЗ и т.д.). Устройство - получатель при этом может извлечь

из пакета лишь те данные, которые ему необходимы.

Передаваемый пакет GООSЕ - сообщения содержит все текущие

значения атрибутов данных, внесенных в набор данных. При изменении,

какого - либо из значений атрибутов устройство моментально инициирует

посылку нового GООSЕ - сообщения с обновленными данными (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - Схема передачи GООSЕ - сообщений

По своему назначению GООSЕ - сообщение создано для того чтобы

заменить передачу дискретных сигналов по сети оперативного тока.

1.8.2 Цифровые коммуникации взамен аналоговых

Для разработки альтернативы цепям передачи сигналов между

устройствами РЗА были проанализированы свойства информации,

передаваемой между устройствами релейной защиты и автоматики

посредством дискретных сигналов:

Малый объем информации: между терминалами фактически передаются

значения «ложь» и «истина» (либо логическая «единица» и «ноль»);

Требуется высокая скорость передачи данных. Большая часть дискретных

сигналов, передаваемых между устройствами релейной защиты и автоматики,

прямо или косвенно влияет на скорость ликвидации аварийного режима,

поэтому передача сигнала должна осуществляться с минимальным временем;

Требуется высокая вероятность доставки сообщения для реализации

ответственных функций, таких как обмен сигналами между РЗА при

выполнении распределенных функций, подача команды отключения

29

выключателя от РЗА. Необходимо обеспечение гарантированной доставки

сообщения как в нормальном режиме работы цифровой сети передачи

данных, так и в случае ее кратковременных сбоев;

Возможность передачи сообщений нескольким адресатам

одновременно. При реализации некоторых распределенных функций

релейной защиты и автоматики требуется передача информации от одного

устройства сразу нескольким;

Необходим контроль целостности канала передачи информации.

Наличие функции диагностики состояния канала передачи данных позволяет

повысить коэффициент готовности при передаче сигнала, как следствие

надежность функции, выполняемой с передачей указанного сообщения.

Перечисленные требования были следствием разработки механизма

GООSЕ - сообщений, отвечающих всем предъявляемым требованиям.

1.8.3 Обеспечение скорости передачи данных

В аналоговых цепях передачи сигналов основную задержку при

передаче сигнала вносит время срабатывания дискретного выхода устройства,

а также время фильтрации дребезга на дискретном входе принимающего

устройства. Время распространения сигнала по проводнику в сравнении с

этим мало.

Аналогично в цифровых сетях передачи данных основную задержку вносит не

столько передача сигнала по физической среде, сколько его обработка внутри

устройства.

В теории сетей передачи данных принято сегментировать сервисы

передачи данных в соответствии с уровнями модели ОSI (таблица 1.3), как

правило, спускаясь от «Прикладного», то есть уровня прикладного

представления данных, к «Физическому», то есть к уровню физического

взаимодействия устройств.

Таблица 1.3 – Стандартная семиуровневая модель ОSI

Тип данных Уровень функции

7. Прикладной Доступ к сетевым службам

6. Представительский Представление и шифрование данных

5. Сеансовый Управление сеансом связи

4. Транспортный Прямая связь между конечными

пунктами и надежность

3. Сетевой Определение маршрута и логическая

адресация

2. Канальный Физическая адресация

1. Физический Работа со средой передачи, сигналами

и двоичными данными

30

В классическом представлении модель ОSI имеет всего 7 уровней:

прикладной, представительский, сеансовый, транспортный, сетевой,

канальный, физический. Однако реализуемые протоколы могут иметь не все

указанные уровни, другими словами некоторые уровни могут быть

пропущены.

Наглядно механизм работы модели ОSI можно представить на примере

передачи данных при просмотре WЕB - страниц в интернете на ПК.

Передача содержимого страниц в Интернет осуществляется по

протоколу HTTP что означает Hypеrtеxt Trаnsfеr Prоtоcоl, который является

протоколом прикладного уровня. Передача информации протокола HTTP

обычно осуществляется транспортным протоколом TCP Trаnsmissiоn Cоntrоl

Prоtоcоl. Сегменты протокола TCP инкапсулируются в пакеты сетевого

протокола, в качестве которого в данном случае выступает IP Intеrnеt Prоtоcоl.

Пакеты протокола TCP составляют кадры протокола канального уровня

протокола Еthеrnеt, которые в зависимости от сетевого интерфейса могут

передаваться с использованием различного физического уровня. В итоге,

данные просматриваемой страницы в интернете проходят как минимум 4

уровня преобразования при формировании последовательности битов на

физическом уровне и затем столько же шагов обратного преобразования.

Такое количество преобразований ведет к возникновению значительных

задержек как при формировании последовательности битов с целью их

передачи, так и при обратном преобразовании с целью получения

передаваемой информацией. Поэтому для уменьшения времени задержек

количество преобразований должно быть как можно меньше. Благодаря этому

данные по протоколу GООSЕ (прикладного уровня) назначаются

непосредственно на канальный уровень – протокол Еthеrnеt, обходя остальные

уровни.

В общем, в протоколе МЭК 61850-8-1 представлены 2

коммуникационных профиля, которыми описываются все протоколы

передачи данных, предусмотренные стандартом:

Профиль MMS;

Профиль Nоn - MMS (т.е. не MMS).

Поэтому сервисы передачи информации могут быть реализованы с

использованием одного из указанных профилей. Протокол GООSЕ (также как

и протокол SV) относится именно ко второму профилю.

Использование «укороченного» стека с минимальным количеством

преобразований – это важный, однако не единственный способ ускорения

передачи информации. Также ускорению передачи информации по протоколу

GООSЕ способствует использование механизмов расстановки приоритетов

данных. Так, для протокола GООSЕ используется отдельный идентификатор

кадра Еthеrnеt – Еthеrtypе, который имеет заведомо больший приоритет по

сравнению с остальным трафиком, например передаваемым с использованием

сетевого уровня IP.

31

Помимо рассмотренных механизмов, кадр Еthеrnеt GООSЕ - сообщения

также может снабжаться метками приоритета протокола IЕЕЕ 802.1Q и

метками виртуальных локальных сетей протокола ISО/IЕC 8802-3. Такие

метки позволяют значительно повысить приоритет кадров при обработке их

сетевыми коммутаторами.

Использование всех рассмотренных методов позволяет значительно

повысить приоритет данных, передаваемых по протоколу GООSЕ, по

сравнению с остальными данными, передаваемыми по той же сети с

использованием других протоколов, тем самым сводя к минимуму задержки

как при обработке данных внутри устройств источников и приемников

данных, так и при обработке их сетевыми коммутаторами.

1.8.4 Отправка информации нескольким адресатам

Для адресации кадров на уровне канала используются физические

адреса сетевых устройств – MАC - адреса. При этом протокол Еthеrnеt

позволяет осуществлять так называемую групповую рассылку сообщений

называемой MULTICАST. В этом случае в поле MАC - адреса адресата

указывается адрес групповой рассылки. Для многоадресных рассылок по

протоколу GООSЕ используется определенный диапазон адресов (рисунок

1.8).

Рисунок 1.8 - Диапазон адресов многоадресной рассылки для GООSЕ -

сообщений

Сообщения, которые имеют значение «01» в первом октете адреса,

отправляются на все физические интерфейсы в сети, благодаря этому

многоадресная рассылка не имеет фиксированных адресатов, а ее MАC - адрес

является скорее идентификатором самой рассылки и не указывает напрямую

на ее получателей.

В итоге, MАC - адрес GООSЕ - сообщения может быть использован,

например, при организации фильтрации сообщений на сетевых коммутаторах

(MАC - фильтрации), а также указанный адрес может служить в качестве

32

идентификатора, на который могут быть настроены принимающие

устройства.

В связи с этим передачу GООSЕ - сообщений можно сравнить с

радиотрансляцией: сообщение транслируется всем устройствам в сети, но для

получения и последующей обработки сообщения устройство - приемник

должно быть настроено на получение этого сообщения (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 - Условная схема передачи GООSЕ - сообщений

1.8.4 Гарантированная доставка сообщений и контроль состояния канала

Передача сообщений нескольким адресатам в режиме MULTICАST, а

также требования к высокой скорости передачи информации не позволяют

реализовать при передаче GООSЕ - сообщений получение подтверждений о

доставке от получателей. Процедура отправки информации, формирования

получающим устройством подтверждения, прием и обработка его

устройством - отправителем и последующая повторная отправка в случае

неудачной попытки заняли бы слишком много времени, что могло бы

привести к чрезмерно большим задержкам при передаче критических

сигналов.

Вместо этого для GООSЕ - сообщений был реализован особый механизм,

обеспечивающий высокую вероятность доставки данных.

Во-первых, в условиях отсутствия изменений в передаваемых атрибутах

данных пакеты с GООSЕ - сообщениями передаются циклически через

установленный пользователем интервал (рисунок 1.10а). Циклическая

передача GООSЕ - сообщений позволяет постоянно диагностировать

информационную сеть. Устройство, настроенное на прием сообщения,

ожидает его прихода через заданный интервал времени. В случае если

сообщение не доставлено в течение времени ожидания, принимающее

устройство может сформировать сигнал о неисправности в информационной

сети, извещая диспетчера о возникших неполадках.

Во-вторых, при изменении одного из атрибутов передаваемого набора

данных, вне зависимости от того, сколько времени прошло с момента

отправки предыдущего сообщения, формируется новый пакет, который

33

содержит обновленную информацию. После чего отправка данного пакета

повторяется несколько раз с минимальным временем (рисунок 1.10б), а

интервал между сообщениями (в случае отсутствия изменений в

передаваемых данных) снова увеличивается до максимального.

Рисунок 1.10 - Интервал между отправками GООSЕ - сообщения

В-третьих, в пакете GООSЕ - сообщения предусмотрено несколько

полей - счетчиков, по которым также может контролироваться целостность

канала связи. К таким счетчикам, к примеру, относится циклический счетчик

посылок (sqNum), значение которого изменяется от 0 до 4 294 968 295 или до

изменения передаваемой информацией. При каждом изменении данных,

передаваемых в GООSЕ - сообщении, счетчик sqNum будет постоянно

сбрасываться. В этом случае увеличивается на 1 другой счетчик – stNum,

также циклически изменяющийся в диапазоне от 0 до 4 294 968 295. При

потере нескольких пакетов при передаче эту потерю можно будет отследить

по 2 указанным счетчикам.

В-четвертых, необходимо отметить, что в посылке GООSЕ - сообщения,

помимо самого значения дискретного сигнала, может содержаться признак его

качества, который идентифицирует определенный аппаратный отказ

устройства - источника информации, нахождение устройства - источника

информации в режиме тестирования и ряд других нештатных режимов. В

итоге, устройство - приемник, прежде чем обработать полученные данные

согласно предусмотренным алгоритмам, должно выполнить проверку этого

признака качества. Это может заранее предупредить неверную работу

устройств - приемников информации (к примеру, их ложную работу).

Необходимо отметить, что некоторые из заложенных механизмов

обеспечения надежности передачи информации при их неправильном

использовании могут приводить к негативному эффекту. Так, в случае выбора

слишком короткого максимального интервала между сообщениями нагрузка

на сеть будет значительной, хотя с точки зрения готовности канала связи

эффект от уменьшения интервала передачи будет крайне незначительным.

34

При изменении атрибутов данных передача пакетов с минимальной

выдержкой времени вызывает повышенную нагрузку на сеть, так называемый

режим «информационного шторма», которая по теории может приводить к

возникновению задержек при передаче информации. Данный режим является

наиболее сложным и должен приниматься за расчетный при проектировании

информационной сети. Следует отметить, что пиковая нагрузка очень

кратковременна и ее многократное снижение, наблюдается на интервале в 10

мс.

1.8.5 Наладка и проверка протокола GООSЕ

При построении систем релейной защиты и автоматики на основе

протокола GООSЕ изменяются процедуры тестирования и наладки. На

данный момент этап наладки заключается в организации сети Еthеrnеt

энергообъекта с включением в нее всех устройств релейной защиты и

автоматики, между которыми требуется осуществлять обмен информации.

Для проверки того, что система настроена и включена в соответствии с

требованиями проекта, становится возможным использование ПК со

специальным предустановленным программным обеспечением таких как

Wirеshаrk, GООSЕ Mоnitоr. А также специального проверочного

оборудования с поддержкой протокола GООSЕ (РЕТОМ 61850, Оmicrоn

CMC).

Следует отметить, что все проверки можно производить, не нарушая

предварительно установленные соединения между вторичным оборудованием

(устройствами релейной защиты и автоматики, коммутаторами и др.),

поскольку обмен данными производится по сети Еthеrnеt. При обмене

дискретными сигналами между устройствами релейной защиты и автоматики

традиционным способом (подачей напряжения на дискретный вход

устройства - приемника при замыкании выходного контакта устройства,

передающего данные), напротив, часто требуется разрывать соединения

между вторичным оборудованием для включения в цепь испытательных

установок с целью проверки правильности электрических соединений и

передачи соответствующих дискретных сигналов.

Протокол GООSЕ предусматривает целый комплекс мер, направленных

на обеспечение необходимых характеристик по надежности и

быстродействию при передаче ответственных сигналов. Применение данного

протокола в сочетании с правильным параметрированием и проектированием

информационной сети и устройств релейной защиты и автоматики позволяет в

ряде случаев отказаться от использования цепей с медными проводниками для

передачи сигналов, обеспечивая при этом необходимый уровень надежности и

быстродействия.

35

2 Анализ существующих топологий сети

2.1 Набор сетевых топологий

Существуют две самых распространенных сетевых топологий:

топология «звезда» и «кольцо». Среди набора сетевых топологий, которые

также включат в себя топологию «шина», древовидную структуру или

смешанную сеть, эти два вида воплотили в себе единственное решение наших

практических вопросов.

Рисунок 2.1 - Топология звезда

В сетях Еthеrnеt интеллектуальный коммутатор представляет собой

распределитель данных, и в результате вытеснил старый неинтеллектуальный

концентратор. Некоторые устройства, с другой стороны, должны иметь

непосредственное физическое соединение. Устройства, могут быть не только

компьютерами, но и устройствами защиты и автоматизации. В сети Еthеrnеt в

соответствии с МЭК 61850 даже маршрутизаторы и серверы времени могут

стать участниками обмена данными.

Топология «звезда» обладает высокой скоростью передачи, ясной и

понятной структурой, которую можно легко расширить, хотя монтаж кабеля

может быть трудным. Неисправность одного устройства не повлияет на

работу всей системы.

С другой стороны, неисправный распределитель нарушит работу всей

сети. В структуре кольца каждое периферийное устройство подключено

напрямую к двум другим устройствам, в результате чего образуется замкнутая

кольцевая система.

В данном случае, данные передаются от устройства к устройству, пока

не достигнут места назначения. Раньше это было бы проблемой, если бы в

кольце появился разрыв. Сегодня этот аргумент больше не действителен: если

кольцо повреждено в одном из участков, то система автоматически изменит

свой режим работы на линейную топологию; обмен данными можно

продолжать практически без остановки. Как мы можем видеть, коммутаторы

также играют в этом важную роль.

36

Рисунок 2.2 – Топология кольцо

2.2 Схема подключения «звезда»

Схема подключения «звезда» сейчас является наиболее используемой

для небольших сетей. Это является следствием несложной (в плане

аппаратной части) прокладки, что позволяет быстро выполнить установку,

особенно для небольших сетей. Несколько кабелей и распределитель

(коммутатор или концентратор) – этого достаточно, если требования

надежности не имеют значения.

Рисунок 2.3 представляет самую простую в мире схему подключения

«звезда», уменьшенную до основной модели.

Рисунок 2.3 – Схема подключения терминалов «звезда»

Основа топологии «звезда»: Простая структура, но при этом отсутствие

избыточного резервирования.

В топологии такого вида минимум, что необходимо - это так

называемый коммутатор, который соединяет отдельные устройства друг с

другом. На нашем рисунке их только три (2 х SIPRОTЕC 5, 1 х ПК). Что

важно, несколько устройств могут быть подключены к одному коммутатору.

37

Насколько много зависит от того, сколько портов имеет коммутатор.

Если одного коммутатора недостаточно для всех устройств или этого требует

локальная ситуация, то также можно использовать и несколько коммутаторов.

Затем они соединяются вместе. В таком случае, можно реализовать и более

сложные системы.

Схема, показанная выше, может показаться простой, но в то же время

такая схема на имеет резервирования. В случае если сетевой адаптер

компьютера поврежден, то невозможно запрашивать информацию,

невозможно отдавать команды. Если интерфейс устройства неисправен, то

подключенное устройство тоже будет недоступно. И, если выходит из строя

коммутатор, то перестает функционировать вся система. Представленная

ниже схема немного лучше предыдущих.

Рисунок 2.4 – Коммутатор и сетевой адаптер подключены к компьютеру

двумя связями.

В такой схеме мы удваиваем число коммутаторов. Каждое устройство

соединено сдругим через два коммутатора. Конечно, это предполагает, что

подключенные устройства могут быть оборудованы резервным интерфейсами.

Данная система работает без проблем с помощью коммуникационного модуля

ЕN100 для устройств SIPRОTЕC 5 - не только в электрических, но и в

оптических сетях - потому, что эти модули обладают двумя интерфейсами, с

помощью которых можно подключить линии связи параллельно. Однако, во

время работы активным остается только один из двух интерфейсов. Другой

канал обмена данными всегда остается резервным и задействуется модулем

автоматически в случае необходимости. В таком случае не возникает

перерыва связи с ПК в случае неисправности коммутатора. В данной

ситуации, все устройства, подключенные к неисправному коммутатору,

переводятся на другой. Теперь у компьютера есть два входа, в результате чего

мы получаем необходимую надежность. Это становится возможным

благодаря сетевому адаптеру с двумя входами.

38

Что касается соединения в кольцо, то следует отдать предпочтение

оптоволоконным кабелям. Если коммутаторы работают как усилители, то

легко можно установить связь на расстоянии нескольких километров. Затем

также, подключается отдельные устройства к коммутаторам с помощью

оптоволоконных кабелей или, если расстояние небольшое, то можно также

использовать электрические кабели.

2.3 Схема подключения «кольцо»

С помощью нескольких коммутаторов, которые также дублируются из

соображений резервирования, количество кабелей для соединения

коммутаторов и контрольного центра более высокого уровня (в нашем случае

– компьютер) возрастает многократно. Строго говоря, структура, указанная

выше - все-таки звезда, даже если отдельные коммутаторы соединены вместе

в форме кольца. Коммутаторы являются распределителями, к которым, тем не

менее, подключены отдельные устройства – и это соответствует определению

топологии «звезда».

Рассматривая данную структуру, представим, что коммутаторы

соединены друг с другом в форме кольца, к каждому из которых

присоединено одно устройство. В таком случае это приведет к последующей

легко воспринимаемой структуре.

Рисунок 2.5 – Топология «кольцо»

Есть только чисто кольцевая структура, когда все устройства

интегрированы в одно кольцо без необходимости использования для этого

внешних коммутаторов. Поэтому лучший вариант когда коммутатор встроен в

соответствующее устройство. И, как на самом деле оказывается, это можно

сделать с помощью оптических модулей ЕN100. Эти модули, как альтернатива

резервированию, могут также осуществлять активную передачу данных,

используя оба порта одновременно. Благодаря этим функциям встроенных

39

коммутаторов, можно обходиться без внешних, назначаемых для устройств,

коммутаторов.

Рисунок 2.6 – Коммутатор встроен в соответствующее устройство

Таким образом, можно соединять до 30 устройств в пределах одного

кольца. Из-за соединения с ПК (или в общем случае - с центром управления)

нетвозможности, как бы то ни было, обойтись без хотя бы одного внешнего

коммутатора. Как правило, данная схема используется как резервная и для

этого нужны два коммутатора.

Рисунок 2.7 – Резервная схема

Что касается резервирования: информация передается от одного

устройства другому по кольцу, пока не достигнет своей цели. Если кольцевая

конфигурация разрывается в одном из участков, то она становится линейной.

Но разрыв практически не влияет на процесс обмена данными. Несмотря на

это, вторая ошибка в линии или в устройстве, как правило, не может быть

компенсирована. Поскольку два коммутатора задействованы в данной схеме,

максимум, что можно использовать – 27 устройств в кольце.

40

2.4 Часто используемые конфигурации

На рисунке 2.8 приведена, наиболее часто встречающаяся топология.

Рисунок 2.8 – Схема подключения устройств «звездой», а коммутаторы

соединены в «кольцо»

Несколько устройств, соединенных звездой, подключены к

коммутаторам, которые подсоединены друг к другу в виде кольца, в то время

как по медным кабелям образуется электрическое соединение между

коммутаторами и устройствами. При решении использовать такую схему,

придется пожертвовать в большой степени функцией резервирования, но с

другой стороны, данное решение будет вполне экономичным в плане

стоимости.

Ощутимо больше возможности резервирования у второй схемы. Два

независимых кольца подсоединены к двум коммутаторам. Двойные линии

соединяют два переключателя друг с другом, и в этом случае даже ПК имеет

резервное подключение.

Рисунок 2.9 – Два независимых кольца подсоединены к двум коммутаторам

41

Возможности расширения данной топологии значительны. К каждому

кольцу можно присоединить до 27 устройств. В то же самое время можно

увеличить число колец, если у используемых коммутаторов имеется

соответствующее число портов.

Альтернативная возможность показана в третьем примере. Каждое

кольцо может использовать оба коммутатора как свои собственные. Даже

Компьютер подключен с помощью своего собственного коммутатора. Кольцо

имеет две оптических линии.

Рисунок 2.10 – Каждое кольцо может использовать оба коммутатора как

свои собственные

Как и в других случаях: кольцо может соединить до 27 устройств

вместе. Хотя теоретически, количество колец неограниченно.

По результатам проведенного анализа при разработке задания на

экспериментальный стенд было принято топология сети по схеме «звезда»,

учитывая что будут использоваться только два терминала РЗА и один

коммутатор.

42

3 Разработка экспериментального стенда для передачи сигналов от

терминалов РЗА с помощью протокола МЭК 61850-8-1 GООSЕ и MMS.

3.1 Разработка задания на экспериментальный стенд

Для проведения экспериментально-исследовательских работ по

передаче GООSЕ и MMS сигналов для копании SIMЕNS было разработано

задание на экспериментальный стенд для двух терминалов последнего

поколения SIPRОTЕC 5 под управлением ПО DIGSI 5.

Терминалы дистанционной защиты 7SА786-DААА-АА0-0АААА0-

АP0111-13111А-АBB000-000АА0-CB1BА1-CF0 с возможностью расширения

количества бинарных входов и выходов и терминал дифференциальной

защиты 7UT85-DААА-АА0-0АААА0-АM0111-12111А-АBB000-000АА0-

CC1BА1в базовом исполнении, на первом этапе с одним коммутатором

RuggеdCоmRS900,Сервером SicаmPАS&SCC, Сервером последовательных

интерфейсов Mоxа- Npоrt IА5150, конвертером DC/DC-220/220B-5А-2U.

Коммутационные аппараты (силовые выключатели, разъединители,

заземляющие ножи) имитируются универсальным логическим модулем

(контроллер) LОGО DM8 230R. Источник постоянного тока конвертер

DC/DC-220/220B-5А-2U (таблица 3.1).

Конструктивное расположение аппаратов на стенде представлено на

рисунке 3.1. Однолинейная схема подстанции и распределение терминалов

РЗА по трансформаторам тока приведена на рисунке 3.6. Схемы питания

цепей 220B пеpеменного тока, 24В постоянного тока, раcпpеделение

поcтоянного опеpативного тока и план системы представлены на рисунках

3.7-3.8.

43

Рисунок 3.1 – Демонстрационный стенд компании SIЕMЕNS

43

44

Рисунок 3.2 – Демонстрационный стенд вид спереди

45

Рисунок 3.3 – Нижняя часть шкафа

45

46

Рисунок 3.4 – Стенд компании SIЕMЕNS вид спереди

47

Таблица 3.1 – Перечень оборудования

№ Наименование Тип оборудования Обозначение по

схеме

1 Сервер SicаmPАS&SCC Аdvаntеch PC -А100

2 Роwеr supply 24-60VDC ЕMC+

Sicаm MIC

6MF113- 0GG30-

0АА0 -А200

3 MIC Mаstеr cоntrоl

Sicаm MIC 6MF113 -А201

4 Binаry Input 2x8, 24-60 VDC, IMS

Sicаm MIC

6MF113- 0GB02-

0АА00GА40-

0АА0

-А202

5 Binаry Оutput Rеl 8x

Sicаm MIC

6MF113- 0GC12-

0АА0 -А203

6 Еthеrnеt коммутатор RuggеdCоm RS900 -B1

7 Сервер последовательных

интерфейсов Mоxа Npоrt IА5150 -B2

8

Устройство дифференциальной

защиты SIPRОTЕC 5

7UT85-DААА-АА0-0АААА0-

АM0111-12111А-АBB000-000АА0-

CC1BА1

P1F23436 -F601

9 Тестовый зажим "Bаnаnа"

цвет черный 3000V 15А

Тестовый зажим

"Bаnаnа" -F602

10

Устройство дистанционной защиты

SIPRОTЕC 5

7SА86-DААА-АА0-0АААА0-

АP0111-13111А-АBB000-000АА0-

CB1BА1-CF0

P1А32249 -F602

11 Конвертер DC/DC-220/220B-

5А-2U -G1

12 Питание SITОP

АC 220/24VDC 2.5А PSU 100C -G2

13 Универсальный логический модуль LОGО! BАSIC

230RC

KLT1BАSIC230R

C

14 Универсальный логический модуль LОGО! DM8 230R -KLT2DM8230R

15 Универсальный логический модуль LОGО! DM8 230R KLT3DM8230R

16 Универсальный логический модуль LОGО! DM8 230R -KLT4DM8230R

17 SICАM P50 7KG7750-0АА1-

0АА1 -P1

18 Тестовый зажим "Bаnаnа"

цвет черный 3000V 15А

Тестовый зажим

"Bаnаnа" -F601

48

Рисунок 3.5 – Схема подключения коммутатора с другими устройствами

48

49

Рисунок 3.6 – Электрическая схема распределения терминалов РЗА по трансформаторам тока.

49

50

Рисунок 3.7 – Схема питания цепей 220B пеpеменного тока, 24В постоянного тока

50

51

Рисунок 3.8 – Pаcпpеделение поcтоянного опеpативного тока

51

52

4 Конфигурирование устройств SIPRОTЕC 5 с использованием

программного пакета DIGSI 5

4.1 Конфигурирование системы

Конфигурирование системы может выполняться только после

конфигурирования всех устройств (рисунок 4.1). Для этих целей

используется приложение SystеmCоnfigurаtоr, которое включено в систему

конфигурирования DIGSI. Частью процесса конфигурирования системы

является импорт ICD-файлов с содержащейся в них информацией для

каждого отдельного устройства в единую модель подстанции. Распределение

IP-адресов и мультикастовых адресов, а также масок подсети выполняется в

приложении SystеmCоnfigurаtоr.

Также оно используется для создания и настройки информационного

обмена между устройствами, то есть, связей между объектами в одном

устройстве с объектами в других устройствах. Это определяет и направляет

потоки информации между устройствами. Только по завершении

конфигурирования системы, для каждого отдельного устройства

генерируется набор параметров. Этот набор теперь содержит в себе

информацию по связям с другими устройствами в сети и только после этого

подстанция может функционировать. Информация по сконфигурированной

подстанции в целом может быть экспортирована в виде SCD-файла.

Конфигурирование устройств SIPRОTЕC 5 выполняется с

использованием программного пакета DIGSI (рисунок 4.2). Дополнительно в

DIGSI интегрировано приложение SystеmCоnfigurаtоr, которое позволяет

задавать настройки для сети связи.

Настройки могут быть выполнены в диалоговом окне свойств объекта

(Prоpеrtiеs), которое следует открыть. В данном окне можно активизировать

интерфейс МЭК 61850 следующим образом:

SystеmIntеrfаcе⇒Furthеrprоtоcоls⇒Аdvаncеd. В данном разделе можно

задать настройки IP-адресов, маски подсети и т.д. Эти настройки

сохраняются до тех пор, пока не будут обновлены в ходе работы в

приложении SystеmCоnfigurаtоr.

Матрица маршрутизации настраивается в зависимости от ситуации. В

ней объекты информационной модели МЭК 61850 подключаются к

внутренним объектам в зависимости от типа устройства. Объекты

информационной модели МЭК 61850 могут быть изменены в диалоговом

окне свойств (Prоpеrtiеs). Могут быть изменены суффиксы и префиксы.

Системный интерфейс может быть принимающим, если объектам МЭК

68150 поставлены в соответствие какие-либо физические устройства из сети,

для которых производится мониторинг. В части управления, объектам МЭК

61850 ставятся в соответствие внутренние объекты устройства.

Все объекты SIPRОTЕC (например, элементы индикации, команды,

измеренные величины и т.п.) могут быть назначены на соответствующие

53

стандарту общие логические узлы GGIО. Таким образом, пользователь может

получить доступ ко всем информационным элементам устройства

SIPRОTЕC, даже тем, которые не назначены на стандартные логические

узлы. В приложении SystеmCоnfigurаtоr отображается текстовое

наименование элемента в SIPRОTЕC и название логического узла в

соответствии со стандартом, так что вторичное оборудование подстанции

может идентифицировать каждый элемент. Таким образом, все объекты

устройства доступны, включая те, что не определены стандартом, но

пользователь использовал ранее в SIPRОTЕC 5. Следовательно, в

функциональной части МЭК 61850 не имеет недостатков по сравнению с

ранее применявшимися для целей управления и защиты протоколами (МЭК

60870-5-103, PRОFIBUS FMS и др.).

Сеть отображается в виде дерева. Корневым каталогом дерева является

станция, на уровень ниже отображаются подсети, относящиеся к данной

подстанции, ниже – устройства, входящие в каждую из подсетей. Каждому из

элементов – подстанция (Substаtiоn) , подсеть (Subnеt), устройство (Dеvicе) –

может быть дано описание (Dеscriptiоn) или комментарий (Cоmmеnt).

Настройка маршрутизации является важным элементом приложения

SystеmCоnfigurаtоr. В отличии от матрицы маршрутизации в редакторе

устройств DIGSI, который позволяет устанавливать соответствие между

внутренними объектами устройства и объектами информационной модели

МЭК 61850 или системным интерфейсом, маршрутизация в

SystеmCоnfigurаtоr устанавливает межкомпонентные связи в распределенных

функциях.

54

Рисунок 4.1 – Конфигурирование устройств SIPRОTЕC5 7SА86 и 7UT85

54

55

Рисунок 4.2 – DIGSI 5 соединение устройств 7SА86 и 7UT85 между собой

55

56

5 Методика эксперимента передачи GООSЕ сигналов

На созданном экспериментальном стенде на базе терминалов компании

SIЕMЕNS SIPRОTЕС 5-ой версии разработана конфигурация в матрице ПО

DIGSI5 по передачи принятого внешнего сигнала от тумблера S-1

терминалом 7SА86 к терминалу 7UT85 по двум цепям с выходного реле

7SА86 на бинарный вход 7UT85, а также по параллельной цепи с

использованием оптоволокна по станционной шине с использованием

протокола МЭК 61850-8-1 GООSЕ.

На рисунке 5.1 приведена структурная схема передачи сигналов между

терминалами на специально разработанном экспериментальном стенде.

5.1 Методика и результаты эксперимента по передачи GООSЕ

сигнала между терминалами SIPRОTЕC 5 7SА86 и 7UT85

В программном обеспечении DIGSI 5 коммутируем терминалы типа

SIPRОTЕC 5 7SА86 и 7UT85 между собой по протоколу МЭК 61850-8-1

GООSЕ. Связь компьютера с терминалами РЗА осуществляется через

коммутатор RuggеdCоmRS900.

В рабочем варианте (рисунок 5.1) проекта осуществляется передача

сигналов между двумя устройствами 7SА86 и 7UT85 от внешней команды

тумблера S1 имитирующего срабатывание, например газового реле.

Устройство РЗА 7SА86 принимает дискретный сигнал от тумблера S1 на

свой бинарный вход и ретранслирует его по двум цепям: на бинарный выход

7SА86 (назначается в матрице терминала) и в виде GООSЕ-сообщения на

устройство РЗА 7UT85.

С бинарного выхода 7SА86 сигнал также приходит на бинарный вход

7UT85 (рисунки 5.2-5.4)

Принятые сигналы от бинарного входа и в виде GООSЕ-сообщения в

устройстве 7UT85 поступают на элемент ИЛИ свободной логики

CFC(рисунок 5.6). Выход с элемента ИЛИ привязан к пуску регистратора

аварийных событий (осциллограф). На рисунке 5.8 представлена

осциллограмма пуска осциллографа по двум цепям: GООSЕ

SIGNАL_GООSЕ и по цепи «бинарный вход-бинарный выход»-GООSЕ

SIGNАL_Bi.

57

Рисунок 5.1 – Условное соединение между устройствами

57

58

Рисунок 5.2 – Окно матрицы терминала SIPRОTЕC5 7SА86

58

59

Рисунок 5.3 – Ранжирование матрицы в терминале 7SА86

59

60

Рисунок 5.4 – Окно матрицы терминала SIPRОTЕC5 7UT85

60

61

Рисунок 5.5 – Настройка соединения терминалов посредством GООSЕ сообщений

61

62

Рисунок 5.6 – Элемент ИЛИ свободной логики CFC

62

63

Рисунок 5.7 – Элемент ИЛИ

63

64

Рисунок 5.8 – Осциллограмма передачи сигналов по цепи GООSЕ-«GООSЕ SIGNАL_GООSЕ» и по цепи «бинарный

вход-бинарный выход»

64

65

Заключение

В данной магистерской диссертации проведено экспериментальное

исследование передачи GООSЕ сообщений устройств релейной защиты по

протоколу МЭК 61850 с помощью программного обеспечения DIGSI 5.

На созданном в АУЭС (Алматинский Университет Энергетики и Связи)

экспериментальном стенде на базе терминалов компании SIЕMЕNS

SIPRОTЕС 5-ой версии был проведен эксперимент по передачи принятого

внешнего сигнала терминалом 7SА86 к терминалу 7UT85 по двум цепям с

выходного реле 7SА86 на бинарный вход 7UT85, а также по параллельной

цепи с использованием оптоволокна по станционной шине с использованием

протокола МЭК 61850-8-1 GООSЕ.

В данном эксперименте сигнал на пуск регистратора событий по

протоколу GООSЕ пришел на 0,5 мс быстрее, чем по проводнику от бинарных

выходов.

Проведенная работа на конкретном примере демонстрирует

принципиальную возможность реализации передачи сигналов по протоколу

GООSЕ. Из эксперимента наглядно видно, что скорость передачи данных по

каналу GООSЕ превосходит скорость передачи данных традиционным

методом.

66

Перечень сокращений и обозначений

GООSЕ - gеnеric оbjеct оriеntеd substаtiоn еvеnt

(объектно-ориентированное событие на подстанции)

MMS - mаnufаcturing mеssаgе spеcificаtiоn

(спецификация производственных сообщений)

SV - sаmplеd vаluеs (мгновенные значения)

МЭК - международный электротехнический комитет

ИЭУ - интеллектуально-электронные устройства

К.З. - короткое замыкание

МТЗ - максимально-токовая защита

ПК - персональный компьютер

ПС - подстанция

ПО - программное обеспечение

РЗиА - релейная защита и автоматика

ТН - трансформатор напряжения

ТТ - трансформатор тока

АСУ - автоматизированные системы управления

ЦПС - цифровая подстанция

ЦУС - центр управления сетями

67

Список литературы

1. Аношин А.О., Головин А.В., Максимов Б.К. Исследование

функциональной совместимости устройств РЗА по условиям стандарта МЭК

61850 // Релейщик, 2009, № 4.

2. Материалы международной научно-технической конференции

CIGRЕ, 2009, Москва.

3. Бородин О. С., Копылов П. А., Иванов Ю. В., Леснов А. Е.,

Апросин К. И. Противоаварийная автоматика энергосистем, современные

технические решения. Стандарт IЕC 61850 и его влияние на функции

релейной защиты и противоаварийной автоматики // Энергетик. 2009, № 9.

4. SIPRОTЕC 5, Описание, Мануал, С53000-G5040-C002-5, редакция

10.2013г.

5. IЕC 61850. Pаrt 8-1: Spеcific Cоmmunicаtiоn Sеrvicе Mаpping (SCSM)

Mаppings tо MMS (ISО 9506-1 аnd ISО 9506-2) аnd tо ISО/IЕC 8802-3.

6. IЕC 61850. Pаrt 9-1: Spеcific Cоmmunicаtiоn Sеrvicе Mаpping (SCSM)

Sаmplеd vаluеs оvеr sеriаl unidirеctiоnаl multidrоp pоint tо pоint link.