Протоколы передачи данных МЭК 61850
МЭК 61850
Тенденции в развитии АСУ ТП ПС является
- Использование интегрированных интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) (Intelligent Electronic Device – IED) для выполнения функций защиты, автоматики, измерений и оперативного управления;
- Широкое использование на подстанциях локальных сетей (Local Area Network – LAN) и стандарта Ethernet;
- Широкое использование принципов открытых систем, позволяющих полностью исключить зависимость будущего развития системы от поставки технических средств или программных продуктов определенных фирм – изготовителей;
Стандарт МЭК 61850
· IEC 61850-1: Введение и общий обзор
· IEC 61850-2: Глоссарий терминов
· IEC 61850-3: Основные требования
· IEC 61850-4: Управление системой и проектированием
· IEC 61850-5: Требования связи к функциям и моделям устройств
· IEC 61850-6: Язык описания конфигурации связи между микропроцессорными электронными устройствами подстанций
· IEC 61850-7-1: Основная структура связи для оборудования подстанции и питающей линии - Методы и модели
· IEC 61850-7-2: Основная структура связи для оборудования подстанции и питающей линии - Абстрактный интерфейс сервиса связи (ACSI)
· IEC 61850-7-3: Основная структура связи для оборудования подстанции и питающей линии - Классы общих данных (CDC)
· IEC 61850-7-4: Основная структура связи для оборудования подстанции и питающей линии - Совместимость классов логических узлов и классов данных
|
|
|
· IEC 61850-8-1: Описание специфического сервиса связи (SCSM) - Описание передачи данных по протоколу MMS (ИСО/МЭК 9506 – Часть 1 и Часть 2) и по протоколу ИСО/МЭК 8802-3
· IEC 61850-9-1: Описание специфического сервиса связи (SCSM) - Выборочные значения по последовательному ненаправленному многоточечному каналу передачи данных типа точка-точка
· IEC 61850-9-2: Описание специфического сервиса связи (SCSM) - Выборочные значения по ИСО/МЭК 8802-3
· IEC 61850-10: Проверка на совместимость
Структурная схема АСУ ТП на базе МЭК 61850
Основные определения
Логические узлы
При проектировании энергетического объекта важно определиться с информационной моделью, которая принимается за основу и должна быть понятна всем пользователям информацией. В протоколе МЭК 61850 была предпринята попытка предложить такую модель. В основу этой модели положена декомпозиция функций устройств: разбиение функций устройств на небольшие (желательно неделимые) части, которые используются для обмена информацией, а детализация достигается путем распределения этих функционалов между устройствами (МЭК 61850 7-1 5.3). В результате можно получить универсальную (до определенной степени) модель данных для устройств. Сформированные таким способом блоки информации получили название логические узлы. Основное отличие от протоколов передачи, предшествующих стандарту МЭК 61850, заключается в том, что это разбиение в достаточной мере низкоуровневое (неделимое) и при этом сохраняется физический смысл. Примерами таких узлов являются логический узел XCBR, который предоставляет информацию о состоянии силового выключателя, узел MMXU, который предоставляет информацию об измерениях. Аналогичные узлы имеются для параметров качества электроэнергии, защит, оперативных блокировок и т.д.
|
|
|
В каждом логическом узле выделяются две группы параметров: обязательные и необязательные. В узле MMXU для измеряемых параметров нет обязательных параметров, что позволяет более гибко использовать логический узел при моделировании: в одном логическом узле можно предоставлять информацию о токах и напряжениях, в другом - об активной и реактивной мощности. С другой стороны, в узле XCBR имеется целый ряд обязательных параметров, в частности, положение выключателя, т.к. мониторинг выключателя изначально предполагает наличие информации о положении.
В реальных физических устройствах может присутствовать несколько логических узлов одного типа. В терминологии МЭК 61850 логический узел в рамках логического устройства называется экземпляром (instance). Например, результаты различных алгоритмов усреднения при обработке измеренной информации (за полпериода, за период и т.д.) выделяются в несколько узлов измерения MMXU.
|
|
|
Помимо специализированных логических узлов в стандарте МЭК 61850 определены логические узлы общего назначения. Например, логический узел GGIO, который служит для моделирования информации от обезличенных каналов дискретного и аналогового ввода. Использовать эти логические узлы рекомендуется только в крайнем случае, если для моделируемого объекта не подходит специализированный класс логического узла. Основной задачей проектирования полевого уровня является предоставление информации для верхнего уровня в виде логических узлов с максимальным уровнем специализации.
ИЭУ
Согласно определению МЭК 61850-5 3.4.1 интеллектуальное электронное устройство – это устройство, содержащее один или несколько процессоров, способное получать и передавать информацию, а также выполнять функции управления. К ним относятся мультиизмерительные приборы, цифровые реле, контроллеры. Каждое устройство должно предоставлять функции одного или нескольких логических узлов, иметь внутренний таймер для выдачи меток времени, а также иметь интерфейс для синхронизации.
|
|
|
Отличительной особенностью ИЭУ является реализация функций логических узлов. Часть таких функций выполняется внутренними функциями устройства, и скорректировать работу таких алгоритмов можно только посредством изменения параметров. Например, функции защиты изменяются посредством задания уставок, функции измерения могут корректироваться посредством изменения интервалов усреднения. В МЭК 61850 присутствует целая группа логических узлов, для выполнения функций которых необходимо наличие свободной программируемой логики. Например, функции блокировки (логический узел CILO), которые зависят от точки подключения устройства в рамках энергетического объекта.
Модель данных ИЭУ
· Физические устройства
· Логические устройства
· Логические узлы
· Объекты данных
Основной особенностью модели данных ИЭУ являются логические узлы. Для группировки логических узлов введено понятие логических устройств (Logical Device). Логические устройства можно воспринимать, как каталоги в операционной системе, где в качестве файлов выступают логические узлы. Такое упрощенное представление помогает понять смысл логических устройств и их отличие от физических устройств. В одном физическом устройстве могут содержаться несколько логических. Названия логических устройств и принципы, по которым они выделяются, стандартом не оговорены. Большинство производителей пытаются сгруппировать логические узлы по их общему функциональному предназначению: например, измерения, управление и защита.
Сами логические узлы также имеют составные части: объекты данных (Data Object). Каждый объект данных является экземпляром типа объекта данных. Типы объектов данных базируются на обобщенных классах данных (Common Data Classes): измеряемая величина (Measured Value), комплексная измеряемая величина (Complex Measured Value) и т.д. Фактически обобщенные классы данных описывают те примитивы, из которых затем строятся логические узлы.
В свою очередь, объекты данных включают в себя другие объекты данных (вложенные) и атрибуты данных (Data Attributes). Важным свойством атрибутов данных являются функциональные ограничения (Functional Constraints). Каждый атрибут имеет одно функциональное ограничение (или назначение): измерение (MX), состояние (ST) и т.д.
Такую не очень простую структуру можно пояснить на следующем примере. Возьмем, например, узел измерения, как один из наиболее простых и распространенных логических узлов. В состав измерений входят токи, которые представляют собой объект данных, унаследованный от WYE – трехфазной звезды, которая в свою очередь содержит вложенные объекты данных – комплексные измеряемые величины CVM. Комплексная измеряемая величина имеет ряд атрибутов: измеряемые атрибуты – MX, амплитуда – cVal.mag, фаза – cVal.ang, атрибуты конфигурации – (CF), размерность – units и т.д.
Описание типов объектов данных и их атрибутов предоставляется вместе с ИЭУ в виде ICD файла.
В конечном итоге, модель данных в устройстве представляется в виде дерева, в корне которого находятся логические устройства, а листьями выступают атрибуты, представляющие из себя примитивные типы данных: целый, логический тип, битовая строка и т.д.
Пример для функции измерения (ток и напряжение):
Пример для параметра выключателя местное/дистанционное:
SCL
Основной целью стандарта МЭК 61860 является повышение совместимости между устройствами разных производителей, а также упрощение обмена данными между ними. Стандарт планировалось распространить на все виды станций и подстанций, а в дальнейшем и для передачи данных к удаленным центрам управления. Стандарт состоит из нескольких частей, посвященных описанию модели подстанции, структуре сети, абстрактной модели данных в интеллектуальных устройствах, а также различным механизмам обмена данными между устройствами.
Одним из важнейших элементов стандарта является язык описания конфигурации подстанции (SCL – Substation Configuration Language), описанный в части 6 МЭК 61860. Целью данного документа являлась формализация и унификация формата спецификации энергетического объекта, который позволял бы описать структуру подстанции, а также необходимый набор оборудования для управления, защиты и мониторинга объекта. SCL – это формат файлов, представляющий из себя XML документ, проверку на соответствие спецификации которого можно осуществить с помощью механизма XML Scheme.
Формат SCL файлов предполагает наличие в них нескольких секций для моделирования основных компонентов автоматизированной системы управления в рамках энергетического объекта:
Заголовок (Header) – служит для идентификации SCL файла и его версии.
Подстанция (Substation) – служит для описания функциональной структуры подстанции, первичного силового оборудования и электрических соединений. Данная секция включает в себя следующие части:
· уровни напряжений, или распределительные устройства (Voltage Level);
· присоединения, или ячейки (Bay level);
· силовое оборудование (Power equipment);
· составные части силового оборудования (Sub equipment);
· логические узлы (Logical Nodes);
· не силовое оборудование (Non power equipment).
Коммуникации (Communication) – описывает точки доступа (адресацию) ИЭУ.
ИЭУ (IED) – описывает интеллектуальные электронные устройства;
Шаблоны данных, или типы данных (Data Type Template) – описывает логические узлы, используемые как составные части в рамках ИЭУ.
Существует четыре основных типов SCL-файлов: ICD, SSD, SCD, CID
IСD-файл
ICD (IED Capability Description) – служит для передачи информации об устройстве от ПО для настройки ИЭУ в ПО для конфигурирования системы. ICD-файлы содержат:
одну секцию c описанием ИЭУ (имя ИЭУ должно быть TEMPLATE);
необходимый набор определений для типов данных, необходимых ИЭУ (в том числе логические узлы);
описание подстанции с именем TEMPLATE (наличие этой секции необязательно и служит для определения шаблонной привязки логических узлов ИЭУ к первичному оборудованию);
секцию коммуникации (наличие этой секции также не является обязательным и может служить для получения информации об адресе данного устройства по умолчанию).
SSD-файл
SSD (System Specification Description) – служит для передачи информации о спецификации системы от ПО для подготовки спецификации в ПО для конфигурирования системы. В этом файле описывается однолинейная схема подстанции и необходимые логические узлы. SSD-файлы содержат:
секцию описания подстанции (обязательно);
необходимый набор определений для типов данных (если типы логических узлов, привязанных к первичному оборудованию, не определенны, то для них по умолчанию принимается набор обязательных объектов данных, определенных в части 7-4 МЭК 61850).
секцию коммуникации (если конфигурация сети заранее известна);
SCD-файл
SCD-файл (Substation Configuration Description) – служит для передачи информации от ПО для конфигурирования системы в ПО для настройки ИЭУ. SСD-файлы содержат все секции:
секцию описания подстанции;
список всех ИЭУ;
секцию для описания коммуникации.
CID-файл
CID (Configured IED Description) – служит для передачи информации от ПО для настройки ИЭУ в устройство. Файлы данного типа содержат описания (настройку) экземпляра устройства в рамках проекта. CID-файлом может быть SCD-файл сокращенный до той информации, которая необходима для функционирования ИЭУ в рамках данного проекта;
Инструментами при работе с SCL-файлами:
· инструмент настройки ИЭУ;
· инструмент подготовки спецификации системы;
· инструмент конфигурирования системы.
Схематично связи между этими инструментами показаны на рисунке:
Протоколы передачи данных МЭК 61850
MMS - Manufacturing Message Specification (ISO 9506) (передача данных от устройств ИЭУ на средний уровень)
GOOSE - Generic Object Oriented Substation Event (обмен дискретной и аналоговой информацией между устройствами ИЭУ)
GSSE - Generic Substation Status Event (обмен дискретной информацией между устройствами ИЭУ)
SV - Sampled Values (передача данных от цифровых трансформаторов тока и напряжения в устройства ИЭУ)
SNTP - Simple Network Time Protocol
Источники информации для ИЭУ
С появлением стандарта МЭК 61850 изменилось представление об источниках информации на энергетических объектах. Если раньше источниками информации выступали трансформаторы тока и напряжения, различные датчики, а также контакты реле, то теперь информация в устройство может поступать по цифровым каналам. Если смотреть в далекую перспективу, когда все части стандарта буду воплощены в жизнь, у многих устройств останется только цифровой канал (Ethernet), откуда они будут получать информацию, и через который будет происходить выдача управляющих воздействий, возможно с его дублированием. На данном этапе наряду с цифровыми источниками информации, на подстанции сохраняются традиционные. Нововведениями МЭК 61850 являются GOOSE сообщения, но также используются цифровые измерительные трансформаторы.
Соседство традиционных и цифровых источников информации не случайно соседствует во всех новых проектах. Полностью перейти на цифровые технологии не так просто ввиду малого опыта эксплуатации таких систем и неясностью с вопросами надежности, что не позволяет сформировать статистическую базу для оценки правильности тех или иных технических решений.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 2882; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!