Цифровая подстанция. Взгляд компании SIEMENS

Наиболее распространенным пониманием технологии ЦП является передача сигналов релейной защиты и автоматики между МП устройствами по цифровым каналам связи так называемый сервис GOOSE коммуникации. Многие специалисты под технологией ЦП понимают возможность передачи выборочных значений токов и напряжений и сигналов управления первичным оборудованием по цифровой шине процесса согласно части 9-2 стандарта МЭК 61850.

SIPROTEC 5. Вид спереди.

В действительности такое понимание технологии ЦП является не полным и не раскрывает всех тех возможностей, которые может дать эта технология будущего, заложенная еще в 2004 году с появлением стандарта МЭК 61850. Этот стандарт, основанный на широко распространенной и известной во всем мире коммуникационной технологий Ethernet, достаточно глубоко и системно подошел к решению вопроса создания комплекса релейной защиты и автоматики объекта в цифровом формате, определив следующие ключевые и принципиальные основы такой реализации:

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

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

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

SIPROTEC 5. Вид сзади.

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

Хорошо известная и отработанная технология GOOSE коммуникации уже позволяет реализовать ЦП в выше описанном контексте с размещением логических узлов уровня присоединения в разных МП устройствах, но логические узлы полевого уровня по прежнему остаются в МП устройствах защиты и автоматики. Постепенно внедряющаяся технология шины процесса позволит вынести логические узлы полевого уровня из МП устройств защиты и автоматики в МП устройства полевого уровня устройства сопряжения. И здесь важно сделать акцент на том, что ЦП это цифровой комплекс релейной защиты и автоматики, информационная модель или архитектура которого построена на стандартных и явно выраженных для пользователя элементах: логических узлах, объектах данных, моделей и сервисов. При этом современные коммуникационные технологии являются вспомогательным инструментом создания гибкой и удобной аппаратной основы (набор МП устройств защиты и автоматики, устройства сопряжения, коммуникационное оборудование, линии связи и их расположение на объекте) цифрового комплекса релейной защиты и автоматики, реализованного в соответствии со стандартом МЭК 61850.

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

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

В сочетании с устройством сопряжения 6MU модульная платформа SIPROTEC 5 может предложить к реализации ЦП не только с сервисом GOOSE коммуникации, но и с применением технологии шины процесса. Такая реализация существенно упрощает (разгружает) традиционную аппаратную часть устройств уровня присоединения, но не изменяет их функционального наполнения и назначения. Благодаря модульной аппаратной платформе SIPROTEC 5 и информационной модели функций в соответствии с МЭК 61850, в эксплуатации возможен переход от первого варианта ко второму без изменения внутреннего функционала.

В заключение имеет смысл отметить основные преимущества реализации ЦП согласно концепции, представленной в статье:

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