Протокол МЭК-61850

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

 

 

 

 

 

Доклад

 

Дисциплина: Автоматизация и информатизация

на тему:

 

«Протокол МЭК-61850»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. 11-ЭС

Шубин Максим Иванович

                                                          Проверил: Зырин

  Дмитрий Владимирович

 

 

 

 

Нижний Новгород

2014г.

Содержание

 

Введение.....……………………………………………………………3

1. Протокол МЭК-61850: новая ступень интеграции электрооборудования.......................................................................4
2. Преимущества стандарта ................................................................4
3. Обзор стандарта МЭК-61850...........................................................5
4. Передача данных в системах на базе МЭК-61850.........................6
5. Сбор данных c аппаратуры РЗА......................................................7
6. Опыт реализации комплексных проектов на базе технологии МЭК-61850........................................................................................9

заключение.............................................................................................11

Список использованной литературы...................................................12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

С появлением первых цифровых устройств начали формироваться требования к системам передачи данных. Эти требования касались надежности, производительности и совместимости программно-аппаратных решений.

С 1960-х годов делалось множество попыток создать систему, удовлетворяющую этим требованиям, но из-за технических сложностей достижение поставленных целей было затруднено.

Движение к достижению 100 % надежности, совместимости и гарантированной доставке данных велось не только путем модернизации компьютерных систем и систем связи, но и путем разработки новых протоколов передачи данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Протокол МЭК-61850: новая ступень интеграции электрооборудования

Характеризуя современную электроэнергетику, можно выделить одну из самых ярких и глобальных тенденций — активное внедрение цифровых технологий и микропроцессоров.

Сегодня практически все новейшее электрооборудование снабжено функциями конфигурирования. При всех своих преимуществах они чреваты главным недостатком — сложностью сочетания разных систем и моделей. Решением в этой ситуации стало создание единого протокола для коммуникации и управления техникой — в России они известен, как МЭК-61850.

Его разработка началась 19 лет тому назад — в 1995 году — при участии таких мировых лидеров электроэнергетики, как холдинги Areva, ABт и Siemens. Однако на практике протокол МЭК- 61850 начал применяться относительно недавно — когда, наконец, появилось оборудование с его поддержкой. По оценкам специалистов, для эффективного внедрения новой системы передачи данных в России, необходима разработка нормативных документов для их проверки. Кроме того, должно быть получено разрешение на применение Ростехнадзора.

Протокол МЭК-61850 представляет собой модель данных для передачи их между подстанционным электрооборудованием — то есть релейной защитой, измерительной аппаратурой и выключателями. И если первые типы коммуникации уже реализованы, последняя — для связи между выключателями — находится на стадии активной разработки. Данные здесь передаются традиционным способом — по сети стандарта TCP/IP при помощи стандартной витой пары или оптического провода.

 

Преимущества стандарта

Среди преимуществ протокола МЭК-61850:

• Универсальность. Вне зависимости от компании-производителя, типа модели и года выпуска, формат данных, получаемых по протоколу от разного оборудования, будет абсолютно идентичен. Благодаря этому значительно облегчается настройка и сервисное обслуживание электрических подстанций.
• Бесперебойная работа без контроля. Благодаря тому, что протокол использует горизонтальные связи (так называемые GOOSE сообщения), все устройства, которые находятся в одной электрической сети, могут обмениваться данными без участия компьютера или контроллера.
• Быстродействие. Передача сигналов по протоколу занимает меньше 4 микросекунд.
• Экономичность материалов. Если в традиционном исполнении сигналы передаются по медному проводу, то по протоколу МЭК-61850 вместо десятка медных проводов нужно использовать только один — витую пару.
• Простота и универсальность. Благодаря использованию нового протокола передачи данных значительно упрощается внедрение нового оборудования в уже существующую систему управления.

Обзор стандарта МЭК-61850

МЭК-61850 задумывался как универсальный стандарт, который позволит упорядочить разрозненные решения различных производителей устройств релейной защиты и систем передачи данных, применяемых на подстанциях.

Стандарт получился относительно сложным именно из-за своей универсальности. Он описывает не только как передаются данные, но и закрепляет требования к описанию электрических систем на всех уровнях, начиная от уровня системы в целом, заканчивая конфигурацией отдельного терминала РЗА.

Согласно этим требованиям, система описывается в понятной и стандартизованной форме. Вся информация о конфигурациях хранится в файлах определенного формата. Это приводит к тому, что разработка систем на базе МЭК-61850 проста и понятна

Кроме того, в стандарте прописаны требования по электромагнитной совместимости, по взаимозаменяемости устройств и т. д.

Значительная часть стандарта посвящена протоколам передачи данных — MMS и GOOSE.

Область применения стандарта МЭК 61850 — системы связи внутри подстан­ции. Это набор стандартов, в который входят стандарт по одноранговой связи и связи клиент-сервер, стандарт по струк­туре и конфигурации подстанции, стан­дарт по методике испытаний, стандарт экологических требований, стандарт проекта.

 

Передача данных в системах на базе МЭК-61850.

Согласно 61850 устройства РЗА объединены шиной, по которой сами устройства обмениваются данными между собой и передают эти данные на верхний уровень. Такая архитектура удобна тем, что применение технологической шины значительно уменьшает количество медных проводов, что упрощает настройку, проектирование и эксплуатацию системы.

Данные от терминалов релейной защиты по станционной шине 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.

Основными протоколами передачи данных, согласно стандарту МЭК-61850, являются протоколы MMS и GOOSE.

MMS используется для передачи  данных от терминалов РЗА в SCADA систему для дальнейшей визуализации, а GOOSE — для обмена данными  между терминалами.

Важной особенностью протоколов является гарантированная доставка сообщений, а скорость передачи данных у ММS и GOOSE выше, чем у других протоколов передачи данных, таких как, например, Modbus.

Взаимозаменяемость отдельных компонентов системы достигается за счет стандартизации протоколов передачи данных, а также за счет жестких требований по совместимости оборудования.

Системы, построенные на МЭК-61850, проще обслуживать из-за уменьшения количества кабельных линий связи, что положительно сказывается на надежности системы в целом.

Архитектура системы интуитивно понятна, в результате разработчики и интеграторы тратят меньше времени на понимание архитектуры конкретного объекта и, как следствие, значительно снижается стоимость проектирования и интеграции.

Обслуживание таких систем по сравнению со стандартными в целом проще, хоть и предъявляет несколько иные требования к опыту персонала.

К недостаткам можно отнести повышенную сложность и новизну стандарта. У разработчиков и интеграторов мало опыта построения подобных систем, но этот недостаток, очевидно, временный.

Еще одним недостатком систем, построенных на МЭК- 61850, является повышенная стоимость микропроцессорного оборудования РЗА, однако, нужно помнить, что применение МЭК-61850 дает ряд преимуществ, именно поэтому, количество подстанций по всему миру, построенных на основе МЭК-61850, увеличивается.

 

 

Сбор данных c аппаратуры РЗА

В настоящий момент все основные производители аппаратуры РЗА (ABB, SIEMENS, ALSTOM, GE, SEL, ЭКРА) поддерживают 61850. Российские компании также не отстают от западных производителей и внедряют поддержку 61850 в производимую ими аппаратуру РЗА. Каждый производитель оборудования предлагает свои собственные решения по сбору и обработке данных. Однако большое количество системных интеграторов предпочитает использовать независимые SCADA системы.

Это связано с тем, что независимые SCADA системы более универсальны, и системные интеграторы умеют решать практически любые задачи с использованием этого программного обеспечения.

С другой стороны, производители большинства универсальных SCADA систем не поддерживают 61850 в силу специфичности и сложности протоколов стандарта. Но на рынке существуют и независимые решения, позволяющие интергировать поддержку 61850 в практически любую SCADA систему.

Каждый из этих вариантов (использование решений от производителя и применение независимых решений) имеет свои достоинства и недостатки.

Несмотря на заявления о полной поддержке 61850, аппаратное и программное обеспечение различных производителей подчас несовместимо между собой.

Так, например, если в систему построенную целиком на SIEMENS (включая программное обеспечение верхнего уровня) добавить терминал от ABB, то скорее всего технические специалисты столкнутся с определенными трудностями при интеграции этого терминала в SCADA.

Независимые поставщики программных решений обычно поддерживают оборудование различных производителей именно за счет

100 % поддержки 61850 с учетом  специфической реализации протоколов  стандарта у каждого производителя  аппаратуры.

Небольшим плюсом использования программного обеспечения производителя оборудования является то, что системный интегратор избавлен от вопросов по поиску независимого программного решения. Такая дополнительная организационная нагрузка, а также риск нарваться на недобросовестного поставщика вынуждает компании переплачивать за программное обеспечение, обращаясь именно к производителям аппаратуры РЗА.

Кроме того, решения от производителей РЗА всегда дороже. Стоимость программного обеспечения заложена в цену системы, и как бы растворена в ней. При бюджете на создание системы в сотни тысяч долларов, при отказе от такого ПО экономия может составить весьма значительные суммы.

За счет прочих преимуществ применения независимых решений можно не только снизить стоимость, но и значительно сократить сроки ввода объектов в эксплуатацию.

Таким образом, гибкость конфигурирования, цена и удобство использования- это основные преимущество выбора независимого поставщика программных решений.

Опыт реализации комплексных проектов на базе технологии

МЭК-61850

В стадии реализации находятся несколько комплексных проектов, где компания «РТСофт» является поставщиком оборудования АСУ ТП, РЗА, ПА. Первое комплексное внедрение «РТСофт» – ПС 220 кВ Широкая филиала ОАО «ФСК ЕЭС» МЭС Востока. На этом объекте было впервые в России применено комплексное решение на базе АСУТП Smart-SPRECON и РЗА SIEMENS с интеграцией по протоколу МЭК 61850. В III квартале 2009_г. были успешно завершены комплексные заводские приемо-сдаточные испытания по данному проекту. В 4 квартале 2009г. планируется завершение пусконаладочных работ и ввод в эксплуатацию первого пускового комплекса реконструируемой ПС Широкая.

В Китае еще в 2003 году началась исследовательская работа по созданию ЦПС. С 2005 года под руководством центра оперативно-диспетчерского управления Китайской государственной сетевой компании производители провели порядка 6-ти испытаний на взаимодействие оборудования по протоколу МЭК-61850. Испытания содействовали разработке МЭК-61850-продуктов и сыграли важную роль в распространении МЭК-61850 в Китае. Как результат внедрения этих достижений, технология ЦПС быстро развивается в Китае.

По неполным статистическим данным, с 2006 года несколько сотен ЦПС разных уровней «интеллекта» и разных классов напряжения один за другим вводились в эксплуатацию: в 2009 и 2010 гг. в Китае были выполнены проекты строительства 74 ЦПС, в том числе 7 построены в 2009 году; 67 ЦПС построены в 2010 году. Проекты реализованы в 30 провинциях и областях. В процессе исследования, разработки, проектирования и эксплуатации накоплен большой опыт применения. После выполнения опытных проектов на первом этапе развития ЦПС в Китае наступает этап полномасштабного строительства. Постепенная унификация и совершенствование технических стандартов ускоряют внедрение ЦПС. В период 12-той пятилетки в Китае будут построены 5100 новых ЦПС напряжением 110 кВ и выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В последнее время особое внимание во всем мире и в России уделяется новой коммуникационной технологии МЭК-61850. Тематика МЭК-61850 вызывает оживлённые дискуссии. Производители оборудования, заказчики, эксперты высказывают различные мнения и оценки, вплоть до таких крайностей, как: «это технология будущего, которая решит все наши проблемы,» и, наоборот, «Это совершенно бесполезное изобретение, лоббируемое крупными поставщиками». На фоне этих дискуссий, работы по внедрению стандарта для систем автоматизации в энергетике давно уже перешли в практическую плоскость: имеется значительный опыт внедрений систем на базе МЭК-61850 за рубежом и некоторое количество пилотных внедрений в России, большинство производителей выпускают оборудование с заявленной поддержкой стандарта, многие заказчики включают в свои технические требования формулировки о безусловной необходимости или о предпочтительности поддержки стандарта МЭК-61850.