МЭК 61850 – новый стандарт для построения систем автоматизации в энергетике

Автор: Орлов Л.Л., Егоров Д.В.
  Источник: RTSOFT

        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.
        Компания «РТСофт» также не остаётся в стороне от процесса освоения и внедрения этой технологии. В период               2008 – 2009г. в компании был создан центр компетенции по стандарту МЭК 61850 в составе ведущих технических специалистов и экспертов, проведено обучение специалистов как на базе партнёров – поставщиков оборудования («Siemens», «Sprecher Automation»), так и с привлечением независимых экспертов («NettedAutomation»), выполнялись работы по пилотным проектам на базе оборудования РЗА SIEMENS и АСУ ТП SMART-SPRECON с использованием протокола МЭК 61850, а также испытания по интеграции оборудования других производителей по данному протоколу.
        Детальное рассмотрение стандарта и состояния его реализации выходит за рамки данной статьи. Здесь же постараемся кратко изложить результаты проведённой работы и практические рекомендации для заказчиков и проектировщиков.
        Преимущества стандарта МЭК 61850 и предложения по их использованию.
    Горизонтальный обмен между низовыми устройствами (GOOSE). Наличие технологии GOOSE является наиболее существенным отличием МЭК 61850 от протоколов МЭК 60870-5-10x в части информационного обмена. Быстродействующая передача сигналов между устройствами находит применение в проектах, вместе с тем целесообразность использования GOOSE в качестве единственного средства передачи особо важных сигналов РЗА (без резервирования посредством «сухого контакта») вызывает сомнения. Это объясняется тем, что время передачи GOOSE-сообщений не регламентировано и может существенно увеличиваться при большой загрузке сети, что имеет место в аварийных режимах.
    В текущих проектах «РТСофт» GOOSE-сообщения применяются только для организации распределенной оперативной блокировки разъединителей и заземляющих ножей (ОБР).
    Упрощение интеграции устройств МП РЗА. Для интеграции устройств МП РЗА протокол МЭК 61850, безусловно, более предпочтителен, чем ранее применявшийся протокол МЭК 60870-5-103. Скорость обмена информацией повышается на несколько порядков благодаря переходу от последовательных интерфейсов со скоростью не более 0,0192 Мбит/с к Ethernet со скоростью 100 Мбит/с. Значительно сокращается время считывания аварийных осциллограмм, что существенно ускоряет и упрощает разбор аварийных ситуаций. АРМ релейщика реализуется на базе стандартного программного обеспечения, предоставляемого производителем устройств РЗА, с удаленным доступом к устройствам по единой технологической сети РЗА и АС УТП (Ethernet TCP/IP). Отпадает необходимость применения дополнительных преобразователей, специализированного ПО или создания дополнительных сегментов сети для организации доступа к устройствам с АРМ инженера РЗА.
    Тем не менее для устройств РЗА, поддерживающих только протокол МЭК 60870-5-103, нет смысла применять дополнительные преобразователи протоколов МЭК 60870-5-103 ó МЭК 61850. В таких случаях наиболее оптимально подключение этих устройств к контроллерам присоединений.
       Содержательные имена тэгов. В стандарте МЭК 61850 в качестве адреса переменной используется MMS-имя в формате структурированного текста. Данная особенность очень полезна и выгодно отличает МЭК 61850 от стандартов серии МЭК 60870-5-10x. Использование содержательных имён тэгов существенно упрощает проектирование, наладку и эксплуатацию системы. Вместе с тем эта функция не всегда применяется должным образом: в некоторых устройствах РЗА в основном используются обезличенные логические узлы типа “GGIO”, в результате чего функциональность, заложенная в стандарте, используется неэффективно.
        При разработке устройств с поддержкой МЭК 61850 и в процессе проектирования и инжиниринга систем РЗА и АСУ ТП необходимо максимально использовать содержательные имена тэгов.
      Самоописание. Стандарт МЭК 61850 предусматривает возможность доступа в реальном времени к модели данных, хранящейся в устройстве. Данная функция также позволяет упростить наладку и эксплуатацию системы.
    Одним из уникальных преимуществ ПТК SMART-SPRECON является возможность использования этой функции непосредственно в процессе конфигурирования и наладки системы. Для оперативного внесения изменений в базу данных ПТК можно использовать мастер "Online Import", который позволяет получить модель данных и перечень сигналов непосредственно из низового устройства сразу после того, как оно сконфигурировано и подключено к сети. Таким образом, интеграция оборудования, поддерживающего стандарт МЭК 61850, может быть выполнена в кратчайшие сроки в режиме «plug-and-play».
    Несомненно, наиболее правильным способом является конфигурирование системы в заводских условиях в соответствии с предварительно утвержденным проектом, но реалии нашей жизни таковы, что пусконаладка на объекте зачастую ведется в сжатые сроки на фоне постоянно меняющихся исходных данных и появления дополнительных требований заказчика. В этих условиях функция "Online Import" наиболее полезна, и она уже доказала свою эффективность при проведении работ на пусковых объектах 2009 г.

      Недостатки стандарта МЭК 61850 и предложения по их компенсации.
    Недостаточный уровень стандартизации в части функциональности. Несмотря на значительные усилия, вложенные в разработку стандарта МЭК 61850, многие важные вопросы в текущей версии стандарта не регламентированы или недостаточно проработаны, например:
  • отсутствует оптимальное решение по точной синхронизации времени: для станционной шины (МЭК 61850-8) используется стандартный протокол SNTP, обеспечивающий точность синхронизации порядка 3–5 мс; более точные механизмы синхронизации, например IEEE 1588 Standard Precision Time Protocol (PTP), ориентированы на шину процесса (МЭК 61850-9);
  • не проработаны вопросы резервирования отдельных узлов системы;
  • не стандартизованы сервисные функции (диагностика, параметрирование, отладка и др.).
  • В результате имеют место существенные разночтения в реализации основных функций различными изготовителями оборудования и разработчиками ПТК.
    Недостаточный уровень стандартизации в части информационного обмена. Стандарт предоставляет разработчикам полную свободу в выборе способов реализации многих функций, в том числе и функции информационного обмена. Большинство сервисов обмена данными отнесено стандартом к категории необязательных. Вследствие этого, устройства различных производителей, имеющие сертификаты на соответствие стандарту МЭК 61850, могут оказаться функционально несовместимыми. Проблемы совместимости являются оборотной стороной излишней гибкости стандарта.
    Компания «РТСофт», являясь системным интегратором, идёт навстречу пожеланиям заказчиков по оптимизации затрат на создание РЗА и АСУ ТП. В целях сокращения затрат, в ряде случаев наиболее оптимально применение оборудования РЗА и АСУ ТП от различных производителей. В проектах с использованием протокола МЭК 61850 компания уделяет особое внимание углубленной проработке технических решений по организации информационного обмена между всем оборудованием вторичных подсистем. В период 2008 – 2009 г. было разработано и прошло все необходимые испытания типовое комплексное решение на базе АСУ ТП SMART-SPRECON и РЗА SIEMENS с интеграцией по протоколу МЭК 61850. Ведутся работы по интеграции в ПТК SMART-SPRECON оборудования других отечественных и зарубежных производителей, поддерживающих данный протокол.
    Отсутствие полноценных инструментальных средств. Обязательным требованием, предъявляемым к современным устройствам и системам РЗА и АСУ ТП, является наличие инструментальных средств для инжиниринга и отладки. Инженерное ПО должно обладать дружественным интерфейсом, обеспечивать поддержку процесса инжиниринга на всех его этапах и гарантировать целостность конфигурационных данных.
    Следует признать, что на текущий момент отсутствует инженерное ПО, позволяющее охватить все этапы конфигурирования систем, построенных на базе оборудования различных производителей. В инженерном ПО различных производителей зачастую используются закрытые технологии и несовместимые форматы представления данных. Принципы построения инженерного ПО не полностью соответствуют требованиям стандарта. Наиболее затруднительно конфигурирование GOOSE-сообщений между разнородным оборудованием, несмотря на наличие программно-аппаратной поддержки этой функции в самих устройствах. В связи с этим, применение GOOSE между устройствами различных производителей практически невозможно. Остаётся надеяться, что в будущем уровень развития инструментальных средств, предлагаемых поставщиками оборудования и независимыми разработчиками ПО, позволит реализовать все требуемые функции стандартным образом.
    Повышенные требования к вычислительным ресурсам и производительности сети. Поскольку для обмена информацией в протоколе МЭК 61850 используются, по сути, текстовые сообщения, для передачи одного и того же объема данных этот протокол генерирует в 20-30 раз больший сетевой трафик, чем протокол МЭК 60870-5-104. Вследствие этого, МЭК 61850 гораздо более требователен к производительности сети и вычислительным ресурсам системы. Для построения систем на базе МЭК 61850 требуется большее количество оборудования с более высокой производительностью, что необходимо учитывать при проектировании.
    Как правило, при построении АСУ ТП предполагается, что обмен информацией между низовыми устройствами и объектной SCADA реализуется через станционные контроллеры (коммуникационные серверы). При такой архитектуре системы коммуникационный сервер становится слабым звеном и вносит дополнительную задержку, увеличивающую время доставки информации в объектную SCADA.
    В рамках ПТК SMART-SPRECON используется оригинальное решение по параллельному подключению серверов МЭК 61850 (низовых устройств) к нескольким клиентам: к серверам объектной SCADA (SPRECON-V460) и к станционным контроллерам (SPRECON-E-C). Данное решение улучшает показатели надёжности и быстродействия системы. При большом количестве подключаемых устройств станционный контроллер реализуется в виде распределенного кластера из нескольких контроллеров SPRECON-E-C.
    Увеличение стоимости реализации проектов. Также следует признать, что на текущий момент стоимость реализации проектов по РЗА и АСУТП на базе технологии МЭК 61850 выше, чем на базе традиционных протоколов МЭК 60870-5-10x. Увеличение стоимости происходит по всем позициям, включающим:
  • оборудование и ПО (необходимо приобретение дополнительных коммуникационных адаптеров и драйверов протокола МЭК 61850);
  • сетевое оборудование (необходимо использование высокопроизводительного оборудования, сертифицированного на соответствие стандарту);
  • работы и услуги (трудоемкость реализации проектов повышается ввиду новизны используемых технологий).
    Обещанного сокращения затрат пока не наблюдается, и оно едва ли произойдёт в ближайшем будущем. Это обстоятельство должно явиться серьезным аргументом для заказчиков при принятии решений об освоении технологии МЭК 61850.
    Для реального сокращения затрат следует рассмотреть вопрос применения комбинированных конфигураций на базе МЭК 61850 и МЭК 60870-5-10x.

    Подход компании «РТСофт» к реализации технологии МЭК 61850.
    Очевидно, что МЭК 61850, как и всякая другая новая технология, имеет свои плюсы и минусы. По результатам анализа всех вышеуказанных факторов, компания «РТСофт» выработала следующий подход к освоению и реализации стандарта МЭК 61850:
  •  МЭК 61850 – это, несомненно, технология будущего, но переход к ней должен происходить постепенно по мере совершенствования оборудования, развития инструментальных средств, накопления опыта эксплуатации, разработки типовых решений и «взросления» самого стандарта;
  • подход «МЭК 61850 любой ценой» следует признать неоправданным;
  • с учётом незрелости нового стандарта и наличия проработанных и опробованных решений на базе традиционных протоколов, на текущий момент оптимальным является техническое решение по использованию комбинации протоколов МЭК 61850 и МЭК 60870-5-104;
  • нет смысла принудительно переносить в среду МЭК 61850 те функции, которые могут быть оптимально реализованы с помощью МЭК 60870-5-104;
  • каждый заказчик должен чётко определить свои цели и задачи, планы и приоритеты по внедрению стандарта;
  • разработчики ПТК и системные интеграторы должны предлагать не только комплексные решения на базе МЭК 61850 для внедрения на новых объектах «с нуля», но и системы автоматизации с возможностью постепенного обновления и развития.

    С учётом изложенных факторов, ПТК SMART-SPRECON является оптимальным решением для российского рынка, поскольку он обладает уникальной особенностью – поддержкой смешанных конфигураций на базе комбинации протоколов МЭК 61850 и МЭК 60870-5-104.
    В контроллерах SPRECON-E-C может использоваться комбинация протоколов МЭК 60870-5-104 (для связи с подстанционной SCADA и верхними уровнями управления) и горизонтального обмена данными с помощью МЭК 61850 GOOSE. Трафик протоколов МЭК 61850 и МЭК 60870-5-104 передается по единой технологической сети. Для интеграции устройств МП РЗА используется протокол МЭК 61850, если устройство его поддерживает, в противном случае применяется МЭК 60870-5-103. Таким образом, для каждой из информационных, управляющих и сервисных функций используется наиболее подходящий протокол, что сокращает нагрузку на сеть и вычислительные ресурсы системы автоматизации в энергетике.
    Данное техническое решение позволяет существенно сократить затраты на создание АСУТП, предоставляет возможность выбора вариантов интеграции различных подсистем в зависимости от их функций и поддерживаемых протоколов, а также обеспечивает возможность поэтапного развития системы.

    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 ПСИ по данному проекту. В 4 квартале 2009г. планируется завершение пусконаладочных работ и ввод в эксплуатацию первого пускового комплекса реконструируемой ПС Широкая.

В библиотеку