АСУ с гибкой динамической архитектурой для цифровых подстанций

Page 1
background image

Page 2
background image

92

АНАЛИТИКА

СЕТИ  РОССИИ

92

ПРЕДПОСЫЛКИ

 

СОЗДАНИЯ

В

 

течение

 

последних

 

лет

 

в

 

мире

 

активно

 

развиваются

 

ав

-

томатизированные

 

системы

 

управления

 

подстанцией

бази

-

рующиеся

 

на

 

коммуникацион

-

ных

 

технологиях

 Ethernet 

и

 

серии

 

международных

 

протоколов

 IEC 

61850 (

общеупотребительное

 

название

 — «

цифровая

 

подстан

-

ция

»). 

В

 

специализированной

 

литературе

 

широко

 

освещены

 

базовые

 

принципы

 

построения

 

данных

 

систем

отчёты

 

об

 

опыт

-

ной

 

эксплуатации

 

и

 

анонсы

 

но

-

вых

 

продуктов

поддерживающих

 

стек

 

протоколов

 IEC 61850. 

Хоте

-

лось

 

бы

 

отметить

что

 

в

 

большин

-

стве

 

публикаций

 

направление

 

цифровой

 

подстанции

 

низводит

-

ся

 

до

 

рассмотрения

 

качеств

 

оче

-

редного

 

протокола

 

передачи

 

дан

-

ных

 

и

как

 

правило

упускается

 

целый

 

идеологический

 

пласт

по

-

ложенный

 

в

 

основу

 

решений

 IEC 

61850. 

Тем

 

не

 

менее

 

фундамен

-

тальным

 

идеологическим

 

состав

-

ляющим

 

в

 

стандартах

 IEC 61850 

уделено

 

не

 

меньшее

 

место

чем

 

описанию

 

форматов

 

коммуника

-

ционных

 

пакетов

 

и

 

регламентов

 

их

 

передачи

.

Цифровая

 

подстанция

 

преду

-

сматривает

 

унификацию

 

инфор

-

мационных

 

протоколов

 

среды

 

передачи

 

данных

а

 

также

 

фи

-

зическое

 

разделение

 

полевого

 

уровня

  (

уровня

 

ввода

/

вывода

 

аналоговой

 

и

 

дискретной

 

ин

-

формации

и

 

уровня

 

интеллекту

-

альных

 

электронных

 

устройств

 — 

IED-

терминалов

  (

средний

 

уро

-

вень

 

системы

). 

Информацион

-

ный

 

обмен

 

между

 

полевым

 

уров

-

нем

 

и

 

уровнем

 IED-

устройств

 

осуществляется

 

через

 

шину

 

процесса

 

подстанции

  (

специали

-

зированная

 Ethernet 

сеть

), 

при

 

этом

 

достигается

 

абсолютная

 

унификация

 

интерфейсов

 IED-

терминалов

В

 

составе

 

каждого

 

IED-

терминала

 

предусматривает

-

ся

 

наличие

 

интерфейса

 

электро

-

питания

ЧМИ

 

и

 

стандартный

 

набор

 

коммуникационных

 

интер

-

фейсов

Функциональная

 

специ

-

ализация

 

устройств

 

формируется

 

встраиваемым

 

программным

 

обеспечением

В

 

сложившейся

 

ситуации

 

любая

 

функция

 

авто

-

матизации

 

могла

 

бы

 

исполняться

 

на

 

произвольном

 IED-

терминале

обладающем

 

достаточной

 

ком

-

муникационной

 

и

 

вычислитель

-

ной

 

мощностью

Такие

 

подходы

 

в

 

последние

 2—3 

года

 

активно

 

обсуждаются

 

и

 

получили

 

назва

-

ние

 Flex IED [1, 2]. 

Как

 

правило

в

 

этих

 

работах

 

рассматриваются

 

процессы

 

отображения

 

группы

 

разработанных

 

функций

 

на

 

со

-

вокупность

 

гибких

 

терминалов

 

(Flex IED), 

которые

 

потом

 

работа

-

ют

 

в

 

неизменной

 

конфигурации

Безусловно

это

 

значительный

 

прогресс

позволяющий

 

суще

-

ственно

 

упростить

 

процессы

 

про

-

ектирования

строительства

 

и

 

на

-

ладки

.

Тем

 

не

 

менее

 

потенциальные

 

возможности

 

цифровой

 

подстан

-

ции

 

обеспечивают

 

принципиаль

-

ную

 

возможность

 

построения

 

автоматизированной

 

системы

 

управления

 

с

 

динамическим

 

по

-

ведением

  (

динамической

 

архи

-

тектурой

). 

Ключевым

 

отличием

 

систе

-

мы

 

с

 

динамической

 

архитекту

-

рой

 

от

 

существующих

 

решений

предусмотренных

 

стандартом

 

IEC 61850-6, 

является

 

возмож

-

ность

 

динамического

 

перерас

-

пределения

 

функций

 

между

 

IED-

терминалами

Причиной

 

для

 

перераспределения

 

функций

 

между

 

терминалами

 

могут

 

яв

-

ляться

 

произвольные

 

внешние

 

и

 

внутренние

 

события

влияю

-

щие

 

на

 

режим

 

работы

 

системы

например

 

отказ

 

одного

 

из

 

тер

-

миналов

повреждение

 

комму

-

никационной

 

сети

изменение

 

состава

 

функциональных

 

задач

 

и

 

т

.

д

В

 

этом

 

смысле

 

создание

 

системы

 

управления

 

подстанци

-

ей

обладающей

с

 

одной

 

сторо

-

ны

гибкостью

а

 

с

 

другой

 — 

ди

-

намичностью

представляется

 

крайне

 

перспективной

 

научно

-

технической

 

задачей

В

 

данной

 

статье

 

будем

 

называть

 

такие

 

си

-

стемы

 

системами

 

с

 

гибкой

 

дина

-

мической

 

архитектурой

 (Flexible 

Dynamic Architecture).

Предпосылки

 

к

 

созданию

 

по

-

добных

 

систем

 

можно

 

найти

 

в

 

истории

 

развития

 

вычислитель

-

ной

 

техники

Это

 

работы

 

В

.

А

Тор

-

гашева

  (

машина

 

с

 

динамиче

-

ской

 

архитектурой

 — 

МДА

) [3], 

которая

 

была

 

доведена

 

до

 

прак

-

тической

 

реализации

 

в

 

системе

 

ЕС

  (

ЕС

-2704), 

работы

 

Э

.

В

Ев

-

реинова

 

по

 

однородным

 

вы

-

числительным

 

системам

 [4] 

и

 

р

е

л

е

й

н

а

я

 з

а

щ

и

т

а

 и

 а

в

т

о

м

а

т

и

к

а

релейная защит

а и автома

тика

АСУ с гибкой динамической 

архитектурой для 

цифровых подстанций

Михаил ВЛАСОВ, член Совета директоров,

 Александр ИВАНОВ, начальник департамента,

 Александр КИРИЛЛОВ, начальник департамента,

 Сергей ПЕРЕГУДОВ, генеральный директор,

 Алексей СЕРДЦЕВ, к.т.н., член Совета директоров,

 ЗАО «ИТЦ Континуум»


Page 3
background image

93

№ 5 (14), сентябрь-октябрь, 2012

93

работы

 

Ю

.

А

Маматова

 

в

 

области

 

рекурсивных

 

векторно

-

потоковых

 

вычислительных

 

систем

 [5]. 

Авторы

 

в

 

своих

 

проектах

 

по

 

динамическому

 

поведению

 

преследовали

 

различ

-

ные

 

цели

одни

 

работали

 

над

 

тем

чтобы

 

машины

 

обладали

 

макси

-

мальной

 

производительностью

 

при

 

решении

 

задач

 

с

 

динамическим

 

параллелизмом

другие

 — 

над

 

до

-

стижением

 

максимальной

 

живуче

-

сти

На

 

данный

 

момент

 

построение

 

универсальной

 

вычислительной

 

динамической

 

системы

пригод

-

ной

 

для

 

решения

 

любых

 

задач

не

 

представляется

 

возможным

Тем

 

не

 

менее

 

научно

-

техническая

 

база

су

-

ществующая

 

на

 

сегодня

позволяет

 

в

 

определённой

 

степени

 

гарантиро

-

вать

 

реализуемость

 

частного

 

реше

-

ния

 

по

 

построению

 

динамической

 

системы

 

ограниченной

 

применимо

-

сти

например

 

в

 

рамках

 

функциони

-

рования

 

цифровой

 

подстанции

.

Главной

 

целью

преследуемой

 

коллективом

 

авторов

 

при

 

работе

 

над

 

данным

 

направлением

явля

-

ется

 

создание

 

систем

 

управления

 

(

автоматизации

цифровой

 

подстан

-

ции

обладающих

 

повышенными

 

эксплуатационными

 

характеристи

-

ками

в

 

особенности

 

отказоустой

-

чивостью

 

и

 

эффективностью

 

ис

-

пользования

 

ресурсов

 

терминалов

 

и

 

окружения

.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

 

ОСНОВА

 

АСУ

 

С

 

ГИБКОЙ

 

ДИНАМИЧЕСКОЙ

 

АРХИТЕКТУРОЙ

 

ДЛЯ

 

ЦИФРОВЫХ

 

ПОДСТАНЦИЙ

Исходя

 

из

 

имеющегося

 

опыта

 

по

 

созданию

 

многопроцессорных

 

ком

-

плексов

 

с

 

динамической

 

архитек

-

турой

можно

 

выделить

 

следующие

 

наиболее

 

важные

 

задачи

 

при

 

созда

-

нии

 

подобных

 

систем

• 

архитектура

 

унифицированного

 

IED-

терминала

;

• 

распределённая

 

операционная

 

система

;

• 

создание

 

инструментария

 

для

 

разработки

 

функционально

 

ори

-

ентированного

 

программного

 

обеспечения

Переход

 

к

 

архитектуре

 

систем

 

автоматизации

 

в

 

соответствии

 

со

 

стандартом

 IEC 61850, 

в

 

основе

 

которых

 — IED-

терминалы

 

с

 

универ

-

сальными

 

коммуникациями

по

-

зволяет

 

свести

 

всё

 

многообразие

 

многопроцессорных

 

устройств

 

к

 

достаточно

 

небольшому

 

количеству

 

универсальных

 

терминалов

кото

-

рые

 

аналогичны

 

процессорным

 

мо

-

дулям

 

в

 

многопроцессорном

 

ком

-

плексе

.

В

 

рамках

 

аппаратно

-

про

-

граммной

 

платформы

 

этих

 

термина

-

лов

 

должны

 

быть

 

решены

 

вопросы

 

поддержки

 

необходимых

 

информа

-

ционных

 

протоколов

  (

включая

 IEC 

61850), 

реализация

 

общих

 

для

 

всех

 

типов

 

устройств

 

функций

 

и

 

сервисов

 

(

например

сервис

 

календарной

 

синхронизации

). 

Подобный

 

уровень

 

унификации

 

позволяет

 

добиться

 

двух

 

важных

 

свойств

функциональ

-

ной

 

прозрачности

 

и

 

информацион

-

ной

 

совместимости

Наибольший

 

эффект

 

от

 

разделения

 

аппаратно

-

программной

 

платформы

 

и

 

про

-

граммного

 

обеспечения

 

верхнего

 

уровня

 

достигается

когда

 

разработ

-

чики

 

функционально

 

ориентирован

-

ного

 

программного

 

обеспечения

 

не

 

привязаны

 

к

 

аппаратным

 

осо

-

бенностям

 

конкретного

 

типа

 

терми

-

налов

 

и

 

не

 

тратят

 

время

 

на

 

реали

-

зацию

 

достаточно

 

сложного

 

стека

 

протоколов

 IEC 61850. 

Освобож

-

дение

 

разработчиков

 

от

 

подобной

 

технологической

 

рутины

 

позволит

 

большее

 

время

 

уделить

 

реализации

 

непосредственно

 

алгоритмической

 

части

 

программного

 

обеспече

-

ния

расширить

 

функциональные

 

и

 

сервисные

 

возможности

 

своего

 

продукта

Вторым

 

немаловажным

 

свойством

 

подобного

 

решения

 

яв

-

ляется

 

достижение

 

высокого

 

уров

-

ня

 

информационной

 

совместимо

-

сти

 

устройств

Стек

 

протоколов

 IEC 

61850 

является

 

достаточно

 

трудо

-

ёмким

 

в

 

реализации

 

и

 

предусма

-

тривает

 

большую

 

вариативность

 

в

 

реализации

Эта

 

ситуация

 

приводит

 

к

 

тому

что

 

практическая

 

реализа

-

ция

как

 

правило

является

 

компро

-

миссной

 

и

 

неполной

Фактически

 

существовуют

 

сотни

 

реализаций

В

 

этом

 

смысле

 

переход

 

на

 

универ

-

сальный

 IED 

существенно

 

сокра

-

щает

 

количество

 

вариантов

Это

 

не

 

означает

что

 

для

 

построения

 

си

-

стем

 

используются

 

абсолютно

 

оди

-

наковые

 IED-

терминалы

на

 

самом

 

деле

 

они

 

могут

 

отличаться

 

типом

 

процессоров

объёмом

 

памяти

Ключевым

 

вопросом

 

при

 

реализа

-

ции

 

данных

 

устройств

 

является

 

уни

-

фикация

 

среды

 

исполнения

 

и

 

окру

-

жения

 (execution  environment).  

Существующие

 

системы

 

управ

-

ления

 

для

 

цифровой

 

подстанции

 

включают

 

в

 

себя

 

значительное

 

коли

-

чество

 

интеллектуальных

 

электрон

-

ных

 

устройств

 

и

 

предусматривают

 

насыщенный

 

информационный

 

обмен

но

 

не

 

могут

 

рассматривать

-

ся

 

в

 

качестве

 

многопроцессорного

 

или

 

многомашинного

 

комплексов

подобных

 

системам

 

с

 

динамиче

-

ской

 

архитектурой

так

 

как

 

функции

 

терминалов

 

являются

 

жёстко

 

закре

-

плёнными

 

за

 

определённым

 

обо

-

рудованием

а

 

вычислительно

-

коммуникационные

 

ресурсы

 

не

 

являются

 

распределёнными

Реализация

 

свойств

 

динамично

-

го

 

поведения

 

требует

 

использования

 

распределённой

 

операционной

 

си

-

стемы

т

.

е

операционной

 

системы

рассматривающей

 

совокупность

 

IED-

терминалов

 

в

 

качестве

 

единой

 

вычислительной

 

платформы

 

и

 

обе

-

спечивающей

 

распределение

 

за

-

дач

 (

функций

по

 

её

 

вычислительно

-

коммуникационным

 

компонентам

 

в

 

процессе

 

функционирования

В

 

задачи

 

распределённой

 

опера

-

ционной

 

системы

 

входит

 

анализ

 

функциональной

 

целостности

 

си

-

стемы

резервирование

 

функцио

-

нальной

 

информации

 

и

 

контроль

 

внешних

 

воздействий

Данный

 

ин

-

формационный

 

обмен

 

может

 

быть

 

построен

 

как

 

в

 

рамках

 IEC 61850, 

так

 

и

 

на

 

базе

 

иного

 

информацион

-

ного

 

протокола

Другим

 

фактором

 

в

 

реализации

 

данной

 

операционной

 

системы

 

являются

 

требования

 

к

 

определённой

 

автономности

 

каж

-

дого

 

терминала

т

.

е

когда

 

функции

 

распределены

 

по

 

терминалам

каж

-

дый

 

терминал

 

обязан

 

обеспечить

 

необходимую

 

оперативность

 

и

 

на

-

дёжность

 

функционирования

до

-

стигаемую

 

в

 

рамках

 

операционной

 

системы

 

реального

 

времени

.

Следующей

 

по

 

трудоёмкости

 

задачей

 

является

 

создание

 

соот

-

ветствующего

 

инструментария

 

для

 

разработки

 

функционально

 

ориен

-

тированного

 

программного

 

обеспе

-

чения

Реализация

 

инструментария

 

может

 

быть

 

выполнена

 

в

 

рамках

 

серии

 

стандартов

 IEC 61499 

либо

 

иным

 

способом

обеспечивающим

 

необходимую

 

гибкость

 

и

 

интегри

-

руемость

Следует

 

отметить

что

 

автома

-

тизированная

 

система

 

с

 

гибкой

 

динамической

 

архитектурой

 

не

 

могла

 

бы

 

быть

 

реализована

если

 

бы

 

подобным

 

свойством

 

уже

 

не

 

обладала

 

коммуникационная

 

сеть

 

цифровой

 

подстанции

Коммуни

-

кационный

 

трафик

 

цифровой

 

под

-

станции

 

можно

 

условно

 

разделить

 


Page 4
background image

94

СЕТИ РОССИИ

на

 

две

 

категории

клиент

-

серверное

 

взаимодействие

 

и

 

технологический

 

трафик

 (GOOSE, SVM). 

Гибкость

 

в

 

ча

-

сти

 

управления

 

клиент

-

серверного

 

взаимодействия

 

обеспечивает

 

стандартными

 

механизмами

 IP-

уровня

 IEC 61850-8-1 (IP-

адрес

 

не

 

привязан

 

к

 

конкретному

 

физиче

-

скому

 

устройству

). 

В

 

цифровой

 

под

-

станции

 

для

 

распределения

 

и

 

раз

-

деления

 

технологического

 

трафика

 

используются

 

механизмы

 VLAN-

сетей

 

либо

 

мультикастовые

 

группы

Использование

 

протоколов

 MRP 

обеспечивает

 

необходимые

 

сред

-

ства

 

для

 

динамической

 

регистрации

 

устройств

 

в

 

соответствующих

 VLAN-

сетях

 

и

 

мультикастовых

 

группах

.

ПРИМЕНЕНИЕ

 

АСУ

 

С

 

ГИБКОЙ

 

ДИНАМИЧЕСКОЙ

 

АРХИТЕКТУРОЙ

 

ДЛЯ

 

ЦИФРОВЫХ

 

ПОДСТАНЦИЙ

 

Рассмотрим

 

преимущества

 

гиб

-

кой

 

динамической

 

архитектуры

 

на

 

нескольких

 

конкретных

 

примерах

 

для

 

цифровой

 

подстанции

Разде

-

ление

 

полевого

 

уровня

 

и

 

уровня

 

IED-

терминалов

 

шиной

 

процесса

 

в

 

рамках

 

канонической

 

структу

-

ры

 

цифровой

 

подстанции

 

вызвало

 

наибольшую

 

критику

 

в

 

части

 

на

-

дёжности

 

подобного

 

подхода

так

 

как

 

шина

 

становится

 

групповым

 

ресурсом

 

и

 

её

 

отказ

 

приводит

 

к

 

остановке

 

системы

 

управления

Сформированные

 

позже

 

решения

 

по

 

резервированию

 

коммуникаци

-

онной

 

сети

  (

например

протоколы

 

PRP 

и

 HSR — 

стандарт

 IEC 62439-3) 

частично

 

решили

 

данную

 

проблему

 

и

 

даже

 

несколько

 

повысили

 

надёж

-

ность

 

решения

 

относительно

 

тради

-

ционного

 

подхода

но

 

не

 

обеспечи

-

ли

 

решение

 

другого

 

немаловажного

 

вопроса

 

надёжности

касающегося

 

поддержания

 

соответствующего

 

ко

-

эффициента

 

готовности

.

Поясним

 

сказанное

 

на

 

приме

-

ре

Рассмотрим

 

автоматизирован

-

ную

 

систему

 

с

 

полным

 

аппаратным

 

дублированием

  (

одну

 

и

 

ту

 

же

 

функ

-

цию

 

выполняют

 

два

 

отдельных

 

тер

-

минала

). 

Коэффициент

 

готовности

 

подобной

 

системы

 

достаточно

 

ве

-

лик

пока

 

не

 

произошёл

 

отказ

 

одно

-

го

 

из

 

терминалов

Время

 

ремонта

 

либо

 

замены

 

и

соответственно

восстановления

 

желаемого

 

высо

-

кого

 

уровня

 

готовности

 

системы

 

до

-

статочно

 

велико

 

и

 

может

 

достигать

 

десятков

 

часов

в

 

течение

 

которых

 

вероятность

 

отказа

 

системы

 

равна

 

вероятности

 

отказа

 

оставшегося

 

терминала

Оперативное

 

восста

-

новление

 

требует

 

присутствия

 

на

 

подстанции

 

оперативного

 

персо

-

нала

обладающего

 

необходимой

 

компетенцией

либо

 

организацию

 

срочного

 

выезда

 

на

 

подстанцию

 

ре

-

монтной

 

бригады

Одним

 

из

 

вариантов

 

исполь

-

зования

 

системы

 

с

 

гибкой

 

дина

-

мической

 

архитектурой

 

является

 

возможность

 

организации

 «

скользя

-

щего

 

резерва

», 

т

.

е

системы

 

с

 

авто

-

матизацией

 

замены

 

вышедшего

 

из

 

строя

 

терминала

В

 

рамках

 

системы

 

формируется

 

группа

 

терминалов

являющихся

 

функциональным

 

ре

-

зервом

При

 

выходе

 

из

 

строя

 

одно

-

го

 

из

 

основных

 

терминалов

 

все

 

его

 

функции

 

будут

 

запущены

 

на

 

терми

-

нале

 

из

 

функционального

 

резерва

 

(

рис

. 1). 

Таким

 

образом

достигает

-

ся

 

автоматическое

 

восстановление

 

коэффициента

 

готовности

 

системы

 

и

 

её

 

надёжность

 

не

 

уменьшается

 

на

 

время

 

ремонта

 

и

 

восстановления

 

вышедшего

 

из

 

строя

 

терминала

Время

 

на

 

автоматическое

 

восста

-

новление

 

системы

 

составляет

 

не

-

сколько

 

секунд

 

и

 

не

 

сопоставимо

 

со

 

временем

 

традиционного

 

восста

-

новления

 

эксплуатационным

 

персо

-

налом

 (

рис

. 2). 

Кроме

 

того

следует

 

отметить

что

 

объём

 

функциональ

-

ного

 

резерва

 

значительно

 

меньше

чем

 

количество

 

резервируемых

 

им

 

терминалов

а

 

достигаемая

 

на

-

дёжность

 

позволяет

 

организовать

 

более

 

эффективную

 

эксплуатацию

 

подстанций

 

без

 

постоянного

 

присут

-

ствия

 

персонала

.

Рис

. 1. 

Организация

 «

скользящего

 

резерва

»

Рис

. 2. 

Изменение

 

коэффициента

 

готовности

 

системы

 

при

 

отказах

 

(

Тв

 — 

время

 

восстановления

 

вручную

Тав

 — 

время

 

самовосстановления

)


Page 5
background image

95

№ 5 (14), сентябрь-октябрь, 2012

Немаловажным

 

технико

-

эконо

-

мическим

 

фактором

 

данного

 

реше

-

ния

 

является

 

возможность

 

органи

-

зации

 

резервирования

 

тех

 

систем

для

 

которых

 

дублирование

 

было

 

признано

 

экономически

 

нецелесоо

-

бразным

так

 

как

 

стоимость

 «

сколь

-

зящего

 

резерва

» 

значительно

 

ниже

 

и

 

может

 

очень

 

гибко

 

регулироваться

 

за

 

счёт

 

выбора

 

необходимого

 

коли

-

чества

 

терминалов

 

функционально

-

го

 

резерва

  (

например

для

 

систем

 

учёта

 

или

 

системы

 

телемеханики

).

Другим

 

применением

 

систем

 

с

 

гибкой

 

динамической

 

архитекту

-

рой

которое

 

хотелось

 

бы

 

затронуть

 

в

 

рамках

 

статьи

является

 

так

 

на

-

зываемое

  «

функциональное

 

резер

-

вирование

». 

Под

  «

функциональным

 

резервированием

» 

понимается

 

способ

 

резервировать

 

определён

-

ные

 

функции

 

за

 

счёт

 

аппаратных

 

резервов

 

менее

 

загруженных

 

тер

-

миналов

  (

рис

. 3). 

Данное

 

решение

 

позволяет

 

значительно

 

снизить

 

сто

-

имость

 

резервирования

 

и

 

повысить

 

надёжность

 

системы

Резервирова

-

ние

 

может

 

быть

 

частичным

напри

-

мер

резервироваться

 

могут

 

только

 

критические

 

функции

 

управления

 

подстанцией

.

Ранее

 

были

 

рассмотрены

 

спосо

-

бы

 

организации

 

резервирования

предусматривающие

 

определён

-

ную

 

избыточность

 

системы

либо

 

на

 

уровне

 

терминалов

либо

 

на

 

уровне

 

вычислительно

-

коммуникационной

 

мощности

 

терминалов

Иной

 

способ

 

повышения

 

на

-

дёжности

 

системы

 

предусмотрен

 

в

 

рамках

 

механизмов

 

резервирова

-

ния

 

с

 

деградацией

 

функций

Весь

 

объём

 

исполняемых

 

на

 

цифровой

 

подстанции

 

функций

 

можно

 

услов

-

но

 

разделить

 

на

 

критически

 

важ

-

ные

  (

базовые

функции

 

и

 

функции

 

вспомогательные

  (

условно

 

опцио

-

нальные

), 

выполнение

 

которых

 

по

-

вышает

 

эффективность

удобство

 

эксплуатации

но

 

временная

 

их

 

неработоспособность

 

не

 

приводит

 

к

 

значительным

 

экономическим

 

потерям

 

либо

 

техническим

 

неудоб

-

ствам

В

 

рамках

 

резервирования

 

с

 

деградацией

 

функций

 

предусма

-

тривается

 

реализация

 

механизмов

позволяющих

 

высвободить

 

ресурс

 

одного

 

из

 

терминалов

 

для

 

выполне

-

ния

 

базовых

 

функций

 

отказавшего

 

терминала

 

за

 

счёт

 

отказа

 

от

 

вы

-

полнения

 

менее

 

важных

 

функций

 (

рис

. 4).

Механизм

 

приоритетов

 

функций

 

может

 

быть

 

многоуровневым

 

и

 

по

-

зволит

 

построить

 

многоуровневую

 

систему

 

с

 

большой

 

глубиной

 

резер

-

вирования

способную

 

сохранить

 

жизненно

 

важные

 

функции

 

подстан

-

ции

 

при

 

множественных

 

отказах

 

терминалов

  (

например

при

 

отказе

 

группы

 

терминалов

размещённых

 

в

 

одной

 

стойке

помещении

 

и

 

т

.

д

.).

Известно

что

 

помимо

 

отказов

 

аппаратуры

 

и

 

коммуникационной

 

сети

сбоев

 

программного

 

обе

-

спечения

 

немаловажную

 

часть

 

за

-

нимают

 

алгоритмические

 

ошибки

способные

 

проявиться

 

в

 

устрой

-

ствах

 

любого

 

производителя

 

при

 

определённом

 

стечении

 

внеш

-

них

 

факторов

Данная

 

проблема

 

широко

 

известна

 

и

 

решается

 

со

-

вместно

 

с

 

другими

 

подобными

 

проблемами

выбором

 

различных

 

производителей

 

для

 

основной

 

и

 

дублирующей

 

систем

Недостатки

 

данного

 

решения

 

также

 

известны

 — 

высокая

 

стоимость

 

аппаратного

 

дублирования

 

и

 

отсутствие

 

гаран

-

тий

что

 

производители

 

не

 

допусти

-

ли

 

одни

 

и

 

те

 

же

 

алгоритмические

 

ошибки

В

 

рамках

 

рассматриваемой

 

си

-

стемы

 

с

 

гибкой

 

динамической

 

ар

-

хитектурой

 

предусмотрена

 

опреде

-

лённая

 

гибкость

 

в

 

распределении

 

функций

 

между

 

устройствами

 

и

 

создание

 

условий

 

для

 

увеличения

 

количества

 

разработчиков

 

функ

-

ционально

 

ориентированного

 

про

-

граммного

 

обеспечения

  (

в

 

основ

-

ном

 

за

 

счёт

 

научных

 

коллективов

не

 

имевших

 

ранее

 

возможности

 

для

 

практической

 

реализации

 

сво

-

их

 

алгоритмов

). 

Таким

 

образом

создаётся

 

возможность

 

резервиро

-

вания

 

алгоритмов

 

без

 

аппаратного

 

дублирования

т

.

е

ситуация

когда

 

в

 

рамках

 

нескольких

 

терминалов

 

могут

 

параллельно

 

работать

 

функ

-

ции

выполняющие

 

одну

 

и

 

ту

 

же

 

за

-

дачу

но

 

реализованные

 

с

 

исполь

-

зованием

 

различных

 

алгоритмов

 

(

рис

. 5). 

Рис

. 3. 

Организация

 «

функционального

 

резервирования

»

Рис

. 4. 

Механизм

 

приоритетов

 

функций


Page 6
background image

96

СЕТИ РОССИИ

тельных

 

приборов

управлять

 

глуби

-

ной

 

резервирования

.

В

 

заключение

 

хотелось

 

бы

 

от

-

метить

что

 

изложенные

 

положения

 

не

 

являются

 

сугубо

 

теоретически

-

ми

ЗАО

 «

ИТЦ

 

Континуум

» 

в

 

течение

 

последних

 

лет

 

ведёт

 

работу

на

-

правленную

 

на

 

практическую

 

реа

-

лизацию

 

системы

 

с

 

гибкой

 

динами

-

ческой

 

архитектурой

Проведён

 

большой

 

объём

 

теоретической

 

и

 

аналитической

 

работы

выработа

-

ны

 

базовые

 

технические

 

решения

В

 2012 

году

 

специалисты

 

компа

-

нии

 

переступили

 

так

 

называемый

 

«

бумажный

 

порог

» 

и

 

перешли

 

от

 

проработки

 

идеи

 

на

 

бумаге

 

к

 

прак

-

тической

 

реализации

В

 

частности

был

 

выполнен

 

большой

 

объём

 

ра

-

бот

 

по

 

созданию

 

унифицированной

 

программно

-

аппаратной

 

платфор

-

мы

начаты

 

работы

 

по

 

реализации

 

элементов

 

распределённой

 

опера

-

ционной

 

системы

.

Системы

 

с

 

гибкой

 

динамиче

-

ской

 

архитектурой

 

являются

 

идео

-

логическим

 

продолжением

 

на

-

правления

  «

цифровая

 

подстанция

». 

Используя

 

принципы

 

построения

 

структуры

 

и

 

унификации

 

функций

установленные

 

в

 

стандартах

 

циф

-

ровой

 

подстанции

системы

 

с

 

гиб

-

кой

 

динамической

 

архитектурой

 

позволяют

 

в

 

полной

 

мере

 

раскрыть

 

технико

-

экономический

 

потенциал

 

от

 

внедрения

 

стандарта

 IEC 61850. 

Новые

 

подходы

 

к

 

обеспечению

 

на

-

дёжности

 

подстанционных

 

систем

 

за

 

счёт

 

свойств

 

автоматического

 

самовосстановления

 

при

 

отказах

 

открывают

 

реальные

 

возможности

 

перехода

 

на

 

безлюдные

 

технологии

 

эксплуатации

 

подстанций

Ранее

 

рассматривались

 

спосо

-

бы

 

повышения

 

надёжности

 

циф

-

ровой

 

подстанции

 

с

 

гибкой

 

дина

-

мической

 

архитектурой

так

 

как

 

задача

 

повышения

 

надёжности

 

является

с

 

нашей

 

точки

 

зрения

основной

но

 

данная

 

система

 

обла

-

дает

 

и

 

иными

 

свойствами

 

технико

-

экономического

 

характера

.

Во

-

первых

это

 

эффективность

 

использования

 

вычислительно

-

коммуникационной

 

мощности

 IED-

терминалов

Текущие

 

характеристи

-

ки

 

интеллектуальных

 

электронных

 

устройств

 

часто

 

значительно

 

пре

-

вышают

 

потребности

 

решаемых

 

ими

 

задач

Возможность

 

гибкого

 

распределения

 

функций

 

позволя

-

ет

 

достичь

 

высокой

 

эффективности

 

использования

 

свободных

 

ресур

-

сов

 

и

 

соответствующее

 

снижение

 

количества

 

единиц

 

оборудования

Повышение

 

эффективности

 

может

 

касаться

 

не

 

только

 

вычислительной

 

мощности

 

устройств

но

 

и

 

оптими

-

зации

 

коммуникационной

 

нагруз

-

ки

Оптимизация

достигаемая

 

за

 

счёт

 

концентрации

 

максимального

 

количества

 

вычислительных

 

задач

 

в

 

единой

 

точке

 

получения

 

объём

-

ных

 

первичных

 

данных

  (

например

потока

 IEC 61850-9-2), 

позволяет

 

уменьшить

 

общую

 

коммуникацион

-

ную

 

нагрузку

 

в

 

сети

 

ЦПС

.

Вторым

 

отличительным

 

свой

-

ством

 

системы

 

с

 

гибкой

 

динами

-

ческой

 

архитектурой

 

является

 

её

 

масштабируемость

 

и

 

гибкость

 

в

 

модернизации

Система

 

позво

-

ляет

 

наращивать

 

вычислительно

-

коммуникационную

 

мощность

 

си

-

стемы

 

в

 

целом

добавлять

 

новые

 

функции

 

без

 

установки

 

дополни

-

Создание

 

полнофункциональ

-

ной

 

системы

 

с

 

гибкой

 

динамиче

-

ской

 

архитектурой

 

является

 

весьма

 

ресурсо

и

 

наукоёмкой

 

задачей

требующей

 

решения

 

множества

 

технических

 

вопросов

Однако

 

технико

-

экономические

 

эффекты

 

от

 

внедрения

 

данных

 

систем

 

оправды

-

вают

 

высокую

 

сложность

 

разработ

-

ки

 

и

 

внедрения

.

Приглашаем

 

экспертов

 

отрасли

 

к

 

обсуждению

 

аспектов

 

построе

-

ния

 

систем

 

с

 

гибкой

 

динамической

 

архитектурой

.

ЛИТЕРАТУРА

1.  Lin Zhu, Student Member, IEEE, 

Dongyuan Shi, and Xianzhong 
Duan, Member, IEEE «Standard 
Function Blocks for Flexible 
IED in IEC 61850-Based 
Substation Automation» // IEEE 
TRANSACTIONS ON POWER 
DELIVERY, VOL. 26, 

 2, APRIL 

2011.

2.  Neil Higgins, Member, IEEE, 

Valeriy Vyatkin, Senior Member, 
IEEE, Nirmal-Kumar C. Nair, Senior 
Member, IEEE, Karlheinz Schwarz, 
Member, IEEE «Distributed 
Power System Automation 
With IEC 61850, IEC 61499, 
and Intelligent Control» // IEEE 
TRANSACTIONS ON SYSTEMS, 
MAN, AND CYBERNETICS—PART 
C: APPLICATIONS AND REVIEWS.

3. 

Торгашев

 

В

.

А

Управление

 

вы

-

числительным

 

процессом

 

и

 

машины

 

с

 

динамической

 

архи

-

тектурой

 // 

Вычислительные

 

си

-

стемы

 

и

 

методы

 

автоматизации

 

исследований

 

и

 

управления

М

., 

Наука

, 1982, 

с

. 172187.

4. 

Э

.

В

Евреинов

В

.

Г

Хорошевский

С

.

Д

Пашкеев

Однородные

 

вы

-

числительные

 

системы

Наука

Сиб

отд

., 1978 

г

.

5. 

Ю

.

А

Маматов

, E.

П

Емелин

, A.A. 

Сердцев

 

и

 

др

Рекурсивная

 

векторно

-

потоковая

 

вычисли

-

тельная

 

система

 // 

Тез

докл

. III 

Всесоюзного

 

симпозиума

  «

Пер

-

спективы

 

развития

 

вычислитель

-

ных

 

систем

», 

г

Рига

, 31 

октября

 — 

ноября

 1989 

г

., 1989 

г

., 39 

с

ЗАО

 «

ИТЦ

 

Континуум

»

Россия

, 150000, 

Ярославль

ул

Б

Октябрьская

, 52

а

Тел

.: +7(4852) 31-38-84, 31-38-85

E-mail: [email protected]

web: www.ec-continuum.ru 

Рис

. 5. 

Организация

 

резервирования

 

алгоритмов


Оригинал статьи: АСУ с гибкой динамической архитектурой для цифровых подстанций

Читать онлайн

В течение последних лет в мире активно развиваются автоматизированные системы управления подстанцией, базирующиеся на коммуникационных технологиях Ethernet и серии международных протоколов IEC 61850 (общеупотребительное название — «цифровая подстанция»).

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(82), январь-февраль 2024

Использование цифровых двойников как перспективное направление развития технологий дистанционного управления силовым оборудованием и устройствами релейной защиты и автоматики

Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Релейная защита и автоматика
Гвоздев Д.Б. Грибков М.А. Шубин Н.Г.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»