96
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
96
Н
овые
технологии
производства
современ
-
ных
систем
управления
перешли
из
стадии
научных
исследований
и
экспериментов
в
стадию
практического
использования
.
Раз
-
работаны
и
внедряются
современные
коммуника
-
ционные
стандарты
обмена
информацией
.
Широко
применяются
цифровые
устройства
защиты
и
авто
-
матики
.
Произошло
существенное
развитие
аппа
-
ратных
и
программных
средств
систем
управления
.
Появление
новых
международных
стандартов
и
раз
-
витие
современных
информационных
технологий
открывает
возможности
инновационных
подходов
к
решению
задач
автоматизации
и
управления
энер
-
гообъектами
,
позволяя
создать
подстанцию
нового
типа
—
цифровую
подстанцию
(
ЦПС
).
Отличительны
-
ми
характеристиками
ЦПС
являются
:
наличие
встро
-
енных
в
первичное
оборудование
интеллектуальных
микропроцессорных
устройств
,
применение
локаль
-
ных
вычислительных
сетей
для
коммуникаций
,
циф
-
ровой
способ
доступа
к
информации
,
её
передаче
и
обработке
,
автоматизация
работы
подстанции
и
процессов
управления
ею
.
В
перспективе
цифровая
подстанция
будет
являться
ключевым
компонентом
интеллектуальной
сети
(Smart Grid).
Термин
«
Цифровая
подстанция
»
до
сих
пор
тракту
-
ется
по
-
разному
разными
специалистами
в
области
систем
автоматизации
и
управления
.
Для
того
чтобы
разобраться
,
какие
технологии
и
стандарты
относятся
к
цифровой
подстанции
,
проследим
историю
разви
-
тия
систем
АСУ
ТП
и
РЗА
.
Внедрение
систем
автома
-
тизации
началось
с
появления
систем
телемеханики
.
Устройства
телемеханики
позволяли
собирать
анало
-
говые
и
дискретные
сигналы
с
использованием
мо
-
дулей
УСО
и
измерительных
преобразователей
.
На
базе
систем
телемеханики
развивались
первые
АСУ
ТП
электрических
подстанций
и
электростанций
.
АСУ
ТП
позволяли
не
только
собирать
информацию
,
но
и
производить
её
обработку
,
а
также
представлять
ин
-
формацию
в
удобном
для
пользователя
интерфейсе
.
С
появлением
первых
микропроцессорных
релей
-
ных
защит
информация
от
этих
устройства
также
ста
-
ла
интегрироваться
в
системы
АСУ
ТП
.
Постепенно
количество
устройств
с
цифровыми
интерфейсами
увеличивалось
(
противоаварийная
автоматика
,
си
-
стемы
мониторинга
силового
оборудования
,
систе
-
мы
мониторинга
щита
постоянного
тока
и
собствен
-
ных
нужд
и
т
.
д
.).
Вся
эта
информация
от
устройств
нижнего
уровня
интегрировалась
в
АСУ
ТП
по
циф
-
ровым
интерфейсам
.
Несмотря
на
повсеместное
ис
-
пользование
цифровых
технологий
для
построения
систем
автоматизации
,
такие
подстанции
не
являют
-
ся
в
полной
мере
цифровыми
,
так
как
вся
исходная
информация
,
включая
состояния
блок
-
контактов
,
на
-
пряжения
и
токи
,
передаётся
в
виде
аналоговых
сиг
-
налов
от
распределительного
устройства
в
оператив
-
ный
пункт
управления
,
где
оцифровывается
отдельно
каждым
устройством
нижнего
уровня
.
Например
,
одно
и
то
же
напряжение
параллельно
подаётся
на
все
устройства
нижнего
уровня
,
которые
преобразо
-
вывают
его
в
цифровой
вид
и
передают
в
АСУ
ТП
.
На
традиционных
подстанциях
различные
подсистемы
используют
различные
коммуникационные
стандар
-
ты
(
протоколы
)
и
информационные
модели
.
Для
функ
-
ций
защиты
,
измерения
,
учёта
,
контроля
качества
выполняются
индивидуальные
системы
измерений
и
информационного
взаимодействия
,
что
значительно
увеличивает
как
сложность
реализации
системы
ав
-
томатизации
на
подстанции
,
так
и
её
стоимость
.
Переход
к
качественно
новым
системам
авто
-
матизации
и
управления
возможен
при
использова
-
нии
стандартов
и
технологий
цифровой
подстанции
,
к
которым
относятся
:
1.
стандарт
МЭК
61850:
•
модель
данных
устройств
;
•
унифицированное
описание
подстанции
;
•
протоколы
вертикального
(MMS)
и
горизонталь
-
ного
(GOOSE)
обмена
;
•
протоколы
передачи
мгновенных
значений
то
-
ков
и
напряжений
(SV);
Цифровая подстанция.
Подходы к реализации
Алексей ДАНИЛИН, директор по АСДУ ОАО «СО ЕЭС»,
Татьяна ГОРЕЛИК, заведующая отделом АСУ ТП, к.т.н.,
Олег КИРИЕНКО, инженер, ОАО «НИИПТ»
Николай ДОНИ, заведующий отделом
перспективных разработок НПП «ЭКРА»
С
м
а
р
т
Г
р
и
д
Смарт Г
рид
97
№ 3 (12), май-июнь, 2012
97
2.
цифровые
(
оптические
и
элек
-
тронные
)
трансформаторы
тока
и
напряжения
;
3.
аналоговые
мультиплексоры
(Merging Units);
4.
выносные
модули
УСО
(Micro
RTU);
5.
интеллектуальные
электронные
устройства
(IED).
Основной
особенностью
и
от
-
личием
стандарта
МЭК
61850
от
других
стандартов
является
то
,
что
в
нём
регламентируются
не
толь
-
ко
вопросы
передачи
информации
между
отдельными
устройствами
,
но
и
вопросы
формализации
опи
-
сания
схем
—
подстанции
,
защиты
,
автоматики
и
измерений
,
конфи
-
гурации
устройств
.
В
стандарте
предусматриваются
возможности
использования
новых
цифровых
измерительных
устройств
вместо
традиционных
аналоговых
изме
-
рителей
(
трансформаторов
тока
и
напряжения
).
Информационные
технологии
позволяют
перейти
к
автоматизированному
проекти
-
рованию
цифровых
подстанций
,
управляемых
цифровыми
инте
-
грированными
системами
.
Все
информационные
связи
на
таких
подстанциях
выполняются
цифро
-
выми
,
образующими
единую
шину
процесса
.
Это
открывает
возмож
-
ности
быстрого
прямого
обмена
информацией
между
устройствами
,
что
в
конечном
счёте
даёт
возмож
-
ность
сокращения
числа
медных
ка
-
бельных
связей
,
и
числа
устройств
,
а
также
более
компактного
их
рас
-
положения
.
СТРУКТУРА
ЦИФРОВОЙ
ПОДСТАНЦИИ
Рассмотрим
подробнее
структу
-
ру
цифровой
подстанции
,
выполнен
-
ную
в
соответствии
со
стандартом
МЭК
61850 (
рис
.).
Система
автома
-
тизации
энергообъекта
,
построен
-
ного
по
технологии
«
Цифровая
под
-
станция
»,
делится
на
три
уровня
:
•
полевой
уровень
(
уровень
про
-
цесса
);
•
уровень
присоединения
;
•
станционный
уровень
.
Полевой
уровень
состоит
из
:
•
первичных
датчиков
для
сбора
дискретной
информации
и
пере
-
дачи
команд
управления
на
ком
-
мутационные
аппараты
(micro
RTU);
•
первичных
датчиков
для
сбо
-
ра
аналоговой
информации
(
цифровые
трансформаторы
тока
и
напряжения
).
Уровень
присоединения
состоит
из
интеллектуальных
электронных
устройств
:
•
устройств
управления
и
монито
-
ринга
(
контроллеры
присоеди
-
нения
,
многофункциональные
измерительные
приборы
,
счёт
-
чики
АСКУЭ
,
системы
монито
-
ринга
трансформаторного
обо
-
рудования
и
т
.
д
.);
•
терминалов
релейной
защиты
и
локальной
противоаварийной
автоматики
.
Станционный
уровень
состоит
из
:
•
серверов
верхнего
уровня
(
сервер
базы
данных
,
сервер
SCADA,
сервер
телемеханики
,
сервер
сбора
и
передачи
техно
-
логической
информации
и
т
.
д
.,
концентратор
данных
);
•
АРМ
персонала
подстанции
.
Из
основных
особенностей
по
-
строения
системы
в
первую
оче
-
редь
необходимо
выделить
новый
«
полевой
»
уровень
,
который
вклю
-
чает
в
себя
инновационные
устрой
-
ства
первичного
сбора
информа
-
ции
:
выносные
УСО
,
цифровые
измерительные
трансформаторы
,
встроенные
микропроцессорные
системы
диагностики
силового
обо
-
рудования
и
т
.
д
.
Цифровые
измерительные
транс
-
форматоры
передают
мгновенные
значения
напряжения
и
токов
по
про
-
токолу
МЭК
61850-9-2
устройствам
уровня
присоединения
.
Существует
два
вида
цифровых
измерительных
трансформаторов
:
оптические
и
электронные
.
Оптические
измери
-
тельные
трансформаторы
являются
наиболее
предпочтительными
при
создании
систем
управления
и
ав
-
томатизации
цифровой
подстанции
,
так
как
используют
инновационный
принцип
измерений
,
исключающий
влияние
электромагнитных
помех
.
Электронные
измерительные
транс
-
форматоры
базируются
на
базе
традиционных
трансформаторов
и
используют
специализированные
аналогово
-
цифровые
преобразова
-
тели
.
Данные
от
цифровых
измери
-
тельных
трансформаторов
,
как
оптических
,
так
и
электронных
,
пре
-
образуются
в
широковещательные
Ethernet-
пакеты
с
использованием
мультиплексоров
(Merging Units),
предусмотренных
стандартом
МЭК
61850-9.
Сформированные
муль
-
типлексорами
пакеты
передаются
по
сети
Ethernet (
шине
процесса
)
в
устройства
уровня
присоедине
-
ния
(
контроллеры
АСУ
ТП
,
РЗА
,
ПА
и
др
.)
Частота
дискретизации
пере
-
даваемы
данных
не
хуже
80
точек
на
период
для
устройств
РЗА
и
ПА
и
256
точек
на
период
для
АСУ
ТП
,
АИИС
КУЭ
и
др
.
Данные
о
положении
коммута
-
ционных
аппаратов
и
другая
дис
-
кретная
информация
(
положение
ключей
режима
управления
,
состо
-
яние
цепей
обогрева
приводов
и
др
.)
собираются
с
использованием
выносных
модулей
УСО
,
установ
-
98
СЕТИ РОССИИ
ленных
в
непосредственной
бли
-
зости
от
коммутационных
аппара
-
тов
.
Выносные
модули
УСО
имеют
релейные
выходы
для
управления
коммутационными
аппаратами
и
синхронизируются
с
точностью
не
ниже
1
мс
.
Передача
данных
от
вы
-
носных
модулей
УСО
осуществляет
-
ся
по
оптоволоконной
связи
,
являю
-
щейся
частью
шины
процесса
по
протоколу
МЭК
61850-8-1 (GOOSE).
Передача
команд
управления
на
коммутационные
аппараты
также
осуществляется
через
выносные
модули
УСО
с
использованием
про
-
токола
МЭК
61850-8-1 (GOOSE).
Силовое
оборудование
оснаща
-
ется
набором
цифровых
датчиков
.
Существуют
специализированные
системы
для
мониторинга
транс
-
форматорного
и
элегазового
обору
-
дования
,
которые
имеют
цифровой
интерфейс
для
интеграции
в
АСУ
ТП
без
использования
дискретных
входов
и
датчиков
4—20
мА
.
Совре
-
менные
КРУЭ
оснащаются
встраи
-
ваемыми
цифровыми
трансформа
-
торами
тока
и
напряжения
,
а
шкафы
управления
в
КРУЭ
позволяют
уста
-
навливать
выносные
УСО
для
сбо
-
ра
дискретных
сигналов
.
Установка
цифровых
датчиков
в
КРУЭ
произ
-
водится
на
заводе
-
изготовителе
,
что
позволяет
упростить
процесс
проек
-
тирования
,
а
также
монтажные
и
на
-
ладочные
работы
на
объекте
.
Другим
отличием
является
объ
-
единение
среднего
(
концентрато
-
ров
данных
)
и
верхнего
(
сервера
и
АРМ
)
уровня
в
один
станционный
уровень
.
Это
связано
с
единством
протоколов
передачи
данных
(
стан
-
дарт
МЭК
61850-8-1),
при
котором
средний
уровень
,
ранее
выполняв
-
ший
работу
по
преобразованию
информации
из
различных
форма
-
тов
в
единый
формат
для
интегриро
-
ванной
АСУ
ТП
,
постепенно
теряет
своё
назначение
.
Уровень
присое
-
динения
включает
в
себя
интеллек
-
туальные
электронные
устройства
,
которые
получают
информацию
от
устройств
полевого
уровня
,
вы
-
полняют
логическую
обработку
ин
-
формации
,
передают
управляющие
воздействия
через
устройства
поле
-
вого
уровня
на
первичное
оборудо
-
вание
,
а
также
осуществляют
пере
-
дачу
информации
на
станционный
уровень
.
К
этим
устройствам
отно
-
сятся
контроллеры
присоединения
,
терминалы
МПРЗА
и
другие
много
-
функциональные
микропроцессор
-
ные
устройства
.
Следующим
отличием
в
струк
-
туре
является
её
гибкость
.
Устрой
-
ства
для
цифровой
подстанции
мо
-
гут
быть
выполнены
по
модульному
принципу
и
позволяют
совмещать
в
себе
функции
множества
устройств
.
Гибкость
построения
цифровых
подстанций
позволяет
предложить
различные
решения
с
учётом
осо
-
бенностей
энергообъекта
.
В
случае
модернизации
существующей
под
-
станции
без
замены
силового
обо
-
рудования
для
сбора
и
оцифровки
первичной
информации
можно
уста
-
навливать
шкафы
выносных
УСО
.
При
этом
выносные
УСО
помимо
плат
дискретного
ввода
/
вывода
бу
-
дут
содержать
платы
прямого
анало
-
гового
ввода
(1/5
А
),
которые
позво
-
ляют
собрать
,
оцифровать
и
выдать
в
протоколе
МЭК
61850-9-2
данные
от
традиционных
трансформато
-
ров
тока
и
напряжения
.
В
дальней
-
шем
полная
или
частичная
замена
первичного
оборудования
,
в
том
числе
замена
электромагнитных
трансформаторов
на
оптические
,
не
приведёт
к
изменению
уровней
присоединения
и
подстанционного
.
В
случае
использования
КРУЭ
име
-
ется
возможность
совмещения
функций
выносного
УСО
, Merging
Unit
и
контроллера
присоединения
.
Такое
устройство
устанавливается
в
шкаф
управления
КРУЭ
и
позволяет
оцифровать
всю
исходную
информа
-
цию
(
аналоговую
или
дискретную
),
а
также
выполнить
функции
контрол
-
лера
присоединения
и
функции
ре
-
зервного
местного
управления
.
С
появлением
стандарта
МЭК
61850
ряд
производителей
вы
-
пустили
продукты
для
цифровой
подстанции
.
В
настоящее
время
во
всём
мире
выполнено
уже
до
-
статочно
много
проектов
,
связан
-
ных
с
применением
стандарта
МЭК
61850,
показавших
преиму
-
щества
данной
технологии
.
К
со
-
жалению
,
уже
сейчас
,
анализируя
современные
решения
для
цифро
-
вой
подстанции
,
можно
заметить
достаточно
свободную
трактовку
требований
стандарта
,
что
может
привести
в
будущем
к
несогласо
-
ванности
и
проблемам
в
интегра
-
ции
уже
современных
решений
в
области
автоматизации
.
Сегодня
в
России
активно
ведёт
-
ся
работа
по
развитию
технологии
«
Цифровая
подстанция
».
Запущен
ряд
пилотных
проектов
,
ведущие
российские
фирмы
приступили
к
раз
-
работке
отечественных
продуктов
и
решений
для
цифровой
подстанции
.
На
наш
взгляд
,
при
создании
новых
технологий
,
ориентированных
на
цифровую
подстанцию
,
необходи
-
мо
строго
следовать
стандарту
МЭК
61850,
не
только
в
части
протоколов
передачи
данных
,
но
и
в
идеологии
построения
системы
.
Соответствие
требованиям
стандарта
позволит
в
будущем
упростить
модернизацию
и
обслуживание
объектов
на
базе
но
-
вых
технологий
.
В
2011
году
ведущими
рос
-
сийскими
компаниями
(
ООО
НПП
«
ЭКРА
»,
ООО
«
ЭнергопромАвтома
-
тизация
»,
ЗАО
«
Профотек
»
и
ОАО
«
НИИПТ
»)
было
подписало
генераль
-
ное
соглашение
об
организации
стратегического
сотрудничества
с
целью
объединения
научно
-
технических
,
инженерных
и
коммер
-
ческих
усилий
для
создания
цифро
-
вой
подстанции
на
территории
РФ
.
99
№ 3 (12), май-июнь, 2012
•
повышение
точности
измерений
;
•
простота
проектирования
,
экс
-
плуатации
и
обслуживания
;
•
унифицированная
платформа
обмена
данными
(
МЭК
61850);
•
высокая
помехозащищённость
;
•
высокая
пожаро
-
взрывобезо
-
пасность
и
экологичность
;
•
снижение
количества
модулей
ввода
/
вывода
на
устройства
АСУ
ТП
и
РЗА
,
обеспечивающее
снижение
стоимости
устройств
.
Ещё
ряд
вопросов
требует
до
-
полнительных
проверок
и
решений
.
Это
относится
к
надёжности
циф
-
ровых
систем
,
к
вопросам
конфи
-
гурирования
устройств
на
уровне
подстанции
и
энергообъединения
,
к
созданию
общедоступных
инстру
-
ментальных
средств
проектирова
-
ния
,
ориентированных
на
разных
производителей
микропроцессор
-
ного
и
основного
оборудования
.
Для
обеспечения
требуемого
уров
-
ня
надёжности
в
рамках
пилотных
проектов
должны
быть
решены
сле
-
дующие
задачи
.
1.
Определение
оптимальной
структуры
цифровой
подстанции
в
целом
и
её
отдельных
систем
.
2.
Гармонизация
международных
стандартов
и
разработка
отече
-
ственной
нормативной
докумен
-
тации
.
3.
Метрологическая
аттестация
си
-
стем
автоматизации
,
в
том
числе
и
системы
АИИСКУЭ
,
с
поддерж
-
кой
МЭК
61850-9-2.
4.
Накопление
статистики
по
на
-
дёжности
оборудования
цифро
-
вой
подстанции
.
5.
Накопление
опыта
внедрения
и
эксплуатации
,
обучение
персо
-
нала
,
создание
центров
компе
-
тенции
.
В
настоящее
время
в
мире
на
-
чалось
массовое
внедрение
реше
-
ний
класса
«
цифровая
подстанция
»,
основанных
на
стандартах
серии
МЭК
61850,
реализуются
техно
-
логии
управления
Smart Grid,
вво
-
дятся
в
эксплуатацию
приложения
автоматизированных
систем
техно
-
логического
управления
.
Примене
-
ние
технологии
«
Цифровой
подстан
-
ции
»
должно
позволить
в
будущем
существенно
сократить
расходы
на
проектирование
,
пуско
-
наладку
,
экс
-
плуатацию
и
обслуживание
энерге
-
тических
объектов
.
Рис
.
Структура
цифровой
подстанции
В
соответствии
с
МЭК
61850,
разработанная
система
состоит
из
трёх
уровней
.
Шина
процесса
пред
-
ставлена
оптическими
трансформа
-
торами
(
ЗАО
«
Профотек
»)
и
вынос
-
ным
УСО
(microRTU) NPT Expert (
ООО
«
ЭнергопромАвтоматизация
»).
Уро
-
вень
присоединения
—
микропро
-
цессорные
защиты
ООО
НПП
«
ЭКРА
»
и
контроллер
присоединения
NPT
BAY-9-2
ООО
«
ЭнергопромАвтомати
-
зация
».
Оба
устройства
принимают
аналоговую
информацию
по
МЭК
61850-9-2
и
дискретную
информа
-
цию
по
МЭК
61850-8-1(GOOSE).
Станционный
уровень
реализован
на
базе
SCADA NPT Expert
с
под
-
держкой
МЭК
61850-8-1(MMS).
В
рамках
совместного
проекта
была
разработана
также
система
автоматизированного
проектиро
-
вания
ЦПС
— SCADA Studio,
прора
-
ботана
структура
сети
Ethernet
для
различных
вариантов
построения
,
собран
макет
цифровой
подстанции
и
проведены
совместные
испыта
-
ния
,
в
том
числе
на
испытательном
стенде
в
ОАО
«
НИИПТ
».
Действующий
прототип
цифро
-
вой
подстанции
был
представлен
на
выставке
«
Электрические
сети
России
-2011».
Внедрение
пилотного
проекта
и
выход
на
полномасштаб
-
ное
производство
оборудования
цифровой
подстанции
запланиро
-
ван
на
2012
год
.
Российское
обо
-
рудование
для
«
Цифровой
подстан
-
ции
»
прошло
полномасштабное
тестирование
,
подтверждена
также
его
совместимость
по
стандарту
МЭК
61850
с
оборудованием
раз
-
личных
зарубежных
(Omicron, SEL,
GE, Siemens
и
др
.)
и
отечественных
(
ООО
«
Прософт
-
Системы
»,
НПП
«
Ди
-
намика
»
и
др
.)
компаний
.
Разработка
собственного
рос
-
сийского
решения
по
цифровой
подстанции
позволит
не
только
развивать
отечественное
произ
-
водство
и
науку
,
но
и
повысить
энергобезопасность
нашей
стра
-
ны
.
Проведённые
исследования
технико
-
экономических
показателей
позволяют
сделать
вывод
,
что
стои
-
мость
нового
решения
при
перехо
-
де
на
серийный
выпуск
продукции
не
будет
превышать
стоимости
тра
-
диционных
решений
построения
систем
автоматизации
и
позволит
получить
ряд
технических
преиму
-
ществ
,
таких
как
:
•
значительное
сокращение
ка
-
бельных
связей
;
Оригинал статьи: Цифровая подстанция. Подходы к реализации
Новые технологии производства современных систем управления перешли из стадии научных исследований и экспериментов в стадию практического использования. Разработаны и внедряются современные коммуникационные стандарты обмена информацией. Широко применяются цифровые устройства защиты и автоматики. Произошло существенное развитие аппаратных и программных средств систем управления. Появление новых международных стандартов и развитие современных информационных технологий открывает возможности инновационных подходов к решению задач автоматизации и управления энергообъектами, позволяя создать подстанцию нового типа — цифровую подстанцию (ЦПС).
