32
УПРАВЛЕНИЕ
СЕТЯМИ
Применение технологий IEC 61850
в задачах автоматизации
распределительных сетей
Современной
тенденцией
развития
распределительных
электрических
сетей
является
их
«
интеллектуализация
».
То
есть
повышение
эффективности
эксплуатации
и
надеж
-
ности
электроснабжения
потребителей
за
счет
внедрения
комплексных
средств
монито
-
ринга
и
управления
на
основе
информационных
технологий
.
Дорофеев
И
.
Н
.,
технический
директор
PLC Technology
А
втоматика
локализации
,
изоляции
повреждения
и
восстановления
элек
-
троснабжения
(Fault Lo
-
cation, Isolation & Service Re sto-
ration — FLISR)
являются
ос
-
новными
компонентами
совре
-
менной
«
интеллектуальной
»
распределительной
сети
.
При
-
менение
такой
автоматики
позволяет
сократить
до
ми
-
нимума
продолжительность
перерывов
в
электроснабжении
потребителей
и
локализовать
место
повреждения
.
Особенно
эффективно
построение
такой
автоматики
с
использованием
цифрового
информационного
обмена
между
компонентами
си
-
стемы
.
Основные
преимущества
FLISR,
получаемые
за
счет
ис
-
пользования
цифровых
комму
-
никаций
:
–
возможность
применения
в
петлевых
и
более
сложных
схемах
электроснабжения
;
–
возможность
действия
защиты
от
однофазных
замыканий
на
землю
на
отключение
с
мини
-
мальным
перерывом
электро
-
снабжения
потребителей
;
–
в
отличие
от
реклоузеров
,
не
тратится
ресурс
выключателя
на
многократные
включения
на
КЗ
и
может
применяться
в
кабельных
сетях
.
Основой
для
построения
со
-
временной
коммуникационной
инфраструктуры
на
объектах
электроэнергетики
является
се
-
рия
стандартов
IEC 61850.
При
-
менение
положений
данного
стандарта
позволяет
организо
-
вать
производительную
,
гибкую
и
надежную
коммуникационную
инфраструктуру
,
обеспечиваю
-
щую
потребности
всего
спектра
задач
автоматизации
.
В
насто
-
ящей
статье
рассматривается
применение
серии
стандартов
IEC 61850
на
базе
ПТК
TOPAZ
для
задач
построения
автомати
-
ки
FLISR.
FLISR.
ОПИСАНИЕ
АЛГОРИТМА
В
переводе
с
английского
языка
,
термином
FLISR
обозначается
набор
автоматических
функций
,
направленных
на
повышение
надежности
электроснабжения
потребителей
в
случае
повреж
-
дения
питающей
линии
.
В
состав
FLISR
входят
:
–
автоматика
определения
наличия
устойчивого
повреж
-
дения
на
участке
питающей
сети
(
АОП
);
–
автоматика
определения
(
локализации
)
поврежденно
-
го
участка
сети
между
двумя
коммутационными
аппарата
-
ми
(
АЛП
);
–
автоматика
отключения
(
изо
-
ляции
)
поврежденного
сег
-
мента
(
АИП
);
–
автоматика
восстановления
электроснабжения
потреби
-
телей
(
АВЭ
).
Алгоритм
АОП
выполняется
в
начале
и
конце
каждого
сег
-
мента
сети
.
Факт
устойчивого
повреждения
за
точкой
наблю
-
дения
определяется
при
выпол
-
нении
следующих
условий
(
один
из
возможных
вариантов
реали
-
зации
):
ООО
«
ПиЭлСи
Технолоджи
»
—
предприятие
без
иностранного
участия
в
устав
-
ном
капитале
,
имеющее
на
территории
России
полный
производственный
цикл
,
а
именно
:
•
разработку
электронных
бло
-
ков
и
контроллеров
,
включая
схемотехнические
и
дизай
-
нерские
решения
,
а
также
программирование
микрокон
-
троллеров
;
•
серийное
производство
элек
-
тронных
блоков
и
контролле
-
ров
,
включая
производство
плат
на
современной
автома
-
тической
роботизированной
линии
;
•
разработку
специализирован
-
ного
программного
обеспе
-
чения
TOPAZ SCADA
для
контроллеров
уровня
объекта
,
серверов
и
автоматизирован
-
ных
рабочих
мест
(
АРМ
);
•
серийное
производство
комплектов
(
шкафов
)
для
ССПИ
,
АСУ
ТП
,
АСКУЭ
,
ККЭ
,
РАС
,
РЗА
;
•
проектирование
ССПИ
,
АСУ
ТП
и
др
.;
•
монтаж
ССПИ
,
АСУ
ТП
и
др
.
на
объектах
за
-
казчика
.
www.tpz.ru
33
–
признак
аварийного
режима
(
например
,
превышение
тока
заданной
уставки
);
–
срабатывание
соответствую
-
щих
защит
(
МТЗ
,
ЗОЗЗ
)
фиде
-
ра
на
распределительном
пункте
—
РП
(
вместо
инфор
-
мации
о
срабатывании
защит
может
быть
использована
выдержка
времени
,
в
течение
которой
должен
существо
-
вать
признак
аварийного
режима
);
–
превышение
заданного
коли
-
чества
циклов
АПВ
(
если
при
-
менимо
).
Автоматика
определения
(
лока
-
лизации
)
поврежденного
участка
сети
пускается
при
срабатывании
АОП
и
анализирует
массив
состоя
-
ний
алгоритмов
АОП
,
расположен
-
ных
вдоль
питающей
линии
.
Несо
-
ответствие
показаний
индикаторов
повреждения
по
концам
сегмента
сети
указывает
на
наличие
по
-
вреждения
в
данном
сегменте
.
Автоматика
отключения
(
изо
-
ляции
)
поврежденного
сегмента
,
в
свою
очередь
,
пускается
в
слу
-
чае
успешного
определения
поврежденного
сегмента
и
от
-
дает
команды
на
отключение
коммутационной
аппаратуры
,
ограничивающие
поврежденный
сегмент
при
условии
отсутствия
тока
через
отключаемый
КА
.
АВЭ
пускается
в
случае
успешной
изоляции
поврежде
-
ния
и
запитывает
потребителей
путем
включения
выключателя
на
РП
и
в
точке
деления
сети
при
условии
,
что
данные
КА
не
ограничивают
поврежденный
сегмент
сети
.
Вышеуказанные
алгоритмы
работают
в
приведенном
порядке
,
и
каждый
последующих
шаг
вы
-
полняется
только
при
успешном
выполнении
предыдущего
.
На
ри
-
сунке
1
приведена
иллюстрация
работы
алгоритма
FLISR,
реали
-
зованного
на
базе
ПТК
TOPAZ.
QR
Нормальный режим
Детектирование и локализация места повреждения
Изоляция поврежденного участка
Восстановление электроснабжения
Рис
. 1.
Стадии
работы
автоматики
FLISR
на
базе
ПТК
TOPAZ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭЛЕМЕНТОВ
АВТОМАТИКИ
FLISR
В
СООТВЕТСТВИИ
С
IEC 61850
НА
БАЗЕ
ПТК
TOPAZ
Как
можно
видеть
из
вышепри
-
веденного
описания
,
автоматика
FLISR
требует
достаточно
насы
-
щенного
информационного
обме
-
на
между
функциями
,
распреде
-
ленными
по
всей
длине
фидера
.
В
соответствии
со
стандартом
IEC 61850,
для
описания
интер
-
фейса
функций
,
участвующих
в
информационном
обмене
,
ис
-
пользуется
понятие
логического
узла
(
ЛУ
).
Логический
узел
—
это
атомарная
функция
автоматиза
-
ции
,
являющаяся
агентом
инфор
-
мационного
обмена
.
Стандарт
IEC
61850-90-6 (Use of IEC 61850 for
Distribution Automation Systems)
определяет
следующие
логиче
-
ские
узлы
для
описания
компонен
-
тов
автоматики
FLISR:
• SFPI
—
индикатор
устойчивого
повреждения
;
• AFSL
—
автоматика
локализа
-
ции
поврежденного
участка
;
• AFSI
—
автоматика
изоляции
поврежденного
участка
;
• ASRC —
автоматика
восста
-
новления
электроснабжения
.
Также
используются
логиче
-
ские
узлы
из
стандартного
про
-
странства
имен
IEC 61850-7-4:
– XCBR —
модель
выключателя
;
– XSWI —
модель
выключателя
нагрузки
,
разъединителя
;
– CSWI —
контроллер
управле
-
ния
коммутационным
аппа
-
ратом
;
– TCTR —
модель
трансформа
-
тора
тока
;
– PTOC —
токовое
реле
с
вы
-
держкой
времени
;
–
другие
(
в
зависимости
от
реализации
соответствующих
алгоритмов
).
На
рисунке
2
изображено
ин
-
формационное
взаимодействие
логических
узлов
при
реализации
автоматики
FLISR.
ЛУ
типа
SFPI
принимают
дан
-
ные
от
реле
тока
(PTOC)
сигна
-
лы
срабатывания
защит
(PTRC)
и
формируют
сигнал
устойчиво
-
го
повреждения
в
точке
схемы
,
где
производится
наблюдение
за
данным
экземпляром
логическо
-
го
узла
.
Далее
,
в
соответствии
№
6 (45) 2017
34
Согласно
положениям
стан
-
дарта
IEC 61850,
логические
узлы
могут
быть
распределены
по
аппа
-
ратным
средствам
произвольным
образом
.
В
случае
,
когда
узлы
,
обменивающиеся
информацией
,
расположены
на
разных
устрой
-
Рис
. 3.
Централизованная
архитектура
автоматики
FLISR
на
базе
ПТК
TOPAZ
ствах
,
то
для
обеспечения
их
коммуникации
используются
со
-
ответствующие
решаемой
задаче
сервисы
обмена
данными
,
из
со
-
става
определенных
в
IEC 61850.
Таким
образом
,
автоматика
FLISR
с
использование
технологии
IEC 61850
на
базе
ПТК
TOPAZ
может
быть
практически
реали
-
зована
системой
со
спектром
архитектур
в
диапазоне
от
пол
-
ностью
централизованной
до
полностью
рапсределенной
.
Рис
. 2.
Информационное
взаимодействие
логических
узлов
при
реализации
автоматики
FLISR
при
реализации
авто
-
матики
FLISR
на
базе
ПТК
TOPAZ
с
вышеприведенным
описанием
работы
алгоритма
,
информация
передается
на
логические
узлы
AFSL, AFSI
и
ASRC.
Узлы
ASRC,
в
свою
очередь
,
воздействуют
на
ЛУ
CSWI
управления
комму
-
тационной
аппаратуры
на
РП
и
в
точке
деления
сети
,
тем
самым
восстанавливая
элек
-
троснабжение
потребителей
,
подключенных
к
неповреж
-
денным
участкам
питающей
сети
.
УПРАВЛЕНИЕ
СЕТЯМИ
35
ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ
АРХИТЕКТУРА
АВТОМАТИКИ
FLISR
В
данном
варианте
логика
авто
-
матики
FLISR
имплементируется
одним
устройством
—
контрол
-
лером
TOPAZ
с
функцией
FLISR,
устанавливаемым
на
РП
или
на
диспетчерском
пункте
.
В
таком
случае
является
возможным
и
це
-
лесообразным
обеспечить
выпол
-
нение
функции
FLISR
для
группы
присоединений
.
При
таком
прин
-
ципе
построения
,
в
соответствую
-
щих
точках
сети
устанавливаются
относительно
простые
устройства
,
обеспечивающие
измерение
элек
-
трических
величин
,
их
простую
об
-
работку
и
взаимодействие
с
ком
-
мутационной
аппаратурой
.
Так
как
потоки
информационного
обмена
в
данной
архитектуре
ориентиро
-
ваны
вертикально
,
то
для
переда
-
чи
информации
между
централь
-
ным
контроллером
FLISR
и
поле
-
выми
устройствами
целесообраз
-
но
использовать
сервисы
отчетов
(Reports)
и
сервисы
управления
(Control),
реализованные
посред
-
ством
протокола
MMS (IEC 61850
8-1)
в
направлениях
мониторинга
и
управления
соответственно
.
Та
-
ким
образом
,
информационные
свя
-
зи
между
логическими
узлами
,
рас
-
положенные
в
разных
устройствах
,
проецируются
в
соответствующие
процедуры
протокола
MMS.
На
ри
-
сунке
3
приведен
пример
структур
-
ной
схемы
автоматики
FLISR
в
цен
-
трализованном
исполнении
.
ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ
АРХИТЕКТУРА
АВТОМАТИКИ
FLISR
Децентрализованная
реализация
автоматики
FLISR
предполагает
распределение
функций
(
логи
-
ческих
узлов
)
по
контроллерам
TOPAZ
соответствующего
силово
-
го
оборудования
(
рисунок
4).
Каж
-
дое
из
таких
устройств
реализует
набор
ЛУ
,
относящийся
к
данной
точке
питающей
сети
.
Информа
-
ционные
потоки
в
этом
случае
на
-
правлены
горизонтально
,
между
некоторым
количеством
одно
-
ранговых
устройств
.
Таким
обра
-
зом
,
существует
необходимость
передачи
одной
и
той
же
инфор
-
мации
нескольким
получателям
(
широковещательный
обмен
).
Для
реализации
такого
типа
информа
-
ционного
обмена
стандартом
IEC
61850
предусмотрен
сервис
Об
-
щих
Объектно
-
Ориентированных
Сообщений
(GOOSE).
Данный
тип
сообщений
основан
на
использо
-
вании
пакетов
Ethernet (
уровень
2
по
модели
OSI)
и
не
может
в
чи
-
стом
виде
передаваться
по
IP-
коммутируемым
ЛВС
(
уровень
3
по
модели
OSI).
В
силу
того
,
что
каналы
передачи
данных
между
объектами
распределительных
сетей
(
в
основной
своей
массе
)
основаны
на
коммутируемых
на
уровне
3
технологиях
,
то
переда
-
ча
GOOSE-
сообщений
по
таким
каналам
представляет
опреде
-
ленную
техническую
задачу
.
Для
решения
этой
проблемы
предлагается
либо
использовать
протоколы
туннелирования
(
напри
-
мер
L2TP),
либо
использовать
спе
-
циальную
реализацию
GOOSE-
со
-
общений
.
Эта
реализация
опреде
-
лена
в
стандарте
IEC 61850-90-5
и
получила
название
Routable
GOOSE (R-GOOSE).
Использова
-
ние
протокола
IGMPv3,
являющего
-
ся
частью
спецификации
групповой
передачи
пакетов
в
IP-
сетях
,
позво
-
ляет
обеспечить
широковещатель
-
ную
рассылку
сообщений
.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Использование
технологии
стан
-
дарта
IEC 61850,
реализованной
на
примере
ПТК
TOPAZ,
позволя
-
ет
за
счет
своей
гибкости
постро
-
ить
автоматику
FLISR
практически
произвольной
архитектуры
—
от
полностью
централизованной
до
распределенной
.
Это
позволяет
адаптировать
решение
к
любому
объекту
распределительной
сете
-
вой
инфраструктуры
и
обеспечить
простую
интеграцию
как
компонен
-
тов
FLISR
между
собой
,
так
и
со
смежными
системами
автоматиза
-
ции
,
защиты
и
управления
.
Р
Рис
. 4.
Распределенная
архитектура
автоматики
FLISR
на
базе
ПТК
TOPAZ
№
6 (45) 2017
Оригинал статьи: Применение технологий IEC 61850 в задачах автоматизации распределительных сетей
Современной тенденцией развития распределительных электрических сетей является их «интеллектуализация». То есть повышение эффективности эксплуатации и надежности электроснабжения потребителей за счет внедрения комплексных средств мониторинга и управления на основе информационных технологий.
