Применение технологий IEC 61850 в задачах автоматизации распределительных сетей

Page 1
background image

Page 2
background image

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


Page 3
background image

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


Page 4
background image

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


Page 5
background image

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


Читать онлайн

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.

Поделиться:

Спецвыпуск «Россети» № 1(24), март 2022

Учебно-тренировочный комплекс ПАО «Россети Ленэнерго» по обучению современным цифровым технологиям

Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Подготовка кадров
Виктор Катенев, Артем Суворов (ПАО «Россети Ленэнерго»)
Спецвыпуск «Россети» № 1(24), март 2022

Передовые технологии группы компаний «Россети»

Управление сетями / Развитие сетей Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция
Григорий Гладковский, Дмитрий Капустин (ПАО «Россети»), Эльдар Магадеев (НТС «Россети» / «Россети ФСК ЕЭС»)
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»