ГОСТ Р МЭК 61850-5-2011. Национальный стандарт Российской Федерации. Сети и системы связи на подстанциях. Часть 5. Требования к связи для функций и моделей устройств

(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 13.12.2011 № 1232-ст)

Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. № 1232-ст

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ НА ПОДСТАНЦИЯХ

ЧАСТЬ 5

ТРЕБОВАНИЯ К СВЯЗИ ДЛЯ ФУНКЦИЙ И МОДЕЛЕЙ УСТРОЙСТВ

Communication networks and systems in substations. Part 5. Communication requirements for functions and device models

(IEC 61850-5:2003, IDT)

ГОСТ Р МЭК 61850-5-2011

ОКС 33.200

Дата введения 1 сентября 2012 года

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-технический центр электроэнергетики» (ОАО «НТЦ Электроэнергетики») и Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 396 «Автоматика и телемеханика»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 декабря 2011 г. № 1232-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 61850-5:2003 «Сети и системы связи на подстанциях. Часть 5. Требования к связи для функций и моделей устройств» (IEC 61850-5:2003 «Communication networks and systems in substations — Part 5: Communication requirements for functions and device models», IDT).

В настоящем стандарте раздел «Библиография» дополнен стандартами, которые не включены в раздел «Нормативные ссылки», но на них сделаны ссылки в тексте настоящего стандарта.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 Некоторые из элементов настоящего стандарта могут быть предметом патентных прав

7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2020 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Серия стандартов МЭК 61850 состоит из следующих частей, объединенных общим названием «Сети и системы связи на подстанциях»:

• часть 1. Введение и обзор;
• часть 2. Термины и определения;
• часть 3. Общие требования;
• часть 4. Управление системой и проектом;
• часть 5. Требования к связи для функций и моделей устройств;
• часть 6. Язык описания конфигурации для связи между интеллектуальными электронными устройствами на электрических подстанциях;
• часть 7-1. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования — Принципы и модели;
• часть 7-2. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования — Абстрактный интерфейс услуг связи (ACSI);
• часть 7-3. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования — Классы общих данных;
• часть 7-4. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования — Совместимые классы логических узлов и классы данных;
• часть 8-1. Специфическое отображение сервиса связи (SCSM) — Схемы отображения на MMS (ИСО 9506-1 и ИСО 9506-2) и на ИСО/МЭК 8802-3;
• часть 9-1. Специфическое отображение сервиса связи (SCSM) — Выборочные значения в пределах последовательного однонаправленного многоточечного канала связи типа «точка-точка»;
• часть 9-2. Специфическое отображение сервиса связи (SCSM) — Выборочные значения в соответствии с ИСО/МЭК 8802-3;
• часть 10. Проверка соответствия.

Серия стандартов МЭК 61850 предназначена для обеспечения взаимодействия всех устройств на подстанции. Связь между указанными устройствами должна удовлетворять целому ряду требований со стороны функций, выполняемых на подстанции. Распределение функций между устройствами и уровнями управления не является общепринятым и зависит от концепции, принятой производителем и пользователем, а также от современного уровня развития техники и технологии. Это приводит к различным требованиям в отношении разных интерфейсов связи в пределах подстанции. Серия стандартов МЭК 61850 поддерживает любое распределение функций.

Серия стандартов МЭК 61850 рассчитана на долгосрочное использование, но по своему техническому содержанию и структуре стандарты должны удовлетворять быстрым изменениям технических средств связи. На рисунке 1 показано относительное положение настоящего стандарта в общей структуре серии стандартов МЭК 61850.

Серия стандартов МЭК 61850 организована таким образом, что изменения, вносимые в один из них, не требуют значительной переработки других стандартов. Серия стандартов МЭК 61850 основана на требованиях к связи, определенных в настоящем стандарте. Производные требования к моделированию в серии стандартов МЭК 61850 не изменяют требования настоящего стандарта. Общие вопросы, спецификация требований и вопросы, связанные с моделированием, не зависят от любых реализаций.

Настоящий стандарт определяет требования к связи для функций и моделей устройств.

Моделирование систем связи требует определения объектов (например, объектов данных, наборов данных, управления отчетами, управления журналом) и сервисов, предоставляемых объектами [например, get (получить), set (установить), report (сообщить), create (создать), delete (удалить)]. Этот вопрос рассматривается в МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4, в которых определен четкий интерфейс для реализации. Для того чтобы воспользоваться преимуществом коммуникационных технологий, серия стандартов МЭК 61850 избегает определения новых стеков OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем), но в МЭК 61850-8-1, МЭК 61850-9-1 и МЭК 61850-9-2 приведено стандартизованное отображение на существующие стеки. Язык конфигурации подстанции (МЭК 61850-6) и стандартизованная проверка соответствия дополняют серию стандартов МЭК 61850. На рисунке 1 показана общая структура серии стандартов МЭК 61850 и определено относительное положение настоящего стандарта в общей структуре серии стандартов МЭК 61850.

Рисунок 1 — Относительное положение настоящего стандарта в общей структуре серии стандартов МЭК 61850

Примечание - Для сохранения в серии стандартов МЭК 61850 уровневого подхода, который позволяет различать требования к приложениям и реализациям, такие термины, как «клиент», «сервер», «объекты данных» и т.д., в настоящем стандарте, как правило, не используются. В МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4 (моделирование), МЭК 61850-8-1, МЭК 61850-9-1 и МЭК 61850-9-2 (специфическое отображение сервиса связи) обычно не используются термины, относящиеся к требованиям к приложениям, например, данные PICOM.

1 Область применения

Настоящий стандарт относится к системам автоматизации подстанции (SA-системам). Он стандартизирует связь между интеллектуальными электронными устройствами (IED-устройствами) и определяет соответствующие требования к системе.

Спецификации настоящего стандарта определяют требования к связи функций, исполняемых системами автоматизации подстанции, и моделей устройств. Определены все известные функции и установлены требования к их связи.

Описание функций применено не для стандартизации функций, а для определения требований к связи между техническими сервисами и подстанцией, а также требований к связи между интеллектуальными электронными устройствами в пределах подстанции. Основная задача заключается в обеспечении функциональной совместимости в любых коммуникационных отношениях.

Стандартизация функций и их реализация полностью не являются объектом стандартизации настоящего стандарта. Следовательно, единая концепция в отношении назначения функций устройствам не может быть принята в серии стандартов МЭК 61850. Для того чтобы поддержать запрос на свободное распределение функций, определено соответствующее разделение функций на части, существенные для коммуникации. Определены обмениваемые данные и их необходимые характеристики. Эти определения дополнены расчетами потока информативных данных для типичных конфигураций подстанции.

IED-устройства подстанции, такие как устройства защиты, встречаются также в других установках, например на электрических станциях. Применение настоящего стандарта для устройств, предусмотренных на этих станциях, могло бы также способствовать системной интеграции, но этот вопрос не является объектом стандартизации настоящего стандарта.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных — последнее издание (включая все изменения).

IEC 60044-8 <1>, Instrument transformers — Part 8: Electronic current transformers (Измерительные трансформаторы. Часть 8. Электронные трансформаторы тока)

<1> Заменен на IEC 61869-6:2016, IEC 61869-9:2016, IEC 61869-10:2017, IEC 61869-11:2017.

IEC 60870-4, Telecontrol equipment and systems — Part 4: Performance requirements (Устройства и системы телеуправления. Часть 4. Требования к эксплуатационным характеристикам)

IEC/TS 61850-2:2003, Communication networks and system in substations — Part 2: Glossary (Сети и системы связи на подстанциях. Часть 2. Термины и определения)

IEC 62053-22:2003, Electricity metering equipment (a.c.) — Particular Requirements — Part 22: Static meters for active energy (classes 0,2 S and 0,5 S) (Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Частные требования. Часть 22. Статические счетчики активной энергии классов точности 0,2S и 0,5S)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по МЭК/ТТ 61850-2, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 функция (function): Задача, выполняемая системой автоматизации подстанции.

Примечание - Как правило, функция состоит из более мелких сущностей, называемых логическими узлами, которые обмениваются между собой данными. По определению, обмен данными выполняется только через логические узлы, поэтому функция, которая обменивается данными с другими функциями, должна иметь по меньшей мере один логический узел. Следовательно, в соответствии с серией стандартов МЭК 61850 обмен может выполняться только данными, содержащимися в логических узлах.

3.2 распределенная функция (distributed function): Функция, выполняемая двумя или более логическими узлами, расположенными в различных физических устройствах.

Примечание - Так как все функции некоторым образом взаимосвязаны, определение локальной или распределенной функции не является однозначным, но зависит от определения функциональных шагов, выполнение которых завершает выполнение функции. В случае потери одного логического узла или одного связанного канала связи функция может полностью блокироваться или, в зависимости от ситуации, демонстрировать постепенное сокращение своих возможностей.

3.3 система (system): Группа взаимодействующих объектов, выполняющих общую функциональную задачу. В ее основе лежит некоторый механизм связи.

3.3.1 логическая система (logical system): Связывающаяся (через соответствующие логические узлы) группа всех прикладных функций, которые выполняют некоторую общую задачу, например «управление подстанцией».

Примечание - Термин применен в серии стандартов МЭК 61850.

3.3.2 физическая система (physical system): Взаимодействующая группа устройств, реализующих функции системы, и соединяющая их физическая сеть связи.

Примечание - Граница системы задается ее логическим или физическим интерфейсом. Примерами являются промышленные, управленческие и информационные системы, а также системы автоматизации подстанций, определенные в серии стандартов МЭК 61850. В основе физической системы лежит система связи.

3.3.3 система автоматизации подстанции (substation automation system): Система, которая осуществляет управление, защиту, текущий мониторинг и т.д., то есть вторичная система подстанции.

Примечание - Для указанных целей в указанной системе полностью используются цифровые технологии и последовательные каналы связи.

3.3.4 первичная (основная) система (primary system): Общепринятый термин для обозначения всего оборудования электростанций и распределительных устройств (далее — распредустройство).

3.3.5 вторичная система (secondary system): Взаимодействующая группа всех компонентов и систем подстанции, выполняющая функции управления, защиты, текущего мониторинга и т.д., то есть основная система.

Примечание - В случае полного применения цифровой технологии вторичная система синонимична системе автоматизации подстанции.

3.3.6 система связи (communication system): Взаимосвязанный набор всех каналов связи.

3.4 устройство (device): Механизм или единица оборудования, имеющие специальное назначение или выполняющие определенную функцию, например выключатель, реле или вычислительное устройство подстанции.

Примечание - Свойства связи описаны в модели самого устройства.

3.4.1 интеллектуальное электронное устройство (intelligent electronic device): Любое устройство, имеющее один или несколько процессоров и способное получать или направлять данные/управляющие воздействия от внешнего источника либо на внешний источник, например электронные многофункциональные измерительные приборы, цифровые реле, контроллеры, то есть устройство, способное выполнять работу одного или нескольких заданных логических узлов в конкретном случае и разграниченное своими интерфейсами.

Примечание - Если не указано иное, интеллектуальные электронные устройства имеют по определению внутренний тактовый генератор, обеспечивающий, например, присвоение меток времени. Это добавляет требование к системной синхронизации времени всех тактовых генераторов.

3.4.2 физическое устройство (physical device): Устройство, эквивалентное интеллектуальному электронному устройству.

Примечание - Термин применен в серии стандартов МЭК 61850.

3.5 логический узел; LN (Logical Node): Наименьшая часть функции, обменивающаяся данными. В пределах физического устройства логический узел (LN) представляет собой функцию; он выполняет некоторые операции для этой функции.

Примечание - LN как объект определяется своими данными и методами. Логические узлы, относящиеся к основному оборудованию, не являются основным оборудованием, но представляют его интеллектуальную часть или отображение во вторичной системе, то есть локальные или удаленные входы/выходы, интеллектуальные датчики и исполнительные механизмы и т.д.

3.6 соединение (connection): Канал связи между объектами.

3.6.1 логическое соединение (logical connection): Канал связи между логическими узлами.

3.6.2 физическое соединение (physical connection): Канал связи между физическими устройствами.

3.7 взаимозаменяемость (interchangeability): Возможность замены устройства одного или различных изготовителей с использованием одного и того же интерфейса связи и обеспечением, как минимум, той же функциональности без воздействия на остальную систему.

Примечание - Если различие в функциональности считается приемлемым, при замене может также потребоваться некоторое изменение в каких-либо частях системы. Взаимозаменяемость требует стандартизации функций, а также в строгом смысле — стандартизации устройств. Оба эти требования не являются объектом стандартизации серии стандартов МЭК 61850.

3.8 взаимодействие (interoperability): Способность двух или нескольких интеллектуальных электронных устройств от одного или различных изготовителей обмениваться информацией и использовать эту информацию для правильного выполнения заданных функций.

Примечание - Взаимодействие является необходимым условием взаимозаменяемости.

3.9 PICOM (Piece of Information for COMmunication): Единица передаваемой информации, описывающая передачу информации между двумя логическими узлами по заданному логическому соединению с заданными атрибутами связи.

Примечания

1 Единица передаваемой информации содержит также передаваемую информацию и атрибуты требований, например производительность. Она не описывает фактическую структуру и формат данных, передаваемых по сети связи. Эта информация приведена в МЭК 61850-8-1, МЭК 61850-9-1 и МЭК 61850-9-2. Предполагаемое логическое соединение «точка-точка» описывает источник и приемник этого информационного обмена, но не предписывает процедур связи. Следовательно, процедуры групповой адресации и широковещательной рассылки не исключаются.

2 Понятие PICOM было введено Рабочей группой CIGRE 34.03 (CIGRE — Технический отчет № 180). Оно предусматривает также требования к производительности.

3.10 присоединение (bay): Тесно связанные между собой элементы первичного оборудования подстанции, имеющие некоторое общее функциональное назначение.

Примечание — Примерами присоединения могут служить коммутационное оборудование между входящей или отходящей линией и сборной шиной, шинный соединитель со своим выключателем, разъединителями и заземляющими разъединителями, трансформатор с собственным коммутационным оборудованием между двумя сборными шинами, представляющими собой два уровня напряжения, поперечник (см. 3.11) с полуторной схемой коммутации подстанции, виртуальные присоединения с кольцевой схемой соединения шин (выключатель с соседними разъединителями). Присоединение очень часто включает устройство, подлежащее защите, например трансформатор или конец линии. Управление распредустройством на таком участке имеет ряд общих ограничений, в частности взаимные блокировки или определенные последовательности операций. Определение таких участков подстанции важно для целей техобслуживания и текущего ремонта (определение участков, которые могут быть отключены одновременно с минимальными последствиями для остальной части подстанции) или для планов расширения (определение оборудования, которое необходимо добавить при планируемом подключении новой линии). Эти участки называются «присоединениями», управление ими может осуществляться устройствами под общим названием «контроллер присоединения» и «защита присоединения». Функциональность этих устройств представляет дополнительный уровень логического управления — «уровень присоединения», находящийся ниже общего станционного уровня. В физическом смысле такой уровень, то есть такое физическое устройство, как «контроллер присоединения», может вообще отсутствовать.

3.11 поперечник (diameter): Устройство, включающее в себя комплексное коммутационное оборудование между двумя сборными шинами, то есть две линии и три выключателя со всеми связанными разъединителями, заземляющими разъединителями, трансформаторами тока и трансформаторами напряжения.

Примечание - Поперечник относится к полуторной схеме коммутации подстанции. Он имеет общую функциональность при управлении, техническом обслуживании, ремонте и расширении.

3.12 функции уровня (level functions): Функции, относящиеся к некоторым уровням управления системы автоматизации подстанции.

3.12.1 функции уровня присоединения (bay level functions): Функции, которые используют в основном данные одного присоединения и выполняются главным образом на основном оборудовании одного присоединения.

Примечание — Определение функций уровня присоединения учитывает своего рода значимую подструктуру в конфигурации подстанции (см. 3.10) и связанную с этой подструктурой некоторую локальную функциональность или автономность во вторичной системе (автоматика подстанции). Примерами таких функций могут служить защита линии или управление присоединением. Эти функции связываются через логический интерфейс 3 (см. рисунок 2) на уровне присоединения и через логические интерфейсы 4 и 5 (см. рисунок 2) с уровнем процесса, то есть с любыми удаленными устройствами входа-выхода или с интеллектуальными датчиками и исполнительными механизмами. Интерфейсы 4 и 5 (см. рисунок 2) также могут быть реализованы аппаратно, но этот случай находится за пределами области применения серии стандартов МЭК 61850.

3.12.2 функции уровня процесса (process level functions): Все функции, сопрягаемые с процессом, то есть в основном функции дискретного и аналогового ввода-вывода, например сбор данных (включая выборки аналоговых данных) и выдача команд.

Примечание — Эти функции сообщаются через логические интерфейсы 4 и 5 (см. рисунок 2) с уровнем присоединения.

3.12.3 функции уровня станции (station level functions): Функции, относящиеся к подстанции в целом.

Примечание - Существуют два класса функций уровня станции, то есть функции уровня станции, относящиеся к процессу, и функции уровня станции, относящиеся к интерфейсу.

3.12.4 функции уровня станции, относящиеся к процессу (process related station level functions): Функции, использующие данные более чем одного присоединения или всей подстанции и воздействующие на основное оборудование более чем одного присоединения или всей подстанции.

Примечание — Примерами таких функций могут служить блокировки на уровне станции, контроллеры последовательности или защита сборных шин. Эти функции сообщаются в основном через логический интерфейс 8 (см. рисунок 2).

3.12.5 функции уровня станции, относящиеся к интерфейсу (interface related station level functions): Функции, отображающие интерфейс SA-системы на HMI-интерфейс (интерфейс «человек — машина») оператора локальной станции, на TCI-интерфейс (интерфейс телеуправления) удаленного центра управления или на TMI-интерфейс (интерфейс телемониторинга) удаленного APM инженера для контроля и технического обслуживания.

Примечание — Эти функции сообщаются через логические интерфейсы 1 и 6 (см. рисунок 2) с уровнем присоединения и через логический интерфейс 7 (см. рисунок 2) и интерфейс удаленного технологического управления (см. рисунок 2) — с внешним миром. Логически нет никакой разницы, является ли HMI-интерфейс локальным или удаленным. Если рассматривать подстанцию, то на ее границе имеется, по меньшей мере, виртуальный интерфейс SA-системы. То же самое относится к TCI-интерфейсу и TMI-интерфейсу. Эти виртуальные интерфейсы могут быть выполнены в некоторых реализациях как прокси-серверы.

4 Основные сокращения

5 Функции системы автоматизации подстанции

5.1 Введение

Функции системы автоматизации подстанции (SA-системы) относятся к задачам, которые должна осуществлять подстанция. Эти функции связаны с управлением, мониторингом и защитой оборудования подстанции и ее линий. Кроме того, часть функций необходима для технического сопровождения SA-системы, то есть для конфигурирования системы, управления средствами связи или управления сопровождением программного обеспечения.

5.2 Логическое распределение функций и интерфейсов

Функции системы автоматизации подстанции могут логически распределяться по трем различным уровням (станция, присоединение/секция или процесс). Логическая интерпретация этих уровней показана на рисунке 2 совместно с логическими интерфейсами 1 — 10.

a) Функции уровня процесса представляют собой функции, сопрягаемые с процессом. Эти функции сообщаются через логические интерфейсы 4 и 5 с уровнем присоединения.

b) Функции уровня присоединения (см. определение присоединения в 3.10) представляют собой функции, использующие в основном данные одного присоединения и воздействующие главным образом на основное оборудование одного присоединения. Эти функции связываются через логический интерфейс 3 на уровне присоединения и через логические интерфейсы 4 и 5 — с уровнем процесса, то есть с любыми удаленными устройствами входа-выхода или с интеллектуальными датчиками и исполнительными механизмами. Интерфейсы 4 и 5 могут быть также реализованы аппаратно, но этот случай не является объектом стандартизации серии стандартов МЭК 61850.

c) Существуют два класса функций уровня станции:

1. Функции уровня станции, относящиеся к процессу, представляют собой функции, использующие данные более чем одного присоединения или всей подстанции и воздействующие на основное оборудование более чем одного присоединения или всей подстанции. Эти функции сообщаются в основном через логический интерфейс 8.

2. Функции уровня станции, относящиеся к интерфейсу, — это функции, отображающие интерфейс SA-системы на HMI-интерфейс оператора локальной станции, на TCI-интерфейс удаленного центра управления или на TMI-интерфейс удаленного APM инженера для контроля и технического обслуживания. Эти функции сообщаются через логические интерфейсы 1 и 6 с уровнем присоединения и через логический интерфейс 7 и интерфейс удаленного управления — с внешним миром.

Примечание 1 — Интерфейс 2, относящийся к дистанционной защите (телезащите), не является объектом стандартизации настоящего стандарта. Поскольку через этот интерфейс выполняется обмен теми же данными, что и для всей подстанции, рекомендуется и далее использовать серию стандартов МЭК 61850.

Примечание 2 — Интерфейс удаленного центра управления сетью (IF10) не является объектом стандартизации настоящего стандарта. Он рассмотрен в МЭК 60870-5-101 и МЭК 60870-5-104. Для снижения нагрузки на шлюз NCC-центра можно рекомендовать дальнейшие работы по сопряжению. Так как в обмене между центрами управления частично участвуют те же данные, что и между подстанцией и NCC-центром, рекомендуется координация с родственным стандартом — МЭК 60870-6 (TASE2). Стандарт будет использоваться для будущей структуры бесшовной (прямой) связи от уровня процесса с центром управления сетью. Поскольку использование интерфейса 7 и интерфейса 10 может перекрываться, рекомендуется координация стандартов для обоих интерфейсов.

Примечание 3 — Функции уровня процесса и особенно функции уровня присоединения могут быть интегрированы в единое устройство без физического разделения. Это не приводит к изменению логической структуры, но изменяет физическую реализацию (см. 5.3).

Рисунок 2 — Уровни и логические интерфейсы в системах автоматизации подстанции

Назначение интерфейсов:

• IF1: защита — обмен данными между уровнем присоединения и уровнем станции;
• IF2: защита — обмен данными между уровнем присоединения и удаленной защитой (не является объектом стандартизации настоящего стандарта);
• IF3: обмен данными в пределах уровня присоединения;
• IF4: мгновенный обмен данными CT-трансформатора и VT-трансформатора (особенно выборки) между уровнем процесса и уровнем присоединения;
• IF5: управление — обмен данными между уровнем процесса и уровнем присоединения;
• IF6: управление — обмен данными между уровнем присоединения и уровнем станции;
• IF7: обмен данными между уровнем подстанции и APM инженера;
• IF8: прямой обмен данными между присоединениями, особенно для быстро исполняемых функций, таких как блокировки;
• IF9: обмен данными в пределах уровня подстанции;
• IF10: управление — обмен данными между подстанцией (устройствами) и удаленным центром управления (не является объектом стандартизации настоящего стандарта).

Устройства системы автоматизации подстанции могут быть физически установлены на различных функциональных уровнях (станция, присоединение и процесс). Это относится к физической интерпретации рисунка 2.

Примечание 4 — Распределение функций в среде связи может выполняться путем использования технологий глобальной сети, локальной вычислительной сети и технологических шин. Разворачивание функций в пределах любой единичной технологии связи не ограничено.

1. Устройства уровня процесса, как правило, представляют собой удаленные интерфейсы процесса, например устройства входа-выхода, интеллектуальные датчики и исполнительные механизмы, соединенные технологической шиной, как показано на рисунке 2.

2. Устройства уровня присоединения состоят из аппаратуры управления, защиты или контроля присоединения.

3. Устройства уровня станции состоят из станционной вычислительной машины с базой данных, APM, интерфейсов для удаленной связи и т.д.

5.3 Физическое распределение функций и интерфейсов

Несмотря на схожесть логических и физических уровней, однозначный способ отображения структуры логической функции на структуру физического устройства отсутствует. Отображение зависит от требований к готовности и производительности, ограничения на издержки, современного уровня развития техники и технологии и т.д.

Станционная вычислительная машина может действовать как клиент только с основными функциями HMI-интерфейса, TCI-интерфейса и TMI-интерфейса. Все остальные функции уровня станции могут полностью распределяться на устройствах уровня присоединения. В этом случае основой системы является интерфейс 8 (см. рисунок 2). С другой стороны, все функции уровня станции, такие как блокировки и т.д., могут резидентно находиться в станционной вычислительной машине, действующей теперь и как клиент, и как сервер. В этом случае полную функциональность интерфейса 8 принимают на себя интерфейсы 1 и 6 (см. рисунок 2). Возможно множество других решений.

Функции уровня присоединения могут быть реализованы в специальных устройствах уровня присоединения (аппаратура защиты, аппаратура управления с резервированием или без резервирования) либо в комбинированной аппаратуре защиты и управления. При поддержке свободного распределения функций некоторые функции могут быть физически перемещены ниже на уровень процесса. В случае отсутствия последовательных интерфейсов 4 и 5 функции уровня процесса могут быть реализованы в устройствах уровня присоединения. Реализация последовательных интерфейсов 4 и 5 может включать только удаленные устройства входа-выхода или интеллектуальные датчики и исполнительные механизмы, которые уже обеспечивают некоторую функциональность уровня присоединения на уровне процесса.

Логические интерфейсы могут быть реализованы как специальные физические интерфейсы (штыревые разъемы). Два или более интерфейса могут объединяться также в единый общий физический интерфейс. Кроме того, эти интерфейсы могут быть объединены и реализованы в одной или нескольких физических LAN. Требования к этим физическим интерфейсам зависят от распределения функций на уровнях и среди устройств.

5.4 Роль интерфейсов

Наличие на подстанции всех интерфейсов не требуется. Гибкий подход предусматривает и модернизацию существующих подстанций, и установку на новых подстанциях — как в настоящем, так и в будущем.

Нумерация интерфейсов в соответствии с рисунком 2 удобна для идентификации типа интерфейсов, необходимых на подстанциях, а также для расчета потока данных.

Номера интерфейсов упрощают определение двух важных LAN или систем шин: зачастую интерфейсы 1, 6, 3, 9, 8 объединяются со станционной/межсекционной шиной, поскольку она соединяет уровень станции с уровнем присоединения и различные IED-устройства уровня присоединения друг с другом. Интерфейсы 4 и 5 объединяются с технологической шиной, которая соединяет уровень присоединения с уровнем процесса и IED-устройства различных уровней процесса — друг с другом. Очень часто технологическая шина ограничена лишь одним-единственным присоединением. Если технологическая шина распространяется на другие присоединения, она может также принять на себя роль интерфейса 8 — по меньшей мере для необработанных данных.

Интерфейс 7 предназначен для внешней связи с удаленным центром контроля. Он также может быть реализован прямым интерфейсом со станционной/межсекционной шиной. Интерфейс 2, предназначенный для связи с удаленным устройством защиты, и интерфейс 10, предназначенный для удаленного управления, не являются объектом стандартизации настоящего стандарта (см. также примечание 1 и 2 в 5.2).

Согласно распределению функций типы сообщений, приведенные в разделе 13, исходя из требований к производительности сети связи, могут быть назначены различным интерфейсам. Свободное распределение функций означает, что подобное назначение не может быть общепринятым для всей системы автоматизации подстанции.

6 Цель и требования

6.1 Способность к взаимодействию

Цель серии стандартов МЭК 61850 заключается в обеспечении взаимодействия между IED-устройствами от различных поставщиков или, точнее, между функциями, выполняемыми на подстанции, но резидентно находящимися на оборудовании (в физических устройствах) от различных поставщиков. Взаимозаменяемость не является объектом стандартизации серии стандартов МЭК 61850. Согласно стандартам серии МЭК 61850 для взаимозаменяемости помимо взаимодействия необходима также стандартизация функциональности (см. 3.1).

Взаимодействие устройств от различных поставщиков имеет следующие аспекты:

a) устройства должны иметь возможность подсоединяться к общей шине с общим протоколом (синтаксис);

b) устройства должны воспринимать информацию, предоставляемую другими устройствами (семантика);

c) если это возможно, устройства должны совместно выполнять общую или объединенную функцию (распределенные функции).

В связи с отсутствием ограничений в отношении структуры системы и информационного обмена для обеспечения взаимодействия необходимо обеспечивать соблюдение некоторых статических и динамических требований.

6.2 Статические требования к проектированию

В целях обеспечения взаимодействия для любых конфигураций предъявляются следующие требования (они не являются полностью независимыми друг от друга):

a) свободное распределение функций между устройствами поддерживается связью, то есть связь должна разрешать любые функции в любом устройстве. Это не значит, что все устройства должны поддерживать все функции;

b) функции системы автоматизации подстанции (SAS) и их коммуникационные характеристики описываются независимо от устройства, то есть безотносительно к их реализации в IED-устройствах;

c) функции описываются лишь постольку, поскольку это необходимо для идентификации обмениваемой информации;

d) взаимодействие распределенных функций, независимых от устройств, описывается промежуточными логическими интерфейсами. Реализация этих логических интерфейсов может свободно назначаться физическим интерфейсам или LAN;

e) современные функции и требования к их связи хорошо известны, но серия стандартов МЭК 61850 должна быть открыта также для требований к связи будущих функций.

6.3 Динамические требования к взаимодействию

В целях обеспечения взаимодействия при любом информационном обмене предъявляются следующие требования (они не являются полностью независимыми друг от друга):

a) серия стандартов МЭК 61850 определяет передаваемую информацию общего типа и коммуникационные характеристики функций общего типа для обеспечения планового и перспективного функционального расширения системы автоматизации подстанции. Правила расширения должны быть приведены;

b) при передаче информации данные определяются со всеми зависимыми атрибутами (см. PICOM данные);

c) обмениваемые данные несут все атрибуты, обеспечивая их однозначное понимание получателем;

d) допустимое общее время информационного обмена определено и гарантировано в любой ситуации.

6.4 Требования к ответному реагированию

Поскольку взаимодействие также требует правильного исполнения функций, должна быть учтена реакция приложения узла-получателя:

a) реакция узла-получателя должна соответствовать общим требованиям к исполняемой распределенной функции;

b) должно быть определено основное поведение функции в случае любого понижения качества связи, то есть в случае сообщений с ошибками, потери данных при нарушении связи, ограничения ресурсов, недоступности данных и т.д. Это важно в случае неуспешного завершения общей задачи, например, если удаленный узел не отвечает или не реагирует должным образом.

Эти требования рассматриваются как локальные функционально зависимые вопросы и поэтому не являются объектом стандартизации серии стандартов МЭК 61850.

Однако сохраняющимся для серии стандартов МЭК 61850 требованием является обеспечение должного качества атрибутов, которые передаются с рассматриваемыми данными.

6.5 Подход к взаимодействию

В отношении взаимодействия функции, выполняемые на подстанциях, определяются и классифицируются в дальнейших разделах настоящего стандарта в соответствии с различными требованиями к их связи. Должны быть четко сформулированы требования к информационному обмену. Взаимодействие свободно назначенных и распределенных функций требует специфического разложения функций в связывающихся объектах. Результатом требования к взаимному пониманию устройств от различных поставщиков является необходимость наличия специальной модели данных и сервиса связи (МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4). Должно быть однозначно определено отображение этой модели на современные стеки связи (МЭК 61850-8-1, МЭК 61850-9-1 и МЭК 61850-9-2).

6.6 Требования к проверке соответствия

Взаимодействие зависит как от свойств устройства, так и от проектирования и разработки системы. Проверка соответствия проводится для подтверждения того, что характеристики связи устройства как системного компонента соответствуют спецификации взаимодействия конкретного стандарта серии МЭК 61850. Проверка соответствия определяет условия, в которых проверяется правильное исполнение функции связи устройства с устройством-корреспондентом. Также должен быть четко сформулирован критерий передачи данных. Проверка соответствия может включать использование различных имитирующих моделей для представления контекста подстанции и сети связи.

Определение проверки соответствия приведено в МЭК 61850-10.

7 Правила определения функций

Для определения требований к связи на подстанции необходима идентификация всех функций. Описание функции учитывает использование концепции LN и PICOM и состоит из трех шагов:

a) описание функции, включая разложение на LN;

b) описание логического узла, включая обмениваемые PICOM данные;

c) описание PICOM данных, включая атрибуты.

Любая идентификация функций на подстанциях будет неполной, однако делается допущение в отношении репрезентативного охвата выявленными функциями всех требований к связи на подстанциях.

7.1 Описание функции

Описание функции, приведенное в приложении G, содержит следующую информацию:

a) задача функции;

b) критерий запуска функции;

c) результат или влияние функции;

d) производительность функции;

e) разложение функции.

Примечание - Здесь описывается разложение функций с использованием LN и сообщается количество доступных, как правило, наборов разложения. Эта информация представляет особую важность, поскольку связь основана на взаимодействующих LN;

f) взаимодействие с другими функциями.

7.2 Описание логического узла

Описание логического узла, приведенное далее в настоящем стандарте, содержит следующую информацию:

a) классификация по группам в соответствии с их наиболее общей областью приложения;

b) краткое текстовое описание функциональности;

c) если это возможно, функциональный номер устройства IEEE (только для защиты и некоторых логических узлов, связанных с защитой);

d) сокращения/акронимы, применяемые в серии стандартов МЭК 61850;

e) отношение между функциями и логическими узлами в таблицах (см. приложение H) и в описании функции (см. приложение G);

f) обмениваемые PICOM данные, описанные в таблицах (см. приложение A).

7.3 Описание PICOM данных

Описание PICOM данных в том виде, в котором оно приведено в разделе 10, содержит следующую информацию:

a) семантика;

b) логическое соединение «точка-точка»;

c) требования к производительности;

d) тип данных.

8 Категории функций

Определены различные категории функций. Некоторые функции могут принадлежать не только к данной категории, их принадлежность к категории является лишь условностью. В следующих подразделах перечислены только функции. Описание функций приведено в приложении G.

8.1 Функции системного сопровождения

Функции системного сопровождения включают в себя:

a) управление сетью;

b) синхронизацию времени;

c) самопроверку физического устройства.

8.2 Функции конфигурации системы или технического обслуживания

Функции конфигурации системы или технического обслуживания включают в себя:

a) идентификацию узла;

b) управление разработкой и сопровождением программного обеспечения;

c) управление конфигурацией;

d) управление рабочим режимом логических узлов;

e) настройки;

f) тестовый режим;

g) управление безопасностью системы.

8.3 Эксплуатационные функции или функции управления

Эксплуатационные функции или функции управления включают в себя:

a) управление безопасностью доступа;

b) управление;

c) оперативное использование самопроизвольного изменения индикаторов;

d) синхронное переключение (переключение по точке на кривой);

e) переключение набора параметров;

f) управление аварийной сигнализацией;

g) регистрацию (и управление) событиями;

h) поиск данных;

i) поиск отчетов о неисправностях/нарушениях.

8.4 Локальные функции автоматизации процессов

Локальные функции автоматизации процессов включают в себя:

a) функцию защиты (общая);

b) дистанционную защиту (пример функции защиты);

c) блокировку присоединения;

d) измерение, снятие показаний и контроль качества энергии.

8.5 Распределенные функции обеспечения автоматизации

Распределенные функции обеспечения автоматизации включают в себя:

a) блокировки на уровне станции;

b) распределенную функцию контроля синхронизации.

8.6 Распределенные функции автоматизации процесса

Распределенные функции автоматизации процесса включают в себя:

a) отказ выключателя;

b) адаптацию автоматической защиты (общая);

c) реверсивную блокировку (например, для адаптации автоматической защиты);

d) отключение нагрузки;

e) восстановление нагрузки;

f) управление напряжением и реактивной мощностью;

g) переключение питания и замена трансформатора;

h) последовательность автоматической коммутации.

9 Концепция логического узла

9.1 Логические узлы и логические соединения

Чтобы удовлетворять всем вышеуказанным требованиям, в частности свободного распределения и назначения функций, все функции разбиваются на логические узлы (LN), которые могут резидентно находиться в одном или нескольких физических устройствах. Некоторые передаваемые данные могут относиться не только к какой-либо функции, но и к самому физическому устройству, например, информация именной таблички или результаты самоконтроля устройства. Поэтому необходим некоторый логический узел «устройство», который вводится как LLN0.

В целях назначенного обмена данными LN связываются между собой логическими соединениями (LC). Следовательно, серия стандартов МЭК 61850 должна определять связь между этими LN.

Данный подход показан на рисунке 3. Оба логических узла (LN) назначены функциям (F) и физическим устройствам (PD). Логические узлы связаны логическими соединениями (LC), устройства — физическими соединениями (PC). Любой логический узел является частью физического устройства; любое логическое соединение является частью физического соединения. Логический узел «устройство», выделяемый для любого физического устройства, показан как LN0 (в четырехбуквенном коде, представленном на рисунке 3 для всех логических узлов, — LLN0).

Рисунок 3 — Концепция логического узла и связи

Так как невозможно определить все функции для настоящего и будущего использования или их распределение и взаимодействие, очень важно определить и стандартизировать в общем виде взаимодействие между логическими узлами.

9.2 Необходимость формального описания системы

Статическая структура системы связи описывает потенциальный источник данных (LN-отправитель) и получатель данных (LN-приемник). Эта структура должна быть разработана или оговорена на этапе наладки системы. Динамическое открытие и закрытие каналов связи во время исполнения программы всегда относится к данной статической структуре. В целях управления свободным распределением и создания взаимодействующих систем необходимо иметь надежное формальное описание устройства и системы для проектирования связи. Такое формальное описание (язык конфигурации подстанции) определено в МЭК 61850-6.

9.3 Требования к поведению логического узла

В каждом LN-приемнике должна быть информация, какие данные необходимы для выполнения его задачи, то есть он должен иметь возможность проверять полноту и правильность передаваемых данных и определять достаточный уровень их качества. В системах реального времени, таких как автоматика подстанции, наиболее важным критерием достоверности является возраст данных. LN-отправитель может установить большинство атрибутов качества. Истиной задачей LN-приемника является принятие решения об «устарелости» данных. Рассматривается отсутствующая или неполная информация, поскольку в этом случае данные с приемлемым возрастом недоступны. Следовательно, требования к связи, обеспечивающей взаимодействие между распределенными LN, снижаются до стандартизации доступных или необходимых данных и назначения атрибутов достоверности (качества) в соответствующей модели данных, как определено в МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4.

Вышеуказанные требования подразумевают, что LN-отправитель является также источником первичных данных, то есть он хранит новейшие значения этих данных, и что LN-приемник обрабатывает эти данные для некоторой связанной функциональности. В случае отражения данных (образ базы данных процесса, прокси-сервер и т.д.) эти отражения данных хранятся как новейшие («valid») для функции, использующей эти данные.

В случае повреждения или потери данных LN-приемник не может действовать как обычно, а работает в режиме пониженного качества. Таким образом, должно быть четко сформулировано поведение LN как в нормальном режиме, так и в режиме пониженного качества; при этом поведение функции в режиме пониженного качества проектируется индивидуально в зависимости от функции и не является объектом стандартизации настоящего стандарта. Другие LN распределенной функции и система контроля для принятия необходимых мер также должны быть информированы о снижении качества через стандартизированное сообщение или собственно атрибуты качества данных. Например, при наличии достаточного количества времени может быть также сделан запрос на направление достоверных данных (повторная передача). Подробное последовательное поведение распределенных функций вообще не подлежит стандартизации.

Примерами комплексного взаимодействия на основе данных являются различные алгоритмы блокировок (например, Булевы блокировки или блокировки на основе топологии), которые могут выполняться с тем же набором данных (индикация положения распредустройства).

Поскольку концепция логического узла последовательно и полно охватывает основные требования, эта концепция сама по себе рассматривается как требование, которое может использоваться при детальном моделировании, приведенном в МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4.

9.4 Примеры разложения общих функций на логические узлы

На рисунке 4 приведены примеры общих функций:

a) синхронизированная коммутация выключателя;

b) дистанционная защита;

c) максимальная токовая защита.

Рисунок 4 — Примеры применения концепции логического узла

Функции разбиваются на логические узлы, показанные на рисунке 4, все закрепленные физические устройства описаны по номерам.

1. Станционная вычислительная машина.

2. Синхронизированное коммутационное устройство.

3. Дистанционная аппаратура защиты с интегрированной функцией максимальной токовой защиты.

4. Аппаратура управления присоединением.

5. Измерительный трансформатор тока.

6. Измерительный трансформатор напряжения.

7. Измерительный трансформатор для измерения напряжения сборной шины.

Логический узел «устройство» (LLN0), находящийся во всех физических устройствах, не показан.

10 Концепция PICOM

Понятие PICOM, введенное Рабочей группой WG34.03 CIGRE (в соответствии с Техническим отчетом CIGRE № 180), используется для описания информационного обмена между LN. Компонентами или атрибутами PICOM являются:

a) данные, означающие содержание информации и ее идентификацию, как требуют функции (семантика);

b) тип, описывающий структуру данных, то есть аналоговое или бинарное значение, если это единичное значение или набор данных, и т.д.;

c) производительность, означающая допустимое время передачи (определяется классом производительности), целостность данных и метод или основание для передачи (например, периодическая, управляемая событиями, по требованию);

d) логическое соединение, содержащее логический источник (логический узел-отправитель) и логический приемник (адрес назначения или логический узел-приемник).

Примечание - PICOM данные описывают обмениваемую информацию («содержание») и требования к связи («атрибуты»). Передаваемые данные (Bits on the wire) находятся в отображениях, то есть в МЭК 61850-8-1, МЭК 61850-9-1 и МЭК 61850-9-2.

10.1 Атрибуты PICOM данных

Существуют три типа атрибутов, определенных по их назначению.

10.1.1 Атрибуты PICOM данных, необходимые для любого сообщения

• Значение: значение самой информации, если это возможно.
• Имя: для идентификации данных.
• Источник: LN, из которого исходят сигналы.
• Приемник: LN, на который поступают сигналы.
• Тег времени: абсолютное время для определения возраста данных, если это возможно.
• Приоритет передачи: используется для:
• очередей на входе LN (если их более одной);
• входа и выхода LN (порядок повторной передачи) в случае промежуточных LN.
• Требование ко времени: время цикла или общее время передачи для проверки достоверности по метке времени.

Примечание - Для определения требований к связи должны быть определены пары источников и приемников. Иногда для связи могут быть более удобны групповые и широковещательные сообщения, но этот вопрос является предметом реализации.

10.1.2 Атрибуты PICOM данных, необходимые только во время конфигурации

• Значение для передачи (см. 10.1.1): испытательное значение или значение по умолчанию, если применимо.
• Атрибуты для передачи (см. 10.1.1).
• Точность: классы или значения.
• Информация о метках: наличие или отсутствие метки времени (большинству данных присваивается метка времени в целях подтверждения достоверности).
• Тип: аналоговый, бинарный, файл и т.д.
• Характер: сигнализация, сообщение, состояние, команда и т.д.
• Важность: высокая, обычная, низкая.
• Целостность данных: важность передаваемой информации для проверки и повторной передачи (детали сформулированы как требования, см. раздел 14).

10.1.3 Атрибуты PICOM данных, необходимые только для расчета потока данных

• Значение для передачи/конфигурации (см. 10.1.1): испытательное значение или значение по умолчанию, если это возможно.
• Атрибуты для передачи/конфигурации (см. 10.1.1).
• Формат: тип значения сигнала: I, UI, R, B, BS, BCD и т.д.
• Длина: длина: i — бит, j — байт, k — слово.
• Режим работы: ссылка на сценарии.

Примечание - Формат и длина являются предметом реализации, а не требованием. При расчете потока данных должны быть сделаны допущения в отношении этих двух атрибутов.

10.2 Данные PICOM и модели данных

Информационный обмен, описанный PICOM данными, основан на данных, которые предоставляются LN. Очень часто эти данные определяются в модели данных источника (см. например, МЭК 61850-7-4). То есть модель данных должна содержать по меньшей мере одну единицу информации (состояние и значения) или одно изменение данных (событие) на PICOM.

11 Список логических узлов

Большинство функций состоит, как минимум, из трех логических узлов, то есть из самого LN с основными функциональными возможностями, LN технологического интерфейса и LN HMI (человеко-машинного интерфейса), обеспечивающего доступ человека к функции. При отсутствии технологической шины LN система удаленного ввода-вывода данных назначается другому физическому устройству (в примере, показанном на рисунке 5, это физическое «защитное устройство»).

Рисунок 5 — Функция защиты, состоящая из трех LN

Если пользователь вызывает функцию, например «функция защиты», он в большей степени обращается только к ее основным функциональным возможностям. Поэтому список функций, приведенный, например, Рабочей группой CIGRE 34.03 (он опубликован в виде Технического отчета CIGRE, рег. № 180), представляет собой список LN, соответствующих определениям в серии стандартов МЭК 61850. Стандартизация функций на подстанциях не является объектом стандартизации серии стандартов МЭК 61850. Но если какие-либо из этих функций используются, их взаимодействие должно базироваться на структуре LN. Все сведения, необходимые для моделирования связи на основе определенных в данной публикации логических узлов, приведены и стандартизованы в МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4.

Три LN (IHMI — интерфейс оператора, P.. — защита, XCBR — размыкаемый выключатель) резидентно находятся в трех физических устройствах (станционная вычислительная машина, защитное устройство и система удаленного ввода-вывода данных). Сокращенные наименования обозначения LN те же, что и в таблицах раздела 11.

Таблицы раздела 11 содержат следующие графы:

• логический узел — для общего понимания приведено краткое описание задачи, которую выполняет LN. Для полного понимания также должны учитываться обмениваемые данные;
• стандарт МЭК 61850 — приведена аббревиатура/акроним с систематическим синтаксисом, применяемым в серии стандартов МЭК 61850;
• IEEE C37.2-1996 — приведены номера функций устройств и обозначения контактов, применяемые в IEEE, если это возможно;
• описание или комментарий — описание номера устройства IEEE, если это возможно, и/или другое текстовое описание.

Следует обратить внимание, что в контексте настоящего стандарта ссылка на номер устройства IEEE не означает соответствующее устройство, а скорее указывает на его основные функциональные возможности (см. определение LN и рисунок 5).

11.1 Логические узлы для функций защиты

11.1.1 Защита

Все основные LN защиты имеют структуру связи, показанную на рисунке 6.

Рисунок 6 — Основные каналы связи логического узла основного типа защиты

Данные от процесса и к процессу (распредустройство XCBR, трансформатор тока TCTR, трансформатор напряжения TVTR) относятся к интерфейсу 4 и/или 5 (см. рисунок 2).

Данные к LN на том же уровне относятся к интерфейсу 3 и/или 8.

Данные к LN — например, IHMI-интерфейс на уровне станции — относятся к интерфейсу 1.

11.1.2 Логические узлы для функций, относящихся к защите

11.2 Логические узлы управления

11.2.1 Управление

11.2.2 Интерфейсы, регистрация и архивация информации

11.2.3 Автоматизированное управление технологическим процессом

11.2.4 Учет и выполнение измерений

11.3 Физическое устройство

11.3.1 Общая идентификация и режим работы

11.4 Безопасность системы и устройства

11.4.1 Безопасность системы и устройства

11.5 LN основного оборудования

Логические узлы распредустройства отображают энергосистему, то есть окружение, которое система автоматизации подстанции видит через входы/выходы. Использование LN распредустройств предполагает специальную группировку входов/выходов, предопределенных исходя из физического устройства, например выключателя (см. XCBR в 11.5.1).

11.5.1 Коммутационные устройства и части подстанции

Эти LN представляют указанные коммутирующие устройства и их оборудование со всеми их входами, выходами и взаимоотношениями связи в SA-системе.

11.5.2 LN для датчиков контроля

Эти LN представляют указанные датчики со всеми их входами и взаимоотношениями связи в SA-системе.

11.5.3 Измерительные трансформаторы

Эти LN представляют указанные силовые трансформаторы и соответствующее оборудование со всеми его данными и соответствующими настройками (если применимо), а также взаимоотношениями связи в SA-системе.

11.5.4 Силовые трансформаторы

Эти LN представляют указанные силовые трансформаторы и соответствующее оборудование со всеми его данными и соответствующими настройками (если применимо), а также взаимоотношениями связи в SA-системе.

11.5.5 Дополнительное оборудование энергосистемы

Эти LN представляют указанное оборудование энергосистемы со всеми его данными и соответствующими настройками (если применимо), а также взаимоотношениями связи в SA-системе. Поскольку объекты, такие как генераторы, не является объектом стандартизации серии стандартов МЭК 61850, но в то же время часто имеют интерфейс связи с системой автоматизации подстанции, они описаны, как минимум, только одним LN. Если для информационного обмена требуется больше деталей, они должны предоставляться соответствующими PICOM данными. В ином случае обеспечивается дополнительное использование LN общего типа, например GGIO.

11.5.6 Вход-выход процесса общего типа

11.6 LN, относящиеся к системным сервисам

11.6.1 LN, относящиеся к системным сервисам

Системные функции, например синхронизация времени и контроль системы, являются требованиями со стороны системы автоматизации подстанции и должны поддерживаться серией стандартов МЭК 61850. В зависимости от выбранного стека эти функции поддержки могут быть предоставлены уровнем, находящимся ниже уровня приложения. Генерация тестов (GTES) зависит от тестируемой функции и объявляется, таким образом, логическим узлом общего типа.

12 Применение логических узлов

12.1 Основные принципы

12.1.1 Свободное распределение логических узлов

Свободное распределение функций или соответственно LN не ограничено общей структурой уровня. Приведенные ниже уровни рассматриваются только как общая дополнительная информация. Рисунки 7 - 15 приведены только в качестве примеров для демонстрации необходимой гибкости и взаимодействия.

12.1.2 Уровень станции

Эти логические узлы представляют уровень станции, то есть не только IHMI на уровне станции, но и все другие функции, такие как станционные блокировки (CILO), обработка сигналов и событий (CALH), управление напряжением на уровне станции (ATCC) и т.д. Наиболее общеупотребительным префиксом является I, но могут также использоваться и другие, например A и C.

12.1.3 Уровень присоединения

Эти логические узлы представляют функции управления, автоматики, измерения и защиты (например, CILO, ATCC, MMXU, CSWI, PDIS, PZSU, PDOC и т.д.) на уровне присоединения. Следовательно, LN защиты комбинированных устройств управления и защиты появляется здесь только вместе с LN управления. Если технологическая шина отсутствует, LN уровня присоединения и уровня процесса появляются вместе в одном физическом устройстве. В этом случае XCBR представляет функциональность платы входа-выхода, а CSWI — функциональность управляющего процессора. Наиболее общеупотребительными префиксами являются P, C и A, но могут также использоваться и другие, например X.

12.1.4 Уровень процесса распредустройства

Эти логические узлы представляют силовую (основную) систему, то есть пространство энергосистемы в том его виде, в котором оно предстает перед вторичной системой через устройства входа-выхода. Они могут содержать некую простую функциональность, например контроль на базе устройств, а также блокировки. В случае интеллектуальных устройств входа-выхода логические узлы на уровне присоединения могут сместиться ниже, на уровень процесса. Наиболее общеупотребительными префиксами являются X, Y и Z.

12.2 Основные примеры

Рисунок 7 — Разложение функций на взаимодействующие LN на различных уровнях; примеры функции общего вида для автоматизации, функция управления выключателем и функция управления напряжением

Рисунок 8 — Разложение функций на взаимодействующие LN на различных уровнях: примеры общей функции с интерфейсом телеуправления, функцией защиты и функцией измерения/снятия показаний

12.3 Дополнительные примеры

Рисунок 9 — Пример LN управления и защиты присоединения трансформатора, объединенных в одном физическом устройстве (в некотором роде максимальное распределение)

Рисунок 10 — Пример взаимодействия LN управления, блокировки, проверки синхронизма, автоматического повторного включения и защиты распредустройства

Рисунок 11 — Пример последовательного взаимодействия LN (локальных и удаленных) для комплексной функции, например переключения по точке на кривой — вид на последовательность

Рисунок 12 — Пример функционально взаимодействующих LN (локального и удаленного) для комплексной функции, например, переключения по точке на кривой — вид на архитектуру

Рисунок 13 — Пример автоматического управления переключателем ответвлений обмотки для регулировки напряжения

Функции защиты PTOV, PTUV и PIOC для защиты от повышенного и пониженного напряжения и повышенного тока, MMXU для связанных величин по требованию. Настройки и ручное управление осуществляется IHMI.

Рисунок 14 — Регулируемый выключатель на фазу (один экземпляр XCBR на фазу) и измерительные трансформаторы с аппаратурой измерения на фазу (один экземпляр TCTR или TVTR на фазу)

^a на все присоединения - ^b со всех присоединений

CILO также может быть разбит на экземпляры уровня станции и уровня присоединения

PBDIF может лишь объединяться в экземпляр станционного уровня

Рисунок 15 — Распределенная защита сборных шин (экземпляры LN PBDF для центрального блока и блоков на присоединение — слева) и блокировки (экземпляр LN CILO) на уровне присоединения на выключатель (справа)

12.4 Замечания по моделированию

Все моделирование реализации определяется в МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4. В нижеследующих подразделах проиллюстрированы некоторые важные моменты, связанные с отношением между настоящим стандартом и МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4.

12.4.1 Классы и экземпляры объекта

Описанные здесь LN имеют общую функциональность для всех реализаций, то есть в терминах моделирования объектов они представляют классы LN. В реальной реализации LN появляются как индивидуализированные объекты (индивидуальная идентификация, индивидуальные данные для обмена), а значит, в терминах моделирования объектов они представляют экземпляры LN. Экземпляры LN того же класса LN могут появляться в устройствах однократно или многократно.

12.4.2 Требования и моделирование

Требования к связи, описанные в настоящем стандарте, не зависят от моделирования. Для достижения цели взаимодействия в качестве базы для реализации настоящего стандарта необходимо качественное моделирование, требуемое и описанное в МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4.

12.4.3 LN и моделирование

Логические узлы в настоящем стандарте определены только требованиями. Если для моделирования используется модель «клиент-сервер», LN некоторых интерфейсов, например IHMI, ITCI и ITMI, могут появляться только как клиенты и поэтому не имеют объектов данных. Следовательно, они не содержат требований к моделированию.

Введение дополнительных структур, например логических устройств (см. МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4), которые состоят из логических узлов, не является требованием приложения, но может оказаться полезным для моделирования. Поскольку требования настоящего стандарта не относятся ни к распределению специфических устройств, ни к реализации специфических функций, никакие требования к модели физического устройства настоящим стандартом не определены. Следовательно, моделирование любого физического устройства, включая дополнительные объекты данных, также является объектом стандартизации МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4.

Разложение и комбинация логических узлов в соответствии с МЭК 61850-7-1 — МЭК 61850-7-4 для упрощения моделирования не влияют на требования настоящего стандарта.

13 Требования к характеристикам сообщений

13.1 Введение

Связь между LN описывается тысячей индивидуальных PICOM данных. Тем не менее между этими PICOM данными существует большое сходство; например, все PICOM данные, описывающие отключения, имеют, не считая индивидуальных источников, более или менее идентичные требования к связи, похожие на те, что описаны атрибутами PICOM данных. Следовательно, классификация PICOM данных позволила бы получить исчерпывающую картину требований и способствовала бы эффективному моделированию и определению необходимых характеристик связи. В первую очередь, все PICOM данные максимально возможного числа LN должны быть определены и распределены по типам PICOM данных на основании общего назначения и наличия общих атрибутов. Результаты можно найти в B.2 (приложение B).

Полученные типы PICOM данных с наиболее важными общими атрибутами приведены в B.3 (приложение B). Широкая область значений требований ко времени передачи отображает индивидуальные потребности функций. Так как повышенные требования ко времени всегда включают требования низшего порядка, требования могут быть сведены к цифрам для типов сообщений, представленных в 13.5.

Максимальное время, выделяемое для информационного обмена, необходимо для правильного исполнения функций и критически важно для любого требования к производительности обеспечивающей системы связи. В контексте настоящего стандарта это время называется временем передачи и четко определено в 13.4.

Для определения меток времени и времени передачи должны быть четко сформулированы основные требования к описанию времени. Эти требования изложены в 13.2 и 13.3. Требования ко времени передачи являются требованиями к системе; требования к меткам времени являются требованиями к устройствам, но относятся к функции системной поддержки «Синхронизация времени».

В 13.7 типы PICOM данных сгруппированы в семь типов сообщений, и область значений их атрибутов структурирована по классам производительности. Приводятся также предложения в отношении типичных приложений и распределения интерфейсов.

Введение и описание использования типов сообщений см. в 13.5, а введение и описание использования классов производительности — в 13.6.

Также должны быть проверены требования к производительности системы, например, с использованием моделей системы. Их тестирование в полном объеме рассматривается в МЭК 61850-10.

13.2 Основные требования ко времени

Поскольку совместимые с серией стандартов МЭК 61850 устройства от различных производителей распределяются не только в подстанции, но также по всей энергосистеме, необходимо использовать общий формат для присвоения меток времени, выполняемого этими устройствами. К модели времени предъявляют следующие специфические требования:

a) точность — в зависимости от приложения требуется различная точность времени. Требования определены ниже;

b) временная метка должна соответствовать требованиям действующего стандарта времени (в качестве основного стандарта времени принимается, как правило, универсальное синхронизированное время UTC);

c) модель времени должна иметь возможность отслеживать поправочные секунды и предоставлять информацию, достаточную для расчета пользователем дельты времени (изменения времени) для парных событий, пересекающих границу поправочной секунды;

d) модель временной метки должна содержать информацию, достаточную для расчета пользователем даты и времени без дополнительной информации, например, числа поправочных секунд с начала времени;

e) информация о временной метке должна быть легко доступна из серийно выпускаемых источников времени (например, в глобальной системе позиционирования GPS);

f) полная модель времени должна содержать информацию, которая позволяет производить вычисление местного времени;

g) модель времени должна позволять получасовые смещения на местное время;

h) модель времени должна показывать, действует или нет летнее время;

i) формат должен сохраняться в течение не менее 100 лет;

j) формат временной метки должен быть компактным и простым в обращении для машины.

Эти основные требования ко времени являются требованиями к системе, но система состоит из устройств. Следовательно, устройства должны по возможности поддерживать эти требования.

13.3 Определение времени события

Существуют три различных вида событий, что требует специальной процедуры распределения времени:

• Если событие определяется как результат вычисления (внутреннее или вычисленное событие), распределение времени (присвоение метки времени) выполняется немедленно в пределах временного разрешения тактового генератора. Никаких особых мер не требуется.
• Если событие определяется как изменение дискретного входа, должна быть учтена задержка на устранение дребезга входного контакта. Время события должно быть локально скорректировано.
• Если событие определяется как изменение аналогового входа, должна быть учтена задержка на процедуру фильтрации входной цепи. Время события должно быть локально скорректировано.

Результатом такого строгого подхода к определению времени события является требование максимально возможной точности метки времени передаваемого дискретного или аналогового события/значения, что не потребует корректировки на стороне получателя. Это требование действует по меньшей мере в рамках серии стандартов МЭК 61850, так как любая корректировка времени на устранение дребезга и фильтрацию определяется как локальная проблема за рамками серии стандартов МЭК 61850.

13.4 Определение времени передачи

Определенное ниже время передачи означает полную передачу сообщения, включая необходимую обработку как у отправителя, так и у получателя. Счет времени начинается с момента, когда отправитель помещает содержание данных поверх стека их передачи, и длится до момента, когда получатель извлекает данные из стека их передачи.

Рисунок 16 — Определение времени передачи

Как показано на рисунке 16, требование ко времени применяется ко всей цепочке передачи. В физическом устройстве PD1 функция f1 направляет данные другой функции f2, находящейся в физическом устройстве PD2. Время передачи состоит, однако, из индивидуальных времен процессоров связи и сетевого времени передачи, включая время ожидания и время, использованное маршрутизаторами и другими устройствами, которые являются частью общей сети. Любое тестирование и контроль времени передачи должны выполняться во время приемочного тестирования на площадке, поскольку физические устройства и сетевое оборудование могут быть поставлены различными изготовителями.

13.5 Введение и использование типов сообщений

Как указано выше, результатом требования к связи между LN в терминах PICOM данных является наличие в системе автоматизации подстанции различных каналов связи для транспортировки сообщений различной сложности с учетом их содержания, длины, максимально допустимого времени передачи и безопасности. Типы передаваемых сообщений время от времени меняются в зависимости от процессов, происходящих как на подстанции, так и в системе.

Основная разница между PICOM данными и типами сообщений заключается в том, что PICOM данные относятся к передаче информации, основанной строго на одной-единственной специальной функциональности, и имеют источник и приемник. Типы сообщений основаны на группировке атрибутов PICOM данных на основе производительности и, следовательно, определяют требования к обеспечиваемой производительности. Так как требования к производительности определяются на основе сообщений, они не зависят от размера подстанции. Сценарии для различных сообщений на подстанциях рассмотрены в разделе 14.

13.6 Введение и использование классов производительности

Для выполнения различных требований подстанций некоторые типы сообщений подразделяются также на классы производительности. Существуют две независимые группы классов производительности: одна применяется для управления и защиты, другая — для снятия показаний и качества энергии.

Поскольку классы производительности определяются в соответствии с необходимой функциональностью, они не зависят от размера подстанции.

Нет необходимости поддерживать один и тот же класс производительности всеми каналами связи в пределах конкретной подстанции. Связи на уровне станции и связи на уровне процесса могут выбираться независимо друг от друга, и на уровне процесса для связи в различных присоединениях могут использоваться различные классы производительности в зависимости от числа и номинальных характеристик оборудования, расположенного в каждом присоединении.

13.6.1 Управление и защита

Класс производительности P1, как правило, применяют к присоединению распределения или к присоединениям, к которым в ином случае могут быть приняты пониженные требования.

Класс производительности P2, как правило, применяют к присоединению передачи, если заказчиком не указано иное.

Класс производительности P3, как правило, применяют к присоединению передачи, имеющему высокопроизводительную характеристику синхронизации.

13.6.2 Регистрация расхода и качество энергии

Класс производительности M1 относится к коммерческим счетчикам регистрации расхода с классом точности 0,5 (МЭК 62053-22) и 0,2 (МЭК 60044-8) и гармониками вплоть до 5-й.

Класс производительности M2 относится к коммерческим счетчикам регистрации расхода с классом точности 0,5 (МЭК 62053-22) и 0,2 (МЭК 60044-8) и гармониками вплоть до 13-й.

Класс производительности M3 относится к качеству измерения значений вплоть до 40-й гармоники.

13.7 Типы сообщений и классы производительности

13.7.1 Тип 1 — быстрые сообщения

Указанный тип сообщений, как правило, имеет простой двоичный код, содержащий данные, команду или простое сообщение, например, Trip (отключение), Close (включение), Reclose order (порядок повторного включения), Start (пуск), Stop (останов), Block (блокировка), Unblock (разблокировка), Trigger (триггер), Release (освобождение), State change (изменение состояния); некоторые функции могут также содержать State (состояние). По получении сообщения указанного типа принимающее IED-устройство обычно немедленно срабатывает некоторым образом за счет соответствующей функции, так как в ином случае никаких быстрых сообщений не требуется.

13.7.1.1 Тип 1A «Отключение»

Отключение является самым важным быстрым сообщением на подстанции. Следовательно, по сравнению со всеми другими быстрыми сообщениями к этому сообщению предъявляются более жесткие требования. Та же производительность может быть затребована для блокировки, удаленного отключения и логического различия между функциями защиты.

a) В классе производительности P1 полное время передачи должно быть порядка полуцикла. Следовательно, принимается 10 мс.

b) В классе производительности P2/3 полное время передачи должно быть ниже порядка четверти цикла. Следовательно, принимается 3 мс.

13.7.1.2 Тип 1B «Другие»

Все другие срочные сообщения имеют большое значение для взаимодействия системы автоматики с процессом, но к ним предъявляются менее жесткие требования по сравнению с отключением.

a) В классе производительности P1 полное время передачи должно быть менее или равно 100 мс.

b) В классе производительности P2/3 полное время передачи должно быть порядка одного цикла. Следовательно, принимается 20 мс.

Примечание - Эти сообщения типичны для интерфейсов IF3, IF5 и IF8.

13.7.2 Тип 2 — среднесрочные сообщения

По определению в 13.7.1 это сообщения, в которых большое значение имеет время создания сообщения, а время передачи не столь критично. Ожидается, что IED-устройства будут иметь свой собственный тактовый генератор. Сообщение должно содержать метку времени, установленную отправителем, а получатель обычно реагирует после внутренней задержки времени, которая затем рассчитывается из времени, заданного меткой времени. К данному типу сообщений, как правило, относится также информация State.

Этот тип может в качестве альтернативы включать единичную измеряемую величину, например, среднеквадратическое значение, рассчитанное из сигналов типа 4.

Полное время передачи должно быть менее 100 мс.

Примечание - Эти сообщения типичны для интерфейсов IF3, IF8 и IF9.

13.7.3 Тип 3 — низкосрочные сообщения

Данный тип включает сложные сообщения, которые могут потребовать наличия метки времени. Данный тип должен использоваться для медленных автофункций управления, передачи записей о событиях, считывания или изменения значения уставок и общей презентации системных данных. Вне зависимости от требования метки времени (как правило) или отсутствия такого требования (как исключение) он определяется фактическим приложением. К данному типу относятся также имеющие метку времени сообщения тревоги и события, требующие нормальной обработки сигналов тревоги/событий, и неэлектрические измеряемые величины, такие как температура, но некоторые автоматические функции в целом и некоторые специальные значения (например, давление), принадлежащие, как правило, к медленным функциям, могут потребовать сообщений типа 2.

Полное время передачи должно составлять менее 500 мс.

Примечание — Эти сообщения типичны почти для всех интерфейсов на рисунке 2. Они используются по меньшей мере для настройки параметров: IF1, IF3, IF4, IF5, IF6, IF5, IF7, IF8 и IF9.

13.7.4 Тип 4 — сообщения, содержащие необработанные данные

Данный тип сообщений содержит выходные данные от цифровых преобразователей и цифровых измерительных трансформаторов, независимые от технического устройства приемника (магнитный, оптический и т.д.).

Данные представляют собой непрерывные потоки синхронизированных данных от каждого IED-устройства, перемежающиеся с данными от другого IED-устройства.

Примечание - Эти сообщения типичны для интерфейсов IF4 и в некоторых случаях — для IF8.

Таблица 1

Необработанные данные для защиты и управления

Таблица 2

Необработанные данные для снятия показаний

13.7.5 Тип 5 — функции передачи файла

Данный тип сообщения служит для передачи больших файлов данных для регистрации, информационных целей, настроек и т.д. Данные должны разбиваться на блоки ограниченной длины, что позволит выполнять другие операции в сети связи. Как правило, длина бита PICOM данных файлового типа равна или превышает 512 бит.

Время передачи не является критическим, конкретные предельные значения отсутствуют. Как правило, требование ко времени равно или превышает 1000 мс. В случае удаленного доступа запрос на передачу файла должен иметь управление доступом, то есть доступ требует некоторого разрешения (см. 13.7.7). Следовательно, эти запросы должны относиться к типу сообщений 7.

Примечание - При настройке конфигурации эти сообщения типичны почти для всех интерфейсов: IF1, IF3, IF4 и т.д. В случае регистрации нарушений эти сообщения типичны для интерфейсов IF1, IF6, IF7, а если записи хранятся вблизи процесса — для IF4.

13.7.6 Тип 6 — сообщения для синхронизации времени

Данный тип сообщений служит для синхронизации внутренних тактовых генераторов IED-устройства в SA-системе. В зависимости от назначения (присвоение событиям метки времени или точность выборки необработанных данных) требуются различные классы точности временной синхронизации.

Точность, требуемая настоящим подразделом, является функциональным требованием. Должна ли, например, временная синхронизация тактовых генераторов IED-устройств быть на порядок величины выше, чем запрашивается функциональными требованиями, определяется реализацией. Реализацию механизма синхронизации времени определяют стандарты МЭК 61850-8-1, МЭК 61850-9-1 и МЭК 61850-9-2.

Прямые требования к синхронизации сообщений не определяются, за исключением результирующей точности времени во всей системе.

13.7.6.1 Синхронизация стандартного IED-устройства для событий управления и защиты

13.7.6.2 Синхронизация стандартного IED-устройства для измерительных трансформаторов

Требуемую точность времени получают из представленных выше классов производительности (графа 3), на которые дается ссылка. Чтобы получить некоторые указания на значения, относящиеся к энергосистеме, должны быть добавлены графы 4, 5 и 6.

13.7.7 Тип 7 — командные сообщения с управлением доступом

Данный тип сообщения служит для передачи команд управления, выдаваемых функциями локального или удаленного HMI-интерфейса, для которых требуется повышенная степень защиты. Все сообщения, использующие интерфейс 7 (внешние технические сервисы), должны иметь управление доступом. Данный тип сообщений основан на типе 3 и требует дополнительного пароля и/или процедуры верификации.

Эти командные сообщения, распространяясь на некоторые уровни управления от оператора ниже на уровень распредустройства или на некоторый другой контролируемый объект, могут быть преобразованы в сообщения, требующие свойств типа 1 по меньшей мере на уровне процесса.

Примечание - Эти сообщения типичны для доступа операторов через локальный или удаленный HMI-интерфейс: IF1, IF6 и IF7.

14 Требования к целостности данных

«Целостность» означает, что для данных фоновых помех полученные погрешности находятся ниже определенного допустимого предела. В МЭК 61850-3 в соответствии с МЭК 60870-4 приведена ссылка на три класса целостности. Целостность данных была также введена как атрибут PICOM данных в 10.1.2. Все сообщения, важные для безопасности, например команды и отключения, непосредственно воздействующие на процесс, должны иметь самый высокий класс целостности, то есть класс 3. Все другие сообщения могут передаваться при пониженной целостности данных, но не ниже, чем класс 2.

Как правило, уровень помех задается изначально, и на него невозможно влиять. Тем не менее для достижения целостности существуют три группы известных мер, направленных на снижение влияния помех:

1. качественное проектирование устройств и системы связи, например применение защитных кожухов и использование оптоволоконной связи;

2. применение правильного кодирования, то есть расстояния Хэмминга;

3. использование по меньшей мере двухступенчатой последовательности, например, для команд типа «выбрать-затем-управлять» (SBO).

Применение этих мер не является объектом стандартизации настоящего стандарта, но необходимая целостность данных должна учитываться при моделировании сервисов (МЭК 61850-7-2, например, SBO) и определении маппирования (МЭК 61850 8-1, 61850-9-1, 61850-9-2, например, кодирование).

15 Требования к производительности системы

15.1 Введение

Для гарантии соблюдения времени передачи, указанного в разделе 13, при любых режимах работы и при любых непредвиденных ситуациях на подстанции на этапе планирования должны быть учтены и изучены динамические характеристики.

В МЭК 61850-1 определены основные типы подстанций с иллюстрацией типичных уровней функциональности. Также в нем представлен ряд возможных конструкций шин; установлено, что фактическую конструкцию шины связи следует выбирать на основе требований и необходимого класса производительности, как указано в разделе 13.

Содержание данного раздела составляют методы, подтверждающие соблюдение динамических требований к производительности для данной подстанции с учетом того, что вопросы компоновки подстанции, а также распределения функций в разных странах решают по-разному. Из-за того, что подстанции имеют различную компоновку, различные схемы защит и функции управления, проект каждой подстанции следует оценивать отдельно.

Существуют два метода проведения таких расчетов. Один основан на модели PICOM, а другой является имитацией производительности LAN.

15.2 Методы расчета

15.2.1 Метод PICOM

В соответствии с классификацией МЭК 61850-1 для расчета динамических сценариев было выбрано четыре различных типа подстанций. Метод расчета и расчеты выборок представлены в I.1 (приложение I).

В методе расчета использована общая база данных для функций, связанных элементов данных и алгоритмов. Функции и связанная информация приведены в основном в Техническом отчете CIGRE, рег. № 180, и используются Рабочей группой технического комитета 57 МЭК в процессе стандартизации. Физические устройства используются для построения функциональной модели в каждом сценарии, скопление логических узлов и связанных PICOM данных служит для определения каждого физического устройства. База данных для расчетов содержит около 100 логических узлов и 1400 PICOM данных, которые были выявлены для системы связи подстанции. Атрибуты PICOM данных включают требования к производительности, назначение логических узлов, а также операционное состояние и его причину.

Поток данных через выбранные интерфейсы сети может быть рассчитан для различных состояний эксплуатации подстанции, например для нормального, аномального и аварийного состояний. Интерфейсы могут объединяться различными способами в зависимости от использования фактической сети. Учитываются как технологические, так и станционные шины. Их можно рассматривать в сочетании, отдельно или с точки зрения функциональности.

Такой метод расчета учитывает только содержание данных. Затраты времени на синхронизацию кадров, структуру сообщения и т.д. в метод не включаются. При выборе реальной физической сети непроизводительные затраты времени, связанные с выбором стека, должны учитываться и добавляться к скорости передачи данных, заданной начальным расчетом.

Модель PICOM автоматически не учитывает сообщения, направленные через интерфейс 2 (сигнализация телезащиты), поскольку интерфейс 2 не является объектом стандартизации настоящего стандарта. Однако вполне возможно добавить IED-устройство, например, к радиокадру и использовать шину подстанции для связи между устройствами защиты и каналами радиосвязи. В таких случаях этот поток данных должен быть добавлен к расчету. Например, в схеме защиты, в которой дистанционная защита должна распространяться на блокировку удаленного конца, результирующая вспышка связи через интерфейс 2, вызванная коротким замыканием в одной из линий, значительно превысит любой другой источник потока данных.

Этот метод пригоден для определения общей скорости передачи данных. Для определения общего времени передачи следует применять программу имитации LAN либо эквивалентный подход.

15.2.2 Метод имитации LAN

После выбора физической сети и стека связи можно использовать программу имитации LAN для подтверждения проектирования. Такая программа должна учитывать все непроизводительные расходы, структуру сообщений, адресацию, многоадресную передачу, конфликты и т.д.

Программа имитации LAN в качестве выходного значения выдаст среднее и максимальное время задержки, и результаты могут быть напрямую проверены относительно необходимого общего времени передачи по разделу 13.

Пример использования этой методики для шины Ethernet и трех времен задержки sigma приведен в I.2 (приложение I).

15.3 Результаты расчетов

При сравнении результатов расчетов различные подстанции с совершенно различной степенью интеграции могут выдавать одинаковую нагрузку на шины, тогда как почти одинаковые подстанции могут иметь очень различные показатели нагрузки. Причина заключается в том, что на результаты сильно влияют фактические требования к функциям защиты и управления, а также распределение LN на физических устройствах.

Анализ PICOM для всех подстанций показывает нагрузку сети связи от 750 до 1200 кбайт с выборкой процесса и нагрузку менее 500 кбайт без выборки. Анализ имитации LAN для критического множественного отказа на подстанции T2-2 показывает, что все критические выключатели получили команду отключения менее чем через 4 мс через специальные широковещательные сообщения, отображенные на протокол MMS/OSI. В сети Ethernet для LAN подстанции использовался коммутируемый концентратор 10 бит/с или общий концентратор 100 Мбит/с. Имитация не предполагала использования технологической шины, и все команды отключения поступали через LAN подстанции.

15.4 Заключение

В большинстве изученных случаев аномальные или аварийные нагрузки на шину подстанции добавляют от 50% до 100% нормальной нагрузки. На уровне процесса нет ощутимой разницы между нагрузками, поскольку большинство присоединенных физических устройств направляет потоки постоянных данных, на которые не влияют непредвиденные ситуации.

Самыми важными вопросами при планировании связи подстанции являются правильное назначение физическим устройствам свободно распределяемых логических узлов и организация самой сети связи для минимизации требований к связи «точка-точка». Модель PICOM является удобным инструментом для осуществления этой цели.

При настройке модели имитации LAN большое внимание следует уделить обеспечению правильной конфигурации сообщений, так как это тоже сильно влияет на результат. Модель PICOM предполагает, что все сообщения направляются как единичные объекты данных. Могут учитываться многоадресные сообщения, однако сообщения с объектами многокомпонентных данных не учитываются. Объединение допустимым способом объектов данных в объектно-ориентированные или многокомандные сообщения может привести к значительному снижению общего объема трафика. Это будет очевидно при изучении имитации LAN.

При определении фактической сети и стеков важно объединить объекты данных таким образом, чтобы минимизировать объем трафика.

Основным результатом расчетов и исследований должна стать гарантия выполнения указанных в разделе 13 требований ко времени передачи сообщений различного типа, что и призвана подтвердить программа имитации LAN.

16 Дополнительные требования к модели данных

В целях обеспечения взаимодействия модель данных должна описывать синтаксис и семантику обмениваемых данных.

16.1 Требования к адресации логических узлов

Поскольку обмен информацией происходит между LN, которые специально не назначены устройствам, каждый LN должен сам по себе иметь адресацию (требование).

Схема логической адресации должна использовать иерархическую структуру имен и словарь данных объекта, специализированный для электрических подстанций, такой как представлен в серии стандартов МЭК 61346.

16.2 Требования к модели данных

Модель данных должна обеспечивать следующие возможности.

Все устройства должны выполнять самоописание и учитывать функции (LN) и передаваемые данные (PICOM данные). Стандартизированные правила в рамках серии стандартов МЭК 61850 должны обеспечивать расширения, которые могут взаимодействовать друг с другом. Оба должны избегать потребности в частном диапазоне в серии стандартов МЭК 61850.

Вся информация, предназначенная для использования HMI-интерфейсами, должна извлекаться как ASCII текст (по крайней мере, факультативно на языке оператора). Представление самой информации HMI-интерфейсом не является объектом стандартизации серии стандартов МЭК 61850. Для обеспечения однозначного обмена данными между машинами, то есть для информационного обмена без вмешательства оператора, идентификаторы и атрибуты данных (PICOM) должны быть также понятны программам.

Приложение A (справочное)

ЛОГИЧЕСКИЕ УЗЛЫ И СВЯЗАННЫЕ PICOM ДАННЫЕ

PICOM данные определяются с точки зрения источника. В целях сокращения описания PICOM данные, характерные для значительной части LN защиты, объединены в группы PICOM данных.

A.1 Группы PICOM данных

Таблица A.1

Группы PICOM данных

A.2 Список логических узлов

Таблица A.2

Список логических узлов