Протокол мэк 61850 описание

Протокол мэк 61850 описание

МЭК-61850 — стандарт «Сети и системы связи на подстанциях», описывающий форматы потоков данных, виды информации, правила описания элементов энергообъекта и свод правил для организации событийного протокола передачи данных.

Содержание

История [ править | править код ]

С появлением первых цифровых устройств, начали формироваться требования к системам передачи данных. Эти требования касались надежности, производительности и совместимости программно-аппаратных решений.

С 1960-х годов делалось множество попыток создать систему, удовлетворяющую этим требованиям, но из-за технических сложностей достижение поставленных целей было затруднено.

Движение к достижению 100 % надежности, совместимости и гарантированной доставки данных велось не только путём модернизации компьютерных систем и систем связи, но и путём разработки новых протоколов передачи данных.

Каждый производитель строил систему на основе тех протоколов передачи данных, которые он считал наиболее подходящими для решения той или иной задачи. Использовались такие протоколы как IEC 60870-5-101/103/104, Modbus, DNP3 и т.д. Некоторые из них стали более популярными, некоторые менее, но такое разнообразие решений приводило к отсутствию совместимости и взаимозаменяемости оборудования и усложнению процесса системной интеграции.

История создания МЭК-61850 началась еще в 1980-х годах в США в Детройте. На заводах, собирающих автомобили, были установлены роботы-сборщики, управление которыми производилось по протоколу MMS ( англ. ) . Использование этого протокола оказалось достаточно успешным и уже в 90-х годах он лег в основу UCA2 (Utility Communication Architecture), который активно применялся в Европе в электроэнергетике.

И наконец, в 2003 году появилась первая редакция стандарта МЭК-61850.

Область применения стандарта МЭК 61850 — системы связи внутри подстанции. Это набор стандартов, в который входят стандарт по одноранговой связи и связи клиент-сервер, стандарт по структуре и конфигурации подстанции, стандарт по методике испытаний, стандарт экологических требований, стандарт проекта. Полный набор стандартов имеет следующие разделы:

Разделы стандарта [ править | править код ]

  • IEС 61850-1: Введение и общий обзор.
  • IЕС 61850-2: Глоссарийтерминов.
  • IЕС 61850-3: Основные требования.
  • IЕС 61850-4: Управление системой и проектированием.
  • IЕС 61850-5: Требования связи к функциям и моделям устройств.
  • IЕС 61850-6: Язык описания конфигурации связи между микропроцессорными электронными устройствами подстанций.
  • IЕС 61850-7: Основная структура связи для оборудования подстанции и питающей линии (4 части).
  • IЕС 61850-8-1: Описание специфического сервиса связи (SCSM) — Описание передачи данных по протоколу MMS (ИСО/МЭК 9506 — Часть 1 и Часть 2) и по протоколу ИСО/МЭК 8802-3.
  • IЕС 61850-9-1: Описание специфического сервиса связи (SCSM) — Выборочные значения по последовательному ненаправленному многоточечному каналу передачи данных типа точка-точка.
  • IЕС 61850-9-2: Описание специфического сервиса связи (SCSM) — Выборочные значения по ИСО/МЭК 8802-3.
  • IЕС 61850-10: Проверка на совместимость.

Преимущества стандарта [ править | править код ]

Основным требованием к системе сбора данных в стандарте является обеспечение способности микропроцессорных электронных устройств к обмену технологическими и другими данными. Стандарт предъявляет следующие требования к системе:

  • Высокоскоростной обмен данными микропроцессорных электронных устройств между собой (одноранговая связь).
  • Привязка к подстанционной ЛВС.
  • Высокая надежность.
  • Гарантированное время доставки.
  • Функциональная совместимость оборудования различных производителей.
  • Средства поддержки чтения осциллограмм.
  • Средства поддержки передачи файлов.
  • Конфигурирование / автоматическое конфигурирование.
  • Поддержка функций безопасности.

МЭК 61850 является объектноориентированным протоколом, фокусированным на автоматизацию подстанций, и значительно расширяет возможности предшествующих стандартов МЭК. Из-за сложности программной реализации МЭК 61850, что включает реализацию целого ряда стандартов по передаче данных (MMS ISO 9506, стека протоколов ISO, GOOSE и GSSE), на рынке практически отсутствуют надежные готовые решения, позволяющие принимать данные с устройств, поддерживающих 61850.

Обзор стандарта МЭК-61850 [ править | править код ]

МЭК-61850 задумывался как универсальный стандарт, который позволит упорядочить разрозненные решения различных производителей устройств релейной защиты и систем передачи данных, применяемых на подстанциях.

Стандарт получился относительно сложным именно из-за своей универсальности. Он описывает не только как передаются данные, но и закрепляет требования к описанию электрических систем на всех уровнях, начиная от уровня системы в целом, заканчивая конфигурацией отдельного терминала релейной защиты и автоматики (РЗА).

Согласно этим требованиям, система описывается в понятной и стандартизованной форме. Вся информация о конфигурациях хранится в файлах определенного формата. Это приводит к тому, что разработка систем на базе 61850 проста и понятна.

Кроме того, в стандарте прописаны требования по электромагнитной совместимости, по взаимозаменяемости устройств и т. д.

Значительная часть стандарта посвящена протоколам передачи данных — MMS и GOOSE.

Передача данных в системах на базе МЭК-61850 [ править | править код ]

Согласно 61850 устройства РЗА объединены шиной, по которой сами устройства обмениваются данными между собой и передают эти данные на верхний уровень. Такая архитектура удобна тем, что применение технологической шины значительно уменьшает количество медных проводов, что упрощает настройку, проектирование и эксплуатацию системы.

Данные от терминалов релейной защиты по станционной шине могут передаваться на верхний уровень оператору, кроме того, у контролирующих органов, имеющих соответствующий уровень доступа, есть возможность получать оперативные данные с любой подстанции и с любого терминала РЗА. Эта информация позволяет контролировать деятельность подчиненных служб, что повышает надежность энергетических объектов в целом.

Возможность такого гибкого конфигурирования информационных потоков появилась, благодаря той части стандарта, которая посвящена передаче данных.

Основными протоколами передачи данных, согласно стандарту МЭК-61850, являются протоколы MMS и GOOSE.

MMS используется для передачи данных от терминалов РЗА в SCADA систему для дальнейшей визуализации, а GOOSE — для обмена данными между терминалами.

Важной особенностью протоколов является гарантированная доставка сообщений, а скорость передачи данных у ММS и GOOSE выше, чем у других протоколов передачи данных, таких как, например, Modbus.

Взаимозаменяемость отдельных компонентов системы достигается за счет стандартизации протоколов передачи данных, а также за счет жестких требований по совместимости оборудования.

Системы, построенные на 61850, проще обслуживать из-за уменьшения количества кабельных линий связи, что положительно сказывается на надежности системы в целом.

Архитектура системы интуитивно понятна, в результате разработчики и интеграторы тратят меньше времени на понимание архитектуры конкретного объекта и, как следствие, значительно снижается стоимость проектирования и интеграции.

Обслуживание таких систем по сравнению со стандартными в целом проще, хоть и предъявляет несколько иные требования к опыту персонала.

К недостаткам можно отнести повышенную сложность и новизну стандарта. У разработчиков и интеграторов мало опыта построения подобных систем, но этот недостаток, очевидно, временный.

Еще одним недостатком систем, построенных на 61850, является повышенная стоимость микропроцессорного оборудования РЗА, однако, нужно помнить, что применение 61850 дает ряд преимуществ, именно поэтому, количество подстанций по всему миру, построенных на основе 61850, увеличивается.

Введение. Эталонная система автоматизации подстанции

(SAS – Substation Automation System)

Стандарт МЭК 61850 «Сети и системы связи на подстанциях» описывает эталонную систему автоматизации энергетической подстанции. Он включает себя описания технологий передачи данных по сетям связи Ethernet, требования к системам управления, а также требования к физическому исполнению коммуникационных устройств.

Автоматизация подстанции – это процесс объединения существующих устройств подстанции в новую сетевую инфраструктуру, связывая различные устройства для сбора данных, управления и записи событий, в автоматизированную сеть связи, практически не требующую вмешательства человека.

Подстанции, соответствующие стандарту МЭК 61850-3 принято делить на три логических уровня: уровень станции, присоединения и процесса.

  • На уровне станции происходит протоколирование нарушений работы, защита шин, определение последовательности действий, а также архивация данных, диспетчерский контроль и синхронизация времени.
  • На уровне присоединений осуществляется релейная защита и мониторинг линий, протоколирование нарушений (сбор данных), работает локальная противоаварийная автоматика.
  • На уровне процессов осуществляется сбор данных, протоколирование нарушений и выдача команд управления.
Читайте также:  App settings xposed 4pda

Уровень процесса подстанции связан со сбором таких данных, как данные о состоянии, параметры тока и напряжения. Эти данные получают с трансформаторов и преобразователей, установленных на первичном оборудовании энергосистемы, выполняющей передачу электроэнергии.

На уровне процесса данные с оптических/электронных датчиков напряжения и тока, а также данные состояния собираются и в цифровом виде преобразуются объединяющими микропроцессорными устройствами (MU).


Сети связи, обеспечивающие обмен данными между уровнями подстанции принято называть коммуникационными шинами:

  • Шина процесса – информационная сеть, по которой осуществляется мгновенный обмен информацией от трансформаторов тока и напряжения между уровнем присоединения и уровнем процесса, а также обмен информацией управления между этими уровнями.
  • Шина станции – информационная сеть, по которой осуществляется обмен информацией, относящейся к защите и управлению внутри уровня присоединения, а также между уровнем присоединения и станции.

Протоколы передачи данных на подстанциях МЭК 61850

Стандартом определены основные протоколы обмена данными на подстанции:

  • MMS (Manufacturing Message Specification) – для мониторинга состояния подстанции, все устройства в системе обмениваются сообщениями формата MMS.
  • GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events) – сообщения передают критически важные данные
  • SMV (Sampled Measured Values) – данные от измерительных систем передаются по локальной сети используя протокол SMV

Требования к сетевым устройствам подстанции

Минимальные требования к исполнению сетевых устройств по МЭК 61850-3:

  • Защита от электромагнитных помех не ниже уровня 4 стандартов МЭК 61000
  • Температура работы устройств от -40 до +75 °C
  • Устойчивость к вибрациям и ударам
  • Резервированное питание

Требования к надежности работы систем подстанции:

  • Синхронизация времени на всех устройствах
  • Устойчивость к единичным отказам
  • Передача данных без потерь
  • Приоритетная доставка трафика GOOSE, SV, MMS

Коммуникационное оборудование Moxa для энергетических подстанций

Для построения сетей связи на интеллектуальных подстанциях компания Moxa выпускает Ethernet-коммутаторы серии PowerTrans (PT). Оборудование MOXA сертифицировано по стандартам IEС 61850 и IEEE1613 и отвечает всем требованиям по производительности, надежности и электромагнитной совместимости, предъявляемым к системам автоматизации объектов электроэнергетики.

Технологии, позволяющие коммутаторам Moxa построить эффективную систему на подстанции:

Надежность:

  • Noise GuardTM
  • FiberCheckTM
  • PRP/HSR

Производительность:

Управляемость:

Noise Guard™ — Технология нулевой потери пакетов при электромагнитных помехах

Компания Moxa разработала технологию, которая гарантирует отсутствие потери данных в условиях высоких электромагнитных помех. Noise Guard не только обеспечивает соответствие стандарту IEEE 1613 Class 2 по уровню электромагнитной совместимости, но и превышает требования данного стандарта. Достигается это за счёт комплексного улучшения коммутаторов, предназначенных для работы на подстанциях:

  • Исполнение коммутатора – реализован на единой плате
  • Индивидуальные компоненты – специально разработанные оптические приемопередатчики
  • Усовершенствованная элементная база – оптимизированная схема питания и новые электронные компоненты

Поддерживаемое оборудование: коммутаторы серии PT-7528.

Fiber Check™- Диагностика оптических портов ST/SC или SFP

Коммутаторы Moxa обладают возможностью отслеживать состояние оптических портов и сигнализировать об ухудшениях характеристик сигналов. Данный инструмент позволяет вовремя реагировать на изменения качества связи и предотвращать потерю данных из-за возможной деградации характеристик оптического передатчика или износа оптической линии.

В IT-системах распространена технология DDM (Digital Diagnostics Monitoring) — функция цифрового контроля параметров производительности SFP трансивера. Технология FiberCheck является усовершенствованием технологии DDM.

Обе технологии, Fiber Check и DDM, позволяют производить мониторинг оптических параметров: температура трансмиттера, рабочее напряжение и мощность приемопередатчика Tx/Rx. А также осуществлять оповещение: по протоколу SNMP или MMS в систему управления, по Email, с помощью реле или осуществление записи в журнал событий.

В отличии от DDM, технология Fiber Check кроме текущих значений оптических параметров также показывает и эталонные, что упрощает контроль за линией.

Оборудование, поддерживающее Fiber Check — коммутаторы серий PT-7528, PT-G7728/7828

Оборудование, поддерживающее DDM — коммутаторы серии PT-G503, PT-7728/PT-7828

Протоколы PRP/HSR – Бесшовное резервирование сети

В критически важных системах нельзя допускать прерывания связи даже на миллисекунды, так как этого времени будет достаточно, чтобы серьезно повлиять на работу системы или поставить под угрозу безопасность персонала.

В стандарте МЭК 61850 указано, что на подстанциях не должна присутствовать потеря пакетов типа GOOSE и SMV, то есть при построении избыточных топологий связи необходимо организовывать нулевое время переключения между каналами связи. Технологии PRP/HSR, способные осуществить бесшовную передачу данных и обеспечить требуемую надежность развертываемой сети, описаны в стандарте МЭК 62439.

  • PRP (Parallel Redundancy Protocol) – протокол параллельного резервирования

При использовании PRP строятся две независимые сети, по которым передаются две копии каждого пакета данных.

  • HSR (High-availability Seamless Redundancy) – протокол резервирования по кольцевому соединению

HSR используют в кольцевых топологиях. Каждый передаваемый кадр дублируется и передается в обоих направления кольца HSR.

Подробнее о технологиях PRP и HSR смотрите в нашей статье по ссылке.

Поддерживаемое оборудование: коммутаторы PT-G503 и PT-7728-PTP (только совместно с модулем PM-7200-4GTX-PHR-PTP или PM-7200-4GSFP-PHR-PTP), встраиваемый коммуникационный модуль EOM-G103-PHR-PTP и компьютеры серии DA-820 (совместно с модулем DA-PRP-HSR).

IEC 61850 QoS – Приоритезация трафика

QoS (Quality of Service) – технология позволяющая устанавливать приоритет в обслуживании разного типа трафика. Распределение трафика осуществляется на основании тэгов, которыми маркируется весь трафик, и портов.

IEC 61850 QoS гарантирует доставку критически важных пакетов с наивысшим приоритетом. Сетевые пакеты стандарта IEC 61850 помещаются в отдельную очередь и передаются вне очередей остального трафика.


Коммуникационным пакетам могут быть назначены разные приоритеты, в зависимости от их важности. Выявление приоритета осуществляется на основании типа трафика.

Тип пакетов в очереди МЭК 61850: GOOSE, SMV, PTP

Уровень приоритета пакетов внутри очереди МЭК 61850: High, Medium, Normal, Low

Подробная информация по технологии QoS — в статье QoS – Приоритезация трафика

Поддерживаемое оборудование: коммутаторы серий PT-7528, PT-7728/PT-7828, PT-G7728/7828.

IEEE 1588 v2 – Синхронизация времени

Синхронизация времени на подстанциях необходима для обеспечения точности измерительных систем и систем управления. В подобных системах недостаточно общепринятых в IT-системах протоколов синхронизации NPT и SNPT.

Стандарт IEEE 1588 v2 разработан специально для промышленных сетей и описывает протокол точного времени PTP (Precision Time Protocol). PTP предназначен для использования в локальных сетях и гарантирует высокую точность синхронизации.

МЭК 61850-90-4 – Интеграция с энергетическими SCADA-системами (Power SCADA)

В стандарте МЭК 61850-90-4 описывается система управлением устройствами МЭК 61850, которые используют протокол MMS для обмена данными. Для того, чтобы централизованно управлять сетями передачи данных и подключенным энергетическим оборудованием необходимо, чтобы коммуникационное оборудование также поддерживало протокол MMS и могло быть интегрировано в единую Power SCADA-систему.

В серии коммутаторов Moxa Power Trans реализована возможность мониторинга и управления по протоколу MMS. За счет этого повышается эффективность управления всем оборудованием на подстанциях, а также уменьшаются затраты на развертывание и обслуживание системы.

Преимущества использования MMS:

  • Мониторинг и управление IED устройствами, коммутаторами, встраиваемыми компьютерами и другими устройствами с единой системы Power SCADA
  • Построение сетевой иерархии всей системы
  • Составление отчетов и настройка оповещения
Читайте также:  Creative audigy 2 value

Поддерживаемое оборудование: Коммутаторы серий PT-G503, PT-7528, PT-7728, PT-G7728/7828.

Wizard – Мастер быстрой настройки

Для коммутаторов серии PT-7528 Moxa разработала инструмент быстрой настройки – Wizard. Мастер настройки оптимизирует процесс конфигурирования коммутаторов и сводит его к 7 шагам, необходимым для эффективного функционирования сетевого устройства на подстанции.

Поддерживаемое оборудование: коммутаторы серии PT-7528

Технология VLAN – Эффективная передача данных

Технология c (Virtual Local Area Network) позволяет разделить общую сеть подстанции на функциональные группы, обмен данными между которыми будет ограничен. Это обеспечит более эффективную и надежную связь на всем объекте.

  • Снижение нагрузки на магистральных портах

Настройка сетевых устройств для управления пропускной способностью магистральных портов

Разделение потока данных между функциональными группами, а также ограничение доступа к устройствам.

  • Снижение нагрузки на подключенные устройства

Разделение широковещательных доменов приводит к тому, что уменьшается количество данных, которое необходимо обрабатывать конечным устройствам.

Поддерживаемое оборудование: Все управляемые коммутаторы Moxa

четверг, 17 декабря 2015 г.

МЭК 61850. Протокол GOOSE.

Введение
В течение последних лет, МЭК (международная электротехническая комиссия) TC57 утвердила стандарт МЭК 61850 – «Коммуникационные сети и системы подстанций».
В настоящее время этот стандарт используется не только между верхним уровнем станции (который включает в себя SCADA, шлюзы для передачи данных в ЦУС и РДУ сервер времени и др.) и уровнем присоединения (терминалы РЗА (ИЭУ), измерительный трансформаторы тока и напряжения и др.), но также и для открытого общения с основным оборудованием.
Стандарт МЭК 61850 содержит в себе три основных протокола передачи данных:
1. MMS (Manufacturing Message Specification – стандарт МЭК 61850-8-1) – протокол передачи данных реального времени и команд диспетчерского управления между сетевыми устройствами и/или программными приложениями;
2. GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event – стандарт МЭК 61850-8-1) – протокол передачи данных о событиях на подстанции. Фактически данный протокол служит для замены медных кабельных связей, предназначенных для передачи дискретных сигналов между устройствами;
3. SV (Sampled Values – стандарт МЭК 61850-9-2) – протокол передачи оцифрованных мгновенных значений от измерительных трансформаторов тока и напряжения (ТТ и ТН). Данный протокол позволяет заменить цепи переменного тока, соединяющие устройства РЗА с ТТ и ТН.

Рисунок 1 − Протоколы стандарта МЭК 61850

А также, МЭК 61850 содержит требования к информационной модели, которая должна быть реализована в устройствах, к языку конфигурирования и процессу инжиниринга систем. Четкое описание информационной модели устройств является одной из важных особенностей стандарта МЭК 61850, отличающей его от других стандартов информационного обмена в электроэнергетике. В соответствии с требованиями каждое физическое устройство должно содержать в себе логический сервер, в рамках которого заложена иерархическая модель, включающая одно или несколько логических устройств, в которых содержатся логические узлы. Каждый логический узел в свою очередь включает в себя элементы и атрибуты данных (рис. 2).

Рисунок 2 − Иерархическая информационная модель

Таблица 1 – Пример информационной модели устройства

LOGICAL-DEVICE (LD) (логическое устройство) — содержит информацию, которую производит и использует группа функций приложения, специфических для определенной области; функции определяют как логические узлы (LOGICAL-NODE).

LOGICAL-NODE (LN) (логический узел) — содержит информацию, которую производит и использует функция приложения, специфическая для определенной области, например защита от перенапряжений или выключатель.

Параметр FunctionalConstraint должен содержать параметр функциональной связи (FC) для фильтрации соответствующих атрибутов данных DataAttributes всех данных DATA, содержащихся в данном логическом узле LN

DATA OBJECT (DO) (объект данных) – элемент данных

DATA ATTRIBUTES (DA) (атрибуты данных) – параметр данных, относящийся к их структурным свойствам, используемый для указания контекста данных или придания им смыслового значения.
1.1 Протокол GOOSE
1.1.1 Обмен логической информацией терминалами между собой и АРМ (автоматизированным рабочим местом) релейщика производится по протоколу GOOSE.
GOOSE ( англ Generic Object Oriented Substation Event) (стандарт МЭК 61850-8-1) – протокол передачи данных о событиях на подстанции.
GOOSE–сообщения, передаваемые через Ethernet, упаковываются в так называемые фреймы (Ethernet кадры) вместе с дополнительной информацией и передаются. Один такой фрейм состоят из заголовка, адреса получателя, адреса отправителя, типа и контрольной суммы, и, конечно же, из пользовательских данных. На рис. 3 показана структура фрейма.

Рисунок 3 – Формат стандартного Ethernet кадра
Начинается с преамбулы (Preamble), которая используется для синхронизации приемопередатчиков. Далее идут MAC адреса приемника (Destination address) – адрес устройства, которому направляется сообщение, и источника (Source address) – уникальный адрес передающего интеллектуального устройства (ИЭУ). Идентификатор протокола (TPID, Tag Protocol Identifier) – указывает тип использованного протокола.
Идентификатор сообщения (Ethertype)–указывает тип сообщений.
Идентификатор положения (APPID, Application Identifier) – служит для разделения сообщений.
Длина данных (Length) – суммарная длина полей APPID, Length, reserved 1, reserved 2 и APDU.
Reserved 1 и reserved 2 – зарезервированные поля.
Прикладной протокол данных (APDU, Application Protocol Data Unit) – содержит измерительную информацию.
Контрольная сумма (Frame check sequence) – контрольное значение, вычисляемое по алгоритму CRC-32. С помощью контрольной суммы получатель может определить не был ли поврежден фрейм во время передачи.
А на рис. 4 представлено реальное GOOSE–сообщение.

Рисунок 4 – Реальное GOOSE–сообщение

Рассмотрим GOOSE – сообщение. Как видно из рисунка, это сообщение послал терминал защиты среднего напряжения , вид защиты первая ступень МТЗ.
AppID — видимая строка, которая представляет логическое устройство LD, в котором размещен блок управления GoCB. Значение атрибута AppID по умолчанию должно быть таким, как в объектной ссылке блока управления GoCB. Однако это значение может быть настроено на другое значение как часть конфигурации всей системы.
Lenght – длина GOOSE – сообщения.
Reserved
GoosePdu – блок данных протокола.
GoCBRef – ссылка блока управления GOOSE-событием.
timeAllowedtolive разрешенное «время жизни» GOOSE-сообщения.
DatSet — ссылка набора данных. Атрибут DatSet должен описывать объектную ссылку контролируемого набора данных DATA-SET, значения элементов которого (одного, подмножества или всех) должны включаться в отчет.
goID – идентификатор GOOSE – сообщения
t – временная метка.
Параметр t содержит момент времени, когда атрибут StNum был увеличен.
StNum — номер состояния
Параметр StNum содержит счетчик, показания которого увеличиваются на единицу каждый раз, когда послано GOOSE-сообщение и зафиксировано изменение значения внутри набора данных DATA-SET, определяемого с помощью параметра DatSet.
Исходное значение для параметра StNum должно равняться 1. Нулевое значение должно быть зарезервировано.
SqNum — порядковый номер
Параметр SqNum содержит счетчик, показания которого увеличиваются на единицу каждый раз, когда послано GOOSE-сообщение.
Исходное значение для параметра SqNum должно равняться 1. Нулевое значение должно быть зарезервировано.
Test – тест
Параметр Test указывает при значении логической единицы (TRUE), что значения в сообщении не должны использоваться для эксплуатационных целей.
ConfRev — версия конфигурации
Атрибут ConfRev представляет собой подсчет количества раз, когда конфигурация набора данных, имеющая ссылку, была изменена.
NdsCom — требуется ввод в эксплуатацию
Параметр NdsCom содержит атрибут NdsCom (взятый из блока управления GoCB) блока управления GoCB.
numDatSetEntries – номер записи набора данных
allData: 1 item – всего данных: 1 элемент
structure: 3 items – структура: 3 элемента
Data: boolean – (тип данных Boolean) говорит о несрабатывании (логический ноль или «false»).
Data: bit-string – (тип данных bit-string (качество), говорит о качестве дискретного сигнала.
Data: utc-time– (тип данных метка времени), говорит о времени изменения GOOSE–сообщения.
Таким образом, в этом сообщении имеется в виду, что срабатывания первой ступени не произошло.
Как известно, протокол GOOSE служит фактически для замены медных кабельных связей на подстанции.
Раньше для передачи дискретных сигналов между терминалами РЗА использовались дискретные входы и выходные реле. Передача сигнала при этом осуществляется подачей оперативного напряжения посредством замыкания выходного реле одного терминала на дискретный вход другого терминала (далее такой способ передачи будем называть традиционным).
Для разработки альтернативы цепям передачи сигналов между устройствами релейной защиты были проанализированы свойства информации, передаваемой между устройствами РЗА посредством дискретных сигналов:
1. Возможность передачи сообщений сразу нескольким адресатам. При реализации некоторых распределенных функций РЗА требуется передача данных от одного устройства сразу нескольким;
2. Требуется высокая вероятность доставки сообщения для реализации ответственных функций, таких как подача команды отключения выключателя от РЗА, обмен сигналами между РЗА при выполнении распределенных функций. Необходимо обеспечение гарантированной доставки сообщения как в нормальном режиме работы цифровой сети передачи данных, так и в случае ее кратковременных сбоев;
3. Необходим контроль целостности канала передачи данных. Наличие функции диагностики состояния канала передачи данных позволяет повысить коэффициент готовности при передаче сигнала, тем самым повышая надежность функции, выполняемой с передачей указанного сообщения.
4. Требуется высокая скорость передачи информации. Большая часть дискретных сигналов, передаваемых между устройствами РЗА, прямо или косвенно влияет на скорость ликвидации ненормального режима, поэтому передача сигнала должна осуществляться с минимальной задержкой;
Перечисленные требования привели к разработке механизма GOOSE-сообщений, отвечающих всем предъявляемым требованиям.
1.1.2 Принцип передачи GOOSE–сообщений
Первое требование выполняется автоматически, так как это заложение в самом принципе передачи GOOSE-сообщений (рис. 6).
Для адресации кадров на канальном уровне используются физические адреса сетевых устройств – MAC-адреса. При этом Ethernet позволяет осуществлять так называемую групповую рассылку сообщений (Multicast). В таком случае в поле MAC-адреса адресата указывается адрес групповой рассылки. Для многоадресных рассылок по протоколу GOOSE используется определенный диапазон адресов (рис. 5).

Читайте также:  Цитаты красивым шрифтом на русском

Рисунок 5 – Диапазон адресов многоадресной рассылки для GOOSE–сообщений

Рисунок 6 – Принцип передачи GOOSE–сообщений
Устройство-отправитель передает по сети Ethernet информацию в широковещательном диапазоне. В сообщении присутствует адрес отправителя и адреса, по которым осуществляется его передача, а также значение сигнала (например «0» или «1»).
Устройство-получатель получит сообщение, а все остальные устройства его проигнорируют. Поскольку передача GOOSE-сообщений осуществляется в широковещательном диапазоне, т.е. нескольким адресатам, подтверждение факта получения адресатами сообщения отсутствует. По этой причине передача GOOSE-сообщений в установившемся режиме производится с определенной периодичностью.
Рассмотрим реальной пример спонтанной передачи GOOSE-сообщений между терминалами защит. Период отправки сообщений в данной примере – 2 с, а минимальное время отправки сообщений 10 мс.
1. Рассмотрим рисунок 7, выделенная строчка 3934: срабатывания терминала не произошло (значение состояния stVal – «False», или «логический 0»), время изменения GOOSE-сообщения – 63.152468.

Рисунок 7 – Пример GOOSE–сообщения без срабатывания.

2. Далее рассмотрим рисунок 8, строчка 4072: произошло срабатывание терминала (значение состояния stVal – «True»), время изменения GOOSE-сообщения: 64.790562.

Рисунок 8 – Пример GOOSE–сообщения со срабатыванием.

А теперь, как видно на рисунке 9, после сообщения о срабатывании терминала, начинается повторная передача GOOSE–сообщений через 10 мс, 20 мс, 40 мс и т.д., до того момента, пока время между сообщениями не увеличится опять до времени периода отправки – 2 с.

Рисунок 9 – Пример спонтанной передачи GOOSE–сообщений.

Такая технология повторной передачи не только гарантирует получение адресатом сообщения, но также обеспечивает контроль исправности линии связи и устройств – любые неисправности будут обнаружены по истечении максимального периода передачи GOOSE-сообщений (с точки зрения эксплуатации практически мгновенно). В случае передачи сигналов традиционным образом неисправность выявляется либо в процессе плановой проверки устройств, либо в случае неправильной работы системы РЗА.
Таким образом такая передача данных обеспечивает высокую вероятность доставки (отвечает второму требованию).
1.1.3 Надежность передачи GOOSE-сообщений
Для того чтобы использовать GOOSE-сообщения для передачи дискретных сигналов между терминалами РЗА необходима достаточная надежность и быстродействие передачи GOOSE-сообщений. Надежность передачи GOOSE-сообщений обеспечивается следующим:
1. протокол МЭК 61850 использует Ethernet-сеть, за счет этого выход из строя верхнего уровня АСУ ТП и любого из устройств РЗА не отражается на передаче GOOSE-сообщений оставшихся в работе устройств;
2. терминалы РЗА имеют два независимых Ethernet-порта, при выходе одного из них из строя второй его полностью заменяет;
3. сетевые коммутаторы, к которым подключаются устройства РЗА, соединяются в два независимых «кольца»;
4. разные порты одного терминала РЗА подключаются к разным сетевым коммутаторам, подключенным к разным «кольцам»;
5. каждый сетевой коммутатор имеет дублированное питание от разных источников;
6. во всех устройствах РЗА осуществляется постоянный контроль возможности прохождения каждого сигнала, который позволяет автоматически определить не только отказы цифровой связи, но и ошибки параметрирования терминалов.
Дополнительно увеличивает надежность то обстоятельство, что даже в случае отказа в передаче GOOSE-сообщения, устройство, принимающее сигнал, выдаст сигнал неисправности, а последнее принятое значение останется запомненным по умолчанию, пока персонал не примет необходимые меры для устранения неисправности.
Дан участок электрической сети напряжением 10 кВ (рис. 10, а). Здесь, Т1 – терминал защиты ввода, Т2 — Т4 – терминалы защиты линии. От терминалов защиты линии к терминалам защиты ввода поступает сообщение, в теле которого сигнал «УРОВ».

Рисунок 10 – Пример участка сети

При возникновении КЗ на одной линии (рис. 10, б), метка состояния опции пуска защиты (stVal) меняется на «True», и если выключатель присоединения исправен, то защита сработает селективно, изолировав выключателем поврежденную линию. Но если выключатель присоединения неисправен, то через определенную выдержку времени должна сработать защита ввода и уже своим выключателем отключить весь ввод.

Таблица 2 – Нормированное время передачи сигналов
Тип сигнала Макисмальное время передачи, мс
Сигнал отключения, блокировки 3
Снятие блокировки, изменение состояния 10
Быстрые автоматические взаимодействия 20
Медленные автоматические взаимодействия 100
Команды оператора 500
Регистрация событий, сигнализация 1000
Файлы, журналы событий >1000

Также возможно установить приоритет на выбранное GOOSE-сообщение (priority tagging), эту возможность дает протокол Ethernet, по которому передаются сообщения. То есть GOOSE-сообщения с меткой приоритетности идут в обходобычных сообщений (рис. 12).

Рисунок 12 – Приоритетность передачи GOOSE–сообщений

Вывод
Именно наличие инструмента GOOSE-сообщений позволяет значительно сократить расходы на кабельное хозяйство и монтажные работы, увеличить надежность передачи сигналов в части ЭМС, повысить масштабируемость системы РЗ и ПА в целом и т.д. Вместе с тем, несмотря на активное использование GOOSE-сообщений в отечественной энергетике, необходимо отметить ограниченность применения этого инструмента. По моему мнению, применение протокола МЭК 61850-8-1 – GOOSE уменьшило аппаратную надежность УРЗА. На данный момент, посредством GOOSE–сообщений отправляются только наименее ответственные сигналы.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector