МЭК-61850

МЭК-61850 — Стандарт «Коммуникационные сети и системы подстанций»

История стандарта МЭК-61850

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 доставке данных велось не только путем модернизации компьютерных систем и систем связи, но и путем 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 60870-101/103/104, 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.) (Manufacturing Message Specification). 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

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

Преимущества стандарта

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

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 достаточно 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 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

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.

Сбор данных с аппаратуры РЗА

В настоящий момент все основные производители аппаратуры РЗА (ABB, SIEMENS, ALSTOM, GE, SEL, ЭКРА, ИЦ "Бреслер", "Прософт-Системы") поддерживают 61850. Российские компании также не отстают от западных производителей и внедряют поддержку 61850 в производимую ими аппаратуру РЗА. Каждый производитель оборудования предлагает свои собственные решения по сбору и обработке данных. Однако большое количество системных интеграторов предпочитает использовать независимые SCADA системы.

Это связано с тем, что независимые SCADA системы более универсальны, и системные интеграторы умеют решать практически любые задачи с использованием этого программного обеспечения.

С другой стороны, производители большинства универсальных SCADA систем не поддерживают 61850 в силу специфичности и сложности протоколов стандарта. Но на рынке существуют и независимые решения, основанные на стандарте OPC, позволяющие интегрировать поддержку 61850 в практически любую SCADA систему.

Каждый из этих вариантов (использование решений от производителя и применение независимых решений) имеет свои достоинства и недостатки.

Несмотря на заявления о полной поддержке 61850, аппаратное и программное обеспечение различных производителей подчас несовместимо между собой.

Так, например, если в систему построенную целиком на SIEMENS (включая программное обеспечение верхнего уровня) добавить терминал от ABB, то скорее всего технические специалисты столкнутся с определенными трудностями при интеграции этого терминала в SCADA.

Независимые поставщики программных решений обычно поддерживают оборудование различных производителей именно за счет 100 % поддержки 61850 с учетом специфической реализации протоколов стандарта у каждого производителя аппаратуры.

Небольшим плюсом использования программного обеспечения производителя оборудования является то, что системный интегратор избавлен от вопросов по поиску независимого программного решения. Такая дополнительная организационная нагрузка, а также риск нарваться на недобросовестного поставщика вынуждает компании переплачивать за программное обеспечение, обращаясь именно к производителям аппаратуры РЗА.

Кроме того, решения от производителей РЗА всегда дороже. Стоимость программного обеспечения заложена в цену системы, и как бы растворена в ней. При бюджете на создание системы в сотни тысяч долларов, при отказе от такого ПО экономия может составить весьма значительные суммы.

За счет прочих преимуществ применения независимых решений можно не только снизить стоимость, но и значительно сократить сроки ввода объектов в эксплуатацию.

Таким образом, гибкость конфигурирования, цена и удобство использования- это основные преимущество выбора независимого поставщика программных решений.

Ссылки

• Technical Issues  (рус.) IEC 61850 Техническая информация
• Блог Александр Головина МЭК 61850  (рус.).