NORMA IEC 61850 – NOWY STANDARD KOMUNIKACYJNY ...

Pomiary Automatyka Robotyka 2/2010

228 automation 2010automation 2010

mgr in . Marcin Lizer dr in . Wojciech Szweicer Instytut Energetyki – Pracownia Automatyki Elektroenergetycznej

NORMA IEC 61850 – NOWY STANDARD KOMUNIKACYJNY SYSTEMU STEROWANIA I NADZORU

STACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH Referat przybli a problematyk zwi zan z wprowadzaniem normy IEC 61850, dotycz cej protoko u komunikacyjnego przeznaczonego dla systemów sterowania i nadzoru (SSiN) stacji elektroenergetycznych. Ukazuje podstawowe za o enia, celowo jej wdro enia oraz wymagania, jakie stawia ona urz dzeniom IED oraz sieci komunikacyjnej, w której one pracuj . W referacie przedstawiono równie aktualny stan oraz ró ne aspekty wdra ania normy IEC 61850 w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE).

IEC 61850 – NEW COMMUNICATION STANDARD FOR SUBSTATION CONTROL AND SUPERVISING SYSTEM

In this paper issues connected with introduction of the IEC 61850 communication protocol for substation control and supervising system have been described. The paper shows purposefulness of implementations of the standard, as well as its main assumptions. It also shows requirements for intelligent electronic devices (IED) and communication networks brought by the IEC 61850 standard. At the end of the paper the present condition and main aspects of implementation of the IEC 61850 communication protocol in Polish National Electric Power System have been showed.

1. POWÓD POWSTANIA I PODSTAWOWE ZA O ENIA NORMY IEC 61850

W nowoczesnych systemach elektroenergetycznych korzysta si z urz dze wielu wytwórców. Przyczynami tego s : obowi zek optymalizacji kosztów inwestycji, stosowania rozwi za spe niaj cych wymagania, którym nie wszyscy wytwórcy s w stanie sprosta , oraz – w przypadku zabezpiecze – ch stosowania przynajmniej dwóch ró nych urz dze zabezpieczeniowych, dzia aj cych na odmiennych zasadach i wykorzystuj cych inne algorytmy obliczeniowe. Ostatnia kwestia mo e by spe niona w najlepszy sposób w a nie poprzez zastosowaniu urz dze ró nych producentów.

Stosowanie urz dze zabezpieczeniowych ró nych producentów w obr bie jednej stacji, obok swoich zalet, ma równie i wady. Najwi kszym utrudnieniem jest zwykle fakt, e pracuj ce w ramach jednego systemu sterowania i nadzoru stacji (SSiN) urz dzenia komunikuj si ze sob i jednostkami centralnymi za pomoc ró nych protoko ów komunikacyjnych. Tym samym podstawowym wymaganiem efektywnego funkcjonowania systemu sterowania i nadzoru stacji jest mo liwo atwej i bezproblemowej komunikacji urz dze ró nych producentów.

Pocz tkowo w urz dzeniach automatyki stacji wykorzystywano protoko y komunikacyjne opracowane przez poszczególnych producentów. Oznacza o to utrudnienia przy czeniu dwóch urz dze ró nych producentów. Aby unikn problemów komunikacyjnych cz sto


229automation 2010automation 2010

trzeba by o zrezygnowa z dwóch ta szych rozwi za ró nych wytwórców i zakupi dwa dro sze jednego wytwórcy tylko ze wzgl du na poprawno komunikacji.

Podejmowane próby standaryzacji protoko ów komunikacyjnych (np. norma IEC 60870-5-103) nie obejmowa y swoim zasi giem ca ego SSiN stacji. Pe n wspó prac mi dzy wszystkimi funkcjami realizowanymi w stacji uwzgl dniono w opracowanej w latach 2003-2005 normie IEC 61850 „Communication Networks and Systems in Substations” [N1]. G ównymi za o eniami normy s :

zapewnienie wspó pracy mi dzy urz dzeniami ró nych producentów. Protoko em zapewniaj cym poprawn wymian informacji u ywanym w normie IEC 61850 jest tzw. MMS (ang. Manufacturing Message System). Dzi ki zastosowaniu MMS urz dzenia zgodne z norm b d rozumia y komunikaty innych urz dze zgodnych z norm , nawet je li ich zasada dzia ania jest odmienna;

umo liwienie dowolnego przypisywania funkcji urz dzeniom, czyli umo liwienie wdro enia ró nych filozofii zabezpiecze , zale nych od preferencji projektanta, np. zdecentralizowania lub scentralizowania funkcji. Norma skupia si na funkcjach, a nie na samych urz dzeniach, st d cz ste w literaturze okre lenie „abstrakcyjny model danych” – podmiotem s funkcje, a nie fizyczne urz dzenia, które je realizuj ;

zapewnienie d ugiego czasu funkcjonowania opracowanych standardów, czyli umo liwienie wprowadzenia wszelkich modyfikacji uk adu w przypadku zmian wymaga b d pojawienia si nowych, lepszych technologii;

ograniczenie osprz tu w ramach stacji. Urz dzenia, które s pod czone do wspólnej sieci komunikacyjnej, korzystaj ze wspólnych magistrali. Likwidacja wi kszo ci po cze przekazuj cych tradycyjne sygna y dwustanowe (np. 220V DC) ogranicza okablowanie stacji, a tym samym zmniejsza ilo miedzi zu ytej na po czenia. W przypadku stacji modernizowanych, po usuni ciu ca ej paj czyny przewodów miedzianych, zmniejsza si mo liwo wyst pienia awarii, a je li taka awaria wyst pi, odnalezienie jej miejsca b dzie atwiejsze i szybsze. Zmniejszenie okablowania upraszcza równie dokumentacj stacji (jeden przewód zamiast kilkudziesi ciu) oraz zmniejsza zapotrzebowanie na miejsca dla urz dze , w tym równie tras przewodów, np. kana ów kablowych. Ewentualna rozbudowa systemu automatyki i zabezpiecze ogranicza si do rozbudowy sieci informatycznej, bez konieczno ci znacznego zwi kszania okablowania. Wszystkie logiczne powi zania funkcjonalno ci s zawarte w pami ciach samych urz dzeniach elektronicznych i ich zmiana nie powoduje fizycznego wzrostu obj to ci uk adu.

Reasumuj c, wa n cech normy jest to, e zajmuje si ona jedynie sposobem komunikacji i wymian danych mi dzy urz dzeniami. Norma nie mówi, jak realizowa poszczególne funkcje sterowania czy zabezpiecze , tylko podaje co zrobi , aby dwa ró ne urz dzenia rozumia y si bez k opotów. 2. WYMAGANIA NORMY DOTYCZ CE SPOSOBU TRANSMISJI DANYCH Norma nie okre la sposobu transmisji danych. Nak ada jedynie wymagania na sie informatyczn . W przypadku, gdyby w przysz o ci powsta y lepsze protoko y, opisane w normie rozwi zania mog zosta bezproblemowo wymienione na nowe.



Wymiana informacji pomi dzy urz dzeniami stacji powinna odbywa si za pomoc sieci LAN (ang. Local Area Network)1. Jednolito uk adu oraz mo liwo prostej modernizacji w przysz o ci sugeruje zastosowanie rozwi za opartych na sieci typu Ethernet [N4]. Norma nie narzuca medium transmisji. Do fizycznego okablowania sieci obecnie stosuje si wiat owody. Je li w przysz o ci powstanie doskonalszy ni optyczny sposób przesy ania

danych, mo e on zast pi obecne rozwi zanie, bez wp ywu na funkcjonalno ca ego systemu. wiat owody maj istotn przewag nad po czeniami za pomoc przewodów miedzianych (np. skr tka), g ównie ze wzgl du na:

izolacj elektryczn czonych urz dze – pojawienie si niebezpiecznego potencja u (napi cia) na jednym urz dzeniu nie zostanie przeniesione na inne odporno na zewn trzne zak ócenia elektromagnetyczne – zak ócenia pojawiaj si w stacji elektroenergetycznej w czasie normalnej pracy, oraz w czasie sytuacji awaryjnych, czyli wtedy, gdy wymiana danych musi odbywa si szybko i bezb dnie mo liwo realizacji przesy u sygna ów na znacznie wi ksze odleg o ci w porównaniu z przewodami miedzianymi.

G ówn wad czy wiat owodowych jest ich wy szy koszt w porównaniu z przewodami miedzianymi oraz w pewnym sensie mniejsza wytrzyma o na mechaniczne uszkodzenia (np. zgi cie). Koszt ten dotyczy równie powi zanych urz dze komunikacyjnych (z cza komunikacyjne dla wiat owodów s dro sze). Obecnie zaleca si , aby dla celów IEC 61850, osi ga pr dko ci transmisji co najmniej 100 Mb/s [1]. To wymaganie spe nia np. sie Ethernet 100BaseFX. Poniewa sie LAN stanie si cz ci uk adu zabezpiecze stacji, musi ona by niezawodna. Najkorzystniejszym rozwi zaniem architektury sieci jest po czenie jej w pier cie . Przeci cie p tli w jednym miejscu nie spowoduje zniszczenia ci gu transmisyjnego, a w dotychczasowych rozwi zaniach uszkodzenie wi e si z utrat cz ci funkcjonalno ci SSiN i niebezpiecze stwem dla stacji i jej urz dze . Wymaga to zastosowania szybkiego algorytmu drzewa rozpinaj cego we wszystkich prze cznikach (norma IEEE 802.1d [N2]), aby w danej chwili istnia a tylko jedna droga przesy u sygna u. Gdy w wyniku awarii ta droga zostanie przerwana, sie musi dokona rekonfiguracji w czasie nie d u szym ni 5 ms. Ze wzgl dów bezpiecze stwa w sieci powinna by tak e mo liwo tworzenia sieci wirtualnych (ang. Virtual Local Area Network, VLAN) zgodnie ze standardem [N3]. Urz dzenia sieciowe oraz wi kszo urz dze systemu sterowania i nadzoru wymaga poprawnej synchronizacji czasu. Wszystkie wysy ane informacje maj swój znacznik czasu (ang. timestamp), dzi ki czemu odbiorcy mog okre la kolejno zdarze . Urz dzenia musz korzysta z jednego ród a czasu wzorcowego. Najcz ciej tym ród em jest odbiornik GPS (odbiór sygna u nadawanego przez satelity, cho mo na u ywa i innych, np. radiowych). Sygna czasu powinien zosta rozes any w czytelnej postaci do wszystkich urz dze za pomoc sieci LAN. Najwygodniejszym sposobem jest wykorzystanie którego z protoko u synchronizacji czasu, np. NTP (ang. Network Time Protocol) Norma IEC 61850 okre la dwa rodzaje szyn (magistral) komunikacyjnych sieci LAN stacji:

1 Zalet stosowania sieci LAN jest równie to, e mo na j wykorzysta do przesy ania informacji w innych

protoko ach (np. DNP 3.0), jak i wiadczenia us ug internetowych (typu poczta elektroniczna, transfer plików itp.) [3]



Urz dzenia, które bezpo rednio i niemal nieustannie wymieniaj dane ze sob , na przyk ad na poziomie pola powinny by po czone szyn procesow . Na szynie procesowej odbywa si równie przesy anie warto ci próbek sygna ów analogowych. Szyn procesowych mo e by wiele w obr bie stacji. Szyna stacyjna to ogó urz dze sieciowych, które realizuj po czenia mi dzy urz dzeniami na poziomie stacji. Ta cz sieci stanowi pier cie i jest po czona za pomoc wiat owodów. W sieci powinna by jedna szyna stacyjna. Mo e ona jednak sk ada si z dwóch pier cieni wzajemnie si rezerwuj cych.

Stanowiskoin ynierskie

Drukarka

IED1Sterownik

polowy IED2 IED1Sterownik

polowy IED2

StanowiskoHMI

Switch

Switch

Switch Switch Switch Switch

Pier ciepodstawowy

sieci

Pier cierezerwowy

sieci

Routerpodstawowy

Routerrezerwowy

Systemnadrz dny

Systemnadrz dny

Urz dzeniapola 1

Urz dzeniapola n

. . .czniki Przek adniki

pr dowePrzek adniknapi ciowy

ZegarGPS

Szyna stacyjna

Szyna procesowapola 1

Szyna procesowapola n

System sterowania inadzoru stacji

(SSiN)Szyna procesowa

systemu SSiN

czniki Przek adnikipr dowe

Przek adniknapi ciowy

Rysunek 1. Przyk ad struktury sieci LAN stacji elektroenergetycznej pracuj cej z protoko em komunikacyjnym normy IEC 61850

Rysunek 1 przedstawia przyk adow konfiguracj sieci komunikacyjnej w obr bie stacji pracuj cej z protoko em komunikacyjnym zgodnym z norm IEC 61850. Na rysunku tym szyn stacyjn tworz dwa niezale ne pier cienie (ang. token ring), do których pod czone s wszystkie urz dzenia pracuj ce na stacji. Poprzez szyn procesow w obr bie pola, poprzez switch po czone s ze sob urz dzenia IED oraz sterowniki polowe. Wszystkie powy sze po czenia powinny by wykonane w technice wiat owodowej. Na rysunku przek adniki oraz czniki po czone s z innymi urz dzeniami w sposób tradycyjny – analogowo, przewodami miedzianymi. W miar rozwoju techniki konwencjonalne przek adniki i czniki b d wypierane poprzez ich niekonwencjonalne (elektroniczne) odpowiedniki wyposa one w interfejsy cyfrowe. Kiedy to nast pi zarówno urz dzenia zabezpieczeniowe, sterowniki



polowe, czniki jak i przek adniki stan si urz dzeniami IED, cz cymi si z innymi IED poprzez sie LAN.

3. MODEL DANYCH I INTELIGENTNE URZ DZENIA ELEKTRONICZNE Osi gni cie celów normy wymaga utworzenia modelu danych (ang. data model) zawieraj cego znormalizowane obiekty i funkcje. Model danych jest zbiorem wszystkich parametrów danego urz dzenia. Trzeba te okre li list sygna ów (ang. signal list), zawieraj c tylko te parametry, które s wysy ane do innych urz dze . Dotychczas lista sygna ów grupowa a informacje ze wzgl du na ich rodzaj (sterowanie, pomiary, stany

czników itd.). Obecne podej cie grupuje sygna y wed ug obiektów, których ona dotyczy. W nomenklaturze normy IEC 61850 cz sto zamiast poj cia „lista sygna ów” stosuje si termin „zbiór (zestaw) danych” (ang. data set). Norma zaleca zastosowanie obiektowego podej cia do opisu stacji. Ca aparatur stacji i jej funkcjonalno , z odpowiednimi zale no ciami, opisuj w z y logiczne (ang. logical nodes). W z y logiczne sk adaj si z atrybutów oraz us ug. S one wirtualnymi postaciami rzeczywistych funkcji Inteligentnych Urz dze Elektronicznych (ang. Intelligent Electronic Device, IED). Takie podej cie do urz dze IED umo liwia odwo anie si do poszczególnych funkcji wykorzystywanych w uk adzie zabezpiecze stacji bez potrzeby odwo ywania si do konkretnego urz dzenia. Logicznie po czone w z y, z których ka dy reprezentuje jedn cech lub funkcj urz dzenia fizycznego, tworz model logiczny uk adu zabezpiecze . Norma sugeruje wykorzystanie jako IED ka dego z urz dze automatyki stacji, a wi c zarówno aparatury wtórnej (zabezpieczenia, urz dzenia sterowania itd.) jak równie pierwotnej (przek adniki, czniki itd.). O ile w przypadku aparatury wtórnej wykorzystanie urz dze przystosowanych do obs ugi normy nie jest specjalnie k opotliwe, o tyle dla aparatury pierwotnej mo e si to okaza du o trudniejsze, g ównie ze wzgl du na koszty. W dzisiejszych rozwi zaniach zazwyczaj pozostawia si klasyczn aparatur pierwotn , po czon z przetwornikami sygna ów obiektowych (PSO), które widziane z poziomu stacji s pod czone do sieci LAN i zawieraj wszystkie w z y logiczne odpowiadaj ce urz dzeniom aparatury pierwotnej. PSO czy si z tymi urz dzeniami za pomoc klasycznych torów komunikacji (przewody miedziane). Z urz dzeniami IED, przetworniki sygna ów obiektowych cz si poprzez szyn procesow . PSO zawiera w sobie ca e przeniesienie fizycznego urz dzenia, jakim jest np. wy cznik na w ze logiczny, który mu odpowiada.

4. SPOSOBY WYMIANY INFORMACJI POMI DZY URZADZENIAMI IED Norma definiuje kilka sposobów wymiany informacji pomi dzy urz dzeniami IED. Poni ej podano najwa niejsze:

Raporty s informacjami, które jedno urz dzenie IED (serwer) wysy a do drugiego (klient). Raport jest generowany na danie klienta i mo e zosta wys any jednorazowo, po jakim wcze niej zdefiniowanym przez klienta zdarzeniu lub po up ywie okre lonego czasu. Raporty nie s informacjami krytycznymi i nie musz mie wysokiego priorytetu. Szybka mi dzypolowa wymiana danych GSSE (ang. Generic Substation State Event) oraz GOOSE (ang. Generic Object Oriented Substation Event). Te informacje maj wysoki priorytet i przesy ane s bardzo szybko, gdy na drodze przesy u nie znajduj si



dodatkowe urz dzenia, np. koncentrator stacyjny (st d nazwa: „mi dzypolowa”) [3]. Dotycz one zdarze , które s wywo ywane przez urz dzenia. Komunikacja odbywa si za pomoc metody wydawca-subskrybent, która polega na tym, e urz dzenie (wydawca) wysy a wiadomo , a zainteresowane podmioty (subskrybenci) odbieraj j bez wysy ania potwierdzenia o otrzymaniu. Poniewa rozsy anie tego typu wiadomo ci odbywa si bez potwierdzenia, wydawca wielokrotnie powtarza w pewnych odst pach czasu rozsy any komunikat, co zapewnia, e ka dy z subskrybentów go otrzyma. Dla wiadomo ci tego typu norma nak ada wysokie wymagania zwi zane z czasem transmisji.

Próbki sygna ów analogowych s wysy ane analogicznie jak komunikaty GSSE i GOOSE. Sterowanie odbywa si metod klient-serwer. Aby nie generowa niepotrzebnego ruchu w sieci, zazwyczaj przesy ane s tylko te dane, które zmieni y si w stosunku do tych z poprzedniego komunikatu.

5. KONFIGURACJA URZ DZE IED J zyk opisu konfiguracji stacji (ang. Substation Configuration Description Language, SCL) [4] przewidywany przez norm , upraszcza i przyspiesza prac projektanta. Jest ponadto niezale ny od specyficznych funkcji urz dze ró nych producentów. Zmniejsza równie prawdopodobie stwo powstania b dów. Sam j zyk oparty jest na standardzie XML [5], co umo liwia prost walidacj poprawno ci danych.

Konfigurator

IED2

SSD SCD

ICD

CIDCID

CID

ICDICD

IED3IED1

Rysunek 2. Schemat ideowy procesu konfiguracji urz dze zgodnie z norm IEC 61850

Opracowanie kodu SCL jest niemal dos ownym t umaczeniem tekstu opisuj cego wymagania, jakie musi spe ni urz dzenie IED. Taki sposób konfiguracji urz dzenia ogranicza ryzyko mylnego zrozumienia specyfikacji projektanta przez wykonawc i wynikaj cych st d b dnych zadzia a urz dze lub opó nie w realizacji projektu. Daje on równie mo liwo dokonania w przysz o ci atwej i szybkiej modernizacj konfiguracji urz dzenia. Schematyczny proces konfiguracji stacji przy wykorzystaniu j zyka SCL przedstawia Rysunek 2. Opis stacji w j zyku SCL tworzy si cz c poni sze elementy:

Specyfikacja systemu (ang. System Specification Description, SSD) zawiera schemat stacji oraz wst pne przyporz dkowanie funkcji urz dzeniom IED. Opis mo liwo ci urz dzenia IED (ang. IED Capability Description, ICD) jest dostarczany razem z urz dzeniem przez producenta i zawiera opis urz dzenia, jego w z ów logicznych, wst pn konfiguracj itp.



Po czenia powy szych plików dokonuje program komputerowy („konfigurator”) [3]. Wyj ciowe pliki w j zyku SCL okre laj konfiguracj stacji (ang. Substation Configuration Description, SCD) oraz konfiguracje urz dze (ang. Configured IED Description, CID). Te konfiguracje mo na rozes a do wszystkich urz dze IED, zapewniaj c w ten sposób ka demu z nich mo liwo wspó pracy ze sob w danym systemie automatyki.

6. WYMAGANIA I TESTOWANIE Testowanie powinno obj system automatyki stacji rozumiany jako ca o . Norma stawia wymagania dotycz ce czasu transmisji sygna ów za pomoc sieci LAN oraz dotycz ce jej przepustowo ci [6]. Komunikacja musi by dostatecznie wydajna, to znaczy, sie musi by w stanie przes a odpowiednio du ilo informacji równocze nie. Na etapie projektowania systemu nale y oszacowa spodziewany ruch w sieci w warunkach awaryjnych. Urz dzenia powinny mie odpowiedni zdolno do wspó dzia ania (ang. interoperability). Wprowadzenie do systemu lub pozostawienie w nim urz dze , które si nie rozumiej , stanowi ryzyko wadliwego dzia ania podczas awarii. Norma i inne ród a wymagaj wykonanie nast puj cych testów: 1. Testy urz dzenia:

testy zgodno ci (ang. conformance testing), testy typu – w ramach tych testów bada si przesy informacji pod k tem szybko ci, w a ciwej struktury danych, synchronizacji czasu, reakcji na b dy itp. Najcz ciej polega to na wysy aniu do urz dzenia testowych sygna ów i badanie jego reakcji. Do tego testu zazwyczaj wystarcza stanowisko testowe z o one z komputera PC (symulatora sieci) zdolnego do fizycznego czenia si z urz dzeniem [6]; testy wspó pracy (ang. interoperability testing) – polegaj na analogicznym sprawdzaniu mo liwo ci komunikacyjnych, z tym, e w testach bada si po czone dwa (lub wi cej) urz dzenia i sprawdzana jest ich zdolno do porozumiewania si [6]; testy dzia ania (ang. performance testing) – s u zbadaniu urz dzenia pod k tem jego dzia ania w stresowych sytuacjach, takich jak np. du y przep yw informacji, badanie czasu przetwarzania informacji itp., oraz dzia aniu w trudnych warunkach zewn trznych (np. wysoka temperatura).

2. Testy fabryczne (ang. Factory Acceptance Test, FAT) - testy wykonywane przez producenta maj ce sprawdzi , czy system lub jego cz spe nia wymagania Zleceniodawcy. Testy wykonuje si w laboratorium producenta, gdzie odwzorowana jest ca a struktura systemu, z wszystkimi wymaganymi po czeniami mi dzy urz dzeniami.

3. Testy w miejscu (ang. Site Acceptance Test, SAT) – testy ca ego systemu po jego zainstalowaniu.

Pozytywny wynik testu oznacza, e podczas bada nie stwierdzono, e dane urz dzenie lub grupa urz dze nie spe nia wymaga normy.

7. PRZEPROWADZENIE ANALIZ MO LIWO CI WDRO ENIA W STACJACH KSE PROTOKO U KOMUNIKACYJNEGO NORMY IEC 61850

Autorzy przeprowadzili analiz mo liwo ci wykorzystania protoko u komunikacyjnego opisywanego w normie IEC 61850 w przyk adowych stacjach Krajowego Systemu



8.1 Stan istniej cy Obecnie w zdecydowanej wi kszo ci w stacjach w KSE system sterowania i nadzoru (SSiN) jest ju przynajmniej cz ciowo zinformatyzowany. Cyfrowe urz dzenia wiod cych firm zabezpieczeniowych (jak np. ABB, Areva, Siemens) komunikuj si z nadrz dnym systemem za pomoc protoko u IEC 60870-103 lub IEC 60870-104. Do przesy ania sygna ów do systemu nadrz dnego s powszechnie stosowane wiat owody. Najcz ciej informacje kierowane s do koncentratora stacyjnego, gdzie s grupowane i/lub rozdzielane do poszczególnych odbiorców. Rozkazy (polecenia „wy cz”, blokady, automatyki itp.) s przesy ane jako sygna y dwustanowe (220V DC) przewodami miedzianymi i podawane za pomoc styków przeka ników.

8.2 Konieczne zmiany – korzy ci i straty W wi kszo ci analizowanych stacji protokó komunikacyjny normy IEC 61850 nie jest jeszcze stosowany. Autorzy spotkali si z jego cz ciowym wdro eniem w niektórych z analizowanych stacji. Realizowano je zwykle przy okazji cz ciowych modernizacji i remontów elementów stacji np. cz ciowe wdro enie mia o miejsce w stacji E k i obj o komunikacj pomi dzy sterownikami polowymi.

W bardzo wielu z analizowanych przypadków, obecnie pracuj ce urz dzenia wchodz ce w sk ad systemu sterowania i nadzoru stacji (SSiN) nie maj mo liwo ci pracy w protokole IEC 61850. Aby wprowadzenie w tych stacjach protoko u IEC 61850 by o mo liwe, cz urz dze musi by wymieniona na nowe, co oznacza dodatkowy koszt zakupu i likwidacji sprawnych, obecnie dzia aj cych urz dze . Z drugiej strony, spora cz urz dze mo e by , niewielkim nak adem kosztów, dostosowana do obs ugi protoko u IEC 61850 poprzez wymian modu ów komunikacyjnych i/lub upgrade oprogramowania.

Poza kosztami finansowymi wymiana urz dze lub ich modu ów wi e si z konieczno ci czasowego wy czenia elementów stacji, które te urz dzenia obs uguj . Tym samym wymiana powinna by dobrze zaplanowana, aby wy czenie stacji elektroenergetycznej nie spowodowa o zagro enia dla reszty systemu elektroenergetycznego.

W wi kszo ci stacji istniej ju po czenia wiat owodowe w ramach SSiN, które mog yby by wykorzystane do obs ugi protoko u wg normy IEC 61850. Niemniej jednak konieczne jest uzupe nienie czy wiat owodowych mi dzy wieloma urz dzeniami, gdzie obecnie komunikacja odbywa si poprzez przewody miedziane. W przeanalizowanych stacjach w powy szy sposób wci przesy ane s nast puj ce sygna y:

sygna y sterowania cznikami od zabezpiecze i automatyk; sygna y sterowania od sterowników polowych do czników (w wielu stacjach sterowanie ruchowe odbywa si cyfrowo do poziomu sterownika polowego); informacje o stanach czników (w wielu stacjach jest to zrealizowane cyfrowo od poziomu koncentratora do stanowisk obs ugi i jednostek dyspozycji mocy wy szego rz du); sygna y sterowania innych pomocniczych automatyk (np. ch odzenie transformatorów).

Elektroenergetycznego (KSE). Dane na temat stacji uzyskano dzi ki uprzejmo ci PSE-Operator S.A. [7].



Aby stacja mog a w pe ni pracowa zgodnie z protoko em IEC 61850, przesy anie wszystkich sygna ów w obr bie stacji powinno odbywa si ca kowicie drog cyfrow . Do o enie czy wiat owodowych i ca ej infrastruktury sieciowej (np. prze czników) mo e wi za si z do znacznym kosztem i konieczno ci wy czenia stacji. Niemniej jednak demonta przewodów i kabli miedzianych mo e przynie drobne korzy ci finansowe zwi zane ze z omowaniem tych przewodów.

8. PODSUMOWANIE Norma IEC 61850 opisuje protokó komunikacyjny, jakim powinny pos ugiwa si urz dzenia w stacji elektroenergetycznej, aby bez przeszkód wymienia mi dzy sob dane. Obecnie wymagania tego protoko u mog by realizowane na bazie sieci Ethernet i ten rodzaj sieci jest we wszystkich znanych autorom przypadkach wykorzystywany. W dziedzinie sterowania i zabezpiecze wiod cy wiatowi producenci oferuj urz dzenia mog ce pracowa zarówno w tym protokole, jak i w sposób tradycyjny, co umo liwia np. zaplanowanie modernizacji na przysz o . Jednak oferta urz dze aparatury pierwotnej (np. przek adniki czy czniki) jest obecnie bardzo uboga, je li chodzi o spe nianie wymaga normy IEC 61850. Obecnie – równie za granic – sygna y analogowe z przek adników s przesy ane tradycyjnym sposobem. Dostosowanie systemu SSiN stacji elektroenergetycznej do protoko u IEC 61850 powinno obejmowa wszystkie wyst puj ce w niej poziomy napi cia, oraz wszystkie jej elementy, czyli zarówno zabezpieczenia, uk ady sterowania, interfejs HMI, rejestratory, sterowniki polowe, jak i uk ady sterowania np. ch odzeniem transformatorów. Modernizacja mo e by wykonana stopniowo, co pozwoli zmniejszy koszt zwi zany z wy czeniem ca ej stacji z systemu elektroenergetycznego. Cz urz dze mo e by dostosowana do obs ugi protoko u IEC 61850, ale cz b dzie musia a by wymieniona. Stare urz dzenia, które s jeszcze sprawne, by mo e stan si zb dne i ich koszt nie zwróci si . Likwidacja po cze realizowanych przewodami miedzianymi znacz co ograniczy ilo czy i pozwoli przebudowa budynki, aby lepiej wykorzysta ich pojemno . Ponadto stare przewody b d mog y by oddane na z om lub by mo e wykorzystane do innych celów. Do podstawowych wad lub trudno ci zwi zanych z dostosowaniem SSiN stacji elektroenergetycznej do wymaga normy IEC 61850 nale :

wysoki koszt inwestycji: konieczny jest demonta cz ci urz dze i zakup nowych (wzgl dnie zakup dodatkowych modu ów umo liwiaj cych prac zgodn z IEC 61850), budowa infrastruktury sieci LAN, op acenie przygotowania projektu struktury stacji i powi za mi dzy urz dzeniami (pliki SCL) czas modernizacji: poniewa omawiana modernizacja jest procesem wr cz rewolucyjnym, musi by zrobiona uwa nie i dok adnie. Ponadto instalacja nowych urz dze b dzie d ugotrwa a. Stworzony uk ad musi przej opisane w normie testy przez pewien czas modernizacji stacja lub jej cz b dzie nieczynna. Wi e si to z bardziej lub mniej dotkliwymi skutkami dla ca ego systemu elektroenergetycznego. Cz energii b dzie musia a by przes ana inn drog . Wymaga to wcze niejszego zaplanowania stanu ruchowego systemu poniewa nowy uk ad SSiN b dzie zupe nie inny od dotychczasowego, stosowanego od kilkudziesi ciu lat, obs uga powinna przej odpowiednie szkolenia. Ponadto istnieje



ryzyko, e nowa technologia zostanie le zrozumiana przez wykonawców i w systemie pojawi si b dy.

Do g ównych zalet stosowania protoko u IEC 61850 mo na zaliczy : stosunkowo niski koszt utrzymania systemu. Mimo du ych nak adów inwestycyjnych ograniczona zostaje pl tanina kabli, gdy wszystkie sygna y s wymieniane cyfrowo za pomoc sieci LAN. Tym samym lokalizacja uszkodzenia jest szybsza i atwiejsza struktura sieci LAN wymagaj ca p tli umo liwia jej poprawne funkcjonowanie nawet przy przeci ciu pier cienia norma jest stworzona pod k tem mo liwego rozwoju w przysz o ci. Pojawienie si nowych technologii nie utrudni modernizacji SSiN rozbudowa systemu (na przyk ad w wyniku dodania nowych obiektów w stacji) b dzie znacznie prostsza ni w przypadku tradycyjnego rozwi zania i sprowadza si do pod czenia nowych urz dze do sieci LAN i modyfikacji plików konfiguracji stacji cyfrowe przetwarzanie i przesy anie sygna ów jest obecnie na takim stopniu zaawansowania technologicznego, e dowolne dane mog by atwo gromadzone do ewentualnej pó niejszej obróbki cz istniej cej aparatury i okablowania mo e by ze z omowana i koszt w jakim stopniu odzyskany mo liwe jest stopniowe obejmowanie stacji protoko em IEC 61850 i wykonywanie modernizacji w etapach. To pozwala na roz o enie kosztów w czasie.

9. LITERATURA Normy [N1] IEC 61850 Communication networks and systems in substations (wszystkie cz ci),

IEC 2002 [N2] IEEE 802.1d IEEE Standard for Local and metropolitan area networks: Media Access

Control (MAC) Bridges, IEEE 2004 [N3] IEEE 802.1q IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks—Virtual

Bridged Local Area Networks—Revision, IEEE 2005 [N4] IEEE 802.3 IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and

information exchange between systems-Local and metropolitan area networks--Specific requirements Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications, IEEE 2005

Inne ród a: [1] Bab A. Problemy wdro enia nowego standardu komunikacyjnego IEC 61850,

Automatyka Elektroenergetyczna 1/2006; [2] PSE-Centrum, Instytut Energetyki Oddzia Gda sk Standard IEC 61850 – systemy

i sieci komputerowe w stacjach elektroenergetycznych, materia y szkoleniowe ze szkolenia 25-26 pa dziernika 2007 r.;

[3] Kondraciuk M. Wybrane praktyczne aspekty zastosowania standardu IEC 61850, Automatyka Elektroenergetyczna 2/2006;



[4] Baigent D., Adamiak M., Mackiewicz R. IEC 61850. Communication Networks and Systems In Substations: An Overview for Users, strona internetowa (odwiedzona 22 lutego 2008), http://pm.geindustrial.com/faq/documents/general/iec61850.pdf;

[5] W3C Extensible Markup Language (XML) 1.1 (Second Edition), strona internetowa (odwiedzona 13 marca 2008 r.) http://www.w3.org/TR/2006/REC-xml11-20060816/, 29 wrze nia 2006 r.;

[6] Udren E., Dolezilek D. IEC 61850: Role of Conformance Testing in Successful Integration, Schweitzer Engineering Laboratories, Inc., strona internetowa (odwiedzona 22 lutego 2008);

[7] Dytry H., Nied wiedzik M., Sulik R., Szweicer W., Wróblewska S. Warunki wdra ania w KSE protoko u komunikacyjnego wg standardu IEC 61850 (etap I i II). Praca wykonana na zlecenie PSE-Operator S.A.

NORMA IEC 61850 – NOWY STANDARD KOMUNIKACYJNY ...

Documents

Transcript of NORMA IEC 61850 – NOWY STANDARD KOMUNIKACYJNY ...