IEC 61850: Diễn đàn và lợi ích của tiêu chuẩn

Với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật số, các nhà sản xuất thiết bị điện kỹ thuật đã không đứng bên lề. Mặc dù đã có sự phân loại ISO quốc tế, Nga đã phát triển tiêu chuẩn IEC 61850 theo tiêu chuẩn riêng, nó chịu trách nhiệm cho các hệ thống trạm trộn và mạng lưới.

Một chút lịch sử

Sự phát triển của công nghệ máy tính đã không cản trở hệ thống quản lý lưới điện. Tiêu chuẩn IEC 61850 được chấp nhận rộng rãi ban đầu được đưa ra vào năm 2003, mặc dù các nỗ lực để thực hiện các hệ thống trên cơ sở này đã được thực hiện trở lại trong những năm 60 của thế kỷ trước.

Bản chất của nó được giảm xuống để sử dụng các giao thức đặc biệt để quản lý các mạng lưới điện. Trên cơ sở của họ, bây giờ, và giám sát hoạt động của tất cả các mạng lưới loại này.

Nếu trước đây, trọng tâm chính là nâng cấp các hệ thống máy tính kiểm soát ngành điện, sau đó với việc đưa ra các quy tắc, tiêu chuẩn, các giao thức theo dạng IEC 61850, tình hình đã thay đổi. Mục tiêu chính của GOST này là cung cấp giám sát để xác định kịp thời các vấn đề trong hoạt động của thiết bị có liên quan.

Giao thức IEC 61850 và các tương tự của nó

Bản thân giao thức được sử dụng nhiều nhất vào giữa những năm 1980. Sau đó, các phiên bản IEC 61850-1, IEC 60870-5 phiên bản 101, 103 và 104, DNP3 và Modbus đã được sử dụng như các phiên bản thử nghiệm đầu tiên, điều này trở nên không thể chấp nhận được.

Và đó là sự phát triển ban đầu đã hình thành cơ sở của UCA2 hiện đại, mà vào giữa những năm 1990 đã được áp dụng thành công ở Tây Âu.

Nó hoạt động như thế nào

Dừng lại vấn đề hoạt động, cần giải thích về giao thức IEC 61850 đối với "núm vú cao su" là gì (những người chỉ hiểu được những điều cơ bản về công việc và sự hiểu biết về các nguyên tắc truyền thông với thiết bị máy tính).

Điểm mấu chốt là chip vi xử lý được lắp đặt tại trạm biến áp hoặc nhà máy điện, cho phép chuyển dữ liệu về trạng thái của toàn bộ hệ thống trực tiếp tới đầu cuối trung tâm thực hiện việc kiểm soát cơ bản.

Truyền dữ liệu, được cung cấp bởi IEC 61850, được thực hiện thông qua kết nối tốc độ cao. Nói chung, chip là ràng buộc với LAN gần nhất.

DAS (Data Acquisition System) sử dụng truyền dẫn ít nhất 64 bit kết hợp với các thuật toán mã hóa dữ liệu thích hợp.

Nhưng, như thực tế cho thấy, các hệ thống này cũng khá dễ bị tổn thương. Xem phim Mỹ, khi một tập phim tắt nguồn điện của cả quý? Đây là nó! Việc quản lý mạng lưới điện dựa trên giao thức IEC 61850 có thể được điều hợp từ bất kỳ nguồn bên ngoài nào (nó sẽ được hiểu thêm tại sao). Trong thời gian chờ đợi, hãy xem xét các yêu cầu hệ thống chính.

Tiêu chuẩn P IEC 61850: Yêu cầu đối với hệ thống truyền thông

Nếu trước đây nó ngụ ý rằng tín hiệu phải được truyền bằng đường dây điện thoại, ngày nay các phương tiện truyền thông đã đi xa về phía trước. Các chip nhúng có khả năng truyền ở tốc độ 64 Mbps, hoàn toàn độc lập với các nhà cung cấp cung cấp các dịch vụ kết nối tiêu chuẩn.

Nếu chúng ta xem xét tiêu chuẩn IEC 61850 cho "núm vú", lời giải thích khá đơn giản: chip của bộ nguồn sử dụng giao thức truyền dữ liệu riêng của nó chứ không phải tiêu chuẩn TCP / IP tiêu chuẩn. Nhưng đó không phải là tất cả.

Tiêu chuẩn chính nó là giao thức truyền dữ liệu IEC 61850 với kết nối an toàn. Nói cách khác, kết nối với cùng một mạng Internet, mạng không dây, vv được thực hiện một cách rất cụ thể. Trong các cài đặt, theo nguyên tắc, các thông số máy chủ proxy được sử dụng, vì đó là các tham số máy chủ proxy, thậm chí là các máy chủ ảo nhất.

Tổng diện tích áp dụng

Rõ ràng là theo yêu cầu của GOST IEC 61850, sẽ không thể cài đặt loại thiết bị này trong một hộp biến áp truyền thống (đơn giản là không có chỗ cho một con chip máy tính ở đó).

Đồng thời, một thiết bị như vậy sẽ không hoạt động. Nó cần ít nhất một hệ thống đầu vào / đầu ra ban đầu giống như BIOS, cũng như mô hình truyền thông tương ứng của truyền dữ liệu (mạng không dây, kết nối bảo mật có dây, vv).

Nhưng trong trung tâm điều khiển của lưới điện công cộng hoặc địa phương, bạn có thể truy cập hầu như tất cả các chức năng của các nhà máy điện. Ví dụ, mặc dù không phải là tốt nhất, bạn có thể mang theo bộ phim "The Earth Core" (The Core), khi một hacker ngăn ngừa cái chết của hành tinh của chúng ta bằng cách làm mất ổn định nguồn năng lượng cung cấp cho một phiên bản "phụ tùng" của spinup lõi của Trái Đất.

Nhưng đây là tiểu thuyết thuần túy, nhiều khả năng thậm chí xác nhận ảo các yêu cầu của IEC 61850 (mặc dù điều này không được đề cập trực tiếp). Tuy nhiên, ngay cả các mô phỏng nguyên thủy nhất của IEC 61850 trông chính xác theo cách này. Nhưng có bao nhiêu thiên tai có thể tránh được?

Đơn vị điện lực thứ tư của nhà máy điện hạt nhân Chernobyl, nếu nó được trang bị các dụng cụ chẩn đoán phù hợp với tiêu chuẩn, ít nhất là IEC 61850-1, có thể không phát nổ. Và kể từ năm 1986, chỉ còn lại để gặt hái thành quả của những gì đã xảy ra.

Bức xạ - nó hoạt động bí mật. Trong những ngày đầu, tháng hoặc năm, các dấu hiệu bệnh tật do phóng xạ có thể không xuất hiện, hãy để một mình thời gian bán urani và plutoni, mà ngày nay ít chú ý. Nhưng việc tích hợp các quầy của Geiger vào một nhà máy điện có thể làm giảm đáng kể rủi ro trong khu vực này. Nhân tiện, bản thân giao thức cho phép chuyển dữ liệu đó ở mức phần cứng-phần mềm của phức tạp liên quan.

Phương pháp mô hình hóa và chuyển đổi thành các giao thức thực

Để hiểu rõ đơn giản nhất về việc làm thế nào, ví dụ, các tiêu chuẩn IEC 61850-9-2 hoạt động, thì đáng nói là không có dây sắt có thể xác định hướng của dữ liệu được truyền đi. Nghĩa là, chúng ta cần một bộ lặp lặp thích hợp có khả năng chuyển dữ liệu về trạng thái của hệ thống, và trong một hình thức mã hoá.

Nó là khá đơn giản để nhận được một tín hiệu, như nó biến ra. Nhưng ở đây nó đã được đọc và giải mã bởi thiết bị nhận, nó là cần thiết để đổ mồ hôi. Trong thực tế, để giải mã tín hiệu đến, ví dụ, dựa trên IEC 61850-2 ở cấp ban đầu, bạn cần sử dụng các hệ thống hiển thị như SCADA và P3A.

Nhưng dựa trên thực tế là hệ thống này sử dụng truyền thông có dây, các giao thức chính là GOOSE và MMS (không nên nhầm lẫn với tin nhắn di động). Tiêu chuẩn chuyển đổi IEC 61850-8 này cho phép sử dụng MMS lần đầu tiên, tiếp theo là GOOSE, cuối cùng cho phép hiển thị thông tin về công nghệ P3A.

Các loại cấu hình cơ bản của trạm biến áp

Bất kỳ trạm biến áp nào sử dụng giao thức này phải có ít nhất một bộ phương tiện để truyền dữ liệu. Thứ nhất, nó liên quan đến thiết bị rất vật lý kết nối với mạng. Thứ hai, mỗi tập hợp đó phải có một hoặc nhiều mô-đun hợp lý.

Trong trường hợp này, thiết bị chính nó có thể thực hiện chức năng của một hub, gateway hoặc thậm chí là một loại trung gian để chuyển thông tin. Các nút logic có một sự tập trung hẹp và được chia thành các lớp sau:

• "A" - hệ thống điều khiển tự động;
• "M" - hệ thống đo lường;
• "C" - điều khiển từ xa;
• "G" - mô-đun của các chức năng chung và các thiết lập;
• "Tôi" có nghĩa là phương tiện thiết lập kết nối và các phương pháp được sử dụng để lưu trữ dữ liệu;
• "L" - mô-đun logic và các nút hệ thống;
• "P" - bảo vệ;
• "R" - các thành phần bảo vệ liên quan;
• "S" - cảm biến;
• «T» - máy biến thế đo;
• "X" - thiết bị chuyển mạch chặn tiếp xúc;
• "Y" - máy biến áp điện;
• "Z" - mọi thứ khác không được bao gồm trong các loại trên.

Tuy nhiên, người ta tin rằng, giao thức IEC 61850-8-1 có thể cung cấp ít sử dụng dây hoặc cáp hơn, điều đó, tất nhiên, chỉ tác động tích cực đến sự dễ dàng cấu hình phần cứng. Tuy nhiên, vấn đề chính là, không phải tất cả các quản trị viên đều có thể xử lý dữ liệu đã nhận ngay cả khi có các gói phần mềm tương ứng. Tôi muốn hy vọng rằng đây là một vấn đề tạm thời.

Phần mềm ứng dụng

Tuy nhiên, ngay cả trong tình huống hiểu sai về các nguyên lý vật lý của các chương trình loại này, mô phỏng IEC 61850 có thể được thực hiện trong bất kỳ hệ điều hành nào (ngay cả trên điện thoại di động).

Người ta tin rằng các nhân viên quản lý hoặc các nhà tích hợp chi tiêu ít hơn nhiều thời gian xử lý dữ liệu đến từ các trạm biến áp. Kiến trúc của các ứng dụng như vậy là trực quan, giao diện rất đơn giản, và tất cả các quá trình xử lý chỉ bao gồm việc giới thiệu dữ liệu cục bộ với kết quả tự động sau đó.

Những bất lợi của các hệ thống như vậy có thể được chỉ là chi phí quá cao của thiết bị P3A (hệ thống vi xử lý). Do đó không thể áp dụng được khối lượng của nó.

Ứng dụng thực tiễn

Trước đó, tất cả những gì đã được tuyên bố liên quan đến IEC 61850 protocol chỉ liên quan đến các thông tin lý thuyết. Làm thế nào để làm việc này trong thực tế?

Giả sử chúng ta có một nhà máy điện (trạm biến áp) với điện ba pha và hai đầu vào đo. Khi xác định một nút logic chuẩn, tên MMXU được sử dụng. Đối với tiêu chuẩn IEC 61850 có thể có hai: MMXU1 và MMXU2. Mỗi nút đó cũng có thể chứa một tiền tố bổ sung để đơn giản hóa việc nhận dạng.

Một ví dụ là nút dựa trên XCBR theo mô hình. Nó được xác định với việc áp dụng một số nhà khai thác cơ bản:

• Loc - định nghĩa của một vị trí địa phương hoặc từ xa;
• OpCnt - kỹ thuật đếm các hoạt động đã thực hiện (thực hiện);
• Pos - nhà điều hành chịu trách nhiệm về vị trí và tương tự như các tham số Loc;
• BlkOpn - lệnh để vô hiệu hóa các khóa liên động của chuyển đổi;
• BlkCls - cho phép khoá;
• CBOpCap - chọn chế độ hoạt động của công tắc.

Việc phân loại như vậy để mô tả các lớp dữ liệu CDC chủ yếu được sử dụng trong các Hệ thống Sửa đổi 7-3. Tuy nhiên, ngay cả trong trường hợp này, cấu hình được dựa trên việc sử dụng một số đặc điểm (FC - hạn chế chức năng, SPS trạng thái của một điểm kiểm soát, SV và ST - tính chất của hệ thống thay thế, DC và EX mô tả và định nghĩa tham số mở rộng).

Đối với định nghĩa và mô tả của lớp SPS, chuỗi logic bao gồm các thuộc tính stVal, chất lượng là q, và các tham số thời gian hiện tại là t.

Theo cách này, dữ liệu được chuyển đổi bằng cách sử dụng các công nghệ kết nối Ethernet và các giao thức TCP / IP trực tiếp vào biến đối tượng MMS, sau đó được xác định với tên được gán, dẫn đến giá trị thật sự của bất kỳ chỉ số nào hiện có.

Ngoài ra, bản thân giao thức IEC 61850 chỉ là một mô hình tổng quát và thậm chí là trừu tượng. Nhưng trên cơ sở của nó, mô tả cấu trúc của bất kỳ phần tử nào của hệ thống điện, cho phép các chip vi xử lý xác định chính xác từng thiết bị liên quan đến lĩnh vực này, bao gồm cả những thiết bị sử dụng các công nghệ tiết kiệm năng lượng.

Về mặt lý thuyết, định dạng giao thức có thể được chuyển đổi thành bất kỳ loại dữ liệu nào, dựa trên các tiêu chuẩn MMS và ISO 9506. Nhưng tại sao tiêu chuẩn kiểm soát IEC 61850 đã được chọn?

Nó gắn liền với độ tin cậy của các thông số nhận được và một quá trình dễ dàng làm việc với việc gán các tên phức tạp hoặc các mô hình của dịch vụ.

Quá trình này không sử dụng giao thức MMS tỏ ra rất mất thời gian, ngay cả khi tạo các truy vấn như "read-write-report". Không, tất nhiên, bạn có thể thực hiện kiểu chuyển đổi này ngay cả đối với kiến trúc UCA. Tuy nhiên, như thực tế cho thấy, đó là việc áp dụng các tiêu chuẩn IEC 61850 mà làm cho nó có thể mà không có nhiều nỗ lực và chi phí theo thời gian.

Vấn đề xác minh dữ liệu

Tuy nhiên, hệ thống này không chỉ giới hạn trong việc tiếp nhận. Trên thực tế, các hệ thống vi xử lý nhúng cho phép trao đổi dữ liệu không chỉ ở cấp trạm biến áp và các hệ thống điều khiển trung tâm. Họ có thể xử lý dữ liệu với nhau trong sự hiện diện của thiết bị thích hợp.

Ví dụ đơn giản: một chip điện tử truyền dữ liệu về điện áp hoặc điện áp tại một khu vực quan trọng. Theo đó, bất kỳ hệ thống phụ nào khác dựa trên điện áp thả có thể kích hoạt hoặc vô hiệu hóa hệ thống điện bổ sung. Tất cả điều này được dựa trên các tiêu chuẩn của vật lý và kỹ thuật điện, tuy nhiên, phụ thuộc vào hiện tại. Ví dụ, chúng tôi có một điện áp tiêu chuẩn là 220 V. Ở Châu Âu - 230 V.

Nếu bạn nhìn vào tiêu chí sai lệch, ở Liên Xô cũ là +/- 15%, trong khi ở các nước châu Âu phát triển thì không quá 5%. Không có gì đáng ngạc nhiên, công nghệ mang nhãn hiệu phương Tây chỉ đơn giản không thành công vì điện áp dao động trong lưới điện.

Và có lẽ, không cần phải nói rằng nhiều người trong chúng ta đang quan sát sân trong một tòa nhà dưới dạng một gian hàng máy biến thế, được xây dựng trong thời Liên Xô. Bạn có nghĩ rằng bạn có thể cài đặt một con chip máy tính ở đó hay kết nối các loại cáp đặc biệt để lấy thông tin về trạng thái của máy biến áp? Đó là nó, không phải vậy!

Các hệ thống mới dựa trên tiêu chuẩn IEC 61850 cho phép kiểm soát hoàn toàn tất cả các tham số, nhưng sự bất tiện hiển nhiên của việc triển khai rộng rãi của nó sẽ đẩy các dịch vụ tương ứng như "Energosbytov" bằng cách sử dụng các giao thức ở cấp độ này.

Không có gì đáng ngạc nhiên trong việc này. Các công ty phân phối điện giữa người tiêu dùng chỉ có thể mất lợi nhuận hoặc thậm chí là đặc quyền trên thị trường.

Thay vì tổng số

Nói chung, giao thức, một mặt, là đơn giản, và mặt khác - rất khó khăn. Vấn đề là thậm chí không có phần mềm tương ứng cho ngày hôm nay, nhưng toàn bộ hệ thống kiểm soát ngành công nghiệp điện năng mà chúng tôi thừa hưởng từ Liên bang Xô viết chỉ đơn giản là không chuẩn bị cho điều này. Và nếu bạn tính đến trình độ thấp của nhân viên bảo trì, không thể nghi ngờ ai đó có thể kiểm soát hoặc loại bỏ các vấn đề một cách kịp thời. Tại chúng tôi sau khi tất cả như nó được chấp nhận? Vấn đề? Chúng tôi đang tắt microdistrict. Đó là tất cả.

Tuy nhiên, việc áp dụng tiêu chuẩn này cho phép tránh những tình huống như vậy, không kể đến bất kỳ sự cố cúp điện nào.

Do đó, nó chỉ là để tổng hợp một kết quả nhất định. Người dùng cuối sử dụng giao thức IEC 61850 để làm gì? Theo cách đơn giản nhất - đây là một nguồn cung cấp không bị gián đoạn mà không có điện áp giọt trong mạng. Lưu ý rằng nếu một thiết bị đầu cuối máy tính hoặc máy tính xách tay không được thiết kế để sử dụng một nguồn cung cấp điện liên tục hoặc một bộ điều chỉnh điện áp, một thả hoặc nhảy có thể kích hoạt một tắt máy ngay lập tức của hệ thống. Được rồi, nếu bạn cần khôi phục ở cấp chương trình. Và nếu khe cắm bộ nhớ cháy hoặc ổ cứng không thành công, chúng tôi nên làm gì sau đó?

Tất nhiên, đây là một đề tài nghiên cứu riêng, nhưng bản thân các tiêu chuẩn hiện tại được sử dụng trong các nhà máy điện với phần mềm "sắt" và phần mềm chẩn đoán phù hợp có thể kiểm soát được tất cả các thông số của mạng lưới, ngăn ngừa các tình huống xảy ra những thất bại quan trọng không chỉ dẫn đến sự cố , Nhưng cũng để thất bại của tất cả các dây dẫn nhà (nó được biết đến với thiết kế không quá 2 kW ở một điện áp tiêu chuẩn 220 V). Do đó, bao gồm cả đồng thời một tủ lạnh, một máy giặt hoặc một nồi hơi để sưởi ấm nước, hãy suy nghĩ một trăm lần như thế nào hợp lý.

Nếu phiên bản của dữ liệu giao thức liên quan, các thiết lập hệ thống phụ sẽ được áp dụng tự động. Và ở mức độ lớn nhất nó liên quan gây ra cùng một cầu chì 16 ampe, mà các cư dân của ngôi nhà 9 tầng đôi khi thiết lập riêng của họ, bỏ qua các dịch vụ, chịu trách nhiệm cho việc này. Nhưng giá về vấn đề này, khi nó quay ra, cao hơn rất nhiều, vì nó cho phép để vượt qua một số những hạn chế liên quan đến các tiêu chuẩn nêu trên và các quy định kèm theo của nó.