Обзор докладов второго дня II Международной научной конференции «Цифровая подстанция: Стандарт IEC 61850. Цифровизация электрических сетей» 

Второй день конференции этот день был посвящен практическим вопросам реализации и опыту внедрения технологии ЦПС, на объектах электроэнергетики.

В совместном докладе НГТУ им. Р.Е. Алексеева (докладчик д.т.н. А.Л. Куликов) и АО «НИПОМ» представлены принципы реализации кроссплатформенных решений ЦПС с применением отечественной компонентной базы. В докладе педставлена оригинальная технология построения ЦПС с динамической архитектурой, основанной на двух компонентах: программном, включающем в себя «Кодогенератор управляющего ПО», и аппаратном, базирующемся на средствах промышленной автоматизации различных производителей. Решая задачу импортозамещения, снижения зависимости электроэнергетической отрасли РФ от внешних факторов и обеспечения энергобезопасности РФ, информационной безопасности систем технологического управления для электрических сетей напряжением 6-220 кВ, — авторы предлагают решения для ЦПС с максимально возможным использованием отечественной элементной базы: микропроцессора «Эльбрус» и ОС «Эльбрус-Д», в том числе в ИЭУ РЗА, контроллерах присоединений, SCADA-системе, рабочих станциях оперативного и эксплуатационного персонала.

Актуальные вопросы наладки и эксплуатации ПС с использованием архитектуры II типа для объектов генерации затронули представители ООО «ТЕКОН-Системы». В их докладе был рассмотрен ряд проблем, характерных при внедрении: выполнение настройки цифровых связей в рамках конфигурирования УРЗА, существенное увеличение нагрузки на локальную вычислительную сеть энергообъекта при возникновении аварийного процесса («информационный шторм»), повышение требований к уровню компетенций релейного персонала в области IT и стандарта МЭК 61850. По мнению докладчиков, недостаточное внимание к выше означенным проблемам со стороны участников рынка вторичного оборудования, а также потребителей приводит к снижению надёжности работы энергообъектов и повышению затрат на их эксплуатацию по сравнению с объектами с традиционными решениями (архитектуры I типа).

О применении стандарта МЭК 61850 при конфигурировании терминалов релейной защиты для цифровых подстанций рассказали представители ООО «РЕЛЕМАТИКА». В докладе было рассмотрено поведение источников GOOSE-сообщений, как основного параметра, с помощью которого становится возможным определить достоверность этого сообщения. По словам докладчика, для разных сигналов на подстанции она может быть различной, поэтому очень важно правильно классифицировать эти сигналы. Также в докладе рассматриваются вопросы настройки параметров приёмников GOOSE сообщений.

Доклад А.В. Трофимова, к.т.н., представителя Национального исследовательского университета «МЭИ», был посвящен вопросам подготовки специалистов для работы с технологией «Цифровая подстанция». К настоящему моменту, на кафедре «Электрические станции» уже более пяти лет используется специализированный учебно-исследовательский полигон АСУ ЭТО, оборудованный согласно требованиям МЭК 61850. В его состав входят несколько натурных промышленных распределительных устройств (РУ) различных классов напряжений, включая ячейку КРУЭ-220 кВ, КРУ 10 кВ, щит собственных нужд 0,4 кВ, щит постоянного тока 220 В. Часть оборудования моделируется на схемном уровне. Для управления используются шкаф защит и управления линией, шкаф защит и управления блочного трансформатора (на базе терминалов защит RET650 и управления REC650); шкаф защит блока генератор-трансформатор (на базе терминала защит REG670) и трансформатора собственных нужд. Для изучения процессов цифрового обмена с помощью программы анализа трафика по сети Ethernet используются пакеты MMS и GOOSE.

На полигоне также есть компактный специализированный стенд, отражающий основные принципы организации и функционирования АСУ ЭТО. «Это позволяет начать процесс обучения с более простых систем. В качестве объекта управления используются цепи электродвигателя собственных нужд. Управление ведётся с коммуникационного контроллера WAGO 750-880/025-002. Его среда программирования включает специальный конфигуратор, обеспечивающий построение информационной модели по МЭК 61850», — пояснил докладчик.

Об особенностях проектирования систем релейной защиты при новом строительстве и реконструкции цифровых подстанций рассказали представители ООО НПП «ЭКРА». По словам докладчиков, одна из главных проблем проектирования цифровых подстанций в России связана с отсутствием отечественных нормативных документов в этой области. «На сегодня не регламентированы такие важные аспекты как выбор оборудования, состав проектной документации, формат её представления, процесс согласования с конечным потребителем и многое другое. Фактически единственным документом, описывающим технологии «Цифровая подстанция», её оборудование и процесс проектирования является сам стандарт МЭК 61850. При этом указанный стандарт оставляет решение многих вопросов за проектировщиком и заказчиком, — отметил Александр Гурьев. — Все эти и многие другие вопросы в каждом конкретном случае решаются индивидуально, в зависимости от вида работ (новое строительство, реконструкция), бюджета строительства, главной схемы, «глубины» цифровизации подстанции. При этом окончательное решение зачастую связано с необходимостью проведения натурных испытаний для подтверждения расчетов. Как правило, подобные испытания совмещаются с заводскими приемо-сдаточными с демонстрацией правильности выбора технических решений».

SOLID-принципам проектирование ЦПС был посвящен доклад представителей ООО «НИЦ ЧЭАЗ». Докладчики утверждают, что МЭК 61850 использует объектную модель данных и ориентируется на основные принципы ООП, наиболее важные из которых известны как SOLID (Single responsibility, Open-closed, Liskov substitution, Interface segregation и Dependency inversion). «Одна из причин несовместимости изделий от разных производителей — нарушение одного из принципов SOLID, а именно принципа подстановки Барбары Лисков (The Liskov Substitution Principle), краткое описание которого, согласно Роберту С. Мартину, звучит как: функции, использующие базовый тип, должны иметь возможность использовать подтипы базового типа, не зная об этом. «Проблема заключается в том, что стандарт позволяет разработчикам использовать различные расширения. Так, расширяя свои модели элементами <Private/>, производители добавляют функционал, который может нарушить данный принцип, — рассказал Дмитрий Удиков. — Если производители будут придерживаться основных принципов ООП и SOLID, то проблем совместимости станет значительно меньше, и процесс проектирования станет действительно бесшовным».

Еще один доклад представителей ООО НПП «ЭКРА» затронул тему оценки синхронизации времени функций РЗА, использующих данные об аналоговых величинах согласно протоколу МЭК 61850-9-2. В докладе было рассмотрено предполагаемое поведение РЗА при потере синхронизации устройств РЗА, ПАС и АПАС, а также при ресинхронизации. Докладчики предложили меры, помогающие исключить вероятность неправильной работы защиты в описанных ситуациях.

О системе обеспечения единого времени цифровой подстанции рассказали представители ООО «Прософт-Системы». Они представили накопленный опыт практической реализации проектов цифровой подстанции последних нескольких лет, проанализировали историю развития требований к параметрам и характеристикам СОЕВ.

Представители НИУ МЭИ и ООО «ИЭЭС» сделали совместный доклад «Применение методов синхронизации по параметрам аварийного режима для реализации «шины процесса» по стандарту МЭК 61850». В рамках настоящей работы предлагается синхронизация измерений по параметрам аварийного режима без синхронизации по источникам сигналов точного времени. В каждом УСО имеется пусковой орган (ПО), который срабатывает при наступлении технологического нарушения. Для реализации ПО используется вейвлет-преобразование, так как оно позволяет проводить анализ переходного процесса и определять с заданной точностью момент возникновения аварийной ситуации. В рамках настоящей работы было рассмотрено применение вейвлет-преобразования для синхронизации измерений на примере ПС 500/110/10 кВ для различных видов возмущений: коротких замыканий, набросов мощности, отключений линии, несинусоидальных режимов (подробнее об этом читайте в РУМ-2/2019).

Илья Смирнов из ООО «Феникс Контакт РУС» высказал мнение, что коммутаторы с поддержкой стандарта МЭК 61850 — это маркетинговый ход. «Обычные коммутаторы также могут применяться для построения АСУ ТП энергетического объекта, — отметил докладчик. — Но из-за высокой нагрузки на сеть и специфики электроэнергетики к коммутаторам предъявляется высокие требования. Сетевому оборудованию необходимо иметь не только высокий уровень ЭМС, но и реализовывать специфичные IT-функции, такие как поддержка приоритетной передачи GOOSE-сообщений, поддержка протокола PRP, поддержка Multicast и VLAN. В первую очередь коммутаторам необходимо поддерживать приоритетную передачу GOOSE-сообщений, что позволяет им выдержать “GOOSE-лавину”».

Вопросы мониторинга и диагностика GOOSE-потоков на базе Ethernet-коммутатора МЭК 61850 обсудили во время выступления Ивана Лопухова (Представительство компании MOXA INC.). По словам докладчика, так как в протоколе GOOSE не заложен механизм подтверждения доставки сообщений, стандарт МЭК 61850-5 налагает жёсткие требования к производительности коммуникационной сети, включающие доставку сообщений с минимальными задержками в миллисекундном диапазоне. «Увеличение количества устройств, использующих GOOSE-протокол, и усложнение архитектуры систем требует внедрения эффективных средств мониторинга и диагностики GOOSE-потоков. В настоящий момент для выявления причин потерь GOOSE-пакетов в коммуникационной сети приходится использовать специальное диагностическое оборудование, генерирующее тестовые GOOSE-пакеты, и программное обеспечение, запускаемое на рабочей станции. Это требует значительных дополнительных затрат и отдельной квалификации персонала», — отметил И. Лопухов. Он представил метод анализа и мониторинга GOOSE—потоков, который реализуется встроенным функционалом коммутаторов Ethernet. Применяемое сетевое оборудование не просто передает GOOSE-трафик, но и ведет учет потоков, выявляет места сбоев и сообщает о них в систему диспетчеризации по стандартным протоколам типа MMS или SNMP. Отдельным применением такого метода также можно считать защиту от некоторых возможных кибератак, связанных со злонамеренным включением в коммуникационную сеть несанкционированных источников GOOSE-пакетов.

Сотрудники ООО Инженерный центр «Энергосервис» совместно с коллегами из Северного (Арктического) федерального университета представили доклад «Многофункциональные ИЭУ для цифровых подстанций и цифровых сетей». Они представили опыт разработки и внедрения многофункциональных ПАС и ИЭУ для распределительных устройств высокого напряжения. Кроме этого, затронули вопросы создания цифровых КРУ 6-20 кВ нового поколения с использованием цифровых датчиков тока и напряжения, интеллектуальных выключателей со встроенной резервной защитой, цифровых датчиков положения, температуры и т.д. «Все перечисленные компоненты внутри КРУ, а также устройство РЗА, соединяются между собой посредством резервируемой низкоуровневой шины процесса. При этом имеется возможность реализации распределенных функций РЗА в виде двух или трёх уровней. Встроенное в интеллектуальный выключатель устройство защиты имеет доступ ко всей необходимой информации благодаря подключению к низкоуровневой шине процесса внутри ячейки и к шине подстанции. В направлении централизованной системы защиты, автоматики и управления передаются синхровекторы тока и напряжения, а также производится обмен GOOSE-сообщениями», — пояснил докладчик.

Анализ опыта создания системы регистрации аварийных событий цифровой подстанции провели представители ООО «Прософт-Системы». Они предложили некоторые технические требования к ней, с учетом специфики решаемых. Тему продолжил доклад Максима Петрова из ООО «ПАРМА». Он рассказал о проблемах реализации цифрового регистратора в соответствии со стандартом МЭК 61850, представив взгляд на структуру РАС с точки зрения элемента «цифровой» подстанции. В данном докладе, была раскрыта структура применяемых логических узлов и их взаимодействие, используемые сервисы и их особенности. В заключительной части М. Петров привел описание смоделированного примера использования РАС на подстанции в нормальных и аварийных режимах работы.

Вопросам метрологического обеспечения средств измерений в составе измерительных каналов цифровой подстанции посвятил свой доклад директор ООО «НПП Марс-Энерго» Ильдар Гиниятуллин. На его предприятии c 2015 года выпускаются лабораторные эталонные поверочные установки для цифровых ИТН, ИТТ. С 2017 года разрабатываются методики измерения МИ, СТО по применению эталонных СИ для поверки, калибровки СИ ЦПС в лабораторных условиях и на местах эксплуатации.

«Реализация пилотных проектов цифровых подстанций на объектах ПАО «Россети» и ПАО «ФСК ЕС» должна включать апробацию технологии тестирования, калибровки, поверки отдельных СИ и цифровых измерительных каналов в целом. Наряду с этим требуется разработка методик измерений и отраслевых стандартов. Ряд международных стандартов на СИ ЦПС и методы калибровки переведен в разряд ГОСТ и применяется разработчиками и проектировщиками ЦПС. Однако требуется их переработка и адаптация к особенностям российской энергосистемы, применяемым СИ и регламентам поверочных работ», — отметил докладчик. Также он рассказал о методиках и стандартах, разработанных специалистами его компании.

«Оценка точности вычисления параметров электроэнергии на основе потока IEC 61850-9-2LE В» — тема доклада Ирины Ковцовой из ООО «Компания ДЭП». В своем выступлении она дала практическую оценку точности измерения параметров электроэнергии, а именно действующих значений тока и напряжения, на основе потока мгновенных значений МЭК 61850-9-2LE (подробнее об этом читайте на страницах РУМ-2/2019).

О подходах к созданию АСКУЭ Цифровой подстанции на конференции рассказали

Представители ЗАО «ИТЦ Континуум» рассмотрели проблематику создания систем учета электроэнергии на «цифровых подстанциях». В своем докладе они сделали обзор потенциальных решений и сформулировали авторский взгляд на оптимальное решение, отвечающее современным техническим и экономическим вызовам. Актуальность темы обусловлена растущей потребностью в формировании цифрового решения для АСКУЭ, которое отвечало бы как техническим, так и регуляторным требованиям рынка. Докладчиками была подробно рассмотрена трансформация полевого уровня АСКУЭ и уровня приборов учета в условиях ЦПС, затронуты вопросы стоимости сопутствующей инфраструктуры, стоимости создания цифрового решений в условиях нового строительства и модернизации, проведен поиск оптимума между техническим совершенством и стоимостью решения как на этапе создания и модернизации, так и в процессе эксплуатации. Результаты анализа представлены в форме концепции целевого прибора и его технических и стоимостных характеристик.

После выступления всех докладчиков состоялся круглый стол — дискуссия с подведением итогов второго дня работы конференции. Затем для участников была проведена экскурсия на опытный полигон «Цифровая подстанция» АО «НТЦ ФСК ЕЭС».