CC BY
263СТРУКТУРА ЦИФРОВЫХ ПОТОКОВ ДАННЫХ В ПРОТОКОЛЕ
МЭК 61850
STRUCTURE OF DIGITAL DATA STREAMS IN THE IEC 61850
PROTOCOL
УДК 621.31
Втюрин Алексей Владимирович, Студент магистратуры, ФБГО ВО «Тюменский индустриальный университет», г. Тюмень. [email protected]
Vtyurin Alexey Vladimirovich, Master's degree student, FBGO IN "the Tyumen industrial University", Tyumen, [email protected]
АННОТАЦИЯ
В предлагаемой статье рассмотрен стандарт МЭК-61850 и предпосылки к его внедрению на подстанциях. Кратко описаны основные части стандарта и предложена концепция построения информационных систем. Предложено разработать правила, позволяющие выполнить распределение потоков данных, которые исключали бы потерю информации при передаче или недопустимо длительное время задержки при доставке данных. Делается вывод, что внедрение этого стандарта позитивно повлияет на процесс передачи данных, увеличив его эффективность и скорость.
ANNOTATION
This article discusses the IEC-61850 standard and the prerequisites for its implementation at substations. The main parts of the standard are briefly described and the concept of building information systems is proposed. It is proposed to develop rules that allow you to distribute data streams, which would prevent loss of information during transmission or unacceptably long delays in data delivery. It is concluded that the implementation of this standard will have a positive impact on the data transfer process, increasing its efficiency and speed.
Ключевые слова: стандарт МЭК-61850, протокол передачи данных, структура цифровых потоков данных.
Keywords: IEC-61850 standard, data transfer Protocol, structure of digital data streams.
Перед началом обсуждения требуется дать определение объекту нашего исследования: стандарт МЭК-61850 является документом, описывающим свод правил для организации событийного протокола передачи информации на подстанциях и между ними. После внедрения в системах электроснабжения микропроцессорных систем релейной защиты и автоматики (РЗА) появилась необходимость в стандартизации потока передачи данных для обеспечения совместимости работы этих устройств различных производителей. То есть МЭК-61850 является универсальным стандартом, который позволяет упорядочить разрозненные решения производителей устройств РЗА [1].
Стандарт МЭК 61850, на текущий момент, включает в себя 19 документов:
1. IEC/TR 61850-1 ed1.0 (Введение и общие положения)
2. IEC/TS 61850-2 ed1.0 (Термины и определения)
3. IEC 61850-3 ed1.0 (Общие требования)
4. IEC 61850-4 ed2.0 (Системный инжиниринг и управление проектами)
5. IEC 61850-5 ed1.0 (Требования к функциям и устройствам в части передачи данных)
6. IEC 61850-6 ed2.0 (Язык описания конфигурации для обмена данными)
7. IEC 61850-7-1 ed2.0 (Базовая структура коммуникаций -Принципы и модели)
8. IEC 61850-7-2 ed2.0 (Базовая структура коммуникаций -Абстрактный интерфейс коммуникаций (ACSI))
9. IEC 61850-7-3 ed2.0 (Основная структура коммуникаций - Общие классы данных)
10. IEC 61850-7-4 ed2.0 (Основная структура коммуникаций - Классы логических узлов и объектов данных)
11. IEC 61850-7-410 ed1.0 ()
12. IEC 61850-7-420 ed1.0
13. IEC/TR 61850-7-510 ed1.0
14. IEC 61850-8-1 ed2.0 (Назначение на определенный коммуникационный сервис - Назначение на MMS и IEC 8802-3)
15. IEC 61850-9-2 ed2.0 (Назначение на определенный коммуникационный сервис - Передача мгновенных значений по интерфейсу IEC 8802-3)
16. IEC 61850-10 ed1.0 (Проверка соответствия)
17. IEC/TS 61850-80-1 ed1.0 (Руководство по передаче информации из модели общих классов данных с использованием МЭК 60870-5-101 или МЭК 60870-5-104)
18. IEC/TR 61850-90-1 ed1.0 (Использование МЭК 61850 для организации связи между подстанциями)
19. IEC/TR 61850-90-5 ed1.0 (Использование МЭК 61850 для передачи данных от устройств синхронизированных векторных измерений в соответствии с IEEE C37.118)
Сначала в соответствии с направлением данной работы следует кратко рассмотреть части стандарта, которые касаются цифровых потоков данных и их передачи по сети.
К таким частям относятся:
1. Часть стандарта МЭК 61850-5.
2. Часть стандарта МЭК 61850-6.
3. Часть стандарта МЭК 61850-7.
4. Часть стандарта МЭК 61850-8.
5. Часть стандарта МЭК 61850-9.
Построение современных автоматизированных систем управления (АСУ) ТП не обходится без применения стандарта МЭК 61850 в разнообразных аспектах и на разных этапах создания АСУ. На стадии проектирования АСУ системы подстанции используется часть стандарта МЭК 61850-6 (Язык описания конфигурации для обмена данными).
Следует уточнить, что данный формат файлов определяется как язык конфигурирования подстанций (SCL) и основывается на общепринятом в IT-среде языке разметки XML. В состав формата SCL входят 4 формата файлов:
1. *.SSD
2. *.SCD
3. *.ICD
4. *.CID
Файл *.ICD служит для описания возможностей IED-устройства (IED Capability Description).
Файл *.SSD служит для описания спецификации системы (System Specification Description).
Файл *.SCD служит для описания конфигурации подстанции (Substation Configuration Description).
Файл *.CID служит для описания сконфигурированного IED-устройства (Configured IED Description).
Структура проекта подстанции с использованием языка SCL в соответствии со стадиями проектирования указана на Рис. 2.
Рисунок 1 - Структура проекта SCL
В соответствии с описанной процедурой проектирования, структуру подстанции можно представить в виде схемы взаимодействия устройств (IED) и серверов SCADA системы по сетевой шине (шина подстанции), обмена данными между устройствами по шине и утилитами для настройки устройств и сервера SCADA.
Следует указать, что основными протоколами для передачи данных на подстанции в соответствии с частями МЭК 61850-8 и МЭК 61850-9 являются:
1. GOOSE
2. MMS
3. SV
Также необходимо отметить, что протокол GOOSE, описанный главой МЭК 61850-8-1, является одним из наиболее широко известных протоколов, предусмотренных стандартом МЭК 61850. Дословно расшифровку аббревиатуры GOOSE — Generic Object-Oriented Substation Event — можно перевести как «общее объектно-ориентированное событие на подстанции». Однако на практике не стоит придавать большого значения оригинальному
названию, поскольку оно не даёт никакого представления о самом протоколе. Гораздо удобнее понимать протокол GOOSE как сервис, предназначенный для обмена сигналами между устройствами РЗА в цифровом виде.
Кроме того, в части МЭК 61850-8-1 описывается протокол MMS (Manufacturing Message Specification) - протокол передачи данных по технологии «клиент-сервер». Основное его назначение - реализовывать функции АСУ ТП, т.е. сбор данных телесигнализации и телеизмерений и передача команд телеуправления.
Как уже было отмечено выше, протокол MMS предоставляет две основные возможности для сбора данных:
1. получение информации с использованием периодического опроса сервера(-ов) клиентом;
2. передача данных клиенту сервером в виде отчётов (спорадически).
Очевидно, что при налаживании работы и эксплуатации системы АСУ
ТП оба описанных способа являются востребованными. При построении цифровой подстанции для передачи аналоговых значений от измерительных трансформаторов применяется протокол МЭК 61850-9-2.
Следует указать, что протокол МЭК 61850-9-2 (Sampled Values - SV) предназначен для передачи выборок данных в технологическую локальную сеть (далее шина процесса).
Также необходимо отметить, что передача информации осуществляется с помощью широковещательных сетевых пакетов. Передатчиком в сетевом пакете указывается MAC-адрес назначения (Destination MAC). На него подписываются устройства-приемники передаваемых пакетов. Настройки протокола обмена, а также состав передаваемых данных, описываются в файле конфигурации подстанции на языке XML (часть стандарта МЭК 61850-6).
Нужно учитывать, что передача данных реализуется циклическим образом с возможностью задания нескольких типов временных интервалов:
1. количество выборок за период промышленной частоты (SmpPerPeriod);
2. количество выборок за секунду (SmpPerSec);
3. количество секунд за выборку (SecPerSmp).
Для передачи параметров, которые рассчитаны за 200 мс (10 периодов промышленной частоты), используется тип временного интервала SmpPerSea
Структура цифровой подстанции представлена на Рис.2.
Рисунок 2 - Структура цифровой подстанции
В соответствии со структурой подстанции и параметрами сообщений, передаваемых по вышеуказанным протоколам, можно сделать вывод, что на сеть подстанции ложится серьезная нагрузка. В результате такой нагрузки снижается резерв пропускной способности сети и увеличивается время доставки сообщений.
Для решения описанной проблемы предлагается использовать следующие методы:
1. Синхронизация с использованием протокола РТР.
2. Резервирование с использованием протоколов «бесшовного» резервирования (ШК/РКР).
3. Проектирование с помощью инструментов, поддерживающих
БСЬ.
1. Приоритезация (VLAN Priority)
2. Метки идентификации (VLAN ID)
3. Метки качества обслуживания (QoS)
Таким образом, в результате выполнения задач, описанных в предлагаемой статье, появится эффективная методика, следуя которой можно значительно уменьшить время доставки информации по перечисленным протоколам, а также минимизировать потери пакетов данных. Это является весьма актуальной и важной проблемой, которая стоит сегодня в сфере информационных технологий и систем связи и решение которой значительно повысит производительность и эффективность работы систем по передачи данных, а значит, будет полезно большому количеству людей, имеющих дело с этими системами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сети и системы связи на подстанциях. Часть 7. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Раздел 4. Совместимые классы логических узлов и классы данных. Технические требования: ГОСТ Р МЭК 61850-7-4-2011. - Введ. 2011-12-13.
2. Аношин А.О., Головин А.В. СТАНДАРТ МЭК 61850. Информационная модель устройства // Новости ЭлектроТехники №5 (77)
3. Аношин А.О., Головин А.В. Стандарт МЭК-61850. / Электротехника. -2013. - № 2. - С. 80.
4. Протокол Sampled Values [электронный ресурср]/
http://digitalsubstation.com/blog/2013/08/21/protokol-ie-61850-9-2/ (дата обращения
20.05.2020)
LIST OF REFERENCES
1. Networks and communication systems at substations. Part 7. Basic communication structure for substations and line equipment. Section 4. Compatible logical node classes and data classes. Technical requirements: GOST R IEC 61850-7-4-2011. - Introduction. 2011-12-13.
2. A. O. Anoshin, A.V. Golovin STANDARD IEC 61850. Device information model // Electrical Engineering News #5 (77)
3. Anoshin A. O., Golovin A.V. Standard IEC-61850. / electrical Engineering. -2013. - № 2. - P. 80.
4. Protocol Sampled Values [electronic resource]/ http://digitalsubstation.com/blog/2013/08/21/protokol-ie-61850-9-2/ (accessed 20.05.2020)
