cwiczenie_11.pdf

(675 KB) Pobierz
POLITECHNIKA LUBELSKA
Wydział Elektrotechniki i Informatyki
Laboratorium: Teletechnika w elektroenergetyce
Monitorowanie działania urządzeń IED
Data ostatniej modyfikacji 1 grudnia 2015
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z narzędziami informatycznymi pozwalającymi na
monitorowanie poprawności konfiguracji oraz wymiany danych pomiędzy urządzeniami
pracującymi w standardzie IED 61850.
1. Wstęp
Współczesne standardy komunikacji pomiędzy urządzeniami elektroenergetycznej
automatyki zabezpieczeniowej (EAZ), urządzeniami telemechaniki oraz elementami lokalnych
systemów sterowania i nadzoru (SSiN) wymuszają stosowanie komunikacji wykorzystującej
szybki Ethernet dla sieci lokalnych. Wprowadzenie sieci LAN do nowych obiektów
elektroenergetycznych odbywa się stopniowo, wraz z rozwojem nowych protokołów
komunikacyjnych. Przyczyniły się do tego: wzrost szybkości działania sieci, zastosowanie
nowych rozwiązań zwiększających bezpieczeństwo pracy sieci oraz porządkujących wymianę
danych pomiędzy urządzeniami.
Nowe wymogi techniczne zostały zdefiniowane w standardzie IEC 61850, a następnie
wprowadzone i dokładnie opisane w instrukcjach ruchu operatora sieci przesyłowej [9] oraz
operatorów sieci dystrybucyjnej [10]. Stanowią one podstawę do projektowania i realizacji
nowych stacji elektroenergetycznych oraz modernizowania już istniejących.
Wymogi stawiane sieci komunikacyjnej rozpatrywać można dla trzech warstw:
sprzętowej, konfiguracyjnej oraz funkcjonalnej. Aby w pełni ocenić poprawność konfiguracji,
a następnie działania sieci komunikacyjnych potrzebne są narzędzia pozwalające na testowanie
zarówno pracy sieci jak i poszczególnych urządzeń do niej przyłączonych. Potrzebna jest
również wiedza inżynierska pozwalająca ocenić poprawność działania sieci, urządzeń
sieciowych, urządzeń telemechaniki oraz EAZ. Tworzą one wspólne środowisko automatyki
stacji decydując o poprawnym realizowaniu wszystkich zadań.
Ćwiczenie ma na celu zaprezentowanie narzędzi konfiguracyjnych i diagnostycznych
dostępnych dla służb zajmujących się automatyką stacji.
1.1
Charakterystyka standardu IEC 61850
IEC 61850 opisane pierwotnie zostało w dziesięciu dokumentach, które do dnia
dzisiejszego są modyfikowane i rozszerzane, tworząc coraz bardziej rozbudowany i
uniwersalny
standard.
Wykorzystuje
on
sposób
opisu
elementów
systemu
elektroenergetycznego zawarty w standardzie CIM, zastępuje tradycyjne urządzenia
automatyki elektroenergetycznej i telemechaniki tzw. urządzeniami inteligentnymi IED,
których sposób funkcjonowania określony został poprzez węzły logiczne LN (Logical
Node)
oraz sposoby wymiany danych pomiędzy nimi. LN reprezentuje zadania wewnętrzne
urządzenia i jest określony poprzez dane, przypisane im argumenty oraz metody dostępu do
nich. Poszczególne węzły przypisane są do trzech poziomów w obrębie modelowanego
obiektu: stacji, pola i procesu. Na bazie opisanych węzłów logicznych definiowane są funkcje
realizowane przez system [1].
Modelowanie funkcji realizowanych przez SAS (Substation
Automation System)
odbywa
się na zasadzie dekompozycji. Węzły logiczne (LN) zdefiniowane dla poszczególnych
urządzeń fizycznych, określanych, jako PD (Physical
Devices),
tworzą funkcję np.
zabezpieczenie odległościowe, wymieniając informacje pomiędzy sobą. W tym celu standard
definiuje interfejsy pozwalające na komunikację pomiędzy węzłami oraz opisuje sposób
wymiany informacji poprzez PICOM (Pice
of Information for COMunication).
Funkcja może
posiadać następujące cechy [6]:
może być reprezentowana przez kilka LN wymieniających dane pomiędzy sobą,
może mieć charakter rozproszony,
węzły logiczne mogą znajdować się w różnych PD.
Takie podejście narzuca wymagania jakościowe na SAS oraz elementy go tworzące.
Dodatkowo nakładane są również wymagania środowiskowe oraz funkcjonalne poprzez
wskazanie w standardzie istniejących norm i specyfikacji.
O sposobie organizacji lokalnego SSiN decyduje wiele czynników, jednym z nich jest
sposób współpracy poszczególnych urządzeń pomiędzy sobą [3].
1.2
Wymagania komunikacyjne
Standard IEC 61850 definiując wymagania, co do formatu danych oraz szybkości ich
przekazywania, precyzuje również sposób budowy sieci komunikacyjnej oraz technologie,
które powinny być w niej stosowane [6].
Sterownik
SCADA
Sterownik
SCADA
przełącznik
przełącznik
przełącznik
przełącznik
IED
IED
IED
IED
IED
Rys. 1.1.
Uproszczony schemat sieci światłowodowej łączącej urządzenia EAZ i telemechaniki
Podstawę fizyczną sieci komunikacyjnej stanowi technologia szybkiego Ethernetu oparta
na przełącznikach sieciowych. Ze względu na specyfikę stacji elektroenergetycznych
przyjmuje się, że szkielet sieci tworzą przełączniki połączone w pierścień łączami
światłowodowymi. Dla pojedynczych urządzeń możliwe jest również stosowanie połączeń
miedzianych. Do portów poszczególnych przełączników dołączone są urządzenia IED
wymieniające dane między sobą. Taki układ połączeń gwarantuje ich redundancję przy
jednoczesnym zachowaniu wymogów związanych z logicznym przepływem danych w postaci
drzewa. Aby spełnić wymagania opisane dla PICOM sieć komunikująca musi spełniać kilka
podstawowych kryteriów, do których należą [4]:
praca z szybkością 100 Mb/s lub wyższą w trybie full duplex,
szybka rekonfiguracja układu,
brak pętli logicznych i eliminacja sztormów rozgłoszeniowych,
synchronizacja czasu poprzez przełączniki i sieć z wykorzystaniem protokołu SNTP
lub innych protokołów specjalistycznych,
możliwość tworzenia sieci wirtualnych,
określenie priorytetów dla poszczególnych rodzajów komunikacji,
możliwość stosowania również starszych protokołów komunikacyjnych np. DNP
3,0 dla urządzeń niespełniających wymagań IED.
Zależnie od rodzaju informacji przesyłanych pomiędzy urządzeniami IED stosowane są
trzy tryby transmisji danych: unicast, multicast i brodcast.
PICOM opisuje wymagania jakościowe stawiane procesowi przekazywania informacji
pomiędzy poszczególnymi LN tworzącymi funkcje logiczne. Wymagania te dotyczą czasu i
opóźnień w przesyle informacji, integralności danych oraz sposobu obliczania wydajności
komunikacji [7].
Określenie czasu zdarzenia zależy od jego charakteru. Jeśli zdarzenie jest generowane w
wyniku obliczeń, alokacja (znakowanie) czasu powinna nastąpić w obrębie rozdzielczości
zegara. Jeżeli zdarzenie jest wynikiem zmiany wejścia binarnego należy uwzględnić migotanie
styku. Dla zdarzeń określonych jako zmiana wejścia analogowego uwzględniamy proces
filtrowania sygnału. Całkowity czas transferu komunikatu liczy się od chwili, kiedy nadawca
umieszcza zawartość danych na górze stosu transmisji, aż do chwili, kiedy odbiorca odzyskuje
dane ze stosu transmisji.
Wymagania zawarte w PICOM określone zostały w dwóch grupach klasy wydajności.
Pierwsza dotyczy sterowania i zabezpieczeń, są to klasy P1 – P3. Druga przewidziana została
dla pomiarów i jakości energii, klasy M1 – M3. Wyspecyfikowano siedem typów komunikatów
różniących się czasem, który może wynosić od 3 ms dla szybkiego komunikatu P3 do nawet
1000 ms dla transferu plików lub bloków danych [7].
Sieć zbudowana według takich założeń będzie również spełniać wymogi stawiane dla
starszych rozwiązań takich jak IEC 60870 czy DNP 3,0.
2. Konfiguracja komunikacji w SAS
Język konfiguracji opisany w części IEC 61850 – 6 stanowi istotny element modelowania
systemu, co pozwala na precyzyjne definiowanie wszystkich elementów SAS. Do konfiguracji
wykorzystano rozszerzalny język znaczników XML, a stworzony język określa się, jako język
konfiguracji systemu (SCL). Głównym celem tego formatu wymiany jest zapewnienie
możliwości opisu systemu stacji oraz stworzenie narzędzi inżynierii IED zgodnych dla
systemów różnych producentów. Języku SCL zawiera informacje związane z opisem
komunikacji pomiędzy IED, konfiguracji parametrów IED oraz konfiguracji SAS. Model
systemu i komunikacji IED w SCL uwzględnia wymagania zdefiniowane w IEC 61850-5 i IEC
61850-7-x.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin