Обзор стандарта IEEE C37.118 и его требований к системам синхронизированных векторных измерений

Стандарт IEEE C37.118.1 описывает основные методы синхронизированных векторных измерений и требования к характеристикам устройств СВИ. Стандарт также определяет требования к измерениям синхрофазоров, частоты и скорости изменения частоты в установившихся и переходных режимах. Им устанавливаются важные для передачи измерений требования к синхронизации устройств СВИ и скорости передачи данных.

Типовая система синхронизированных векторных измерений состоит из нескольких устройств синхронизированных измерений (PMU) и концентратора векторных измерений (PDC).

Основным архитектурным решением является размещение на основных подстанциях устройств PMU, осуществляющих измерения и их передачу по каналам связи в реальном времени концентратору (PDC). Концентратор, в свою очередь, размещается преимущественно в том месте, где будет производиться дальнейшая обработка данных.

Рис. 1 "Типовая архитектура СВИ"
Рис. 1. Типовая архитектура СВИ.

В случае если ИЭУ, установленные на подстанции,  реализуют функцию синхронизированных векторных измерений, целесообразно размещать концентратор непосредственно на ПС.

Собираемые концентраторами (PDC) данные могут использоваться в системах различных уровней сложности – начиная с визуализации данных и формирования предупредительных сигналов, заканчивая системами анализа, управления и защиты.

На основе СВИ может быть создана система мониторинга переходных режимов, которая использует модель энергосистемы и данные реального времени для решения задач оперативного управления и прогнозирования.

Практическое применение находят системы отображения измерений (напряжений, токов и мощностей), построенные на основе СВИ.

Примером аналитической системы, использующей СВИ, является система обнаружения качаний и модального анализа, позволяющая диспетчеру выявить источники качаний и определить необходимые демпфирующие управляющие воздействия.

Для получения “картины” синхронизированных измерений целого региона возможна организация связи между концентраторами, установленными на разных объектах, с вышестоящим центральным концентратором.

Требования стандарта IEEE C37.118 к формату сообщений

Основные понятия

Стандарт С37.118.2 описывает 4 типа сообщений, используемых для конфигурирования и передачи информации в реальном времени от устройств PMU концентратору (PDC) или наоборот.
В их число входят сообщения, передающие данные, конфигурацию, заголовок, а также управляющие сообщения.

Сообщения, содержащие конфигурацию, данные и заголовки передаются источником данных, им может быть как устройство векторных измерений (PMU), так и концентратор (PDC). Управляющие сообщения передаёт устройство-получатель данных для запроса информации или управления потоком данных.

Сообщения, содержащие измерения и конфигурацию (номера каналов, данные типов, коэффициенты пересчета) передаются в формате, предназначенном для машинного восприятия, описательная информация передаётся в формате, воспринимаемым человеком.

Управляющие сообщения передаются в формате, предназначенном для машинного восприятия.

Для каждого типа сообщения стандарт определяет особенности конфигурации и содержимого, включая синхронизацию кадров и контрольные суммы. Примеры и детальные описания сообщений приведены в стандарте и его приложениях.

Кадр данных

Кадр данных содержит измеренные или вычисленные устройством синхронизированных векторных измерений данные реального времени. Кадр состоит из полей заголовка, длины сообщения, идентификационного номера источника (ID), метки времени, информации о состоянии данных, их источнике и качестве измерений.

Поле измерений содержит: фазор (в прямоугольной или полярной системе координат), частоту, скорость изменения частоты, а также аналоговые и дискретные значения. Все измерения, за исключением дискретных, могут быть представлены в формате с фиксированной или плавающей точкой.

Поле информации о состоянии данных содержит информация о достоверности данных, качестве источника времени, а также различные триггеры, предназначенные для обработки устройствами и приложениями, принимающими данные.

Кадр данных может содержать как измерения одного устройства синхронизированных измерений, так и нескольких сразу. В случае объединения в одном кадре данных нескольких PMU данные каждого, включая служебные, передаются в отдельных блоках. Такой метод позволяет объединять данные разных УСВИ с одинаковыми метками времени и передавать их как единый кадр синхронизированных векторных измерений.

Рис. 2 "Стуктура кадра данных"
Рис. 2. Структура кадра данных.

Кадр конфигурации

Кадр конфигурации 1-го типа

В кадре конфигурации 1-го типа “CFG-1” передаётся информация о всех данных, которые способно отправлять устройство PMU/PDC. Кадры имеют одинаковый формат для редакций стандарта 2005 и 2011 года. Тип конфигурационного кадра “CFG-1” определяется значениями “010” в битах с 4-го по 6-й кадра синхронизации (SYNC). “CFG-1” является кадром фиксированной длины и содержит 19 полей (за исключением полей контрольной суммы CRC и скорости передачи). Поля 8-19 содержат информацию о возможностях каждого PMU и повторяются при передаче измерений от нескольких PMU в кадре данных.
Структура “CFG-1” приводится в таблице 8 редакции стандарта 2011 года и таблице 9 редакции 2005 года.

Кадр конфигурации 2-го типа

Кадр конфигурации 2-го типа “CFG-2” содержит информацию о передаваемых на данный момент в кадре данных измерениях. Кадры имеют одинаковый формат для редакций стандарта 2005 и 2011 года. Тип конфигурационного кадра “CFG-2” определяется значениями “011” в битах с 4-го по 6-й кадра синхронизации (SYNC). “CFG-2” является кадром фиксированной длины и содержит 19 полей (за исключением полей контрольной суммы CRC и скорости передачи). Поля 8-19 содержат информацию о возможностях измерений каждого PMU и повторяются при передаче измерений от нескольких PMU в кадре данных. Структура “CFG-2” приводится в таблице 8 редакции стандарта 2011 года и таблице 9 редакции 2005 года.

Кадр конфигурации 3-го типа

Кадр конфигурации 3-го типа “CFG-3” добавлен в редакцию стандарта 2011 года, его использование является опциональным, что позволяет устройствам, не обеспечивающим его поддержку, оставаться соответствующими стандарту. Кадры “CFG-3” и “CFG-2” имеют одно и то же назначение и содержат информацию о передаваемых в кадре данных измерениях. “CFG-3” в отличие от “CFG-2” имеет расширенный формат, позволяющий полям имён иметь не фиксированную длину (в “CFG-2” под них отводится 16 байт), также он может содержать дополнительную информацию, передаваемую PMU.

Тип кадра “CFG-3” определяется значениями “101” битов 4-6 кадра синхронизации (SYNC). “CFG-3” является кадром не фиксированной длины и содержит 27 полей (за исключением полей контрольной суммы CRC и скорости передачи).

Поля с 9 по 27 содержат информацию о возможностях измерений каждого PMU и повторяются при передаче в кадре данных измерений от нескольких PMU. Переменная длина кадра позволяет осуществлять более эффективную передачу данных. Структура “CFG-3” приведена в таблице 10 стандарта редакции 2011 года.

Кадр заголовка

Кадр заголовка отправляет PMU или концентратор (PDC) главному концентратору системы. Он содержит информацию об отправителе (PMU/PDC) в ASCII-формате. Структура кадра заголовка не претерпела изменений при переходе к редакции 2011 года.

Кадр управления

Кадр управления отправляется устройством-получателем устройству PMU или концентратору для запуска/остановки процесса передачи данных или для запроса информации в виде кадров заголовка или конфигурации.

Управляющие кадры всегда отправляются устройством, осуществляющим сбор информации, устройству, осуществляющему отправку измерений и данных.

Поле “IDCODE” кадра управления определяет не устройство-отправителя, а отправляемый им поток данных. Такой механизм необходим из-за возможности отправки одним устройством нескольких потоков данных одновременно, в том числе одному получателю.

Для запроса кадра конфигурации “CFG-3” была добавлена новая команда “отправить кадр конфигурации CFG-3”. Команда является опциональной так же как кадр конфигурации “CFG-3”.

Биты данных, не используемые на данный момент в кадрах управления, зарезервированы для использования в последующих редакциях стандарта. Расширенный формат кадра управления предусмотрен для реализаций пользовательских функций, например, конфигурирования PMU или дистанционного управления.

Часть области данных, отведенной под команды, сделана недоступной для конфигурирования пользователем. Общая длина команды составляет 2 байта, т.е. 16 бит (позиции с 0 до 15). Все команды, в которых биты с 8 позиции по 11 имеют ненулевые значения могут быть использованы пользователями. Все остальные биты зарезервированы для дальнейшего использования.

Что описывают приложения стандарта?

Стандарт включает в себя 6 приложений: список литературы, циклические избыточные коды, телекоммуникационные системы, примеры сообщений, отображение сообщений СВИ на телекоммуникационные протоколы, методы передачи данных СВИ посредством IP-протокола.

Приложение “B” рассматривает применение циклических избыточных кодов спецификации CRC-CCITT, используемых во всех сообщениях стандарта С37.118.

В приложении “С” рассматриваются вопросы, связанные с пропускной способностью каналов связи, необходимой для осуществления передачи данных, а также вопросы, временных задержек в каналах связи.

Для случая, когда передача данных реализуется поверх протокола UDP требования приведены в табличной форме. Также в приложении приводится таблица распределения задержек в типовых системах, которая может быть полезна при создании приложений реального времени.

Приложение “D” содержит примеры всех типов сообщений и может быть использовано для проверки реализаций требований стандарта различными разработчиками.

Приложение “Е” является нормативным документом, определяющим каким образом сообщения стандарта С37.118.2 должны “накладываться” на нижестоящие телекоммуникационные протоколы.

Данный подход гарантирует единство интерпретации сообщений и команд приложениями, отправляющими и принимающими данные, независимо от нижестоящих телекоммуникационных протоколов.

В приложении описывается отображение как на протоколы последовательной передачи данных, так и на сетевые, типовой пример – отображение на IP-протокол. Отображение на протоколы последовательной передачи может быть применено при отсутствии возможности использования IP, хотя современные системы используют преимущественно именно IP.

В приложении “F” описываются способы передачи данных СВИ, использующие IP-технологии со стандартными протоколами TCP, UDP и объединенными TCP/UDP в качестве опции.

Использование IP поверх Ethernet является наиболее распространенным способом организации связи, использующие его реализации демонстрируют высокую совместимость, хотя формально этот способ не стандартизирован.

Требования к системам передачи данных

Стандарт С37.118.2-2011 описывает содержание сообщений и процедуры обмена ими . В случае удовлетворения требований, предъявляемых СВИ к “ширине” канала, задержкам и надежности, для передачи данных может быть использована любая телекоммуникационная система и любой телекоммуникационный протокол.

Механизмы установления соединения, повторной передачи, вопросы безопасности и другие вопросы, связанные с телекоммуникациями, относятся к протоколам телекоммуникационных систем и программам, которые их используют.

СВИ может быть адаптирована к существующим телекоммуникационным системам путем описания сообщений и их содержания.
Обмен сообщениями СВИ может быть модернизирован при обновлении телекоммуникационной системы или введении новых требований к задержкам, скорости передачи данных, информационной безопасности.

Между редакциями стандарта 2011 и 2005 годов сохранена обратная совместимость, что обеспечивает поддержку уже существующих или вновь разрабатываемых проектов и развитие системы синхронизированных векторных измерений.

Цифровая подстанция

(close)

 

Цифровая подстанция

(close)

Имя пользователя должно состоять по меньшей мере из 4 символов

Внимательно проверьте адрес электронной почты

Пароль должен состоять по меньшей мере из 6 символов

 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: