Перспективы применения IEC 61850 в распределительных сетях

В свете все увеличивающегося числа проектов, НИОКРов и технических решений, связанных со стандартом IEC 61850, редакция ЦПС задалась вопросом: а есть ли будущее у IEC 61850 в распредсетях? Причем не локально, на подстанциях, а повсеместно, в разных точках и на разных устройствах, применяемых в РЭС. Разобраться в этом нелегком вопросе нам помогли специалисты, занимающиеся непосредственно IEC 61850 и распределительными сетями. Итак, быть или не быть там стандарту?
Иван Дорофеев
«ПиЭлСи Технолоджи»

Прежде всего хочу отметить, что IEC 61850 — это стандарт на системы связи: изначально — в пределах подстанций, затем он получил развитие и применение за их пределами. Думаю, не нужно много говорить о том, какие преимущества дает использование IEC 61850 в сфере обмена информацией, назову лишь несколько:

  • Стандартизованные интерфейсы и протоколы обмена информацией.
  • Стандартизованный язык конфигурирования устройств защиты и управления.
  • Объектно-ориентированный подход и стандартизованная семантическая модель объекта управления и его системы защиты и управления.

Правильно используя инструментарий, предоставляемый IEC 61850, можно достичь существенного снижения стоимости создания систем защиты и управления.

Если в распредсетях есть перспективы для задач, требующих обмена данными, то альтернативы IEC 61850 просто нет.

В настоящее время отечественный распределительный сетевой комплекс имеет невысокий уровень автоматизации, который сводится в основном к задачам SCADA и локальной автоматики (РЗ, АВР, АЧР), однако имеет тенденцию и потенциал к развитию. Насыщенность объектов распределительной сетевой инфраструктуры средствами мониторинга и управления позволит существенно повысить надежность и качество электроснабжения конечного потребителя, а также снизить издержки эксплуатации. Примерами «продвинутой» автоматизации могут служить следующие функции:

  • Определение места повреждения в разветвленной сети.
  • Автоматика восстановления электроснабжения после повреждения (FLISR).
  • Автоматическое управление уровнями напряжения и потерями (перенос точки деления сети, управление компенсацией РМ) — и многие другие.

Кроме того, существуют задачи подключения источников распределенной генерации к сетям среднего и низкого напряжений. Их решение предъявляет повышенные требования к наблюдаемости и управляемости электрической сети.

Все вышеописанные функции требуют организации систем связи. Более того, наибольший положительный эффект будет достигнут при взаимной интеграции этих функций в едином информационном пространстве.

IEC 61850 сложен и несовершенен, но на сегодняшний день это самый эффективный из существующих способ организации и передачи информации для задач «полевой» автоматизации. И если в распределительном сетевом комплексе есть перспективы для задач, требующих обмена данными, то альтернативы IEC 61850 просто нет.

* * *

Виталий Шапаренко
«МРСК Северо-Запада»

Удешевление шины процесса возможно только при применении низкоуровневых высокоскоростных шин других стандартов.

Применение стандарта IEC 61850 на распределительных подстанциях станет целесообразным только при значительном снижении стоимости реализации шины процесса, появлении на рынке недорогих надежных цифровых комбинированных датчиков тока и напряжения (ЦКДТН), а также снижении стоимости проектирования и наладки. На текущий момент удешевление шины процесса возможно только при применении низкоуровневых высокоскоростных шин других стандартов (например, FlexRay).

Стоимость проектирования и наладки можно снизить путем разработки типовых проектов повторного применения (ячеек, КРУ, подстанций) с минимальным количеством ЦКДТН и цифровых интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ), обеспечивающих функции РЗА, телемеханики, учета и контроля качества электроэнергии. Типовые проектные решения должны обеспечивать значительное снижение стоимости эксплуатации за счет сокращения объема технического обслуживания и ремонта вторичного оборудования, в том числе посредством полной и непрерывной самодиагностики всех вторичных цепей.

Стандарт IEC 61850 должен в первую очередь обеспечить совместимость ИЭУ для выполнения сквозного проектирования в САПР объектов любой сложности на базе типовых решений.

Стандарт IEC 61850 должен в первую очередь обеспечить совместимость ИЭУ для выполнения сквозного проектирования в САПР объектов любой сложности на базе типовых решений. Системы управления подстанцией должны осуществлять постоянный контроль и управление ИЭУ. Вышедшие из строя ИЭУ должны выявляться системой управления и выводится автоматически из работы с максимальным сохранением функций системы за счет других ИЭУ. Вновь подключаемые к сети энергообъекта ИЭУ после прохождения идентификации должны автоматически конфигурироваться системой.

Массовый спрос на использование систем автоматизации на базе стандарта IEC 61850 я вижу при выходе применения стандарта за пределы отдельно взятой подстанции, в переходе от проектирования и строительства отдельных энергообъектов к проектированию энергокластеров с малой генерацией, в массовом внедрении распределенной автоматики в распределительных сетях и появлении механизмов непрерывного управления выработкой и потреблением электроэнергии путем информационного взаимодействия автоматики потребителя с системами управления участников рынка электроэнергии.

* * *

Нияз Магдеев
«Ленэнерго»

Несмотря на то, что IEC 61850 предназначен для реализации технологии цифровой подстанции, применение этого стандарта при организации цифровизации в распределительных электрических сетях позволит за счет жестких требований по совместимости оборудования обеспечить взаимодействие между различными цифровыми IED-устройствами в узлах сети всех участников передачи и потребления электроэнергии. Таким образом, сети, построенные с применением поддерживающих IEC 61850 устройств, будут гибкими и легко адаптирующимися к изменениям топологии единой информационной модели электрической сети.

* * *

Сергей Трубачев
Schneider Electric

Прежде всего необходимо обязательное внедрение цифрового проектирования с подходом к нему, рекомендуемым стандартом.

Перспективы применения стандарта IEC 61850 в распределительных сетях есть и должны быть как минимум для того, чтобы наконец прийти к единой форме информационного обмена на энергетических объектах всех уровней и классов.

Прежде всего необходимо обязательное внедрение цифрового проектирования с подходом к нему, рекомендуемым стандартом: от SSD-файлов в качестве технического задания от заказчика до SCD-файлов итоговой конфигурации объекта от проектной организации. Что касается самого информационного обмена на объектах распределительной сети, то это использование GOOSE и MMS. Конечно, применение Sampled Values на текущий момент для подобных объектов нецелесообразно, но GOOSE-сервисы уже готовы принести достаточный объем выгоды в проектирование, строительство и эксплуатацию таких энергообъектов. Использование MMS-протокола для целей телемеханики и «общения» с системами верхнего уровня также имеет ряд преимуществ по сравнению с применяемыми сейчас протоколами передачи данных, внося семантику и унификацию в потоки передаваемой информации. Кроме того, MMS-сервис позволит внедрить автоматизированное управление уставками и функциями устройств РЗА из центров диспетчеризации при изменениях режимов работы или конфигурации сети.

Таким образом, стандарту в распределительной сети — быть!

* * *

Алексей Дымшаков
«Прософт-Системы»

В распредсетях перспективно применение нескольких групп стандартов: IEC 61850, IEC 61970-301, IEC 62056.

По нашему мнению, применение IEC 61850 в распределительных сетях перспективно в плане описания модели объектов (ТП, РП, ПС) распределительной сети, а также описания цифрового взаимодействия внутри объектов и между ними. Но, в свою очередь, для описания общей сетевой модели электрической сети целесообразнее применять CIM-модель на базе стандарта IEC 61970-301. Не надо забывать и о том, что одной из основных автоматизированных систем РЭС, помимо АСУ/ТМ/РЗА и др., является система учета электрической энергии, в которой передачу профилей энергии на верхний уровень АИИС КУЭ целесообразнее производить согласно стандарту IEC 62056 (DLMS/COSEM/СПОДЭС), а диагностическую информацию и общие параметры учета передавать в систему АСУ ТП/ТМ в соответствии с IEC 61850. Таким образом, в распределительных сетях перспективно применение нескольких групп стандартов: IEC 61850, IEC 61970-301, IEC 62056.

* * *

Алексей Аношин
«Теквел»

С точки зрения распределительных сетей об IEC 61850 скорее следует говорить в контексте описания общей модели сети в CIM.

Конечно, IEC 61850 найдет применение и в распределительных сетях в том числе; вопрос лишь во времени и в форме. С точки зрения подстанций — тут все более-менее однозначно, и развитие в этой сфере уже идет. С точки зрения распределенной автоматизации (реклоузеры, датчики повреждений и прочее) — можно сказать, что тут рынок ближе к началу пути. Могу предположить, что путь этот будет более-менее похож на то, что происходило в стандарте с подстанциями. В первую очередь появится поддержка MMS: такие аппараты уже есть на рынке. В отдельных случаях, возможно, будет применяться и GOOSE: устройства для распределенной автоматизации с поддержкой GOOSE и передачей через ВОЛС также доступны, другой вопрос в данном случае — по какой цене.

С точки зрения распределительных сетей об IEC 61850 скорее следует говорить в контексте описания общей модели сети в CIM: симбиоз модели сети в CIM, моделей функций в IEC 61850 и коммуникаций по MMS позволит строить более совершенные системы автоматизации — и делать это будет проще, чем в случае классических систем.

* * *

Артем Перепелицын
ФИЦ

В силу колоссального объема точек сбора/приема информации в распределительных сетях небольшая разница в стоимости единичного устройства (группы устройств) будет сильно изменять стоимость проектов в целом.

На мой взгляд, IEC 61850 в распределительных сетях найдет свое место — так же, как и на других цифровых объектах электроэнергетики. При этом его использование будет не таким повсеместным, как на цифровых подстанциях, причиной чего, на мой взгляд, станет экономика. Не в том смысле, что предложения на основе IEC 61850 по умолчанию дороже, вовсе нет. Просто решений много, а в силу колоссального объема точек сбора/приема информации в распределительных сетях небольшая разница в стоимости единичного устройства (группы устройств) будет сильно изменять стоимость проектов в целом. Поэтому наиболее вероятным развитием событий, я думаю, будут существенная «разносортица» оборудования и протоколов передачи данных на полевом уровне и применение IEC 61850 для передачи информации от уровня РЭС (группы подстанций) и выше.

* * *

Максим Парамонов
«Сетевая компания»

Отличительная особенность распределительных сетей состоит в большом количестве полевых устройств (выключатели, реклоузеры, индикаторы короткого замыкания, выключатели нагрузки, приборы учета), распределенных по большой длине фидера. Также стоит отметить, что распредсети имеют сильно разветвленную топологию с большим количеством отпаек и присоединением к нескольким центрам питания. Следствиями такой архитектуры являются долгий и трудоемкий процесс поиска места повреждения и низкая наблюдаемость.

Важной задачей является объединение всех полевых устройств сети в единую структуру так, чтобы эти устройства «общались» на одном языке.

Безусловно, идеологию цифровой подстанции можно транслировать на распределительные сети. Важной задачей является объединение всех полевых устройств сети в единую структуру так, чтобы эти устройства «общались» на одном языке, причем без возникновения участков сети, сбор данных в которых происходит по индивидуальным протоколам. Присоединение новых агентов должно быть стандартизировано и не должно требовать единичных решений для организации обмена данными. Архитектура системы связи должна позволять расширять систему без глубокой модернизации — путем добавления необходимых модулей на уровне объектов, расширения лицензий на уровне программного обеспечения и установки дополнительного программного обеспечения. Вместе со всем этим стоит отметить необходимость децентрализации управления сетями так, чтобы обмен данными проходил между агентами сети и решение об изменении конфигурации сети принималось автоматически, без вмешательства диспетчера.

Данный подход к автоматизации распределительных сетей позволит сократить время на поиск места повреждения в первую очередь для участков сети, требующих улучшения показателей надежности SAIDI, SAIFI, ENS. Самовосстанавливающаяся сеть 10 кВ основывается на том, что ТП и РП оснащаются контроллерами, каждый из которых следит за состоянием «своих» линии электропередачи и оборудования. При этом все контроллеры объедены в общую информационную сеть и имеют горизонтальные связи, организованные таким образом, что каждый элемент самоконфигурируется в зависимости от состояния соседнего. Очевидно, что применение данного стандарта позволит реализовать:

  • В случае аварии на одном из участков сети интеллектуальные устройства обнаруживают повреждения, «сообщаются» между собой и запускают алгоритмы изолирования повреждения и восстановления электроснабжения потребителей посредством цепочки различных операций с применением АВР.
  • Адаптивное АПВ, зависящее от состояния сети в момент повреждения.
  • Самоконфигурирование сети, реализуемое непрерывным решением многопараметрической задачи, которая направлена на оптимизацию режима работы по таким критериям как потери в сети, надежность и качество электроснабжения.

Тем не менее есть реалии, накладывающие ограничения на применение IEC 61850 для распредсетей. Сюда стоит отнести отсутствие каналов связи, отвечающих требованиям надежности и пропускной способности, а также экономическую нагрузку, обусловленную необходимостью дооснащения инфраструктуры контроллерами, устройствами сопряжения и т. п. Однако, учитывая скорость развития технологий, допустимо предположить, что данный стандарт может быть внедрен в распределительной сети в ближайшем будущем, в первую очередь в городских кабельных сетях с большой плотностью потребления.

* * *

Сергей Новиков
«МРСК Центра»

Внедрению IEC 61850 на уровне распредсетей мешает несколько факторов.

По моему мнению, внедрению IEC 61850 на уровне распределительных сетей мешает несколько факторов, что ставит под сомнение эффективность его применения в том случае, если речь идет о цифровизации сети 6–10 кВ.

Во-первых, сам стандарт изначально был разработан как решение для подстанций или других промышленных объектов и для оборудования, расположенного на достаточно компактной территории и защищенного от электромагнитного воздействия. Если говорить об оборудовании, установленном непосредственно в сеть для ее автоматизации и наблюдаемости, для распредсети сразу возникают вопросы электромагнитных отводок (ЭМО), стабильности работы цифровых каналов передачи информации, необходимости такого информационного трафика, который есть на ЦПС, особенно в плане измерений; также есть проблемы резервирования и синхронизации времени.

Во-вторых, оборудование ДП РЭС и ЦУС не работает с протоколами, которые предусмотрены в стандарте IEC 61850, что ставит экономическую целесообразность его распространения на распредсети под еще большее сомнение.

В-третьих, у проектных, монтажных и электросетевых организаций еще нет достаточного опыта применения IEC 61850 на ПС, чтобы полноценно начать внедрять его на объектах распредсетей, за исключением крупных городских РП 6–10 кВ, где, возможно, это будет действительно технически и экономически целесообразно. Так же необходимо понимать, что потребуется доработка распредсетевого оборудования, а это скажется на его конечной стоимости и приведет к дополнительным капзатратам.

Резюмируя, можно сказать, что для распределительной сети преимущества IEC 61850 неочевидны — в том числе на фоне преимуществ уже применяемых протоколов и технологий.

* * *

Михаил Пирогов
«НПП „Микропроцессорные технологии“»

Почему в нашей отрасли мы пытаемся решить все задачи одним подходом и только через IEC 61850?

В современных отраслях промышленности использование цифровых технологий нашло массовое применение и обеспечило конкурентные преимущества компаниям, внедрявшим подобные решения. Исследуя развитие архитектур систем в области авиации, транспорта и ответственных промышленных производств, мы видим отсутствие доминирования единого стандарта для цифровых шин обмена данными. Напротив, эволюция таких технологий показала востребованность разных решений на базе интерфейсов:

  • Ethernet (протоколы: Profinet, EtherCAT, Ethernet Powerlink, EtherNet/IP, SERCOS III и т. п.).
  • Витая пара (протоколы: Modbus, ProfiBus DP, LanDrive, МЭК 60870, HDLC, CanOpen и т. п.).
  • Беспроводной канал (сети: ZigBee, Wi-Fi, GSM/GPRS, Bluetooth, технологии интернета вещей).

Так почему тогда в нашей отрасли мы пытаемся решить все задачи одним подходом и только через IEC 61850? Эта технология найдет применение, однако не станет доминирующей, так как для ряда задач она сложна и дорога, а массовостью производства фактор себестоимости полностью не снять.

Будущее отрасли в комбинированном и более широком подходе.

Уверен, что будущее отрасли в комбинированном и более широком подходе, и в ближайшее время мы увидим предложения бюджетных исполнений цифровых шин обмена данными, например, для сокращения цепей межсекционных связей подстанций 6–35 кВ. Беспроводной канал связи для работы с устройством скоро заменит USB. В течение 3–5 лет отрасль увидит решения с беспроводными каналами связи между устройствами внутри подстанции, интеграцию в облачные технологии хранения и обработки больших данных, например, с целью улучшения сервиса производителя оборудования для служб эксплуатации.

* * *

Леонид Орлов
«ИНБРЭС»

На мой взгляд, целесообразность и оптимальный объем применения стандарта IEC 61850 зависят от класса объекта и исполнения электроустановки:

  • Центры питания (ПС 35–220 кВ):
    • в некоторых РСК присутствуют крупные ПС 220 кВ в открытом исполнении — для таких ПС актуальна полная цифровизация с применением IEC 61850-8-1 и IEC 61850-9-2;
    • полевые преобразователи (ПАС/ПДС/ПАДС) эффективны только для открытых распределительных устройств; для КРУЭ и ЗРУ применение отдельных ПАС/ПДС/ПАДС нецелесообразно;
    • для большинства ПС 35-110 кВ оптимальны «облегченные» ЦПС с применением IEC 61850-8-1, а цифровизация измерений с использованием IEC 61850-9-2 не очень оправдана;
    • можно рассматривать архитектуры с шиной процесса для узловых ПС с большими ОРУ-110 кВ, но эффективность таких решений неоднозначна;
    • для небольших ПС 110 кВ и любых ПС 35 кВ по поводу эффективности шины процесса IEC 61850-9-2 можно сказать следующее:
      • «классическая» цифровизация с установкой дублированных ПАС в РУ и сохранением того же состава ИЭУ в ОПУ не имеет смысла,
      • заслуживают большого внимания варианты оптимизации структуры ЦПС за счет применения многофункциональных устройств (МФУ), объединяющих в себе функции защиты, управления, оцифровки информации,
      • данные варианты архитектуры позволяют сократить затраты и получить дополнительные эффекты от цифровизации за счет реализации новых вариантов распределения функций защиты и управления между МФУ, в том числе адаптивных схем резервирования РЗА;
    • для закрытых РУ 6–35 кВ весьма актуально применение «цифровых» КРУ с широким использованием IEC 61850-8-1 и многофункциональных устройств защиты и управления.
  • Объекты распределительных сетей (РП, ТП, ВЛ, КЛ 6–20 кВ):
    • шина процесса IEC 61850-9-2 неактуальна — для решения задач управления распределительными сетями, требующих цифровизации и синхронизации измерений тока и напряжения, более эффективны технологии синхронизированных векторных измерений;
    • для узловых РП также весьма актуально применение «цифровых» КРУ;
    • для малых РП и ТП сельских сетей с преимущественным использованием ВЛ на сегодняшний день применение IEC 61850-8-1 неэффективно; вместе с тем при оснащении данных объектов комплексами малой телемеханики есть смысл заложить контроллеры с поддержкой данного стандарта, что может пригодиться при дальнейшей модернизации этих объектов;
    • для устройств секционирования и автоматизации ВЛ (реклоузеров, других телеуправляемых коммутационных аппаратов, УТКЗ) IEC 61850-8-1 не нужен, наиболее оптимально тут применение IEC 60870-5-104;
    • при цифровизации объектов городских кабельных сетей целесообразность применения IEC 61850 зависит от решаемой задачи и доступности каналов связи по ВОЛС — для простой телемеханизации достаточно и IEC 60870-5-104; если же планируется создание самовосстанавливающихся сетей по принципу децентрализованной автоматизации, то следует рассмотреть возможность применения IEC 61850-8-1 (GOOSE) между МФУ смежных объектов.

* * *

Андрей Кучерявенков
«Антракс»

Основная проблема применения стандарта IEC 61850 в распредсетях — это отсутствие надежных каналов передачи данных.

Основная проблема применения стандарта IEC 61850 в распределительных сетях — это отсутствие надежных каналов передачи данных. Количество распределительных сетей, которые могут обвязать свои распределенные объект надежным кабельным каналом связи аналогично тому, как это организуется на цифровой подстанции, очень мало.

В большинстве распределительных сетей для использования остаются только беспроводные каналы связи, которые в силу своего быстродействия могут оперативно пропускать данные в формате стандарта IEC 61850 только в урезанном формате. Но урезанный формат данных весьма неудобен для эксплуатационщиков и релейщиков. Поэтому для возможности развития полноценного IEC 61850 в распределительных сетях необходимо преодоление барьера в организации надежного, киберзащищенного и быстродействующего канала связи. До преодоления возможны только малые, точечные, не связанные в единую структуры внедрения.

Цифровая подстанция

(close)