7 июня 2012 г. на кафедре Релейной защиты и автоматизации энергосистем НИУ МЭИ (ТУ) состоялись защиты магистерских диссертаций по тематике цифровых подстанций:

• Методика применения протоколов резервирования передачи данных в системах РЗА цифровых подстанций (студент: Авраменко В. Н.; научный руководитель: профессор, д.т.н. Максимов Б. К.; консультант: ассистент Головин А. В.).
• Моделирование и анализ эффективности функционирования информационной сети цифровой подстанции 220/110/35/6 кВ (студент: Стешенко Д. М.; научный руководитель: профессор, д.т.н. Максимов Б. К.; консультант: ассистент Аношин А. О.).
• Методика и результаты проектирования коммуникационных связей РЗА на ПС 220/110/35/6 (студент: Тазин В. О.; научный руководитель: профессор, д.т.н. Максимов Б. К.; консультант: ассистент Аношин А. О.).
  

Работы выполнялись при участии сотрудников компании “ТЕКВЕЛ” (www.tekvel.ru).Далее Вы можете ознакомиться с введением и оглавлением каждой из работ.

МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТОКОЛОВ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ РЗА ЦИФРОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Цифровые сети Ethernet становятся неотъемлемой частью систем релейной защиты и автоматики (РЗ и А) подстанций. В том числе, это обусловлено началом широкого применения протоколов обмена данными стандарта МЭК 61850 для обмена данными между устройствами РЗА.

Повреждение канала связи в сети Ethernet подстанции может приводить к отказу обмена данными между устройствами РЗА и, как следствие, к их некорректной работе (например, к отказу устройств релейной защиты в срабатывании).

Для исключения нарушения обмена данными в сетях Ethernet применяются различные протоколы резервирования (RSTP, HSR, PRP).

Целью настоящей работы является разработка методики применения протоколов резервирования передачи данных в сетях Ethernet систем автоматизации цифровых подстанций согласно требованиям стандарта МЭК 61850 и функциональным требованиям систем РЗА.

Особенностью методики применения протоколов резервирования является то, что она базируется на рекомендациях Международной Электротехнической Комиссии и позволяет внедрять протоколы резервирования в сетях обмена данными большинства энергообъектов.

При выполнении настоящей работы использовались результаты, опубликованные автором в следующих статьях:

• Авраменко В.Н., Головин А.В., Максимов Б.К., «Применение протокола резервирования RSTP в системе автоматизации цифровой подстанции», М.: «ЭНЕРГЕТИК», 2012 г.
• Авраменко В.Н., Головин А.В., Максимов Б.К., «Применение протокола резервирования RSTP в системах РЗА цифровых подстанций»,  ВОСЕМНАДЦАТАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И АСПИРАНТОВ, «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА», тезисы докладов, М.: «Издательский дом МЭИ», 2012г.

[dm]80[/dm]

МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ 220/110/35/6 КВ

Цифровая подстанция – это подстанция нового поколения, на которой применяются самые современные технологии и информационный обмен между устройствами одна из основных задач, решаемых проектировщиками систем автоматизации подстанции. Наиболее распространенным подходом к проектированию информационных систем подстанций в настоящее время являются решения на основе экспертных оценок. В соответствии с этим подходом специалисты в области телекоммуникационных технологий на основании имеющегося у них опыта и экспертных оценок осуществляют проектирование вычислительных систем, обеспечивающее решение конкретной задачи или класса задач. Этот подход позволяет минимизировать затраты на этапе проектирования, быстро оценить стоимость реализации информационной системы. Однако решения, полученные с использованием экспертных оценок, носят субъективный характер.

Еще одним подходом является физическое моделирование. Возможности физического моделирования при анализе информационных сетей сильно ограничены. Оно позволяет решать отдельные задачи при задании небольшого количества сочетаний исследуемых параметров системы. При натурном моделировании вычислительной сети практически невозможно проверить ее работу для вариантов с использованием большого количества коммуникационных устройств и устройств релейной защиты и автоматики. Но если определенным образом преобразовать топологию, то возможности физического моделирования могут возрасти. Однако снятие статистических характеристик с различных точек сети чрезвычайно затруднено. Если на рабочей станции возможно программно снять статистику использования интерфейса, то на коммутаторе или в оптической линии связи это может стать практически невозможным. Анализ полученных результатов осложнен сложностью расчетов.

В качестве альтернативного может быть использован подход, предполагающий разработку модели и моделирование (имитацию работы) поведения вычислительной системы. В данной диссертации рассматривается программная система имитационного моделирования OPNET Modeler, которая ориентирована на сети связи и позволяет строить модели с элементами программирования. Такие программные комплексы позволяют создавать модель сети на основе исходных данных о ее топологии и используемых протоколах, об интенсивностях потоков запросов между устройствами сети, протяженности линий связи, о типах моделей используемого оборудования и приложений.

Стандарт МЭК 61850 ставит жёсткие требования к времени передачи данных рис. В1. Полное время передачи данных от момент создания сообщения и до момента его приема и возникающие задержки являются необходимой информацией при проектирование систем релейной защиты и автоматизации. Данная магистерская работа ставит своей задачей изучить вопросы обеспечения требуемого времени передачи данных и эффективной загрузки канала связи посредством моделирования информационной сети цифровой подстанции с основным оборудованием системы автоматизации подстанции.

Целями данный работы являются моделирование и анализ эффективности функционирования информационной сети цифровой подстанции 220/110/35/6 кВ и разработка рекомендаций по управлению информационной нагрузкой.

Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Анализ состояния вопроса. Характеристика объекта и методики исследования.
2. Разработка модели коммуникационного интерфейса интеллектуальных электронных устройств и информационной сети цифровой подстанции 220/110/35/6 кВ.
3. Анализ информационной нагрузки в сети Ethernet шины процесса и шины станции при реализации функций РЗА подстанции 220/110/35/6 кВ в соответствии с требованиями стандарта МЭК 61850.
4. Разработка рекомендаций по управлению информационной нагрузкой для обеспечения эффективного функционирования информационной сети.

Рис. В1 Требования к передачи данных

Системы автоматизации подстанций (САП), реализованные с помощью интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) и технологий, применяемых в телекоммуникационных сетях, могут способствовать более эффективной работе релейной защиты и автоматики. В МЭК 61850 регламентируется система требований, предъявляемых к производительности информационной сети и информационной безопасности.

Динамическая производительность информационной сети САП должна быть изучена на этапе планирования, чтобы решить проблемы производительности перед стадией эксплуатации. Метод расчета и пример расчета для модели ИЭУ представлен в [2-2] п.1. Поскольку этот метод не учитывает структуру сообщений и поток фоновых данных, он используется только для определения общей скорости передачи данных в сети. Для исследования динамических характеристик физических сетей САП, должны быть использованы специальные инструменты моделирования локальной сети, например, ONET Modeler [6-1]. Анализ литературы показал, что на сегодняшний момент работы в данном направление в Российской технической литературе не освещаются или отсутствуют, а в зарубежной литературе рассматриваются отдельные аспекты данного направления [4-1, 5-1].

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанные модели интеллектуальных электронных устройств релейной защиты и автоматики, аналогового мультиплексора и контроллера присоединения могут быть использованы при проектирование информационной сети цифровой подстанции, с целью организации более эффективного использования телекоммуникационного оборудования и каналов связи, исследования производительности информационной сети и методов управления информационной нагрузкой.

Результаты, полученные автором:

1. На основе проведенного анализы состояния вопроса были сформулированы цели и задачи исследования. Выбраны объект и методика исследования.
2. Разработаны в программном комплексе OPNET Modeler в соответствие со стандартом МЭК 61850 следующие модели: модель пакетов данных SV и GOOSE сообщений; модель коммуникационного интерфейса интеллектуальных электронных устройств аналогового мультиплексора, релейной защиты, контроллера присоединения; модель шина процесса и шина станции.
3. Проведен анализ информационной нагрузки в сети Ethernet шины процесса и шины станции при реализации функций РЗА подстанции 220/110/35/6 кВ в соответствии с требованиями стандарта МЭК 61850.
4. Разработаны рекомендаций по управлению информационной нагрузкой для обеспечения эффективного функционирования информационной сети и выбору управляемых коммутаторов.

Достоверность результатов, полученных в диссертации, определяется адекватностью математических моделей, применяемых для решения поставленных задач в программном комплексе OPNET Modeler, а также использованием стандартных схем Ethernet и моделей линий связи и  интеллектуальных электронных устройств в качестве исходной информации при проведении исследований, также апробацией результатов на сравнительном анализе со значениями, полученными с помощью программно-аппаратного комплекса RTDS и волокно-оптического преобразователя токов и напряжения компании «ПРОФОТЕК».

Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Восемнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, март, 2012 г.), на Московской молодежной научно-практической конференции «Инновации в космонавтике и авиации» (г. Москва, апрель, 2012 г.), на международной молодежной научной конференции «XXXVIII Гагаринские чтения» (г. Москва, апрель, 2012 г.). По итогам проведения конференций данные доклады были отмечены дипломом и почетной грамотой, копии которых представлены в приложении П1.

По теме магистерской диссертации опубликовано 3 печатных работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений. В конце работы приведены сведения об использованной литературе (31 наименование). Общий объем составляет 145 стр., включая 35 рисунков и 8 таблиц.

[dm]81[/dm]

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОММУНИКАЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ РЗА НА ПОДСТАНЦИИ 220/110/35/6 КВ

В настоящее время происходит масштабное внедрение цифровых технологий в сфере электроэнергетики, обусловленное, в частности, развитием стандарта МЭК 61850. Указанным стандартом описано два подхода к проектированию таких подстанций. На сегодняшний день проектирование современной подстанции осуществляется по методике «снизу вверх», то есть сначала производится конфигурирование отдельных устройств, а в последствии из отдельных файлов конфигураций составляется общий файл конфигурации объекта. Такая методика отличается высокой трудоёмкостью, а также  не позволяет наглядно изображать маршруты передачи информации в рамках шины станции и шины процесса.

В данной работе рассмотрена более совершенная методика по проектированию цифровых подстанций, получившей название «сверху-вниз», и ее непосредственное применение с использованием современной системы автоматизированного проектирования в соответствии со стандартом МЭК 61850.

[dm]82[/dm]