Формализация функциональных требований к релейной защите и автоматике цифровой подстанции

  • Александр [Aleksandr] Александрович [A.] Волошин [Voloshin]
  • Антон [Anton] Анатольевич [A.] Лебедев [Lebedev]
  • Дмитрий [Dmitriy] Олегович [O.] Благоразумов [Blagorazumov]
  • Виталий [Vitaliy] Александрович [A.] Вальгер [Valger]
Ключевые слова: РЗА ЦПС, функциональные требования, информационная модель, типизация логических узлов, корпоративный профиль, МЭК 61850

Аннотация

Серия стандартов МЭК 61850 на сегодняшний день — наиболее распространенный источник описания оборудования и процессов ЦПС, следовательно, развитие перспективных технологий в области проектирования РЗА должно неизбежно удовлетворять требованиям стандарта. Его изначальное назначение ограничено областью описания объектов и процессов АСУ ТП, что соответствующим образом лимитирует и его возможности. Проектирование устройств РЗА следует проводить с учетом требований, предъявляемых МЭК 61850, в то же время сам стандарт не стремится и не обладает инструментарием для подробного описания структуры и принципа функционирования устройств РЗА, ограничиваясь описанием внешнего интерфейса для контроля необходимых данных, что является достаточным с точки зрения АСУ ТП. Существование подобных ограничений наглядно проявляется при разработке систем централизованной РЗА, РЗА с мигрирующими функциями, а также систем автоматизированного проектирования и контроля ЦПС, предъявляющих более жесткие, по сравнению с АСУ ТП, требования к описанию структуры информационной модели и информационного обмена между ее частями. Факт отличия фактического алгоритмического обеспечения функций РЗА от их информационных моделей оказывает влияние на процесс разработки функциональных требований к логическим узлам.

Разработка функциональных требований к ЛУ невозможна без предварительного понимания структуры логического устройства, которое будет отражать определенную функцию, однако МЭК 61850 не нормирует структуры логических устройств. В результате, как структура логических устройств, так и реализуемый функционал в рамках одного ЛУ, могут существенно отличаться у различных производителей, что негативно сказывается на взаимосовместимости предлагаемых на рынке решений. Разработка логических устройств и узлов в рамках исследования выявила ряд проблем, связанных с особенностями реализации МЭК 61850, приводящих к неоднозначности реализаций ЛУ и логических устройств: стандарт не устанавливает источники сигналов, обеспечивающих функционирование ЛУ, не рассматривает функционал обработки и формирования измерений для нужд релейной защиты в составе информационной модели. В его рамках не описаны функции, характерные для отечественной практики проектирования РЗА, при этом корпоративный профиль ФСК ЕЭС конкретизирует их описание не в полной мере, поскольку наследует структуру описания от МЭК 61850.

Представлено изменение подхода к применению логических узлов. На данный момент информационная модель функции представляет собой лишь внешний интерфейс, позволяющий получить из «недр» алгоритмического обеспечения значения необходимых сигналов с требуемой семантикой, что представляет функциональную ценность лишь для АСУ ТП. Таким образом, функциональные требования к логическому узлу должны определять требования не к алгоритмическому обеспечению, реализующему функцию, а к внешнему интерфейсу, что несколько абсурдно. В рамках статьи предложено сопоставить некоторое независимое обособленное алгоритмическое обеспечение для каждого узла таким образом, чтобы структура алгоритмического обеспечения соответствовала структуре информационной модели. С учетом данной особенности разработаны логические устройства и узлы, отражающие функции РЗА объектов среднего и высокого классов напряжений, проведена категоризация объектов данных на категории входных, выходных сигналов и параметров настройки, а также расширение информационных моделей ЛУ в случае необходимости.

В ходе исследования установлен факт множественного применения однотипных узлов в различных функциях РЗА, предъявляющих специфические требования к работе ЛУ, в связи с чем принято решение унификации всего специфического функционала в рамках одного типа ЛУ с возможностью выбора необходимого режима работы при помощи параметров настройки.

Разработка алгоритмического обеспечения выявила повторяющиеся типы структуры алгоритмического обеспечения логических узлов, которые были объединены в три категории: измерительные, пуско-фукнциональные, функциональные. Каждому из типов ЛУ соответствует определенный набор функциональных блоков в составе ЛУ.

Проектирование функций РЗА на основе нового подхода к применению ЛУ несет в себе следующие преимущества: модульная структура схемы защиты позволяет в широком диапазоне выбирать функциональность защиты на этапе проектирования; строгое определение взаимосвязей и информационного обмена между ЛУ упрощает понимание функционирования защиты, а также дает возможность оценить влияние режима работы ЛУ на работу функции защиты в целом; модульная структура схемы защиты с предсказуемым поведением ЛУ не только контролирует исправную работу защиты автоматическими средствами, но и проектирует защиту автоматическими средствами. Недостатком подхода является необходимость создания алгоритмического обеспечения РЗА с нуля, поскольку разработанные ранее алгоритмы не подразумевают структуры информационной модели.

В рамках статьи процесс разработки логического устройства рассмотрен на примере функции МТЗ ВЛ среднего класса напряжения с подробным описанием структуры логического устройства и назначения представленных ЛУ. В ходе работы спроектировано ПО конфигуратора, позволяющего формировать логические устройства на основе библиотеки разработанных ЛУ с последующим созданием бинарных файлов для загрузки на аппаратную платформу. Однозначное описание информационного обмена между ЛУ потребовало расширения SCL-синтаксиса, в результате чего сформирован новый формат файлов CLD. Механизм применения объектов данных ссылок вида InRef и BlkRef в рамках стандартного синтаксиса SCL неприменим, поскольку последние лишены семантического смысла.

Описаны успешный процесс тестирования и аттестации разработанных алгоритмов/логических узлов и логических устройств на аппаратной платформе, а также обнаруженные в ходе тестирования проблемы, связанные с отсутствием нормативных требований к функциональному тестированию логических узлов и методикам учета влияния различных меток качества объектов данных.

Сведения об авторах

Александр [Aleksandr] Александрович [A.] Волошин [Voloshin]

кандидат технических наук, заведующий кафедрой релейной защиты и автоматизации энергосистем НИУ «МЭИ», e-mail: voloshin.aa@yandex.ru

Антон [Anton] Анатольевич [A.] Лебедев [Lebedev]

кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры релейной защиты и автоматизации энергосистем НИУ «МЭИ», e-mail: lebedev.anan@yandex.ru

Дмитрий [Dmitriy] Олегович [O.] Благоразумов [Blagorazumov]

старший преподаватель кафедры релейной защиты и автоматизации энергосистем НИУ «МЭИ», e-mail: blagorazumov.do@mail.ru

Виталий [Vitaliy] Александрович [A.] Вальгер [Valger]

инженер кафедры релейной защиты и автоматизации энергосистем НИУ «МЭИ», e-mail: ric29g@gmail.com

Литература

1. Siqueira, I.P., Faarooqui, N.U., Nair, N.-K.C. A Review of International Industry Practices for Specification of Functional Requirements of Protection, Automation and Control. Paris: CIGRE Sci. & Eng., 2018. No. 11.
2. Дьяков А.Ф., Волошин А.А., Жуков А.В., Нудельман Г.С. Применение оптимизационных методов при создании функционально интегрированных систем релейной защиты и автоматики // Релейщик. 2016. № 1. С. 24—31.
3. Волошин А.А. и др. Сравнение различных вариантов построения РЗА ЦПС // Передача и распределение. 2017. № 2(41). С. 82—87.
4. Программный инструмент конфигурирования интеллектуальных устройств защиты и управления PCM600. Руководство по началу работ [Электрон. ресурс] www.library.e.abb.com/public/6f75c44e9fd34819be13095339b79ae0/PCM60_getting_started_guide_758849_RU.pdf (дата обращения 20.10.2021).
5. СТО 56947007-25.040.30.309—2020. Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС».
6. СТО 56947007-25.040.40.236—2016. Правила технической эксплуатации АСУ ТП ПС ЕНЭС. Общие технические требования.
7. IEC 61850-7-4:2010. Communication Networks and Systems for Power Utility Automation. Pt. 7-4: Basic Communication Structure. Compatible Logical Node Classes and Data Object Classes.
---
Для цитирования: Волошин А.А., Лебедев А.А., Благоразумов Д.О., Вальгер В.А. Формализация функциональных требований к релейной защите и автоматике цифровой подстанции // Вестник МЭИ. 2022. № 5. С. 30—38. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-5-30-38
#
1. Siqueira, I.P., Faarooqui, N.U., Nair, N.-K.C. A Review of International Industry Practices for Specification of Functional Requirements of Protection, Automation and Control. Paris: CIGRE Sci. & Eng., 2018;11.
2. D'yakov A.F., Voloshin A.A., Zhukov A.V., Nudel'man G.S. Primenenie Optimizatsionnykh Metodov pri Sozdanii Funktsional'no Integrirovannykh Sistem Releynoy Zashchity I Avtomatiki. Releyshchik. 2016;1:24—31. (in Russian).
3. Voloshin A.A. i dr. Sravnenie Razlichnykh Variantov Postroeniya RZA TSPS. Peredacha i Raspredelenie. 2017;2(41):82—87. (in Russian).
4. Programmnyy Instrument Konfigurirovaniya Intellektual'nykh Ustroystv Zashchity i Upravleniya PCM600. Rukovodstvo po Nachalu Rabot [Elektron. Resurs] www.library.e.abb.com/public/6f75c44e9fd34819be13095339b79ae0/PCM60_getting_started_guide_758849_RU.pdf (Data Obrashcheniya 20.10.2021). (in Russian).
5. STO 56947007-25.040.30.309—2020. Korporativnyy Profil' MEK 61850 PAO «FSK EES».(in Russian).
6. STO 56947007-25.040.40.236—2016. Pravila Tekhnicheskoy Ekspluatatsii ASU TP PS ENES. Obshchie Tekhnicheskie Trebovaniya. (in Russian).
7. IEC 61850-7-4:2010. Communication Networks and Systems for Power Utility Automation. Pt. 7-4: Basic Communication Structure. Compatible Logical Node Classes and Data Object Classes.
---
For citation: Voloshin A.A., Lebedev A.A., Blagorazumov D.O., Valger V.A. Formalization of Functional Requirements for Digital Substation Protection and Automatic Control Systems. Bulletin of MPEI. 2022;5:30—38. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-5-30-38
Опубликован
2021-11-23
Раздел
Электроэнергетика (технические науки)