Формализация функциональных требований к релейной защите и автоматике цифровой подстанции

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.