AUTOMATYKA ZABEZPIECZENIOWA komunikacja. Gdańsk 2012

Transkrypt

1 AUTOMATYKA ZABEZPIECZENIOWA komunikacja Gdańsk 2012

2 Architektura komunikacji urządzeń wtórnych stacji

3 Architektura komunikacji urządzeń wtórnych stacji

4 IEC (PN-EN) Systemy i sieci telekomunikacyjne w stacjach elektroenergetycznych 14 części wydanych w latach Zasadniczym celem normy jest zapewnienie kompatybilności urządzeń pochodzących od różnych producentów. Norma ujednolica zasady wymiany danych pomiędzy urządzeniami systemów elektroenergetyki. Standard zakłada zastosowanie mikroprocesorowych urządzeń stacyjnych (ang. Intelligent Electronic Device), takich jak zabezpieczenia cyfrowe, sterowniki polowe i stacyjne, wyposażonych w odpowiednie interfejsy komunikacyjne. Norma przewiduje komunikację opartą na protokole Ethernet i rozdzielenie funkcji transmisyjnych od głównych funkcji aparatów i urządzeń stacji.

5 Nowy globalny standard IEC (PN-EN) Zgodność ze standardem IEC Communication and systems in Substations - trzy logiczne poziomy komunikacji: Poziom stacji (ang. Station Level) komunikacja pionowa (ang. vertical) stacje operatorskie HMI, drukarki operatorskie, połączenia z centrami nadzoru, serwery SCADA i centralne urządzenia synchronizujące czas. Poziom pola (ang. Bay Level) komunikacja pozioma (ang. horizontal) wtórna automatyka stacyjna, kontrola, zabezpieczenia polowe i rejestracja; Poziom procesu (ang. Process Level) komunikacja pozioma (ang. horizontal) pierwotne urządzenia pomiarowe i wykonawcze, jak czujniki, wyłączniki i przekładniki;

6 Dla zapewnienia odpowiedniej funkcjonalności zabezpieczeń cyfrowych standard precyzuje: zasady szybkiej transmisji między-polowej punkt-punkt (ang. peer-to-peer ) pomiędzy poszczególnymi urządzeniami, wymiany informacji statusowych i pomiarowych w postaci komunikatów GOOSE (ang. Generic Object Oriented Substation Events) i GSSE (ang. Generic Substation State Events), np. Intertripping, Blocking, Interlocking. Ethernet nie zapewnia mechanizmu potwierdzeń otrzymania informacji, więc komunikaty GOOSE są wysyłane cyklicznie, w cyklu o zmiennym czasie trwania (od kilku milisekund do kilku sekund). Okres cyklu zmienia się w zależności od stanu pracy pola.

7 Definiuje się klasy wydajności komunikacji i przypisuje komunikaty GOOSE, np. Trip, Close, Reclose, Start, Stop, Block do typu 1. Całkowite opóźnienie transmisji informacji Trip (1A Fast messages ) 3 ms, a pozostałych informacji typu 1B Others 20 ms. Dla typu 2 Medium speed messages wymagany jest czas < 100 ms. Istotne wymagania dotyczą synchronizacji zegarów wewnętrznych urządzeń. Komunikaty synchronizujące, zaliczane do typu 6, są podzielone na klasy. Np. dla klasy T1 Znacznikowanie zdarzeń dopuszczalny błąd wynosi ± 1 ms, a dla T2 Czas przejścia przez zero - ± 0,1 ms.

8 Norma precyzyjnie określa format przesyłanych danych obiektowy model danych. Każde urządzenie jest serwerem i zawiera przynajmniej jedno urządzenie logiczne. Każde urządzenie logiczne składa się z węzłów logicznych, np. zabezpieczenie, wyłącznik, transformator (zdefiniowano ok. 100 węzłów logicznych) Dane opisujące węzły mogą być zmiennymi (np. stany, położenia, pomiary) oraz niezmiennymi cechami urządzenia. Przykłady: LPHD fizyczne cechy urządzenia LLNO - cechy urządzenia logicznego, w tym zbiory danych PDIF zabezpieczenia różnicowego szyn zbiorczych RBRF rezerwy wyłącznikowej PTRC modelujący impuls wyłączający XCBR wyłącznika XSWI odłącznika

9 Dwa podstawowe mechanizmy wymiany informacji (abstrakcyjny interfejs komunikacyjny ang. ACSI) : klient serwer (przesyłanie raportów i rejestracji zdarzeń, zmiana pakietów nastaw, sterowanie), każde urządzenie może być jednocześnie klientem i serwerem wydawca subskrybent (krótkie komunikaty GOOSE umieszczanie bezpośrednio w ramce Ethernet) Zalecana infrastruktura telekomunikacyjna LAN stacji Światłowodowy Ethernet (np. 100Base-FX)

10 Każdemu urządzeniu musi towarzyszyć plik ICD ( Capability Description) opis możliwości funkcjonalnych przy pomocy języka opisu konfiguracji SCL (Substation Configuration Language) Schemat jednokreskowy stacji i opis systemu sterowania SSD (System Specification Description) generuje pliki SCD (Substation Configuration Decription) Norma dopuszcza zapis ostatecznej konfiguracji urządzeń w postaci plików CID (Configured Description)

11 Wymagany czas rekonfiguracji komunikacji (po awarii elementu automatyki): dla połączenia SCADA do "klient-serwer", poziom stacji ms; dla połączenia do "peer-to-peer" (interlocking, intertripping, blocking), poziom stacji - 4 ms; dla zabezpieczenia szyn, poziom stacji - 0 ms; dla przesyłu próbek pomiarowych, poziom procesu - 0 ms.

12 Architektura gwiazdy brak redundancji komunikacji

13 Pierścień sieci stacyjnej: wszystkie węzły są przełącznikami Wymagana rekonfiguracja sieci protokół RSTP (ang. Rapid Spanning Tree Protocol) Główny GPS GPS dodatkowy SCADA Network Control Center drukarka rejestrator Ethernet full duplex RedBox Poziom stacji (Nastawnia) Poziom pola

14 IEC based Substation Automation System Complete Substation-specific Functionalities of IEC Ethernet Switches Zero packet loss under harsh EMI stress IEEE 1588 v2 based technology to synchronize sampled values on the process bus Fast ring recovery time (20 ms with 250 switches) Isolated redundant power inputs at 24/48 VDC or 110/220 VDC/VAC -40 to 85 C operating temperatures (no fans) IEC and IEEE 1613 Class 2 compliant (KEMA tested)

15 Przykład aplikacji IEC w stacji 380kV

16 Protokół komunikacji HSR (ang. High-availability Samples Redundancy) jako odmiana PRP (ang. Parallel Redundancy Protocol) Zasada dystrybucji Multicast w protokole HSR nadawca odbiorcy Ramka C standardowa Ramka D standardowa Ramka A HSR Ramka B HSR odbiorcy

17 Przyłączanie urządzeń spoza pierścienia HSR poprzez RedBox Węzły podłączone pojedynczo Nadawca Odbiorca Przełącznik Ramka C Ramka A HSR Ramka D Ramka B HSR RedBox odbiorcy

18 Sprzęgnięcie dwóch pierścieni HSR za pośrednictwem urządzeń QuadBox QuadBox A Ramka A 1. Pierścień A Ramka B 2. Pierścień B QuadBox B

19 Topologia pierścieni i protokół komunikacji HSR Porty - HSR Porty - standardowy Ethernet Drukarka GPS 1. Poziom - 1. pierścień quadbox 2. Poziom - 1. pierścień 2. Poziom - 2. pierścień 2. Poziom - 3. pierścień 3. Poziom - 1. pierścień