Введение
Сегодня неспешными темпами складывается полная картина цифровой подстанции. Много лет внедряются устройства, реализующие модели информационного обмена МЭК 61850 [1] для интеграции в систему АСУ ТП (отчёты, управление, журналы событий и др.) и быстродействующего обмена сигналами между отдельными устройствами нижнего уровня (GOOSE). Доступны также волоконно-оптические преобразователи тока и напряжения (ВОПТН)/устройства сопряжения с шиной (УСШ) процесса с поддержкой модели передачи выборочных значений тока и напряжения (Sampled Values), реализуемой в соответствии с МЭК 61850-9-2LE [2] , и устройства РЗА, способные принимать данные в указанном формате. Сейчас эти решения находятся в опытной эксплуатации на нескольких объектах и проходят проверку корректности функционирования в нормальных режимах/режимах короткого замыкания (КЗ).
Одним из фрагментов, который препятствует составлению пазла под названием «Цифровая подстанция», является цифровой коммерческий учёт электроэнергии. Этот фрагмент препятствует широкомасштабному внедрению ВОПТН/УСШ процесса МЭК 61850-9-2LE, другими словами, реализации передачи измерений в цифровом формате. Это обусловлено тем, что указанные источники цифровых измерений должны иметь набор документов о соответствии заявляемых метрологических характеристик фактическим. А ведь методики поверки таких устройств с интерфейсом МЭК 61850-9-2LE сегодня не существует. Хотя стоит отметить, что НИОКР на тему «Разработка и изготовление технических средств и метрологической базы для метрологического обеспечения цифровых подстанций» стартовали. Вторая часть этого проблемного фрагмента – наличие счётчиков электрической энергии с цифровым интерфейсом МЭК 61850-9-2LE, причём также метрологически поверенных и имеющих соответствующие документы.
По своему опыту можем сказать, что таких приборов немного. Нам известно лишь о двух подобных устройствах: ZMQ802C (Landis+Gyr) и ARIS EM302 (ООО «ПРОСОФТ-Системы»). Согласно декларациям второй прибор обладает более богатым функционалом: поддерживает сервер мультимедийных сообщений MMS, может принимать несколько информационных потоков МЭК 61850-9-2LE, в том числе с частотой дискретизации сигнала 256 точек/период. Именно ARIS EM302 нам и удалось протестировать.
Для проведения испытаний мы заручились поддержкой независимой лаборатории исследований функциональной совместимости компании «ТЕКВЕЛ» и воспользовались её программными инструментами.
Первое знакомство и первый проект
Впервые мы познакомились с многофункциональным счётчиком электрической энергии ARIS EM в 2012 году, когда специалисты «ПРОСОФТ-Системы» привезли свой прибор на исследовательскую и производственную площадку компании «Профотек» с целью провести испытания на функциональную совместимость в части интерфейса МЭК 61850-9-2LE. Тогда испытания завершились успехом: счётчик принимал данные от электронного блока ВОПТН (поток измерений 80 точек/период) [3]. Измерения, генерируемые ВОПТН, соответствовали данным, отображаемым на дисплее счётчика, и были стабильными, ошибки отсутствовали. Такие сценарии испытаний используются и сегодня в рамках проверки на функциональную совместимость по МЭК 61850-9-2LE [4].
Годом позже вновь состоялось тестирование устройства в рамках Первой открытой сессии по испытанию совместимости оборудования в соответствии с требованиями стандарта МЭК 61850, организованной кафедрой релейной защиты и автоматизации энергосистем НИУ МЭИ. Тогда помимо повторных испытаний с оборудованием «Профотек» [5] была успешно подтверждена совместимость с УСШ ENMU производства ИЦ «Энергосервис» [6]. Результаты испытаний были засвидетельствованы независимыми экспертами из компаний «Аналитик-ТС», НПК «Оптолинк», «Новинтех», «РусГидро».
Через некоторое время мы встретились со счётчиком ещё раз, но это уже был реальный проект – цифровая автоматизированная система учёта электроэнергии ОАО «Сетевая компания». На присоединении 110 кВ подстанции «Магистральная» 220 кВ был установлен комплект ВОПТН с интерфейсом МЭК 61850-9-2LE (рис. 1) с последующей передачей измерений в счётчик ARIS EM (рис. 2).
Параллельно цифровому контуру был реализован и аналоговый (данные от электромагнитных измерительных трансформаторов тока и напряжения – ТТ и ТН – поступали на другой счётчик с аналоговым интерфейсом). Цель проекта – проанализировать показания метрологически поверенного комплекса и нового устройства. Оборудование было смонтировано, система введена в эксплуатацию, однако результаты работы комплексов ещё не были представлены.
В ходе «встреч» со счётчиком нам никак не удавалось ознакомиться с ним более подробно, мы не могли настраивать его самостоятельно и испытывать в разных режимах. Однако сейчас такая возможность предоставилась.
Компоновка устройства и конфигуратор
Многофункциональный счётчик электрической энергии ARIS EM302 внешне похож на контроллер присоединения ARIS C303 и выполнен с ним на одной платформе. Отличаются устройства только габаритными размерами. Всё остальное: элементы лицевой панели, дисплей, структура меню – идентично. В ARIS EM302 также принята модульная архитектура.
Тестированное устройство оснащено модулем источника питания (PS220), а также двумя процессорными модулями (MBSO, MBSL). MBSL осуществляет приём и обработку информационных потоков МЭК 61850-9-2LE: устройство способно принимать до 4 потоков 80/256 точек/период. MBSO выполняет вычислительные операции, относящиеся к учёту электроэнергии. Как и в случае с ARIS C303, процессорный модуль отвечает за синхронизацию времени (через встроенный модуль GPS/GLONASS, NTP, PTP или внешний модуль точного времени, подключаемый через порт RS-485). Веб-интерфейс конфигурирования устройства такой же, как у контроллера ARIS C303.
В устройстве отсутствовали аналоговые интерфейсы тока и напряжения, а значит, и аналоговые фильтры (если таковые применялись) и тракт аналого-цифрового преобразования. Фактически счётчик превратился в интеллектуальный калькулятор, и его основной задачей стала корректная обработка последовательности входных данных.
Программа тест-драйва
Мы протестировали устройство по двум критериям:
- приём и обработка информационных потоков МЭК 61850-9-2LE 80 и 256 точек/период от эмулятора Volcano («ТЕКВЕЛ»). В этом тесте мы контролировали соответствие токов и напряжений, генерируемых эмулятором, данным, отображаемым на дисплее устройства. Одновременно использовалось ПО Omicron SVScout для кросс-проверки;
- проверка соответствия реализации коммуникационных сервисов (клиент-сервер) требованиям стандарта МЭК 61850 с использованием специализированного программного комплекса iTest.
Одновременно оценивалось удобство настройки устройства.
Приём измерений по протоколу МЭК 61850-9-2LE
Настройка счётчика на приём измерений по протоколу МЭК 61850-9-2LE выполняется достаточно просто. Для этого необходимо выбрать пункт меню Трансляция – Приём данных и добавить модуль ARIS приёма измерений в формате МЭК 61850-9-2LE (рис. 3).
Далее требуется перейти в пункт Система – Настройка модулей и выбрать модуль 9-2; появится окно с предложением просканировать сеть на наличие информационных потоков МЭК 61850-9-2LE (рис. 4).
В других устройствах с интерфейсом 9-2, которые мы испытывали, требовалось вводить параметры потока вручную. Здесь всё удобнее: нашёл нужный поток, выбрал из списка, применил его параметры, и они «подхватились» автоматически.
При тестировании генерировались потоки с использованием эмулятора Volcano. Он формирует поток как на 80 точек/период, так и 256 точек/период, который как раз поддерживает ARIS EM302.
Идентификатор потока и его MAC-адрес назначения были выставлены, как показано на рис. 5.
Перед сканированием сети был запущен поток (действующие значения фазного тока – 1000 А, фазного напряжения – 63,5 кВ, рис. 6).
Сначала ПО Volcano работало под управлением ОС Windows, и интервал следования пакетов 9-2LE сильно варьировался. Значения, отображаемые на дисплее счётчика, отличались от заданных в эмуляторе. Это связано с тем, что алгоритм расчёта действующих значений в ARIS EM302 опирается на таймер, который отсчитывается в устройстве, а не на параметр smpCnt, который есть в каждом пакете. Нам показалось это не очень правильным, так как если УСШ работает корректно и без джиттера, то временнáя ошибка в счётчике может привести к ошибке в измерениях.
С другой стороны, если опираться на отсчёт секунды по smpCnt, то этот эффект наблюдаться не будет. Пакет SVScout отображал значения в полном соответствии с величинами, генерируемыми эмулятором.
Далее ПО Volcano было запущено на ноутбуке Apple. В этом случае стабильность интервала следования пакетов высока. В результате опыта мы наблюдали полное соответствие данных, отображаемых на дисплее устройства, значениям, генерируемым эмулятором. Значения и фазы токов и напряжений, отображаемые в SVScout, им соответствовали.
Проверка соответствия реализации коммуникационных сервисов требованиям стандарта МЭК 61850
В этом блоке представим вашему вниманию результат тестирования счётчика на соответствие требованиям стандарта МЭК 61850. При испытаниях использовалось ПО iTest, которое также применялось в ходе первых проверок соответствия в НТЦ ФСК [7]. Данное ПО проводит испытания в соответствии со сценариями, описанными в Conformance Test Procedures for Server Devices with IEC 61850-8-1 Interface [8]. Этим документом руководствуются все лаборатории, аккредитованные международной организацией UCA (Utility Communications Architecture) на проверку соответствия МЭК 61850 (TUV SUD, KEMA и др.). Мы будем проводить испытания коммуникационных сервисов МЭК 61850.
Проверки по этому критерию разделены на 19 блоков. Мы проведём испытания по первому из них – Basic Exchange. Этот блок определяет, насколько корректно реализованы базовые сервисы информационного обмена (Associate, Abort, Release, GetServerDirectory, GetLogicalDeviceDirectory, GetLogicalNode-Directory, GetDataValues, GetDataDirectory, GetDataDefinition).
Прежде чем перейти к самим тестам, подготовим объектную модель сервера. Для этого требуется перейти в пункт меню Трансляция – Передача данных и создать сервер МЭК 61850-8-1 (рис. 7).
Далее выбираем его, добавляем в объектную модель новые логические узлы с объектами данных и выполняем привязку объектов данных к внутренним тегам устройства (рис. 8 и 9).
По удобству процедуры настройки вопросов не возникает. Теперь переходим к самим испытаниям. Чтобы начать тестирование по блоку Basic Exchange, достаточно запустить iTest, загрузить модель испытуемого устройства и выбрать типы испытаний. Результаты приведены в таблице 1.
Из 14 испытаний не пройдено 6. В четырёх случаях всё произошло из-за одной и той же ошибки: сервером некорректно завершается соединение. Вместо штатного закрытия происходит аварийное завершение сессии. К серьёзным последствиям это вряд ли приведёт, но ошибки на стороне клиента могут записываться в журнал и назойливо беспокоить персонал.
Что касается двух других ошибок, они более серьёзные. В первом случае формируется неверный ответ на изначально некорректный ответ сервера, что может привести к зацикливанию информационного обмена. Во втором случае сервер положительно отвечает на запрос записи значения переменной категории «только чтение».
Резюме
Счётчик электрической энергии ARIS EM302 обладает богатым функционалом не только с точки зрения выполнения прикладных задач, но и с точки зрения соответствия МЭК 61850. Реализована поддержка и МЭК 61850-8-1 (MMS, GOOSE), и МЭК 61850-9-2LE. Пожалуй, это уникальный счётчик на рынке, так как схожего по функциям нет. Однако, как показали результаты тестов в части МЭК 61850, недочёты у него есть. На самом деле наличие ошибок в реализации МЭК 61850 характерно для всех отечественных производителей (поверьте, в наших тестах участвовали многие из них). Главное – это признать ошибки и исправить их. Тогда на выходе будет уникальный и качественный продукт не только для отечественного, но и для зарубежного рынка. ●
Комментарий «Прософт-Системы». Девиз нашей компании – «100-процентно успешное внедрение оборудования на объектах заказчика». Мы всегда внимательно относимся к выявленным и потенциальным проблемам с нашим оборудованием и своевременно делаем необходимые исправления в ПО. Проблемы, выявленные при испытании счётчика ARIS EM в части протокола МЭК 61850-8-1, уже устранены, и сейчас проводится тестирование.
Литература
- ГОСТ Р МЭК 61850-7-2-2009. Сети и системы связи на подстанциях. Часть 7. Базовая структура связи для подстанций и линейного оборудования. Раздел 2. Абстрактный интерфейс услуг связи (ACSI).
- Implementation Guideline For Digital Interface To Instrument Transformers Using IEC 61850-9-2. Modification index R2-1. – UCA International Users Group, 2004.
- Протокол подтверждения функциональной совместимости между прибором коммерческого учёта электроэнергии ARIS EM производства ООО «ПРОСОФТ-Системы» и электронно-оптическим блоком преобразования ВОПТ/ВОПН производства ЗАО «Профотек» по условиям протокола МЭК 61850-9-2 (спецификация МЭК 61850-9-2LE)». – Фрязино, 2012.
- IEC 61850 Interoperability test: Final report. – UCA International Users Group, 2013.
- Протокол тестирования совместимости устройств по условиям стандарта МЭК 61850 в части передачи данных по протоколу МЭК 61850-9-2 (ВОПТН – ARIS EM). – М., 2013.
- Протокол тестирования совместимости устройств по условиям стандарта МЭК 61850 в части передачи данных по протоколу МЭК 61850-9-2 (ENMU – ARIS EM). – М., 2013.
- В НТЦ ФСК ЕЭС прошли первые испытания на соответствие МЭК 61850 // Цифровая подстанция. – 07.03.2014.
- Conformance Test Procedures for Server Devices with IEC 61850-8-1 interface. Rev. 2.4. – UCA International Users Group, July 28, 2012.
автоматизация
автоматизация
автоматизация
автоматизация
