Система управления подстанцией
Чтобы сформировать систему управления подстанцией, различные элементы, описанные выше, должны быть собраны в некоторую форму топологии. Три основные аппаратные топологии могут быть идентифицированы как обычно используемые:
Аппаратное обеспечение управления и автоматизации подстанций (на фото: технология автоматизации решетки - FIONA - гибкая интеллектуальная локальная сетевая автоматизация, кредит: ABB)
- Топология на базе HMI
- Топология на основе RTU
- Децентрализованная топология
Топология на базе HMI
Это имеет вид рисунка 1. Программное обеспечение для реализации функций управления подстанцией и автоматизации находится на компьютере HMI, и это имеет прямые ссылки на IED с использованием одного или нескольких протоколов связи.
Ссылка на удаленную систему SCADA обычно также предоставляется на компьютере HMI, хотя может быть предусмотрен отдельный блок интерфейса для разгрузки некоторых требований к процессору с компьютера HMI, особенно если используется собственный протокол связи с системой SCADA.
Для этой топологии явно требуется мощный компьютер HMI, если необходимо разместить большое количество ИЭУ.
Рисунок 1 - Аппаратная топология на базе HMI
На практике затраты обычно диктуют использование стандартного ПК, и, следовательно, будут ограничения на размер подстанции, к которым он может быть применен, из-за результирующего предела количества подключаемых устройств IED.
Другая важная проблема - надежность и доступность - есть только один компьютер, который может управлять подстанцией, и поэтому только локальное ручное управление будет возможным, если компьютер по какой-либо причине не сработает.
Поэтому такая топология подходит только для небольших подстанций МВ, где допустимы последствия отказа компьютера (требующие посещения ремонтной бригады для исправления). Модули Bay не используются, программное обеспечение для управления и блокировки каждого отсека подстанции выполняется как часть программного обеспечения HMI.
Система управления подстанцией - компьютеры HMI (фото-кредит: processautomationinsights.com)
Вернуться к Hardware Топологии ↑
Топология на основе RTU
Эта топология является усовершенствованием топологии HMI и показана на рисунке 2. Микропроцессорный RTU используется для размещения программного обеспечения автоматизации, освобождая компьютер HMI только для функций интерфейса оператора.
Таким образом, компьютер HMI может быть менее мощным и обычно принимает форму стандартного ПК, или для не-нормально обслуживаемых подстанций, посещающий персонал может использовать портативный ПК.
Рисунок 2 - Топология на основе RTU
RTU предназначен для проектирования и может содержать один или несколько мощных микропроцессоров. Возможно большее количество точек ввода-вывода, чем в топологии HMI, в то время как существует возможность размещения более широкого спектра протоколов связи для IED и удаленного SCADA-соединения.
Модули залива не требуются, соответствующее программное обеспечение для блокировки и последовательности управления является частью программного обеспечения RTU.
Удаленный терминал MOSCAD (RTU) предоставляет модуль сбора и обработки данных с интеллектом, необходимым для работы в сложных системах диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA). Поддерживается связь через двухстороннюю радиосвязь, цифровое радиоволны, Ethernet и проводные линии (фото: rlandkabaena.blogspot.fr)
Вернуться к Hardware Топологии ↑
Децентрализованная топология
Эта топология проиллюстрирована на рисунке 3. В ней каждый отсек подстанции контролируется модулем залива, в котором размещается программное обеспечение управления и блокировки, интерфейсы к различным IED, требуемым как часть контроля и защиты для отсека, и интерфейс к HMI.
Можно использовать компьютер HMI для локального управления отдельным отсеком для ввода в эксплуатацию, тестирования и диагностики.
Объем данных с различных точек ввода / вывода подстанций требует, чтобы был предоставлен отдельный интерфейс интерфейса SCADA (часто называемый RTU или шлюзом), тогда как возможно иметь более одного компьютера HMI, причем основной из них посвящен операциям и другие для инженерного использования.
Рисунок 3 - Децентрализованная топология
По желанию, удаленный компьютер HMI может быть доступен через отдельную ссылку. В таких схемах всегда желательно отделить оперативную функцию реального времени от инженерных задач, которые не имеют одинакового критического значения времени.
Интересна связь между различными модулями залива и компьютером HMI.
Простейшим является расположение звезд по фиг. 4 (а). Это решение с наименьшими затратами, но оно имеет два недостатка. Во-первых, разрыв в ссылке приведет к потере дистанционного управления затронутым заливом; тогда возможно только локальное управление через локальный компьютер HMI, подключенный к отсеку.
Во-вторых, количество коммуникационных портов, доступных на компьютере HMI, ограничит количество модулей заливки.
Рисунок 4 - Методы подключения оборудования
Конечно, можно преодолеть первую проблему путем дублирования ссылок и запуска ссылок в физически отдельных маршрутах. Однако это ухудшает работу порта ввода-вывода, в то время как для обеспечения разнообразия кабельных трасс требуются дополнительные проектные усилия.
Альтернативой является подключение модулей залива, компьютера HMI и шлюза SCADA в кольце, как показано на рисунке 4 (b).
Используя архитектуру связи, например, найденную в локальной сети, каждое устройство может разговаривать с любым другим устройством на кольце без каких-либо конфликтов сообщений. Один перерыв в кольце не приводит к потере каких-либо средств.
Обнаружение разрыва кольца и его повторная настройка могут быть сделаны автоматически. Таким образом, улучшается доступность и отказоустойчивость сети. Несколько колец, исходящих от компьютера HMI, могут использоваться, если количество устройств превышает предел для одного кольца. Это может быть проще установить поэтапно для приложений для модернизации, но, конечно, все эти преимущества имеют недостаток.
Стоимость такой топологии выше, чем у других решений, поэтому эта топология зарезервирована для ситуаций, когда требуется высокая надежность и доступность, т. Е. Подстанции передачи HV и EHV.
Резервирование также может быть обеспечено на уровне отдельных устройств. Реле и другие ИЭУ могут быть дублированы, хотя это не было бы обычным, если это не потребовалось по другим причинам (например, для линий электропередач EHV может потребоваться дублирование основных средств защиты - это не означает, что речь идет о дублировании отдельных устройств, что потребует каждой отдельной основной защиты чтобы иметь два идентичных реле, голосовавших по принципу « 1 из 2 »).
Как правило, имеется более одного оператора HMI, либо по причинам эксплуатации, либо для отказоустойчивости. Системный компьютер может дублироваться в режиме «горячего резерва» или «двойной избыточности», или задачи обычно могут совместно использоваться между двумя или более системными компьютерами, причем каждый из них имеет возможность использовать функции одного из других в случае сбоя.
Общий подсчет ввода-вывода на основной подстанции станет большим, и необходимо обеспечить достаточную производительность аппаратных средств и средств связи для обеспечения быстрой обработки входящих данных.
Перегрузка в этой области может привести к одному или нескольким из следующих:
- Непосредственная задержка в обновлении системных диаграмм состояния / журнала событий / журнала аварийных сигналов в ответ на инцидент
- Коррупция системной базы данных, так что информация, представленная оператору, не является точным представлением состояния реальной электрической системы
- Системная блокировка
Модуль распределенного ввода-вывода TM 1703. Приложения для TG5700 RTU с TM 1703 ввода-вывода распространяются на мониторинг состояния, мониторинг трансформаторов и локальный контроллер Bay Control (фото-кредит: pacw.org)
Как I / O на уровне отсека, как цифровые, так и аналоговые, как правило, обрабатываются интеллектуальными реле или специализированными IED, поэтому важно обеспечить, чтобы эти устройства имели достаточную емкость ввода-вывода. Если дополнительные IED должны быть предоставлены исключительно для обеспечения достаточной емкости ввода-вывода, требования к стоимости и пространству будут увеличиваться.
Также будет увеличено количество требуемых линий связи.
Практическая спецификация времени отклика системы приведена в таблице 1. В таблице 2 приведена типичная спецификация максимальных мощностей ввода-вывода системы автоматизации подстанции.
Таблица 1 - Практическое время отклика системы для схемы автоматизации подстанции
| Тип сигнала | Время отклика на / из HMI |
| Цифровой вход | 1s |
| Аналоговый вход | 1s |
| Цифровой выход | 0.75s |
| Файл записи помех | 3s |
Таблица 2 - Типичные емкости ввода / вывода для системы автоматизации подстанции
| Тип ввода / вывода | Вместимость |
| Цифровой вход | 8196 |
| Цифровой выход | 2048 |
| Аналоговый вход | 2048 |
| Аналоговый выход | 512 |
Существенной проблемой, которая должна быть решена при внедрении линий связи, является возможность электромагнитных помех. Низкие уровни напряжения, которые используются на большинстве типов линий связи, могут быть подвержены помехам в результате.
Для минимизации риска требуется тщательная разработка интерфейсов между используемыми устройствами и коммуникационной шиной с использованием оптопары и протокольных преобразователей.
Также требуется учесть расположение кабелей связи. Это также может помочь использовать протокол связи, который включает средство обнаружения ошибок и / или коррекции. Хотя может быть невозможно исправить все ошибки, обнаружение дает возможность запросить повторную передачу сообщения, а также для сбора статистики по частотам ошибок в различных частях системы.
Чрезвычайно высокий уровень ошибок в части системы связи может быть помечен экипажам технического обслуживания для расследования.
Вернуться к Hardware Топологии ↑
Ссылка // Руководство по сетевой защите и автоматизации - Areva