Развитие технологии «цифровая подстанция» (ЦПС) определяется требованиями стандартов, в частности IEC 61869-9 [1] устанавливает требования к цифровым преобразователям измерительных трансформаторов. Указанный международный стандарт совместно с проектом стандарта «Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» ограничивают протокол IEC 61850-9-2 до практического применения на реальных объектах с «шиной процесса», как альтернативу или замену спецификации IEC 61850-9-2LE [2].
Отечественные требования к преобразователям аналоговых сигналов [3], осуществляющих преобразование аналоговых сигналов от электромагнитных измерительных трансформаторов в потоки цифровых отсчётов, включают применение профиля протокола IEC 61850-9-2 (Sampled Values или SV), выполненного в соответствии с IEC 61869-9. Основные отличия IEC 61850-9-2LE и IEC 61869-9 приведены в таблице 1. Положения IEC 61869-9 устанавливают (для номинальной частоты 50 Гц) новые частоты дискретизации для релейной защиты и измерительных устройств – 4800 Гц (96 выборок/период) и 14400 Гц (288 выборок/период) соответственно. Кроме того, блок данных сетевого пакета с аналоговыми измерениями SV-потока содержит 2 цифровых отсчёта (ЦО) для релейной защиты и 6 для измерений. Стандарт IEC 61869-9 определяет предпочтительный метод синхронизации ЦО от разных источников (издателей) в соответствии с протоколом РТР. Фиксированные наборы данных (как например, 4I4U в IEC61850-9-2LE) в IEC 61869-9 отсутствуют, при этом следует отметить, что IEC 61869-9 поддерживает конфигурацию, совместимую со спецификацией IEC 61850-9-2LE. Проект «Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» заполняет указанный пробел, определяя коммуникационные параметры SV-потоков со следующими наборами данных [4]: 1I0U (один канал тока), 3I0U (три фазных канала тока), 0I1U (один канал напряжения), 0I3U (три фазных канала напряжения).
Для обеспечения этапов жизненного цикла интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) релейной защиты и автоматики (РЗА) ЦПС (аттестация, пуско-наладка, эксплуатация), необходим соответствующий функционал испытательных систем, учитывающий требования стандарта IEC 61869-9 и корпоративного профиля IEC 61850-9-2 для энергообъектов с «шиной процесса»:
Таблица 1. Основные отличия IEC 61850-9-2 LE и IEC 61869-9
Требования | IEC 61850-9-2LE | IEC 61869-9 | ||
РЗА | Измерения | РЗА | Измерения | |
Частота дискретизации SV | 4000 Гц | 12800 Гц | 4800 Гц | 14400 Гц |
Блок данных noASDU | 1 | 8 | 2 | 6 |
Синхронизация | 1PPS | PTP | ||
Набор данных SV-потока | 4I4U | Для сети 100Мбит/с: количество каналов тока и напряжения для релейной защиты – от 1 до 24, для контроля качества и измерений – от 1 до 8. |
На примере испытательной системы РЕТОМ-61850 [5], поддерживающей требования IEC 61869-9, касающиеся частот цифровых отсчётов за период и количества ЦО в передаваемых сетевых пакетах, а также требования проекта «Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» в части сигналов в наборах данных SV, рассмотрим особенности испытаний ИЭУ РЗА с поддержкой IEC 61869-9.
Программное обеспечение (ПО) РЕТОМ-61850 позволяет выполнить индивидуальную настройку для каждого из 80-ти исходящих SV в соответствии с проектом «Корпоративный профиль МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС» (рис. 1), при этом поддерживается как генерация, так и приём и регистрация SV-потоков с настраиваемыми наборами данных. На рис. 2 приведён пример приёма прибором РЕТОМ-61850 SV-потоков с наборами данных, соответствующих «Корпоративному профилю МЭК 61850 ПАО «ФСК ЕЭС». Аналоговые данные настроенных SV-потоков перенаправляются в программу ручных испытаний, воспроизведения COMTRADE-файлов аварийных осциллограмм, автоматические программы проверки функций РЗА и др.
Отличительной особенностью испытаний оборудования РЗА с поддержкой IEC 61850-9-2 является необходимость проверки не только характеристик срабатывания функций РЗА, но и реакции ИЭУ на изменения информационных (сетевых) параметров SV-потоков:
Указанные проверки проводятся при аттестации [6] ИЭУ, но также актуальны и при эксплуатации систем РЗА действующих ЦПС, например, при послеаварийных проверках.
Режимы имитации искажений в ПО испытательной системы РЕТОМ-61850, ранее разработанные для спецификации IEC 61850-9-2LE [5, 7], дополнены поддержкой SV-потоков с частотой дискретизации 96 выборок/период с двумя мгновенным измерениями в сетевом пакете и 288 выборок/период с 6-ю мгновенными измерениями в пакете.
Рассмотрим алгоритмы моделирования сетевых искажений IEC 61869-9 на примере SV-потоков для релейной защиты.
1) Режим искажений «Смещение пакетов» производит смещение всех данных SV-потока (расположение сетевого пакета с цифровыми отсчётами smpCnt = 0 и smpCnt = 1), относительно сигнала 1PPS (начало секунды) на положительное (задержка) или отрицательное (опережение) количество пакетов c двумя ЦО (рис. 3). Данный режим испытательной системы РЕТОМ-61850 позволяет проверить работоспособность алгоритма выравнивания выборок (буфера компенсации) в устройстве РЗА, принимающего SV?потоки от нескольких источников сигналов при рассинхронизации измерительных преобразователей.
2) Режим искажений «Порядок пакетов» изменяет порядок следования сетевых пакетов внутри окна заданной длительности с заданного сетевого пакета относительно начала секунды (1PPS) и с определённым интервалом повторения окна. На рис. 4 представлен пример перестановки соседних пакетов (с двумя ЦО), начиная со 2-го пакета от сигнала 1PPS в окне перемешивания из 4 пакетов с интервалом повторения в 4 пакета. Алгоритм ИЭУ РЗА должен перестроить пакеты в нормальный порядок, если размер окна перемешивания не превышает предела буфера компенсации или, в противном случае, блокировать ИЭУ с соответствующей сигнализацией.
Рис. 1. Пример настройка исходящего SV-потока IEC 61869-9 для РЗА типа 3I0U
Рис. 2. Пример приёма SV-потоков IEC 61869-9 с наборами сигналов 3I0U, 0I3U, 1I0U, 0I1U
Рис. 3. Пример смещения пакетов для SV-потока 96 выборок/период, noASDU = 2
3) Режим искажений «Пропуск пакетов» имитирует отсутствие сетевых пакетов в SV?потоке вследствие некорректной работы сетевого коммуникационного оборудования или перегрузки каналов связи. В отличие от IEC 61850-9-2LE, для релейной защиты требования IEC 61869-9 определяют количество цифровых отсчётов (ЦО), передаваемых в сетевых пакетах, равное двум (noASDU = 2), вследствие чего пропадание пакетов в локально-вычислительной сети объекта становится более критичным для правильного функционирования ИЭУ и требует соответствующего внимания при испытаниях специальных алгоритмов восстановления данных. Пропуск пакетов производится следующим образом: с заданного сетевого пакета относительно начала секунды задаётся размер окна пропускания сетевых пакетов (ЦО) и интервал повторения окна. При этом алгоритм режима предусматривает возможность пропуска всех либо случайного количества сетевых пакетов внутри окна. На рис. 5 представлен пример случайного пропуска выборок, начиная со 2-го пакета от сигнала 1PPS в окне искажений из 3-х пакетов с интервалом повторения в 4 пакета. Данный режим позволяет проверить работоспособность алгоритмов восстановления потерянных значений при единичном пропадании пакетов (аппроксимация) и соответствующей блокировки и сигнализации недостоверных данных в принимаемых SV-потоках при потере нескольких сетевых пакетов подряд.
Рассмотренные режимы искажений могут выполняться независимо. На рис. 6 приведена осциллограмма процесса испытаний исходящего SV-потока с комбинированным режимом сетевых искажений (пропуск, перемешивание и смещение пакетов), совмещённая с неискажённым сигналом. Программы автоматических проверок функций РЗА (дистанционных, дифференциальных, токовых защит и др.) и моделирующие программы (RL-модель энергосистемы, модель трансформаторов тока), использующие SV-потоки с активным режимом искажений, позволяют выполнять комплексное динамическое тестирование функций релейной защиты и специальных алгоритмов ИЭУ РЗА. На рис. 7 приведён пример генерируемого РЕТОМ-61850 аварийного процесса (SV-поток IEC 61869-9, 96 выборок/период, набор данных 3IU0) с насыщением электромагнитных измерительных трансформаторов тока при автоматическом повторном включении, утяжелённого комбинированным искажением данных в локально-вычислительной сети ЦПС.
Рис. 4. Пример перемешивания пакетов для SV-потока 96 выборок/период, noASDU = 2
Рис. 5. Пример режима пропуска пакетов SV-потока 96 выборок/период, noASDU = 2
Рис. 6. Пример генерации искажений при статических испытаниях
Рис. 7. Пример генерации искажений при динамических испытаниях
Рыжов Э.П., Шалимов А.С.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Июнь 2020