Komunikacja zgodna z IEC 61850. Ethernet przełączany jako infrastruktura komunikacyjna dla systemów sterowania, nadzoru i zabezpieczeń stacji elektroenergetycznej

Dla każdego rozważanego systemu można wyodrębnić kryteria będące podstawą oceny stopnia jego wartości użytkowej. Do najważniejszych należą: przejrzystość, możliwości rozbudowy systemu – skalowalność, koszt wdrożenia i eksploatacji oraz niezawodność. Stosując odpowiednie mechanizmy w sieci opartej na przełączanym Ethernecie oraz bazę modeli logicznych, zamiast, jak dotychczas, list sygnałów, standard IEC 61850 ułatwia spełnienie powyższych kryteriów. W modelach danych odwzorowana jest kontrola procesów oraz informacji pochodzących z urządzeń elektrycznych (aparatura wtórna i pierwotna), obsługa zabezpieczeń oraz pozostałe funkcje automatyki stacyjnej. Poprzez abstrakcyjne modele interfejsów komunikacyjnych poszczególnych urządzeń, określone są metody wymiany informacji, dostępu do poszczególnych modeli informatycznych, raportowania sekwencji zdarzeń i historii zdarzeń.

Wspomniane powyżej cechy standardu IEC 61850 zostały opisane w artykule w kontekście wymagań komunikacyjnych systemu. Zastosowanie struktury opartej na sieci przełączanej Ethernet wymaga odpowiedniego projektu uwzględniającego zastosowanie specjalnych mechanizmów sieciowych, takich jak: protokoły rekonfiguracji topologii, tworzenie wirtualnych podsieci, obsługa ruchu grupowego, obsługa priorytetów, blokowanie nagłówków. Obligatoryjne jest również zastosowanie urządzeń sieciowych, mających odpowiednio wysoką odporność środowiskową [10].

W artykule omówione zostały wyniki analizy związanej z zastosowaniem poszczególnych mechanizmów sieciowych, w celu spełnienia wymienionych w standardzie wymagań dotyczących komunikacji. Wnioski poparto wynikami symulacji komputerowych dla wybranych topologii.

Przez wiele lat eksploatacji obiektów energetycznych zaobserwowano, że zmiany wprowadzane w funkcjonalności systemu, ze względu na rozwój technologiczny, są znacznie rzadsze niż w przypadku systemów komunikacyjnych [3]. Ten aspekt w połączeniu ze stopniem rozwoju osiągniętego przez systemy transmisji danych oparte na protokole Ethernet, spowodowały rozpoczęcie prac nad wprowadzeniem nowego standardu wymiany danych w stacjach elektroenergetycznych. Efektem tych prac jest standard IEC 61850 (polska wersja normy PN-EN 61850 Systemy i sieci komunikacyjne w stacjach elektroenergetycznych). Powstał on na podstawie doświadczeń EPRI (UCA 2.0) oraz IEC (60870-5-101, -103, -104), w celu ujednolicenia zasad wymiany danych dla potrzeb energetyki. Zrealizowany zgodnie z ideą warstwowego modelu komunikacji i rozdzielenia samych zagadnień transmisyjnych i komunikacyjnych od aplikacji i funkcjonalności systemu. Standard jest nadal rozwijany szczególnie w zakresie komunikacji pomiędzy stacjami elektroenergetycznymi oraz synchronizacji czasu. Projektowanie sieci informatycznej wymaga zrozumienia funkcjonalności i wymagań systemów energetycznych, w związku z tym należy przynajmniej ogólnie rozważyć ideę IEC 61850, skupiając się na cechach istotnych z punktu widzenia projektowania samej infrastruktury sieciowej. Potrzebne założenia i wymagania standardu IEC 61850 zostały ciekawie i przejrzyście opisane w wielu źródłach [1 - 5]. Zakres artykułu pozwala tylko na ogólny opis najistotniejszych zagadnień. Standard składa się z 10 części i szczegółowo omawia wszelkie aspekty wymiany danych od odporności środowiskowej urządzeń komunikacyjnych po obiektowe modele danych aplikacji. W takim podejściu rozróżniono trzy logiczne poziomy komunikacji:

• procesu – zdalne I/O, czujniki, włączniki, wyłączniki, przekładniki,
• pola – kontrola, zabezpieczenia polowe, automatyka stacyjna, rejestracja,
• tacji – centrum SSiN stacji – komputer stacyjny, stanowisko prowadzenia ruchu, połączenia do centrów nadzoru, serwery SCADA, HMI, centralne urządzenia synchronizujące czas, drukarki operatorskie.