Wymagania co do urządzeń sieciowych

Urządzenia sieciowe stosowane do komunikacji zgodnej z normą IEC 61850 muszą zapewniać szereg cech i udostępniać pewne dodatkowe funkcje. Podstawowym wymaganiem jest zdolność do sprawnej pracy określonej parametrem MTBF (Mean Time Between Failures), w bardzo szerokim zakresie temperatur otoczenia. Po drugie konieczne jest, aby mogły one działać w instalacjach redundantnych i w razie wystąpienia usterki, bardzo szybko przełączać ruch na sprawne trasy. Wszystko to powinno być niezależne od liczby urządzeń podłączonych do sieci.

Zuzanna Wieczorek Kierownik działu technicznego Tekniska Polska Norma określa zupełnie abstrakcyjny sposób komunikacji urządzeń automatyki stacji i SSiN. Model taki defi niuje zarówno rodzaj informacji, jak i sposób ich wymiany i obejmuje wszystkie poziomy stacji. Modele danych i komunikacji są obiektowe, hierarchiczne, zorientowane na konkretną funkcję pełnioną w systemie. Wymiana danych odbywa się na zasadach klient-serwer/wydawca-subskrybent, a nie jak dotychczas master-slave, co niesie ze sobą oczywiste korzyści. Kluczowe zalety to możliwość zdalnego nadzoru, kompatybilność urządzeń IED, redukcja opóźnień wynikających z konwersji protokołów i interfejsów, łatwość rozwoju i diagnostyki, znaczna redukcja okablowania rozdzielni. Infrastruktura komunikacyjna oparta na Ethernecie umożliwia bezbłędną, szybką komunikację równolegle z korzystaniem z innych usług typu zdalny dostęp inżynierski, zastosowanie webserwerów. Z punktu widzenia efektywnego zarządzania energią niesie to ze sobą znaczne korzyści ekonomiczne. Standard jest już w Polsce wymieniany jako obligatoryjny dla nowych i modernizowanych stacji najwyższych napięć. Problemem może być dostosowanie istniejących urządzeń automatyki w stacjach modernizowanych i stosunkowo mała dostępność seryjnie produkowanych urządzeń. Wprowadzenie standardu, mimo większego kosztu samych urządzeń stacyjnych, powoduje znaczne oszczędności w kosztach całkowitych. Producenci cyfrowych urządzeń automatyki stacyjnej muszą dostosować swoje rozwiązania do wymogów normy, która w czasach wszechobecnej informatyzacji i optymalizacji wydaje się być naturalnym krokiem w przyszłość. Z kolei przed producentami urządzeń sieciowych stoi wyzwanie sprostania wyśrubowanym wymaganiom jakościowym i środowiskowym, tak aby zapewnić maksymalną niezawodność i pewność transmisji.

Rys.8. Zasada działania multiplikacji pakietów Multicast zgodnie z IGMP

Inną istotną funkcją jest prewencyjne blokowanie pakietów o niskim priorytecie, co sprawia że w przypadku dużego obciążenia sieci nie pojawią się zatory w komunikacji.

Switche ethernetowe stosowane w podstacjach elektrycznych powinny obsługiwać protokół IGMP (Internet Group Management Protocol), który stosuje się do dynamicznego rejestrowania przynależnośći w grupach do komunikatów typu Multicast.

Pozwala to znacząco zmniejszyć ruch na łączach, w przypadku przesyłu tego typu pakietów. Mechanizm działania IGMP został przedstawiony na rys. 8. Bardzo ważna jest obsługa sieci wirtualnych. Znacząco zwiększają one bezpieczeństwo dostępu do danych oraz ograniczają nadmiarowy ruch w sieci.

Nowy czy unowocześniony?

Standard IEC 61850 stanowi pewnego rodzaju nowość w energetyce, mimo że istnieje już kilka lat. Przez wiele osób z branży założenia IEC 61850 uznawane są za rewolucyjne. Wszak w dziedzinie energetyki wszelkie nowości powoli zyskują na popularności i wprowadzane są z bardzo dużą ostrożnością.

TABELA 2. Dokumenty wchodzące w skład omawianej normy Co zawiera IEC 61850? Na normę składają się oddzielne dokumenty opisujące koncepcje i sugestie dotyczące tworzenia systemów elektroenergetycznych. Dokumenty o numerach od 6 do 7 nazywane są podstawowymi.

W praktyce założenia IEC 61850 znacząco różnią się od tzw. tradycyjnego podejścia do budowy podstacji energetycznych. Największa zmiana dotyczy technologii przesyłu danych.

IEC 61850 zyskuje na popularności od samego powstania. Uzyskał on status międzynarodowego standardu w 2005 roku i od tego czasu powstało już bardzo wiele urządzeń zgodnych z wymaganiami zawartymi w omawianym dokumencie.

Ponadto jest on rozszerzany na różne inne dziedziny przemysłu związanego z energetyką. Obecnie istnieją już opracowania takie jak IEC 61400-25, dotyczące elektrowni wiatrowych, IEC 62344, który porusza kwestie komunikacji w elektrowniach wodnych oraz IEC 62350, w którym skoncentrowano się na kwestii rozproszonego wytwarzania energii elektrycznej.

Do tej swoistej ewolucji przyczynia się współpraca bardzo wielu firm z branży elektroenergetycznej – w tym tych, które zajmują się oprogramowaniem, zabezpieczeniami, a nawet integratorów.

Informacje z kolejnych wdrożeń często są przekazywane do producentów sprzętu, co pozwala im na usprawnianie swoich urządzeń. Istnieją też strony internetowe, na których można wymieniać swoje poglądy i doświadczenia związane z napotkanymi problemami dotyczącymi wprowadzania zasad z IEC 61850.

Przykładem jest witryna www.tissue.iec61850.com

Obecnie praktycznie wszystkie nowe stacje energetyczne buduje się w oparciu o urządzenia zgodne ze standardem IEC 61850. Polska nie odstaje pod tym względem od reszty Europy, a więc także i w naszym kraju coraz większa część podstacji energetycznych korzysta z koncepcji nowego standardu. Większość integratorów zajmujących się elektroenergetyką przystosowała się do nowych realiów rynkowych i działa w oparciu o normę IEC. Na polskim rynku dostępne są także liczne produkty, takie jak np. switche sieciowe, które spełniają wymagania omawianego standardu.

Podsumowanie

TABELA 3. Tematy numerów w kolejnych wydaniach APA

Norma IEC 61850 stała się szeroko rozpoznawalnym standardem w świecie elektroenergetyki i wiele wskazuje na to, że opracowane w niej koncepcje zostaną rozszerzone także na inne dziedziny przemysłu.

Być może sukces IEC 61850 wynika z bardzo wysokiego poziomu abstrakcji opisów zawartych w normie, które w praktyce pozwalają producentom na własne realizacje ustalonych wymagań.

Jednakże aby opracować podobne standardy dla innych kluczowych sektorów przemysłu konieczna jest współpraca wielu międzynarodowych producentów tworzących urządzenia wykorzystywane w danej branży.

Powstaje też pytanie, czy w ogóle istnieje zapotrzebowanie na tego typu standardy. Przykład pochodzący z branży energetycznej sugeruje że tak, ale tezę tę zweryfikuje sam rynek.

Marcin Karbowniczek