Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПУНКТОВ СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Аунг Чжо Мьо 1 Высочкин А.В. 1 Кокин В.В. 1 Чжо Зин Лин 1 Портнов Е.М. 1
1 Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
В статье представлены требования к созданию перспективных систем телемеханики в соответствии со стандартами МЭК 870-5-104 (101). Проведен анализ структуры и параметров устройств контролируемых пунктов, построенных на разных принципах с учетом следующих факторов: время передачи сообщения по каналу связи, наработка на отказ одного модуля, дискретность передаваемых меток времени, «поддержка» международных протоколов. Рассмотрены различные структуры рассредоточенного контроллера устройства контролируемого пункта для цифровых подстанций. Предложена обобщенная структура устройства контролируемого пункта, включающая рассредоточенные контроллеры силовых ячеек и резервированное ядро. Предложенная структура позволяет строить высоконадежные устройства контролируемых пунктов (КП) с рассредоточенной структурой контроллеров, устанавливаемых в силовых ячейках, и обеспечивает: однозначную фиксацию «событий», зафиксированных не только в разных силовых ячейках одного устройства КП, но и в разных КП, сопряженных с центральной приемо-передающей станцией (ЦППС) разными типами каналов связи; выполнение всех процедур, регламентируемых стандартами, при приеме и выводе команд телеуправления; выполнение требований стандартов и нормативных документов по времени сбора и доставки в ЦППС всех типов информации; возможность построения резервированных структур.
система телемеханики
контролируемый пункт
контроллеры
цифровая подстанция
резервирование
протокол
надежность
1. Han G., Xu B. IEC 61850-based open communication system of advanced distribution automation Dianwang Jishu. Power System Technology. 2011. Vol. 35. Issue 4. P. 183–186.
2. Li L., Miao P., Wang J. Analyze and implementation of substation automation system base on IEC 61850 standard. Power System Technology. 2006. 30 (S1). Р. 321–324.
3. Портнов Е.М., Высочкин А.В., Кокин В.В. К вопросу оценки качества АСУТП в энергетике // Энергосбережение и эффективность в технических системах: материалы IV Международной научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов (г. Тамбов, 10–12 июля 2017 г.). Тамбов: ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет», 2017. С. 411–412.
4. Баин А.М. Новые теоретические подходы к созданию многофункциональных систем управления в энергетике повышенной достоверности // Фундаментальные исследования. 2014. № 3–4. C. 701–705.
5. Баин А.М., Чжо З.Е. К вопросу повышения эффективности использования базового протокола в соответствии со стандартом МЭК 870-5-101 // Интернет-журнал Науковедение. 2013. № 5 (18). С. 22.
6. Баин А.М. К вопросу эффективного использования протоколов передачи информации в системах обеспечения энергоэффективности // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2013. № 2. С. 60–63.
7. Чжо Зо Е, Чжо Зин Лин, Портнов Е.М., Лисов О.И., Баин А.М. Оценка эффективности информационно-управляющих телемеханических комплексов, использующих протокол IEC 60870-5-101 (104) // Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе: мат-лы XLIV Междун.конф. (Гурзуф, 22 мая – 01 июня 2015 г.). М.: ООО «Институт новых информационных технологий», 2015. С. 166–172.
8. Дубовой Н.Д., Слюсарь В.В., Теплова Я.О. Методика определения реального быстродействия информационно-управляющих систем в энергетике // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. 2012. № 3. С. 8–12.
9. Портнов Е.М., Дубовой Н.Д., Слюсарь В.В., Сидоренко Н.И. Методика обеспечения высокого уровня интегральной достоверности систем управления в энергетике // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. 2012. № 3. С. 13–17.
10. Дубовой Н.Д. Повышение достоверности управляющих сигналов в радиорелейных линиях связи // Известия вузов. Электроника. 2009. № 3. C. 90–92.

В настоящее время основой создания перспективных систем телемеханики является: доступность современной микропроцессорной элементной базы; использование высокоскоростных цифровых каналов связи для информационного обмена между пунктом управления – центральной приемо-передающей станцией (ПУ-ЦППС) и контролируемыми пунктами (КП); применение общепринятых международных протоколов по стандарту МЭК 870-5-104 (101) [1, 2].

Отмеченные факторы, облегчающие создание перспективных систем телемеханики, сочетаются с новыми требованиями, которые усложняют решение задачи: увеличение не менее чем втрое объема измерительной информации; замена традиционных датчиков аналоговых сигналов – нормирующих преобразователей многофункциональными цифровыми преобразователями (ЦП); интеграция в систему телемеханики информационных, управляющих и измерительных каналов устройств защиты и автоматики (УЗА); использование счетчиков электрической энергии (СЧ) не только в качестве источников интегральных значений измеряемых параметров – энергии, мощности, но и для телеизмерения текущих параметров – тока, напряжения; необходимость регистрации системы телемеханики в реестре средств измерительной техники [3–5].

Микропроцессорная элементная база позволяет перенести «интеллект» системы не только с уровня ЦППС в контролируемые пункты, но и с уровня КП в функциональные модули. Принцип «рассредоточения интеллекта» выгодно отличает профессиональные системы телемеханики от суррогатных, построенных на программно-логических контроллерах (ПЛК) [4, 6]. Основу ПЛК составляют универсальные модули циклического ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, а аппаратура и программы обработки, проверки достоверности, привязки информации к меткам времени сконцентрированы в «центре». ПЛК, изначально ориентированные на применение в комплексах технических средств локальных информационно-управляющих систем, все чаще позиционируются их производителями как безальтернативные составляющие телемеханических систем [6]. В значительной степени активное внедрение ПЛК в системы телемеханики стало возможным благодаря тому, что переход на современную элементную базу совпал с практическим исключением расчетных показателей системной достоверности, надежности, быстродействия, целостности информации из числа параметров, определяющих качество изделий. Вместо них используются никак не связанные с реалиями рекламные показатели: время передачи сообщения по каналу связи, наработка на отказ одного модуля, дискретность передаваемых меток времени, «поддержка» общепринятых международных протоколов [7].

Настоящий материал ограничивается анализом, с учетом указанных факторов, структуры и параметров основной составляющей систем телемеханики – устройств КП, построенных на разных принципах. Устройства КП для подстанций (ПС) реализуются по сосредоточенной, рассредоточенной или комбинированной структуре. Базовый вариант устройства КП сосредоточенной структуры приведен на рис. 1.

aung1.wmf

Рис. 1. Структура сосредоточенного устройства КП: ЦП – цифровой многофункциональный преобразователь в кодовые сообщения телеизмерений текущих (ТТ) значений токов, напряжений, мощности; УЗА – устройство защиты и автоматики; СЧ – счетчик электрической энергии – преобразователь в кодовые значения телеизмерений интегральных (ТИ) значений энергии, а также ТТ значений токов, напряжений, мощности; ДИ – диагностическая информация; КА – коэффициенты адаптации устройства в соответствии с условиями применения

При реализации сосредоточенной структуры КП цепи связи со всеми источниками и приемниками информации подводятся к общему конструктиву. Для всех компонентов КП используются общие: источник питания (формирователь всех требуемых видов напряжения питания), центральный контроллер – супервизор, регулирующий информационный обмен по внутренней магистрали (интерфейсу), со всеми функциональными модулями, включенными в состав КП, а также одно- или многоканальный адаптер связи (модем) КП с устройством ЦППС или другим КП – ретранслятором. Набор типов и числа модулей КП определяется требуемым объемом информации и возможностями используемых модулей.

Характерными особенностями сосредоточенной структуры КП являются: относительно малый общий объем и стоимость аппаратуры, простота обслуживания.

Сокращение общего объема аппаратуры обеспечивается за счет: уменьшения суммарного числа конструкций устройства; возможности использования функциональных модулей с большим числом каналов ввода или вывода информации и, следовательно, уменьшением общего их числа для требуемого объема информации КП; использования общих для всего устройства центральных процессоров (супервизоров), модемов, источников питания.

Упрощение обслуживания обеспечивается возможностью введения более глубокой диагностики устройства в целом, уменьшением количества аппаратуры. Необходимо отметить, что для комплектных подстанций (ПС), в состав силовых ячеек которых включаются компоненты систем телемеханики, использование сосредоточенных структур устройств КП невозможно. Поэтому далее будет проведен анализ рассредоточенных структур. Базовая рассредоточенная структура устройства КП показана на рис. 2.

aung2.wmf

Рис. 2. Структура рассредоточенного устройства КП для ПС

Устройство состоит из ядра и рассредоточенных контроллеров, соединенных с ядром одной или несколькими магистралями. В ядро включается аппаратура, которая, с одной стороны, используется всеми рассредоточенными контроллерами, а с другой стороны, не входит в состав отдельных силовых ячеек.

Выполнение рассредоточенных контроллеров может принципиально различаться. Приведем несколько вариантов реализации рассредоточенных контроллеров. Первый вариант структуры контроллера силовой ячейки ПС представлен на рис. 3. Он характерен тем, что контроллер является законченным изделием и построен по принципам, аналогичным построению сосредоточенного устройства.

aung3.wmf

Рис. 3. Вариант № 1 структуры рассредоточенного контроллера устройства КП для ПС

aung4.wmf

Рис. 4. Вариант № 2 оборудования рассредоточенной ячейки КП

Модули рассредоточенного контроллера могут выполняться многофункциональными, совмещающими функции двух и более модулей, приведенных на рис. 3. Альтернативный вариант рассредоточенного контроллера № 2, показанный на рис. 4, отличается тем, что в нем функции модулей возложены на устройства, встроенные в силовую ячейку: УЗА, ЦП, СЧ.

Недостатком приведенного варианта по сравнению с контроллером, приведенным на рис. 2, является невозможность фиксации данных, не связанных с базовыми устройствами: УЗА, ЦП, СЧ. Для построения рассредоточенных контроллеров могут использоваться также комбинации вариантов № 1 и 2. В общем, устройства КП с рассредоточенными контроллерами характеризуются: резким уменьшением кабельно-проводниковой продукции и объема монтажных работ; большой заводской готовностью оборудования ПС; увеличением суммарного объема оборудования.

В качестве конкурентного параметра варианта КП с рассредоточенными контроллерами обычно указывается также повышение живучести устройства в целом, так как выход из строя оборудования одной ячейки не приводит к выходу из строя остального оборудования. Но при этом не учитываются риски неработоспособности всего устройства КП при выходе из строя ядра устройства, общего источника питания.

Авторами предлагается вариант альтернативной структуры устройства КП, приведенный на рис. 5. Устройство КП состоит из рассредоточенных контроллеров силовых ячеек и резервированного ядра. В состав силовой ячейки включается набор «стандартных» устройств – УЗА, ЦП, СЧ, тип и число которых определяется проектом. С помощью ЯСД обеспечивается параллельная подача сигналов от датчиков в УЗА и контроллер силовой ячейки (КСЯ). КСЯ одновременно с вводом данных формирует относительную метку времени.

aung5.wmf

Рис. 5. Предложенный вариант устройства КП с рассредоточенными контроллерами

Для предложенной структуры ввод данных от датчиков совмещается с формированием биимпульсного условно корреляционного кода, а также с проведением динамического диагностического контроля и введением помехоустойчивого кодирования [8–10]. В результате формируется сообщение с кодовым расстоянием 8 [1, 7]. КСЯ разделяет все виды информации на оперативную и неоперативную составляющие. Кроме указанного сообщения с относительными метками времени всех «событий», КСЯ формирует оперативную составляющую информации, которая не сопровождается метками времени и доставляется в приемник с минимальной задержкой [3, 8].

Кроме стандартных аварийных цепей управления исполнительным механизмом (ИМ), создаваемыми УЗА, КСЯ образует обходные цепи телеуправления (ОЦТУ), с помощью которых реализуются все оговоренные стандартами процедуры обеспечения максимального значения интегральной достоверности, которой также учитывается надежность, помехоустойчивость и быстродействие [7].

Для упрощения процедур вызова и получения информации КСЯ запоминает типы команд вызова данных и периодичность вызовов в режиме начальной инициализации, после чего автономно реализует установленные процедуры. Получаемые и форматированные данные КСЯ направляет в ядро устройства КП.

Для обеспечения резервирования трасс доставки данных в ядро, в КСЯ вводится два независимых канала вывода данных – радиальный канал типа «точка – точка» («токовая петля») и магистральный канал RS-485 с передачей данных в протоколе HDLC [3, 5].

При такой структуре резервированное ядро устройства КП остается работоспособным при выходе из строя любого компонента.

Заключение

Предложенная структура позволяет строить высоконадежные устройства КП с рассредоточенной структурой контроллеров, устанавливаемых в силовых ячейках, и обеспечивает: однозначную фиксацию «событий», зафиксированных не только в разных силовых ячейках одного устройства КП, но и в разных КП, сопряженных с ЦППС разными типами каналов связи; выполнение всех процедур, регламентируемых стандартами, при приеме и выводе команд телеуправления; выполнение требований стандартов и нормативных документов по времени сбора и доставки в ЦППС всех типов информации; возможность построения резервированных структур с минимальной корреляцией между резервирующими частями устройства КП.


Библиографическая ссылка

Аунг Чжо Мьо, Высочкин А.В., Кокин В.В., Чжо Зин Лин, Портнов Е.М. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПУНКТОВ СИСТЕМЫ ТЕЛЕМЕХАНИКИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2019. – № 2. – С. 12-16;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=12662 (дата обращения: 06.03.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074