Дэд станцын холбооны протоколууд: Modbus-аас IEC 61850 хүртэл
Орчин үеийн дэд станц бол зөвхөн хүчний трансформатор, таслуур, салгуурын цогц биш, харин хэмжилт, хамгаалалт, удирдлагын төхөөрөмжүүд нь хоорондоо байнга мэдээлэл солилцдог "ярьдаг" систем юм. 110/35/10 кВ-ын нэг дэд станцаас таслуурын байрлал, гүйдэл ба хүчдэлийн хэмжилт, реле хамгаалалтын ажиллагааны бүртгэл гэх мэт олон зуун өгөгдөл диспетчерийн төв рүү тасралтгүй урсаж байдаг. Энэ бүх мэдээллийг алдаагүй, найдвартай дамжуулах "нийтлэг хэл" нь холбооны протокол юм.
Энэ нийтлэлд Монголын эрчим хүчний салбарт түгээмэл хэрэглэгддэг Modbus, IEC 60870-5 цувралын протоколуудыг энгийнээр тайлбарлаж, DNP3-ыг товч дурдаад, IEC 61850 стандарт руу шилжиж буй чиг хандлагыг танилцуулна.
RTU ба IED — дэд станцын мэдээллийн эх үүсвэрүүд
RTU (Remote Terminal Unit — алсын терминал төхөөрөмж) нь уламжлалт SCADA системийн үндсэн элемент бөгөөд дискрет оролтоор таслуур, салгуурын байрлалыг, аналог оролтоор гүйдэл, хүчдэл, идэвхтэй ба реактив чадлыг цуглуулж диспетчерийн төв рүү дамжуулдаг. Харин IED (Intelligent Electronic Device — ухаалаг электрон төхөөрөмж) гэдэгт микропроцессорт суурилсан реле хамгаалалт, хэмжилтийн олон үүргийг нэг дор гүйцэтгэдэг орчин үеийн төхөөрөмжүүдийг ойлгоно. Тэдгээрийн дамжуулдаг үндсэн мэдээлэлд:
- Таслуур, салгуурын байрлал, удирдлагын команд;
- Фаз тус бүрийн гүйдэл, хүчдэл, чадал, чадлын коэффициент (cosφ);
- Реле хамгаалалтын ажилласан бүртгэл, богино залгааны осциллограмм;
- Трансформаторын температур, ачааллын хэтрэлт зэрэг дохиолол багтана.
Modbus — хамгийн энгийн, өргөн тархсан протокол
Modbus нь 1970-аад оны сүүлээс хэрэглэгдэж ирсэн, "мастер асууж, слейв хариулна" гэсэн маш энгийн зарчимтай протокол юм. Modbus RTU хувилбар нь RS-485 цуваа шугамаар, Modbus TCP хувилбар нь Ethernet сүлжээгээр ажилладаг. Бүх өгөгдөл 16 битийн регистр болон нэг битийн "coil" хэлбэрээр хаяглагддаг тул хэмжилтийн утга, командыг унших, бичихэд ойлгомжтой.
Хурдны хувьд хязгаарлагдмал гэдгийг тооцох хэрэгтэй. Жишээ нь 9600 бит/с хурдтай RS-485 шугамд нэг тэмдэгт (11 бит) дамжих хугацаа t = 11 / 9600 ≈ 1.15 мс тул 256 байт урттай хамгийн том кадр ойролцоогоор 0.3 секунд зарцуулна. Олон төхөөрөмжийг нэг шугамд залгавал асуулгын бүтэн мөчлөг хэдэн секунд болж уддаг.
Диспетчерийн холбоо: IEC 60870-5-103/104 ба DNP3
IEC 60870-5-103 нь реле хамгаалалтын төхөөрөмжийг станцын удирдлагын системд холбоход зориулагдсан цуваа протокол бөгөөд хамгаалалтын ажиллагаа, тохируулгын мэдээллийг стандарт хэлбэрээр дамжуулдаг. Харин IEC 60870-5-104 нь TCP/IP сүлжээнд суурилсан, дэд станц ба диспетчерийн төв хоорондын холбооны үндсэн стандарт юм. Түүний давуу тал нь:
- Үйл явдал бүрд цагийн тэмдэглэгээ хавсаргадаг тул ослын дүн шинжилгээ хийхэд хялбар;
- Төлөв өөрчлөгдөх үед төхөөрөмж өөрөө мэдээллээ илгээдэг (асуулга хүлээхгүй);
- Одоо байгаа Ethernet, шилэн кабелийн дэд бүтцийг шууд ашигладаг.
DNP3 протокол нь Хойд Америкт түгээмэл бөгөөд үйл явдлын буфер, цагийн тэмдэглэгээ, TCP/IP хувилбар зэрэг 104-тэй төстэй чадвартай. Монголд харьцангуй цөөн хэрэглэгддэг ч импортын зарим RTU, IED дээр тааралддаг тул нэрийг нь мэдэж байх нь зүйтэй.
IEC 61850, протокол сонголт ба gateway шийдэл
IEC 61850 бол зөвхөн нэг протокол биш, дэд станцын автоматжуулалтын иж бүрэн стандарт юм. Төхөөрөмж бүрийн мэдээлэл "логик зангилаа" хэлбэрээр стандарт загвартай болж, MMS-ээр удирдлагын мэдээлэл, GOOSE мессежээр IED хоорондын хурдан дохио, Sampled Values-ээр хэмжилтийн түүхий утга дамждаг. GOOSE-ийн гол ач холбогдол нь хамгаалалтын хориглолт, ажиллагааны дохиог миллисекундын түвшинд Ethernet сүлжээгээр дамжуулж, уламжлалт олон зуун зэс дамжуулагчийг шилэн кабелиар орлуулдагт оршино. Шинээр баригдаж буй 110/220 кВ-ын дэд станцуудад энэ стандарт дэлхий нийтэд үндсэн шийдэл болоод байна.
Протокол сонгохдоо дараах хүчин зүйлийг харгалзана:
- Диспетчерийн төвийн SCADA систем ямар протокол хүлээн авдаг вэ;
- Одоо байгаа болон шинээр суурилуулах төхөөрөмжүүдийн дэмжлэг;
- Цагийн тэмдэглэгээ, ослын бүртгэлийн шаардлага;
- Кибер аюулгүй байдал, сүлжээний тусгаарлалт;
- Ашиглалтын инженерүүдийн ур чадвар, сургалтын хэрэгцээ.
Практикт хуучин, шинэ төхөөрөмж зэрэгцэн ажилладаг тул протокол хөрвүүлэгч буюу gateway өргөн хэрэглэгддэг. Жишээ нь Modbus RTU-тэй хуучин хэмжилтийн төхөөрөмжүүдийг gateway-ээр IEC 60870-5-104 руу хөрвүүлж диспетчерийн төвд нэгтгэх нь шинэчлэлийн зардлыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг.
Дүгнэлт
Дэд станцын холбооны протоколууд энгийн асуулга-хариултын Modbus-аас эхлээд иж бүрэн IEC 61850 стандарт хүртэл хөгжсөн. Дотоод хэмжилт, туслах системд Modbus одоо ч хангалттай байж болох ч диспетчерийн холбоонд цагийн тэмдэглэгээтэй, үйл явдалд суурилсан IEC 60870-5-104 нь Монголын нөхцөлд бодит стандарт болжээ. Шинэ болон өргөтгөж буй дэд станцад IEC 61850-ийг эхнээс нь тооцож төлөвлөх нь ирээдүйн өргөтгөл, төхөөрөмж хоорондын нийцтэй байдлыг баталгаажуулна. Протоколын зөв сонголт, найдвартай gateway шийдэл нь SCADA системийн үнэн зөв, шуурхай мэдээллийн үндэс тул төслийн эхний шатнаас нухацтай авч үзэх ёстой.