ГОСТ Р МЭК 61850-5-2011 Сети и системы связи на подстанциях. Часть 5. Требования к связи для функций и моделей устройств (Переиздание)

     15 Требования к производительности системы

15.1 Введение

Для гарантии соблюдения времени передачи, указанного в разделе 13, при любых режимах работы и при любых непредвиденных ситуациях на подстанции на этапе планирования должны быть учтены и изучены динамические характеристики.

В МЭК 61850-1 определены основные типы подстанций с иллюстрацией типичных уровней функциональности. Также в нем представлен ряд возможных конструкций шин; установлено, что фактическую конструкцию шины связи следует выбирать на основе требований и необходимого класса производительности, как указано в разделе 13.

Содержание данного раздела составляют методы, подтверждающие соблюдение динамических требований к производительности для данной подстанции с учетом того, что вопросы компоновки подстанции, а также распределения функций в разных странах решают по-разному. Из-за того, что подстанции имеют различную компоновку, различные схемы защит и функции управления, проект каждой подстанции следует оценивать отдельно.

Существуют два метода проведения таких расчетов. Один основан на модели PICOM, а другой является имитацией производительности LAN.

15.2 Методы расчета
     

    15.2.1 Метод PICOM

В соответствии с классификацией МЭК 61850-1 для расчета динамических сценариев было выбрано четыре различных типа подстанций. Метод расчета и расчеты выборок представлены в 1.1 (приложение I).

В методе расчета использована общая база данных для функций, связанных элементов данных и алгоритмов. Функции и связанная информация приведены в основном в Техническом отчете CIGRE, рег. N 180, и используются Рабочей группой технического комитета 57 МЭК в процессе стандартизации. Физические устройства используются для построения функциональной модели в каждом сценарии, скопление логических узлов и связанных PICOM данных служит для определения каждого физического устройства. База данных для расчетов содержит около 100 логических узлов и 1400 PICOM данных, которые были выявлены для системы связи подстанции. Атрибуты PICOM данных включают в себя требования к производительности, назначение логических узлов, а также операционное состояние и его причину.

Поток данных через выбранные интерфейсы сети может быть рассчитан для различных состояний эксплуатации подстанции, например для нормального, аномального и аварийного состояний. Интерфейсы могут объединяться различными способами в зависимости от использования фактической сети. Учитываются как технологические, так и станционные шины. Их можно рассматривать в сочетании, отдельно или с точки зрения функциональности.

Такой метод расчета учитывает только содержание данных. Затраты времени на синхронизацию кадров, структуру сообщения и т.д. в метод не включаются. При выборе реальной физической сети непроизводительные затраты времени, связанные с выбором стека, должны учитываться и добавляться к скорости передачи данных, заданной начальным расчетом.

Модель PICOM автоматически не учитывает сообщения, направленные через интерфейс 2 (сигнализация телезащиты), поскольку интерфейс 2 не является объектом стандартизации настоящего стандарта. Однако вполне возможно добавить IED-устройство, например, к радиокадру и использовать шину подстанции для связи между устройствами защиты и каналами радиосвязи. В таких случаях этот поток данных должен быть добавлен к расчету. Например, в схеме защиты, в которой дистанционная защита должна распространяться на блокировку удаленного конца, результирующая вспышка связи через интерфейс 2, вызванная коротким замыканием в одной из линий, значительно превысит любой другой источник потока данных.

Этот метод пригоден для определения общей скорости передачи данных. Для определения общего времени передачи следует применять программу имитации LAN либо эквивалентный подход.

15.2.2 Метод имитации LAN

После выбора физической сети и стека связи можно использовать программу имитации LAN для подтверждения проектирования. Такая программа должна учитывать все непроизводительные расходы, структуру сообщений, адресацию, многоадресную передачу, конфликты и т.д.

Программа имитации LAN в качестве выходного значения выдаст среднее и максимальное время задержки, и результаты могут быть напрямую проверены относительно необходимого общего времени передачи по разделу 13.

Пример использования этой методики для шины Ethernet и трех времен задержки sigma приведен в I.2 (приложение I).

15.3 Результаты расчетов

При сравнении результатов расчетов различные подстанции с совершенно различной степенью интеграции могут выдавать одинаковую нагрузку на шины, тогда как почти одинаковые подстанции могут иметь очень различные показатели нагрузки. Причина заключается в том, что на результаты сильно влияют фактические требования к функциям защиты и управления, а также распределение LN на физических устройствах.

Анализ РICOM для всех подстанций показывает нагрузку сети связи от 750 до 1200 кбайт с выборкой процесса и нагрузку менее 500 кбайт без выборки. Анализ имитации LAN для критического множественного отказа на подстанции Т2-2 показывает, что все критические выключатели получили команду отключения менее чем через 4 мс через специальные широковещательные сообщения, отображенные на протокол MMS/OSI. В сети Ethernet для LAN подстанции использовался коммутируемый концентратор 10 бит/с или общий концентратор 100 Мбит/с. Имитация не предполагала использования технологической шины, и все команды отключения поступали через LAN подстанции.

15.4 Заключение

В большинстве изученных случаев аномальные или аварийные нагрузки на шину подстанции добавляют от 50% до 100% нормальной нагрузки. На уровне процесса нет ощутимой разницы между нагрузками, поскольку большинство присоединенных физических устройств направляет потоки постоянных данных, на которые не влияют непредвиденные ситуации.

Самыми важными вопросами при планировании связи подстанции являются правильное назначение физическим устройствам свободно распределяемых логических узлов и организация самой сети связи для минимизации требований к связи "точка-точка". Модель PICOM является удобным инструментом для осуществления этой цели.

При настройке модели имитации LAN большое внимание следует уделить обеспечению правильной конфигурации сообщений, так как это тоже сильно влияет на результат. Модель PICOM предполагает, что все сообщения направляются как единичные объекты данных. Могут учитываться многоадресные сообщения, однако сообщения с объектами многокомпонентных данных не учитываются. Объединение допустимым способом объектов данных в объектно-ориентированные или многокомандные сообщения может привести к значительному снижению общего объема трафика. Это будет очевидно при изучении имитации LAN.

При определении фактической сети и стеков важно объединить объекты данных таким образом, чтобы минимизировать объем трафика.

Основным результатом расчетов и исследований должна стать гарантия выполнения указанных в разделе 13 требований ко времени передачи сообщений различного типа, что и призвана подтвердить программа имитации LAN.