ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2018 года по МПК G08B19/00 H04H60/76 G06F19/00 G05B11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к автоматически управляемым системам релейной защиты и аварийного управления сети электроснабжения. Оно относится к системам для сбора, обработки и отображения данных о состоянии сети электроснабжения, используя оборудование имеющее цифровую или электромеханическую релейную защиту и устройства автоматической регулировки.

Уровень техники

Региональная противоаварийная система (AES), используемая на российских энергетических системах предназначена для предотвращения аварий системы, каскадного распространения неисправностей в энергетических сетях и изоляции поврежденных фрагментов энергетических систем.

Система AES основана на анализе текущего состояния на разных станциях. В случае чрезвычайного события на любой станции соответствующие команды AES будут переданы между станциями или между станциями и центром управления AES.

Когда центр управления AES принимает команду (команды) AES, он обеспечивает заранее определенные действия путем передачи команд AES на разные станции в регионе для предотвращения аварий системы. Такие действия могут представлять собой включение или выключение потребителей, имеющих низкий приоритет, изменение положений выводов автотрансформаторов, генераторов, компенсаторов и т.д.

Передача команд AES представляет собой критический элемент региональной системы AES.

Команды AES представляют собой любые команды релейной защиты или любые другие двоичные сигналы, установленные в функциях системы AES.

Обычные системы AES подстанции состоят из контроллера AES, панели управления AES, такой как панель управления СР-24 ABB, и оборудования связи (связи по линии электропередач или по оптоволоконной линии).

Панель управления AES/CP-24:

На фиг. 1 показана функциональная схема обычной подстанции системы AES с панелью управления AES, на примере СР-24 ABB:

Интерфейсы и функции панели управления AES представляют собой следующие:

Интерфейс связи по глобальной сети:

Двунаправленный интерфейс между панелью управления AES и глобальной сетью представляет собой оборудование связи, обычно терминал связи по линии энергопередач или оптоволоконный мультиплексор.

Интерфейс предшествующего уровня техники представляет собой двоичный (без потенциала) I/O, 24 входа и 24 выхода, в случае СР-24.

Интерфейс подстанции:

Двунаправленный интерфейс между панелью управления AES и контроллером AES на подстанции.

Предшествующий уровень техники для интерфейса представляет собой двоичный (без потенциала) I/O, 24 входа и 24 выхода, в случае СР-24.

Интерфейс синхронизации:

Входной интерфейс для синхронизации панели управления AES, в частности, для внедрения временной метки при регистрации событий и отчетности.

Интерфейс предшествующего уровня техники представляет собой Irig-B.

Отчетность о событиях:

Выходной интерфейс от панели управления AES на систему SCADA подстанции, используемый для отчетности о событиях для событий, которые зарегистрированы в панели управления, на систему SCADA.

Предшествующий уровень техники для интерфейса представляет собой последовательные интерфейсы (RS-232/PTC 485) и регистрацию события на основе протокола IEC 61870-5-101.

Конфигурирование, мониторинг и интерфейс технического обслуживания:

Двунаправленный интерфейс для конфигурирования, мониторинга и технического обслуживания панели управления AES, то есть для загрузки программного обеспечения и конфигурации, выгрузки состояния и сообщений тревоги и выгрузки файлов регистратора событий.

Предшествующий уровень техники для интерфейса представляет собой последовательный интерфейс (RS-232/RS-485), который подключен к локальному PC технического обслуживания. Собственный протокол. Отсутствие защиты от кибератак.

Функции панели управления AES:

Функции предшествующего уровня техники, воплощенные в панели управления AES, представляют собой следующие:

- логические функции для входящих или исходящих команд, такие как "И", "ИЛИ", "ИНВЕРСИЯ", "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ", …

- Операции с временными характеристиками для входящих или исходящих команд, такие как активация с задержкой, деактивация с задержкой, пролонгация до минимальной длительности, ограничение до максимальной длительности, …

- Регистрация событий: запись и сохранение в энергонезависимом запоминающем устройстве каждой входящей или исходящей команды. Каждая запись содержит (синхронизированную) временную метку.

- Отчетность о событиях: отчетность о событиях, которые сохранены в регистраторе событий одновременно для системы SCADA через последовательный интерфейс.

- Механический переключатель на передней панели панели управления для физического отсоединения команды, например, для действий по техническому обслуживанию.

Стандарт связи для связи между устройствами системы автоматики подстанции, был введен как часть стандарта IEC 61850 под названием "сети и системы связи в подстанциях". Для обмена некритичными по времени сообщениями в пределах подстанций IEC 61850-8-1 определен протокол Спецификация производственных сообщений (MMS, ISO/IEC 9506) на основе уменьшенного стека протокола Взаимных соединений открытых систем (OSI) с Протоколом управления передачей (TCP) и протоколом Интернет (IP) на уровне транспортирования и сети, соответственно, и Ethernet в качестве физической среды. Для обмена критичными по времени сообщениями в пределах подстанций 61850-8-1 определяет Обобщенные объектно-ориентированные события подстанции (GOOSE) и Обобщенные события состояния подстанции (GSSE) прямо на уровне канала передачи данных Ethernet (OSI-уровень 2) стека связи.

В настоящее время ведутся разработки в области использования прозрачной передачи команд дистанционной защиты между подстанциями в форме сообщений GOOSE или GSSE, как определено моделью класса Обобщенное событие подстанции (GSE) в соответствии со стандартом IEC 61850, совместно с Наблюдением и мониторингом канала (CSM), эквивалентным CSM, предлагаемым обычным оборудованием дистанционной защиты. В патенте RU 2479904 С1 описано оборудование, имеющее цифровую или электромеханическую релейную защиту и устройства автоматического регулирования для Противоаварийной системы AES.

Ни один из документов известного уровня техники не раскрывает панель управления для противоаварийной системы AES с интерфейсом связи, выполненным с возможностью передачи двоичных команд защиты и управления, таких как сообщения IEC 61850 GOOSE.

Принцип изобретения

Интерфейс связи с глобальной сетью:

- Интеграция связи с глобальной сетью в панель управления AES

- Связь с глобальной сетью, с использованием технологии/ форматов: E1, С37.94, SDH, SONET, GbE, MPLS, IP/MPLS, MPLS-TP, …

- Соответствующее кодирование двоичных команд для связи посредством цифрового канала соединения с глобальной сетью с достаточной защитой (избыточностью) от неправильного приема команды

- Передача двоичных команд в форме сообщений IEC61850 GOOSE

- Аутентификация информации двоичной команды по каналу связи глобальной сети для защиты от фальшивых команд

- Защита от повторного воспроизведения для предотвращения повторного воспроизведения передачи записанных команд

Интерфейс подстанции:

- Локальный интерфейс команды в соответствии с IEC61850 GOOSE вместо или параллельно с двоичным интерфейсом команды.

На фиг. 2 представлена функциональная схема системы подстанции AES в соответствии с примерным вариантом выполнения изобретения, с панелью управления AES, соединенной через соответствующие интерфейсы связи на основе Ethernet, как с глобальной сетью связи, так и с сетью связи подстанции.

Интерфейс синхронизации:

- Синхронизация на основе Ethernet, с использованием: SNTP, NTP, IEEE1588v1 или v2, …

- Прямая синхронизация через спутниковую навигационную систему: GPS, Galileo, Glonass…

Отчетность о событиях:

- Поддержка дополнительного протокола по последовательному интерфейсу отчетности: IEC 61870-5-103, DNP, Modbus, …

- Отчетность о событиях по интерфейсу на основе Ethernet

- Отчетность о событиях по интерфейсу на основе Ethernet, с использованием протоколов: IEC 61870-5-104, DNP, Modbus, MMS IEC61850, …

- Отчетность о событиях по беспроводному интерфейсу

- Отчетность о событиях по беспроводному интерфейсу типа: ZigBee, Blutooth, WiFi, NFC, …

Интерфейс конфигурирования, мониторинга и технического обслуживания:

- Конфигурирование, моноторинг и техническое обслуживание через интерфейс Ethernet

- Конфигурирование, моноторинг и техническое обслуживание через беспроводный интерфейс

- Конфигурирование, моноторинг и техническое обслуживание через беспроводный интерфейс типа: ZigBee, Blutooth, WiFi, NFC, …

- Конфигурирование, моноторинг и техническое обслуживание из удаленной системы, вместо локального PC

- Конфигурирование, моноторинг и техническое обслуживание, с использованием стандартизированного протокола, такого как, например: IEC 61870-5101/-103/-104, DNP, Modbus, MMS IEC61850, SNMP, … вместо использования собственного протокола.

Защита от кибератак:

- Управление доступом для администрирования доступом к устройству посредством имени пользователя и пароля

- Зашифрованный (дистанционный) доступ, с использованием таких технологии, как, например, SSH, SSL, …

- Соединение с сервером администрирования учетной записи пользователя, таким как, например, серверы RADIUS

Использование программного обеспечения с цифровой подписью для предотвращения загрузки поддельного/вредоносного программного обеспечения

- Использование файлов конфигурации с цифровой подписью для предотвращения загрузки неавторизованных конфигураций

Функции панели управления AES:

- стандартизированный программный интерфейс для логических функций и/или временных функций, например, в соответствии с IEC 61131-3

- дистанционное и осуществляемое в процессе эксплуатации (повторное) конфигурирование логических функций и/или временных функций

- дистанционно управляемые переключатели взамен/в дополнение к механическим переключателям.

Изобретение относится к панелям управления для противоаварийной системы AES на подстанции электроэнергетической сети. Технический результат – обеспечен интерфейс связи с возможностью передачи двоичных команд защиты и управления. Согласно изобретению панель управления включает микропроцессорный модуль, модуль приема сигнала тревоги, модуль вывода сигнала тревоги и интерфейс связи для одной из связи по глобальной сети, связи подстанции, синхронизации и отчетности о событиях. Интерфейс связи представляет собой интерфейс на основе Ethernet, выполненный с возможностью подключения к сети, связи на основе пакетной передачи данных, выполненный с возможностью передачи двоичных команд защиты и управления, таких как сообщения IEC 61850 GOOSE. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Панель управления для противоаварийной системы AES на подстанции электроэнергетической сети, содержащая

микропроцессорный модуль,

модуль приема сигнала тревоги,

модуль вывода сигнала тревоги, интерфейсы связи для одной из связи по глобальной сети, связи подстанции, синхронизации и отчетности о событиях, при этом

интерфейс связи представляет собой интерфейс на основе Ethernet, выполненный с возможностью подключения к сети связи, основанной на пакетной передаче данных, и передачи двоичных команд защиты и управления, в качестве сообщений IEC 61850 GOOSE, при этом

интерфейс связи выполнен с возможностью осуществления связи, посредством глобальной сети, с центром управления AES, а

панель управления характеризуется тем, что выполнена с возможностью аутентификации информации двоичной команды, принятой от центра управления AES.

2. Панель управления по п. 1, дополнительно содержащая интерфейс человек-машина, выполненный с возможностью приема имени пользователя и пароля, и модуль защиты от кибератак, выполненный с возможностью управления доступом к устройству на основе имени пользователя и пароля.

3. Противоаварийная система AES на подстанции электроэнергетической сети, содержащая панель управления и один из контроллера подстанции AES и PC с интегрированной системой управления ICS или системой microScada, при этом панель управления содержит микропроцессорный модуль, модуль приема сигнала тревоги, модуль вывода сигнала тревоги и интерфейс связи на основе Ethernet, соединенный с контроллером подстанции AES или PC, причем интерфейс связи выполнен с возможностью передачи двоичных команд защиты и управления, в качестве сообщений IEC 61850 GOOSE, при этом

интерфейс связи выполнен с возможностью осуществления связи, посредством глобальной сети, с центром управления AES, а

панель управления выполнена с возможностью аутентификации информации двоичной команды, принятой от центра управления AES.

4. AES по п. 3, в которой отсутствуют двоичные входы/выходы I/O для взаимодействия панели управления и контроллера или PC указанной подстанции AES.

5. AES по п. 3, в которой панель управления представляет собой устройство для мониторинга и управления релейной защитой электроэнергетической сети и сигналами аварийного управления сети электроснабжения.