Текущее состояние централизованной системы противоаварийного управления ОЭС Сибири

1.

Текущее состояние централизованной
системы противоаварийного управления
ОЭС Сибири
АО ИАЭС
А.К. Ландман

2. Текущее состояние ЦСПА в зоне ОДУ Сибири

3. Текущее состояние

Структура
Иерархическая система
– Верхний уровень – ЦСПА
• Выбор УВ по принципу I-ДО (II-ДО)
• Использование расширенной модели и
информации ОИК
• Учет текущих величин ступеней управления
– Нижний уровень – ЛАДВ
• Выбор УВ по принципу II-ДО (I-ДО)
• Использование специализированной системы сбора
информации

4.

Структурная схема ЦСПА ОЭС Сибири
ПТК верхнего уровня
ЦСПА ОЭС Сибири
I-ДО
I-ДО
II-ДО
ЛАПНУ
ПС 500
кВ
Таври
ческая
ЛАПНУ
ПС 1150
кВ
Итатская
ЛАПНУ
ПС 500
кВ
Алтай
ЛАПНУ +
КУСАОН
ПС 500 кВ
Заря
УПАСК
ССПДИ
ПУ
ЛАПНУ
ПС 500
кВ
Восход
ИУ
ЛАПНУ
ПС 500
кВ
Камала
ОИК
ОДУ Сибири
ЛАПНУ
Богучанской
ГЭС
ЛАПНУ
СаяноШушен
-ской
ГЭС
ССПДИ
УПАСК
ПУ
ИУ

5. Распределенная вычислительная система ЦСПА ОЭС Сибири

ОИК
Catalyst 3550
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
ЛАПНУ
ЛАПНУ
ЛАПНУ
SERIES
24
1X
11 X
13 X
23 X
2X
12 X
14 X
24 X
1
2
SYSTEM
RPS
MODE
STATUS
UTIL
DUPLX
SPEED
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
System x3750 M4
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
System x3750 M4
Связь с ОИК
Связь с ЛАПНУ
Оценка состояния
Связь с ОИК
Связь с ЛАПНУ
Оценка состояния
Выбор
управления I-ДО
Выбор
управления I-ДО
Архивирование
1
IBM x3750 (2x32)
ESXi 5.5 (2x6 ВМ)
QNX 6.5
~350 узлов
~580 связей
До 100 ПО
ОС ~ 1с
Выбор УВ < 30c
ЛАПНУ – 3 (10)
Архивирование

6. Распределенная вычислительная система

Под распределенная вычислительной системой понимается
совокупность вычислительных машин, объединенных сетью
передачи данных, и функционирующих как единое целое.
Надежность
Масштабируемость
Гетерогенность
Универсальность
Переносимость

7. Распределенная вычислительная система Средства обеспечения надежности

Гибкое резервирование технических средств (можно варьировать количество
резервных машин)
Операционная система ориентированная на использование в
промышленной автоматизации (QNX 6.5 или специальные версии Linux)
Модульная структура
–
–
системные процессы
технологические процессы
Контроль состояния процессов
– наличие процесса
– состояние сторожевого таймера процесса
Самовосстановление
– пробуждение, рестарт процесса/системы
– миграция процессов
Внешняя наблюдаемость
– Возможен внешний доступ к сетевой шине данных, обеспечивающий контроль текущего
состояния системы
– SNMP

8. Распределенная вычислительная система Миграция процессов

Процесс1
Процесс2
Процесс3

9. Распределенная вычислительная система Масштабируемость

• Принцип построения – использование отдельных вычислительных
машин
• Для взаимодействие машин используется сетевая шина данных
• Распределение процессов по машинам гибко конфигурируется
• Количество машин определяется исходя из требований решаемых
задач и может при необходимости увеличиваться или уменьшаться

10. Распределенная вычислительная система Гетерогенность

• Возможность использования различных операционных систем
• Возможность использования вычислительных устройств как разной
производительности, так и разной архитектуры
• Возможность сочетания как физических, так и виртуальных машин
Catalyst 3550
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
SERIES
24
1X
11 X
13 X
23 X
2X
12 X
14 X
24 X
1
2
SYSTEM
RPS
MODE
STATUS
UTIL
DUPLX
SPEED
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
УСО
15
System x3750 M4
QNX
Linux
Linux или Windows
(вычисления)
ТМ
Сигнализация
Windows
QNX или LinuxRT
(управление)

11. Распределенная вычислительная система Универсальность

• Системы управления с повышенными
требованиями по надежности
– Резервирование (дублирование, мажорирование и т.д.)
– Перераспределение функций
ЛПА
ЛАПНУ
ЦСПА
КСПА
• Системы управления с повышенными
требованиями к производительности
вычислительной системы
– Использование высокопроизводительных многоядерных
многопроцессорных серверов
– Создание вычислительных кластеров на базе
высокопроизводительной шины передачи данных
– Использование виртуализации

12. Распределенная вычислительная система Выводы

• Разработана масштабируема, универсальная распределенная
вычислительная система инвариантная по отношению к
решаемым технологическим задачам
• В проектируемые распределенные ВС для выполнения функций
ЦСПА и КСПА целесообразно изначально закладывать
гетерогенную структуру, с предвключенные ФМ и ВМ для
технологических задач подготовки данных (могут быть
виртуальными), а ВМ для выбора УВ (могут быть физическими)
• Поведение системы задается путем конфигурирования
• На базе разработанной системы реализована ЦСПА ОЭС Сибири
• Опыт эксплуатации ЦСПА ОЭС Сибири подтверждает
правильность принятых решений

13.

1150
ЦСПА
Структурная схема ЦСПА ЕЭС Казахстана
КДЦ Энергия
SCADA
ЦСПА
ОИК
SCADA
Обмен ТИ, ТС
Обмен ТИ, ТС
ЦСПА
ВОЛС
128
кбит/сек
IEC 60870-5-104
ТИ,
ТС
ОДУ Сибири, ОЭС Урала
Акмолински
е
МЭС
Алматински
е МЭС
64 кбит/сек
Северные
МЭС
SCADA
ТИ, ТС
SCADA
Раз в 5 сек
АРМ ЦСПА
ВОЛС
Восточные
МЭС
НДЦ СО РК
УВК АДВ ПС «ЮКГРЭС»
10
Мбит/сек
УВК АДВ ПС
IEC 60870-5-104
ВОЛС
«Семей»
УВК АДВ ПС «УстьРаз
в 30 сек
Каменогорская»
IEC 60870-5-104
64 кбит/сек
АДВ ПС
«Экибастузская»
10
Мбит/сек
АДВ ПС
«Усть-Каменогорская»
Центральн
ые
МЭС
Южные
МЭС
64 кбит/сек
АДВ ПС
«ЮКГРЭС»
Сарбайские
МЭС
Сервер ЦСПА
ТИ,
ТС
Необходимо выполнить:
I. Установку
сервера
ЦСПА в НДЦ СО РК
II. Передачу
данных
«SCADA – ЦСПА»
III. Организовать каналы
межмашинного обмена:
- с 4 УВК АДВ
- с ЦСПА ОДУ Сибири
- с ЦСПА ОДУ Урала
АДВ ПС
«Семей»

14.

Цифровая энергетика, цифровая
подстанция. Решение частного вопроса или
рассмотрение комплекса проблем.

15. Вопросы обеспечения надежности (в частности структурной)

– Внедрение новых технологий в системах управления расширяющее
возможности, как не парадоксально, привело к всплеску системных аварий.
Причинами аварий стала совокупность факторов от ненадлежащей
эксплуатации имеющегося оборудования, часто связанной с сокращением
численности персонала и его квалификации, ошибок проектирования
(последние являются последствиями разрушения сложившейся системы
высоквалифицированных проектных институтов (Энергосетьпроект)), попыток
повышения точности управления без имеющихся на то технических
предпосылок.
– Вопросы обеспечения надежности энергосистемы это не надежность
конкретной «железки» в теоретических условиях, а система мер, которая
должна обеспечивать функционирование энергосистемы с заданными
характеристиками практически при любых аварийных возмущениях, с учетом
возможности разнообразных отказов оборудования. Поэтому традиционно
система управления в энергетике строилась многоуровневой, причем
резервирование осуществлялось не только экстенсивным способом путем
дублирования, троирования т.д. технических средств, но и путем
резервирования принципов управления и мест размещения (децентрализации)
средств управления.
– Использование цифровых устройств принципиально снижает живучесть
отдельных энергетических объектов и энергосистемы в целом в условиях
чрезвычайных ситуаций (природные катаклизмы, локальные и глобальные
конфликты, работоспособность спутниковой группировки ГЛОНАС, наличие
интернета).

16. Вопросы надежности и информационной безопасности в условиях информационной, экономической и киберконфронтации

Вопросы надежности и информационной
безопасности в условиях информационной,
экономической и киберконфронтации
На ряду, с очевидными вопросами информационной безопасности
(санкционирования доступа, защиты от внешних воздействий и т.д.) возникает
вопрос о безопасности применения в энергетике стандартов, разработанных
вероятными «друзьями». Причем в качестве «пропуска» оборудования на
объект служит сертификация его в зарубежных лабораториях, ну или по
методикам разработанным и утвержденными нашими «друзьями».
Представляется, что принципы, протоколы, алгоритмы используемые в
системах управления должны быть разработаны в России, причем все
импортное оборудование должно им соответствовать и проходить
сертификацию в России (в том числе и на наличие не декларируемых
возможностей).
Очевидно, что одним из действенным способом обеспечения
информационной безопасности является изоляция систем управления от
всемирной паутины и использования специализированных защищенных
каналов связи. Конечно, это вносит «неудобство» при сопровождении,
эксплуатации, обслуживании, но, наверное, это не критерий когда речь идет о
национальной безопасности.
Идет размытие границ между эшелонами противоаварийного управления, что
влияет на общий уровень надежности.

17. Вопросы внедрения

– С учетом сложности поставленной задачи и большого
числа субъектов, затрагиваемых рассматриваемой
проблематикой, работа в данном направлении должна
вестись государством с последующим
предоставлением полученных результатов всем
заинтересованным сторонам (на безвозмездной
основе, включая всю необходимую документацию,
алгоритмы и программные средства).
– Вопросы совместимости могут решены быть решены
только при вышеобозначенном подходе. Крупные
западные производители, как правило, полностью
комплектуют объект, что решает вопросы
совместимости.

18. Вопросы эксплуатации

– Обучение.
– Квалификация и стоимость требуемого
персонала.
– Наличие (доступность) персонала, требуемой
квалификации.
– Стоимость эксплуатации, с учетом стоимости
оборудования (восстановления).

19. Выводы

При разработке таких широкомасштабных проектов,
затрагивающих вопросы национальной безопасности,
ведущая роль должна принадлежать Государству, а не
частным компаниям. Все разработки должны быть
национальным достоянием, а их внедрение
поощряться. При разработке инновационных
проектов государство не должно ставить цель
получение прибыли от продажи результатов
разработки – прибыль должна формироваться за счет
эффектов от внедрения решений, построенных на
базе результатов данных разработок.
Таким образом, необходимо:

20. Что делать

– Сформулировать понятные, конкретные цели цифровой трансформации энергетики и создания
цифровой подстанции в частности.
– Сформулировать критерии позволяющие контролировать достижение поставленных целей.
– Разработать концепцию «цифровизации», учитывающую весь спектр затрагиваемых аспектов:
Социальных
– Переподготовка высвобождающихся специалистов
– Создание альтернативных рабочих мест
– Трудовая миграция
Технических
– Обеспечение энергобезопасности страны
» Надежность
» Живучесть
» Безопасность (включая кибер и т.д.)
– Технической целесообразности и реализуемости
» Выбор принципов обмена информацией для цифровых устройств (Ethernet – не единственный
способ)
– Организации системной подготовки кадров по новым специальностям, требуемым для проектирования и
эксплуатации «цифровой» энергетики
Экономических с учетом затрат на социальные нужды
– Организовать разработку требуемых технических решений и регламентов
Разработать необходимые алгоритмы
Разработать необходимое программное обеспечение (проектирования, реализации протоколов
общения и т.д.), включая средства позволяющие использовать его в устройствах разных производителей
(сертифицировать)
Разработать нормативную базу для проектирования и эксплуатации
– Организовать подготовку и переподготовку кадров во всех ведущих специализированных ВУЗах

21.

optical
optiFIELD
optimal
Российская концепция цифровой подстанции

22. optiFIELD

Что не так с МЭК-61850???
ЦИФРОВОЙ ОБМЕН: В любом режиме работы объекта (нормальный,
аварийный) не должно быть понятия «ИНФОРМАЦИОННЫЙ ШТОРМ»
ЦИФРОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ: Не должно быть никакого специализированного
сетевого оборудования ориентированного на протокол обмена
ПРОЕКТИРОВАНИЕ:
Квалификация персонала для проектирования
цифровых подстанций должна быть аналогична квалификации
персонала для проектирования традиционных подстанций
ЭКПЛУАТАЦИЯ:
Для эксплуатации цифровых подстанций не должен
требоваться персонал с принципиально новым уровнем знаний

23. optiFIELD

ОБЛАСТЬ: Цифровые подстанции с классом напряжения от 110кВ
МИССИЯ: Продвижение принципиально новой российской
архитектуры цифровой подстанции, ориентированной на
применение в качестве стандарта на срок до 100 лет
ЦЕЛИ:
Создание архитектуры и стандартов цифровой
подстанции, создающих
очевидное технологическое
превосходство и новый уровень технологической
надежности объектов распределения и генерации
электроэнергии. Распространение полученных результатов
в электроэнергетике страны и на экспорт

24. optiFIELD

ИДЕЯ: В тракте обмена информацией между
устройствами контроля, защит и управления и
полевого оборудования не должно быть
настраиваемого и конфигурируемого
оборудования
СРЕДА ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ:
Одножильное оптоволокно с простым
однонаправленным цифровым протоколом
optiFIELD

25. optiFIELD

Параметр
ПРОДУКТЫ optiFIELD
optiI
Назначение
optiU
optiDIO
optiSPLIT
optiDOmux
optiHUB
optiPlug
OptiSoft
Устройства
мультиплексиров
ания нескольких
линий цифровых
измерений в
Ethernet
реализацию
интерфейса
управления в
обратном
направлении
55 000 – 85 000
руб.
Плата
конвертации
протоколов
optiFIELD во
внутренние
интерфейсы IED
(SPI и т.д.)
7 000 – 10 000
руб.
--
Оцифровка
сигналов с ТТ,
конвертация в
протокол
optiFIELD и
передача по
FO
Оцифровка
сигналов с ТН,
конвертация в
протокол
optiFIELD и
передача по FO
Полевое
устройство для
дискретного
ввода-вывода
Устройства
размножения
цифровых
оптических
сигналов на
физическом
уровне
Устройства
мультиплексиров
ания нескольких
линий цифровых
команд в одну на
протокольном
уровне
Стандартизованн
ый набор
реализации
протоколов
optiFIELD
предназначенны
й для свободного
распространения
20 000 –45 000
руб.
20 000 – 45 000
руб.
35 000 – 45 000
руб.
15 000 – 20 000
руб.
35 000 руб.
Питание
Да
Да
Да
Нет
Да
Да
Да
-
Возможность
каскадирования
-
-
Нет
Да
Да
Нет
-
-
Настройка
Конфигурирование
Нет
Нет
Да,
конфигурирован
ие соответствия
сигналов
протокола
optiFIELD
выходным
полевым
каналам
Нет
Нет
Да
Да,
конфигурирован
ие соответствия
внутренних
сигналов IED и
сигналов
optiFIELD
-

26. optiFIELD

ОПУ
Счетчик
ЭЭ
РЗА 110кВ
АУВ, РПН
МИП
АЧР
РАС
АСУ ТП
ОПУ
optiHUB
optiHUB
optiDOmux
optiSPLIT
U 1ТН, DI P-TH
optiSPLIT
DO Р-ТН
optiSPLIT
optiDOmux
I 1ТТ DI В1 Р1 Р2
optiHUB
optiDOmux
I 2ТТ I 3ТТ DI ЗН-Т1
DO В1 Р1 Р2
DO ЗН-Т1 РПН
optiSPLIT
optiDOmux
DI 3Р 3ЗН-1 3ЗН-2
DO 3Р 3ЗН-1 3ЗН-2
optiDOmux
optiSPLIT
DO В2
I В2 DI В2
Шкаф шины процесса
ОРУ 110 кВ
optiU
Ua
Ub
optiDIO
Uc
DI
DO
Р-ТН
1ЗН-ТН
1ТН
Яч.1
Ib
1ТТ
Ic
DI
Ia
Ib
2ТТ
В1
1Р, 2Р
1ЗН-1, 1ЗН-2, 2ЗН
Яч.2
Ic
Ia
Ib
3ТТ
Ic
DI
DO
ЗН-Т1 РПН
DI
DO
3Р 3ЗН-1 3ЗН-2
Яч.3
optiDIO
optiI
Ia
Ib
DO
Ia Ib Ic
DI
DO
DI
optiDIO
optiDIO
optiI
optiI
DO
DO
Ia Ib Ic 2ТТ, 3ТТ
DI
optiDIO
optiI
Ia
DO
Ia Ib Ic
DI
DO
Ua Ub Uc
DI
ОРУ 110 кВ
Ic
4ТТ
DI
DO
В2
ЗРУ 10кВ
ввод

27. optiFIELD

ЦЕННОСТЬ ИДЕИ optiFIELD:
Сохранение структурной надежности подстанции
Использование неактивных устройств
Использование активных устройств с простой настройкой
Простая замена неисправных элементов
Простая эксплуатация с низким уровнем отказов
Конкурентное преимущество:
Разумное использование цифровых технологий с максимальным использованием их
преимуществ с упором на использование простых эффективных решений
Решение на основе концепции optiFIELD может стать основой для создания цифрового
полевого уровня подстанции на следующие 100 лет. Идеологи технологии 61850 в
перспективе 7-10 лет обязательно предложат новую концепцию, якобы решающую
проблемы 61850.

28. optiFIELD

Текущее состояние:
Создана рабочая группа для реализации конепции optiFIELD
Рассмотрен пилотный проект для проверки функциональных показателей
концепции optiFIELD
Сформирована рабочая группа российских производителей для реализации
пилотных проектов optiFIELD

29. СПАСИБО!

АО ИАЭС
Новосибирск