Стандарт МЭК 61850 Информационная модель устройства

ИНФОРМАЦИОННАЯ  МОДЕЛЬ УСТРОЙСТВА В СООТВЕТСТВИИ С МЭК 61850: ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, ЛОГИЧЕСКИЙ УЗЕЛ, ЭЛЕМЕНТЫ ДАННЫХ И ИХ КЛАССЫ, НАБОРЫ ДАННЫХ

Авторы: Аношин А. О., Головин А. В. (ООО «ТЕКВЕЛ»)

Как отмечалось в предыдущих публикациях [1, 2], достаточно большая  часть стандарта МЭК 61850 посвящена  определению требований к описанию информации внутри устройства. Так, седьмая  глава стандарта МЭК 61850 [3, 4] определяет иерархическую структуру хранения данных внутри устройства и способы  обращения к ним.

Стандартизация структуры  хранения и наименования данных крайне важна, поскольку именно это позволяет  достигать совместимости при  обмене данными между устройствами различных фирм-производителей, а  также при параметрировании передачи данных между устройствами при помощи программного обеспечения независимых разработчиков.

Рассмотрим структуру  организации данных внутри устройства в соответствии с МЭК 61850.

ЛОГИЧЕСКИЙ УЗЕЛ

Для понимания архитектуры  информационной модели, предлагаемой стандартом полезно начать рассмотрение с «логических узлов». Согласно стандарту  Логический узел (Logical Node) является наименьшим элементом, способным обмениваться данными. Описание класса логического узла и реализуемых им сервисов дано в главе МЭК 61850-7-2 [4], а описание перечня всех логических узлов, описанных стандартом, приведено в главе 7-4 [6]. Рассмотрим что же такое логический узел и какие они бывают.

Логический узел удобно рассматривать  как одну из составных функций  устройства. К примеру, рассмотрим класс  логического узла PTOC. Данный класс  предназначен для описания максимальной токовой защиты (ANSI 51) и токовой  направленной защиты (ANSI 67). Рассмотрим состав данных, входящих в данный логический узел (см. Таблицу 1). 

Таблица 1. Описание данных класса PTOC.

Имя атрибута	Тип атрибута*	Пояснение	О/Н**
LNName		Наследуется из класса логического  узла
Данные
Общая информация для логических узлов (наследуются из класса Common Logical Node Class)
Mod	INC	Режим	О
Beh	INS	Поведение	О
Health	INS	Состояние	О
NamPlt	LPL	Паспортные данные	О
OpCntRs	INC	Сбрасываемый счётчик  срабатываний	О
Информация о состоянии
Str	ACD	Пуск	О
Op	ACT	Срабатывание	О
TmASt	CSD	Активная время-токовая характеристика	Н
Уставки
TmACrv	CURVE	Тип время-токовой характеристики	Н
StrVal	ASG	Уставка по току	Н
TmMult		Мультипликатор уставки по времени	Н
MinOpTmms	ING	Минимальное время срабатывания	Н
MaxOpTmms	ING	Максимальное время срабатывания	Н
OpDlTmms	ING	Уставка по времени	Н
TypRsCrv	ING	Тип характеристики возрвата	Н
RsDlTmms	ING	Уставка времени возврата	Н
DirMod	ING	Направленный режим	Н

 

 * Классы данных для каждого  из атрибутов описаны в главе  МЭК 61850-7-3.** О — обязательный  параметр, Н — необязательный  параметр.

Можем видеть, что класс  позволяет описывать данные, которые  могут потребоваться для организации  взаимодействия с другими устройствами или оператором.

Например, атрибут Str («Пуск») позволяет фиксировать и передавать другим устройствам данные о факте пуска соответствующей защиты, а атрибут Op («Срабатывание») — о факте срабатывания защиты. Аналогично атрибуты уставок позволяют, обращаясь к устройству по одному из коммуникационных протоколов, считывать текущие данные об уставках и изменять их. Важно отметить, что каждый атрибут задан определённым типом, который в свою очередь, предполагает описание структуры данных атрибута. Все типы атрибутов описываются главой 7-3 [5] стандарта.

Например, можем рассмотреть  тип ACD, которому соответствует атрибут  Str. (см. Таблицу 2).

Таблица 2. Класс  типа данных ACD.

Имя атрибута данных	Тип	Значение / Диапазон значений
DataName	Наследуется из класса GenDataObject или GenSubDataObject (см. МЭК 61850-7-2)
Атрибут данных
Состояние
general	BOOLEAN
dirGeneral	ENUMERATED	unknown | forward | backward | both
phsA	BOOLEAN
dirPhsA	ENUMERATED	unknown | forward | backward
phsB	BOOLEAN
dirPhsB	ENUMERATED	unknown | forward | backward
phsC	BOOLEAN
dirPhsC	ENUMERATED	unknown | forward | backward
neut	BOOLEAN
dirNeut	ENUMERATED	unknown | forward | backward
q	Quality
t	TimeStamp
Конфигурация, описания и расширения
d	VISIBLE STRING255	Text
dU	UNICODE STRING255
cdcNs	VISIBLE STRING255
cdcName	VISIBLE STRING255
dataNs	VISIBLE STRING255

Таким образом, можем видеть, что внутри атрибута данных Str содержится ещё целое дерево данных, позволяющее получить информацию не только о факте пуска защиты, но и о направлении протекания мощности КЗ и о фазе, по которой произошёл пуск.

Помимо атрибутов, присущих лишь определенной функции, в логических узлах имеются также общие  атрибуты, которые присутствуют во всех логических узлах. К таким атрибутам, в частности, будут относиться Режим (Mode), Поведение (Beh), Состояние (Health), Паспортные данные (NamPlt). Эти атрибуты позволяют хранить и управлять сервисными данными по каждой из функций, например, выводить и вводить в работу, отслеживать состояние и т.п.

Каждый класс логического  узла имеет стандартизованное обозначение, состоящее из 4 символов. Логические узлы функций защиты начинаются с  буквы «Р» (от английского «Protection») и имеют остальные три символа обычно образованные как аббревиатура от названия защиты, например: PTOC — максимальная токовая (в том числе направленная) защита, PIOC — токовая отсечка, PDIS — дистанционная защита, PTUV — защита минимального напряжения и так далее.

Всего стандарт предусматривает 19 групп логических узлов (см. таблицу 3). 

Таблица 3. Перечень групп логических узлов.

Указатель группы	Наименование  группы
A	Автоматическое управление
B	Зарезервировано
C	Диспетчерское управление
D	Распределенные источники  энергии
E	Зарезервировано
F	Функциональные блоки
G	Общие функции
H	Гидроэнергетика
I	Интерфейсы и архивирование
J	Зарезервировано
K	Механическое и неэлектрическое  оборудование
L	Системные логические узлы
M	Учёт и измерения
N	Зарезервировано
O	Зарезервировано
P	Функции защиты
Q	Контроль качества электрической  энергии
R	Функции защиты
S*	Диспетчерское управление и  мониторинг
T*	Измерительные трансформаторы и датчики
U	Зарезервировано
V	Зарезервировано
W	Ветроэнергетика
X*	Коммутационные аппараты
Y*	Силовые трансформаторы и  связанные функции
Z*	Иное электротехническое оборудование
* Логические узлы этих  групп существуют в выделенных  ИЭУ при условии что используется шина процесса. Если шина процесса не используются, то указанные логические узлы соответствуют модулям ввода/вывода и расположены в ИЭУ, подключенном медными связями к оборудованию и расположенном уровнем выше (например, на уровне присоединения) и представляют внешнее устройство по его входам и выходам (проекция процесса).

Отдельно следует упомянуть  о так называемых «общих логических»  узлах, класс которых имеет наименование GGIO. Общие логические узлы предназначены  для моделирования узлов данных, не подпадающих под описание ни одной  из остальных функциональных групп (например, сигналы пользовательской логики). В общем случае логическими  узлами GGIO могут быть описаны и  стандартизованные функции (стандартом это не запрещено), однако при этом теряется семантика, то есть проектировщик  или наладчик не сможет быстро определить что за функция «скрыта» за логическим узлом GGIO. С точки зрения сохранения семантики логические узлы GGIO полезно использовать только для моделирования функций свободно-программируемой логики, не описываемых стандартными логическими узлами.

В устройстве может быть реализовано  несколько экземпляров одного логического  узла. Это необходимо, например, при  моделировании нескольких ступеней защиты или разных защит, описываемых  одним классом.

Например, если в устройстве имеется несколько ступеней МТЗ, токовая защита нулевой последовательности, токовая защита обратной последовательности, то каждой из этих функций может  быть поставлен в соответствие отдельный  логический узел со своим номером  экземпляра (Instance). Кроме того, для удобства пользователя логический узел также может иметь префикс, указывающий на его принадлежность к той или иной ступени или функции. В конечном счёте имя логического узла состоит из трёх частей: префикса, наименования класса логического узла и номера экземпляра (см. Рис. 1). Например, префикс может обозначать, что данный логический узел является отражением токовой защиты обратной последовательности. Номер экземпляра для логических узлов рассматриваемого класса должен отличаться. То есть в устройстве не может быть двух логических узлов одного класса с одинаковым номером экземпляра.

Рис. 1. Составляющие имени логического узла.

Отметим один важный момент. Логический узел является лишь виртуальным  отображением функции, и позволяет  вводить в неё определенные данные и выводить их. При этом сама функция  представляется лишь «чёрным ящиком», имеющим входы и выходы в соответствии с описанием логического узла. То есть стандарт МЭК 61850 не описывает  никаких прикладных требований к  функциям, таких как быстродействие, чувствительность, рекомендуемые к  использованию характеристики и  т.п.

ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Стандартом положено, что  внутри физического устройства реализуется  сервер МЭК 61850, который отвечает за организацию внешних коммуникаций устройства с другими устройствами.

В сервере может быть реализовано  одно или несколько так называемых «логических устройств». Основным назначением  логических устройств является группировка  логических узлов. Стандартом не регламентировано сколько логических устройств должно быть внутри физического устройства и как должны распределяться логические узлы по устройствам. Решения по данному вопросу принимаются производителем и, вообще говоря, не влияют на возможность стыковки устройства с другими. Тем не менее, существует ряд типичных подходов производителей устройств к работе с логическими устройствами. В устройствах РЗА ряда производителей логические узлы группируются в логических устройствах по их принадлежности к той или иной группе: Защита, Управление, Измерения, Регистрация аварийных событий, Система. Такой подход, в частности, позволяет переводить одно из логических устройств в режим проверки работоспособности (режим «TEST»), при этом переводя и все, находящиеся в нём логические узлы в режим проверки, но не затрагивая остальную функциональность устройства.

Наличие в одном сервере  нескольких логических устройств будет  требовать аккуратности и квалификации при работе с устройством, поскольку  зачастую функциональность каждого  из логических устройств ограничена, так, в ряде логических устройств  могут быть созданы управляющие  блоки, а в других нет. Обычно соответствующая  информация предоставляется производителем в сопроводительной документации к  устройству и должна приниматься  во внимании при конфигурировании.

Совокупная модель данных в устройстве может быть представлена в виде древовидной структуры (см. рис. 2). В таком виде информацию об устройстве можно будет получить при чтении информационной модели устройства по протоколу MMS, либо при рассмотрении файла описания устройства в соответствии с МЭК 61850-6.

Рис. 2. Пример информационной модели устройства.

НАБОРЫ ДАННЫХ

Элементы данных в сервере  МЭК 61850 представляются в виде дерева и, при условии поддержки протокола MMS, значения данных для каждого из элементов могут быть считаны  в таком виде. Однако для формирования GOOSE-сообщений, а также для сохранения данных в журналы и передачи данных в виде отчётов требуется выбрать, какие именно данные необходимо отслеживать. С этой целью формируются наборы данных (DATASET).

Набор данных представляет собой  набор ссылок на данные внутри информационной модели устройства. В набор данных могут быть включены как отдельные  атрибуты данных (например, запись PTOC1.Str.general будет соответствовать одному логическому сигналу пуска защиты), так и логические узлы целиком (например, PTOC1, что будет соответствовать включению всех элементов и атрибутов данных).

В зависимости от реализации устройства могут поддерживать различное  количество наборов данных. Кроме  того, устройства могут иметь фиксированные (то есть когда набор данных нельзя изменить), либо конфигурируемые наборы данных. Также возможны различные  степени свободы конфигурации наборов  данных: изменение данных, изменение  наименования и т.п.

Использование наборов данных проиллюстрировано на рис. 3. При  рассмотрении контроллера присоединения, на который заведены сигналы о  положении всех разъединителей и  заземлителей рассматриваемого присоединения, в устройстве должны присутствовать логические узлы, соответствующие каждому из аппаратов (в нашем случае — XSWI1…5). В таком случае примером набора данных может служить DATASET с наименованием SwitchPositions, включающий в себя элементы данных Pos каждого из указанных логических узлов. В дальнейшем составленный набор данных может использоваться, например для сохранения событий в журнале при каждом изменении положения коммутационного аппарата (с использованием сервиса Log), отправки отчёта о событии (с использование сервиса Report), либо быстрого сообщения о событии (с использованием сервиса GOOSE).