Архитектура АСДУ изначально предусматривала (§ 1.5) сбор и передачу ограниченной оперативной информации по низкоскоростным (до 1200-2400 бод) телефонным и высокочастотным каналам связи. С тех пор мало, что изменилось. Работы по модернизации АСДУ направлены на замену программно-аппаратных средств центральных приемо-передающих станций и оперативных информационно-управляющих комплексов. Цифровые СКУ ужесточили требования к каналам связи средств диспетчерского и технологического управления. Ниже выполнена оценка их необходимой пропускной способности.
Исходные данные. Типовая необслуживаемая двухтрансформаторная подстанция 110-220/6-10 кВ с 4-6 ВЛ 110-220 кВ и 40-50 отходящими присоединениями 6-10 кВ, Общее количество сигналов от цифровых устройств РЗА и двух-четырех программируемых контроллеров около 5000, включая 300 аналоговых и 4700 дискретных. Информация содержала детальные показания по всем процессам на контролируемом объекте: аналоговым и дискретным сигналам с первичного и вторичного оборудования, командам дистанционного управления, сигналам по работе РЗА (пуски, возвраты пусков, срабатывания, возвраты срабатывания и пр.), электрические параметры при авариях (токи по фазам, виды повреждений), включая осциллограммы переходных процессов. Предусмотрена удаленная (с районного диспетчерского пункта) работа с терминалами РЗА: просмотр зарегистрированных параметров и событий, изменение уставок. Сигналы привязаны к астрономическому времени с точностью до 1 мс и разрешающей способностью 1 мс.
При определении требований к каналам связи принималась во внимание потребность персонала диспетчерской службы и местной службы защит обеспечить с приемлемыми временными задержками контроль и управление электротехническим оборудованием и анализ нарушений в его работе. Для кодирования дискретного сигнала отведено 1 байт плюс 4 байта для временной метки, для аналогового сигнала, соответственно, 2 и 4 байт.
Циклический опрос параметров. Пропускная способность канала связи при опросе всех сигналов на контролируемом объекте;
(104)
где и - количество аналоговых и дискретных сигналов; ktp=1,2 - коэффициент увеличения трафика за счет служебной части протокола TCP/IP; kсн=2,0 - коэффициент сокращения полосы пропускания из-за столкновений в канале связи сети со случайным доступом; tпр - предельное время передачи данных. В общем случае при оценке kсн, следовало [75] учесть, что для передачи N пакетов информации длительность ∆t каждый без столкновения, требовалось время
(105)
При экспертном tпр=1 мин из (104) и циклическом опросе Си=81 кбит/с.
Передача информации послеаварийного режима. После аварии оперативному персоналу для принятия решений и при пакетной передаче данных в режиме репликации (с небольшой периодичностью для резервирования спорадической передачи) требовалось до 20% общего количества сигналов; tпр=2 с (общепринятая задержка в оперативном контуре управления). Тогда пропускная способность канала связи 50 кбит/с.
Имелись случаи, когда в течение первых минут после аварии пакетный режим (репликация) не реализуем. Параметры передавались спорадически. Для каждого из них устанавливался отдельный сеанс связи. На передачу 5-6 байт полезной информации приходилось до ! 00 байт служебной части TCP/IP. Считалось, что при этом необходимо до 2% информации: изменение состояния коммутационных аппаратов, факты срабатывания защит, зарегистрированные при КЗ электрические величины. Здесь пропускная способность канала связи не менее 85 кбит/с.
Передача цифровых осциллограмм. При КЗ, к примеру на сборных шинах 6-10 кВ, запустятся аварийные осциллографы на линиях, трансформаторе и вводе 6-10 кВ, что даст 6-8 осциллограмм. При КЗ на линии и АПВ количество осциллограмм равно удвоенному количеству ВЛ (8-12). Примерный объем осциллограммы в стандартном формате Comtrade 2,5 Мбайт. При экспертном tпр=5 мин пропускная способность канала связи не менее 1,9 Мбит/с.
Удаленный доступ к терминалам РЗА. При работе с диспетчерского пункта в режиме удаленного Х-терминала по сети передавались видеоизображения. Для идентификации аварии или работе с уставками РЗА отправлялось до пяти мнемокадров по 3 Мбайт каждый. Персонал не возражал при tпρ=1 мин. Тогда пропускная способность канала связи 4,8 Мбит/с. Результаты расчетов сведены в табл. 5.3. Характеристики каналов (табл. 5.3) более высокие в сравнении с полученными [79] на базе теории массового обслуживания в системе реального времени, где число сообщений, поступивших в заданный интервал времени, представлено биномиальным распределением Пуассона.
Целесообразность типа подключения локальных сетей передачи данных определялось многими факторами: требуемой по технологии полосы пропускания канала связи, имеющейся сетевой инфраструктуры, минимизацией разовых финансовых вложений и затрат на эксплуатацию каналов, активного оборудования и пр. Типовые рекомендации для соблюдения перечисленных условий отсутствуют, что является предметом серьезной проработки в перспективе. Представляется полезным затронуть эффективность способов использования технологий передачи данных.
Таблица 5.3. Требования к каналам связи диспетчерского управления
Функция | Время передачи информации | Требуемая пропускная способность канала |
Циклический опрос параметров | 1 мин | 81 кбит/с |
Передача аварийной информации | 2 сек | 50-85 кбит/с |
Передача осциллограмм | 5 мин | 1,9 Мбит/с |
Удаленная работа с терминалами РЗА | 1 мин | 4,8 Мбит/с |
Применение каналообразующего оборудования, например, SDH-мультиплексоров. К достоинствам отнесены высокая надежность, независимость от расстояния между объектами, широкая полоса пропускания (155 Мбит/с и выше при ATM-технологии поверх SDH). Недостаток - избыточная функциональность и чрезмерная (до 150 тыс.долл, на канал) стоимость.
Применение оптических или медных кабелей без каналообразующего оборудования связи. Требовалась оконечная аппаратура: дешевые (до 600-800 долл.) оптические конверторы с полосой пропускания 2-100 Мбит/с; цифровые модемы оптических (до 40 Мбит/с, структурированный поток данных Е1) или медных (технология xDSL до 4 Мбит/с) каналов стоимостью 2-30 тыс. долл. Расстояние между соединяемыми объектами определяло тип используемого оборудования и характеристики канала связи (одно- или многомодовая оптика, геометрические характеристики волокна, класс медного кабеля и пр.). Так, для многомодовой оптики расстояние до 5 км, при одномодовом удаленные объекты могли находиться на расстоянии 25-40 км. Наконец, в ряде случаев во внимание принимались беспроводные технологии (радиомодемы, радио-Ethernet).
Апробация способов высокоскоростного (до 100 Мбит/с) объединения локальных вычислительных сетей объектов выявила технико-экономическую эффективность оптических кабелей без каналообразующего оборудования связи для реализации требований табл. 5.3. Радиус 25-40 км при одномодовой оптике достаточен для объединения локальных сетей необслуживаемых электросетевых объектов на уровне районных диспетчерских пунктов предприятий электрических сетей без глобальной цифровой корпоративной сети энергосистемы, охватывающей ее каждый объект. Для оптимизации трафика задействовались развитые возможности маршрутизаторов сети Ethernet.
