ПЕРЕХОД К Smart Grid И ЦИФРОВЫМ ПОДСТАНЦИЯМ. ГИБРИДНЫЙ ВАРИАНТ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ СВЯЗИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ. ССПД. Программа инновационного развития оао "фск еэс"
 Скачать 0.56 Mb.
|
|
ЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГР АММНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Телекоммуни кационные системы для энергетики Программа инновационного развития ОАО “ФСК ЕЭС” предусматривает “Разработ- ку технических требований к созданию кана- лов связи между цифровой подстанцией и дру- гими объектами и каналами передачи команд РЗ и ПА по каналам связи от ЦП”. Последние 20 лет технологические сети связи развивались главным образом, путем замены аналогово- го оборудования на цифровое, использующее технологию PDH и SDH. В 1992-1993 г. “НПЦ Приоритет” разрабо- тал и реализовал проект синхронной цифровой сети, ставшей первой в энергетике и одной из первых в России. Имея большой опыт в обла- сти технологических систем связи, остановим- ся на предусмотренной ФСК разработке техни- ческих требований, указанных выше. На самом деле задача проектирования новых техно- логических сетей передачи данных (ТСПД), основанных на пакетных технологиях, гораздо сложней, чем это представляется специали- стам, занимающимся созданием сетей опе- раторов связи по методикам, разработанным за рубежом [1]. Это касается не только пере- дачи информации цифровых подстанций, но и отдельных типов технологического обору- дования, в первую очередь, существующего оборудования релейной защиты и противо- аварийной автоматики. Переход от цифровых сетей (SDH и PDH) к пакетным сетям будет достаточно длительным, и основной техноло- гической проблемой станет процесс конвер- генции сетей в этот период [2]. “Красивые” решения, представленные в ряде проектов создания ТСПД, при малейшем отклонении от ряда требований к пакетным сетям могут привести к катастрофическим последствиям для энергетики. Достаточно подробный анализ проблем перехода технологического информацион- ного обмена на пакетные сети описан в ряде зарубежных публикаций [3]. Рассмотренный в данной статье вариант создания гибридных сетей, обеспечивающих сочетание различных технологий передачи информации, дает воз- можность сохранить высочайшую надежность при внедрении новейших образцов энерге- тического оборудования на существующих энергообъектах и обеспечить информацион- ный обмен при сооружении “цифровых под- станций”. ПЕРЕХОД НА СЕТИ С ПАКЕТНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ Сигналы релейной защиты – это наиболее критичные данные, передаваемые через техно- логические телекоммуникационные сети, и поэтому при возникновении аварийной си- туации должно гарантироваться минималь- ное время прохождения информации, вернее, команды РЗ должны передаваться с гаранти- рованным временем доставки. Эти требова- ния сохраняются при переходе от сетей SDH/ SONET к сетям с пакетной технологией. Соот- ветственно, проблема реализации этих требо- ваний является основной [4]. Т ПЕРЕХОД К Smart Grid И ЦИФРОВЫМ ПОДСТАНЦИЯМ. ГИБРИДНЫЙ ВАРИАНТ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ СВЯЗИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Рассмотрен вариант построения сети связи и передачи данных для пере- хода на современные технологии в электроэнергетике. А.М. ЛИФШИЦ (ООО “НПЦ Приоритет”) nроuзвоgсmвенныu научно- ценmp Прu u e m m oр Автоматизация и IT в энергетике 2 Среди немыслимых побед цивилизации мы одиноки, как карась в канализации. И. Губерман ВИДЫ ТРАФИКА В ПЕРЕХОДНОЙ ПЕРИОД В настоящее время основные сети связи для всех приложений используют технологию SDH/SONET, однако прежняя инфраструктура и оборудование подстанции постепенно сокра- щаются, уступая место современным, поддер- живающим протокол IEC 61850, что приводит к необходимости поэтапного перехода на тех- нологию передачи сигналов взаимодействия через сети Ethernet и IP. Движение к Smart Grid является ключевым фактором для этого про- цесса, поскольку пакетная транспортная сеть, имеющая большую пропускную способность и более низкую стоимость, должна обрабаты- вать большое количество трафика, генерируе- мого современными технологическими прило- жениями, используемыми в интеллектуальных сетях электроснабжения. Системы SCADA на основе IP, измерительные системы WASA (wide area situation awareness), синхронизированные векторные измерения и новейшие разработки в области автоматизации подстанций, такие как стандарт IEC 61850, являются примером новых приложений, требующих в системах передачи и распределения электроэнергии применения пакетной передачи и использования возмож- ностей технологии Ethernet. ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕХОДА Энергетические компании, большинство из которых имеет собственные сети, с осто- рожностью воспринимают переход к IP. Буду- чи традиционно консервативными организа- циями, энергетики не спешат переходить к IP, если не видят четких параметров обеспечения высокой надежности и предсказуемости, как в сетях SDH/SONET. Однако возникают эко- номические проблемы, вызванные увеличени- ем капитальных затрат, связанных с примене- нием новых технологий, при необходимости сохранения сетей SDH/SONET на переходной период. С технической точки зрения реали- зация интеллектуальных коммуникаций на основе пакетных сетей должна гарантировать безотказную работу механизмов, обеспечиваю- щих низкую задержку при передаче сигналов, высокую готовность и надежность при переда- че важных приложений в среде с коммутацией пакетов. Для сигналов Релейной Защиты по- требность в быстрой и достоверной передаче информации диктует необходимость низкой симметричной задержки и минимального джиттера. Оба этих параметра представляют большую проблему для сетей с коммутацией пакетов. Тем не менее, техника Ethernet имеет различные механизмы, чтобы преодолеть эти проблемы и обеспечить необходимую произ- водительность, что будет описано ниже. В то же время переход на пакетные сети – процесс длительный и имеет ряд неоднозначных фак- торов. Таким образом сохранение технологии TDM позволит обеспечить на время перехода требуемую надежность и безопасность переда- чи данных критически важных приложений. Сегодня типовой реализацией передачи TDM трафика, включая сигналы РЗ, через па- кетные сети является “псевдопроводная” эму- ляция (PWE). В будущем ожидается появление новых методов, включая прямое отображение полезной нагрузки на соединение Ethernet, без этапов обработки TDM и псевдопроводной ин- капсуляции. Для реализации современных ре- лейных защит используют каналы волоконно- оптической связи с интерфейсом C37.94. ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ (рис. 1) ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Телекоммуникационные системы дл я энергетики апрель 2013 №4 (45) 3 Substation G 37.94, X.21, V.35, E&M, E1/T1 Teleprotection Comm Channel Substation Teleprotection Comm Channel PSN Teleprotection Unit Teleprotection Unit G 37.94, X.21, V.35, E&M, E1/T1 Рис. 1. Передача сигналов Релейной Защиты по Пакетным Сетям ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММ НЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Телекоммуни кационные системы для энергетики ТРЕБОВАНИЯ К ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМ СЕТЯМ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ Время передачи: Полное время работы систе- мы Релейной Защиты включает время для того, чтобы инициировать команду на передающем конце, время распространения по телекомму- никационному каналу и время на принятие ре- шения на приемном конце, включая дополни- тельную задержку на защиту от помех. Надежность: возможность передать и по- лучить достоверные команды в условиях ин- терференции и/или помех, минимизируя вероятность пропадания команды (Pmc). На- дежность определяется при заданной частоте передачи ошибочных битов (BER). Безопасность: возможность предотвра- тить ошибки, возникающие вследствие воз- действия шумов, минимизируя вероятность ложных команд. Параметры безопасности за- даются для определенной частоты передачи ошибочных битов (BER). Дополнительные элементы, которые воз- действуют на характеристики передачи сиг- налов РЗ, включают требования к пропускной способности, используемой системой РЗ, ее отказоустойчивости и способности восстанов- ления. Из вышеупомянутых критериев время передачи, требования к пропускной способ- ности и надежность прямо относятся к аппа- ратуре связи и среде передачи. РАССМОТРЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ Требования к времени задержки в корпора- тивных сетях имеют тенденцию изменяться в за- висимости от многих параметров, включая тип оборудования релейной защиты. Большинство силового оборудования линий электропереда- чи может выдержать до пяти циклов включения и выключения питания прежде, чем возникнет необратимое ухудшение или влияние на другие сегменты в сети. В линиях 50 Гц это определяет полное время устранения повреждения 100 мс. В качестве меры безопасности, однако, время дей- ствия систем защиты ограничивается 70 – 80 % этого периода, включая время на распознавание аварии, время передачи команды и время пере- ключения линейного выключателя. Некоторые компоненты системы, такие как большие электро- механические переключатели, требуют дли- тельного времени срабатывания, что занимает большую часть полного времени выполнения команды на конкретное действие, оставляя окно только 10 мс для передачи сигналов защиты. Учитывая серьезность проблемы, в новых сетях эти требования изложены в Стандарте Между- народной электротехнической комиссии 61850: пределы времени передачи сигналов для самых критичных сообщений составляют 5-10 Мс для силовых линий на 50 Гц. АСИММЕТРИЯ ЗАДЕРЖКИ В дополнение к минимальной задержке сиг- налов взаимодействия дифференциальной за- щиты используемый канал связи должен быть симметричным, то есть иметь симметричную задержку передачи и приема. Как упомянуто выше, это требует особого внимания в пакет- ных сетях к значению джиттера. Для сигналов взаимодействия РЗ оптимально иметь нулевую асимметричную задержку, в основном обору- дование РЗ может выдерживать расхождения до 250 мкс. Основные инструменты, доступ- ные для понижения изменения задержки ниже этого порога: Jitter “buffer” на каждом конце линии мо- жет использоваться для изменения задержки, ставя в очередь отправленные и полученные пакеты. Длина очередей должна компенсиро- ваться увеличением скорости передачи, по- скольку при увеличении буфера увеличивается задержка. Инструменты управления трафиком гаран- тируют, что сигналы Релейной Защиты по- лучают самый высокий приоритет передачи и минимизируют число точек маршрутизации, в которых возникает джиттер. Стандарт технологии синхронизации для сети коммутации пакетов, такой как 1588-2008 Precision Time Protocol (PTP) и Синхронный Ethernet (Sync-E), помогает поддерживать устойчивость сети. ИСТОЧНИКИ ЗАДЕРЖКИ В РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ • Важно понять воздействие сетевых ограни- чений, поскольку каждый элемент и про- цесс обработки в системе защиты добавля- ется в суммарную задержку: • Задержка оборудования Релейной Защиты: Эта неотъемлемая задержка включает иден- тификацию сбоев в силовом оборудовании, инициирование команды и время на при- нятие решения. Автоматизация и IT в энергетике 4 • Мультиплексор доступа (TDM interface): задержка в оборудовании Мультиплексо- ра – результат функций, таких как время на reframe после потери сигнала, выделе- ния и формирования временных интерва- лов, буферизации при формировании DS0 и E1, синхронизации и рассинхронизации, время переключения в кольце SDH (PDH), время обнаружения неисправностей. За- держка мультиплексора минимизируется через оптимальные механизмы ICs и функ- ции кросс-соединения DS0. • “Псевдопроводная” задержка инкапсуляции и пакетирования: процесс преобразования TDM в пакеты включают фиксированную задержку 1-5 мс, в зависимости от разме- ра пакета и числа TDM фреймов, которые содержит каждый пакет. Более короткие пакеты увеличивают потребность в про- пускной способности, но уменьшают за- держку. • Сетевые элементы сети коммутации паке- тов: Если оборудование релейной защиты соединяется по пакетной сети (рис. 1), каж- дый элемент вдоль пути трафика добавляет фиксированную и переменную задержку, как следствие, соответственно, обработки информации и организации очередей. Пе- ременная задержка представляет большую угрозу производительности Релейной За- щиты вследствие высокого уровня неопре- деленности, которую она представляет, что требует использовать средства управления трафиком. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ, КАСАЮЩИЕСЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ Надежность. Системы Релейной Защиты, учитывая их роль для решения ответственных задач, должны быть обеспеченны отказоустой- чивыми средствами в случае неправильного функционирования любого из компонентов системы. Много приложений применяют из- быточные методы повышения надежности, так, дистанционная и дифференциальная за- щита используют разные каналы. С телеком- муникационной точки зрения надежность мо- жет быть достигнута на многих уровнях: Аппаратная Избыточность: надежность Мультиплексора должна быть основана на за- щите от отказов одиночных модулей с исполь- зованием аппаратной избыточности и возмож- ностью замены блоков в горячем режиме. Линейная Избыточность: 1+1 топология за- щиты с автоматическим переключением меж- ду трактами при возникновении дефектов обо- рудования или кабеля. Трафик, основанный на Ethernet, использует схему Link Aggregation Group (LAG), IEEE 802.3-2005 LACP (link aggregation control protocol), в котором парал- лельные ссылки привязываются к единствен- ному виртуальному каналу. Защита Маршрута: стандарты Промыш- ленного Ethernet обеспечивают различные инструменты, чтобы гарантировать Высокую доступность. Они включают защитное пере- ключение Линий Ethernet (G 8031) – также механизмы защиты, названные “EVC (Ethernet Virtual Connection)” и Ethernet Ring Protection Switching (G 8032 ERP), разработаны, чтобы обеспечить “Пять Девяток” (99.999%), надеж- ность сервисов и быстрое восстановление. УПРАВЛЕНИЕ ТРАФИКОМ И КАЧЕСТВОМ ОБСЛУЖИВАНИЯ Развитие технологии Ethernet позволяет использовать сложные механизмы, предостав- ляющие сигналам Релейной Защиты детерми- нированный уровень качества обслуживания и приоритета, которого они требуют. Это яв- ляется особенно критичным при прохождении информационных пакетов различных комму- таторов и других сетевых элементов, при этом возникает потребность изменить значения параметров, таких как задержка при организа- ции очередей. Управляя ресурсом пропускной способности и приоритетами передачи по- средством механизмов CoS (Class of Service), многоуровневое иерархическое управление трафиком позволяет получить предсказуемую задержку и джиттер. Усовершенствованный набор инструментальных средств включает следующее: Классификация входящего трафика в по- токах, согласно типу и требованиям QoS. Ethernet поддерживает большое разнообразие критериев сортировки, такие как VLAN-ID, P-bit marking, MAC/IP-адересация и т.д., что позволяет тщательно разделять трафик. Иерархическое планирование трафика опре- деляет порядок отправки различных потоков с помощью двухступенчатого механизма пла- нирования, в результате каждый поток получает необходимый приоритет. Таким образом, прио- ритетный трафик обслуживается в первую оче- редь, в то же время очередь для трафика с низ- ким приоритетом тоже продвигается. Развитые ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Телекоммуникационные системы дл я энергетики апрель 2013 №4 (45) 5 ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММ НЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Телекоммуни кационные системы для энергетики способы управления очередями также служат для предотвращения переполнений и обе- спечения минимальной задержки и джиттера даже в ситуациях, когда большое количество неравномерного трафика передается по тому же каналу. Формирование трафика позволяет сглаживать выбросы и избежать переполнения буфера в последующих элементах сети. Редак- тирование пакетов передает указания по пра- вильной их обработке последующим элементам сети и обеспечивает целостность данных. МОНИТОРИНГ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ТЕСТИРОВАНИЕ Технология Ethernet операторского класса предлагает множество инструментов для те- стирования, мониторинга и устранения сбоев в работе линий связи. Полный набор служеб- ных пакетов Ethernet (OAM), методов измере- ния задержки, джиттера и потери пакетов, ди- агностические петли и другие средства можно применять удаленно, автоматически выполняя следующие процедуры: • проверка соединения; • интенсивное тестирование; • мониторинг производительности; • определение сбоя; • передача сообщения о сбое и его локали- зация. Удаленное тестирование, активный мо- ниторинг и полная картина сетевых событий позволяют администраторам сетей предвидеть ухудшение качества сервиса, обеспечить по- стоянную производительность сети и сокра- тить капиталовложения. СИНХРОНИЗАЦИЯ СИГНАЛИЗАЦИИ В ПАКЕТНЫХ СЕТЯХ Пакетные сети не разрабатывались со встроенными механизмами синхронизации, и поэтому требуют дополнительных решений передачи тактовой частоты с точностью, необ- ходимой для стабильной работы сети с пред- сказуемой производительностью. В электро- энергосетях это особо необходимо для под- держки традиционного оборудования и прило- жений, чувствительных к задержке и джиттеру, таких как релейная защита, SCADA. До недав- него времени было принято использовать GPS в каждом узле/пункте обслуживания, однако это приводит к значительному росту затрат. Для синхронизации в пакетной среде на сегод- ня применяются несколько способов: Метод ITU-T Synchronous Ethernet (Sync-E) использует физический уровень сети Ethernet для точной передачи тактовой частоты. Для этого нужно, чтобы каждый физический канал не прерывался на протяжении всего маршрута. Другой метод – адаптивное восстановле- ние тактовой частоты (Adaptive Clock Recovery, ACR) – опирается на время прибытия пакетов в псевдопроводном потоке TDM, независимом от физического уровня. Протоколы IETF NTP и IEEE 1588-2008 Precision Time Protocol (PTP) обмениваются информацией о временных мет- ках в иерархии устройств “ведущий-ведомый”, чтобы передать тактовую частоту и данные TOD (Time of Day) таким образом, как это не- обходимо для нормальной работы датчиков распределенных измерений и предупреждения каскадных отключений. Использование прото- кола PTP на всем протяжении сетевого марш- рута является хорошей альтернативой GPS для синхронизации времени. Хотя с помощью PTP можно передавать и тактовую частоту и метки времени, многие сетевые операторы предпочи- тают использовать физический уровень сети для передачи частоты (т.е. TDM или Synchronous Ethernet), а сервис PTP – только для синхрони- зации времени. Более того, поскольку на мно- гих подстанциях устройства по-прежнему ис- пользуют временные коды IRIG-B, необходимо надежное преобразование между PTP и IRIG-B для подключения традиционного оборудования к новым системам Smart Grid. Стандарт IEC 61850 подробно рассматрива- ет потребности электроэнергосетей в передаче сигнализации и синхронизации в пакетных сетях. Он ссылается на стандартный профиль IEEE C37.238 для применения IEEE Std. 1588 Precision Time Protocol в приложениях для подстанций и профиль 1588 PTP Telco для свя- зи между подстанциями по глобальной сети. Современные коммуникационные устройства Релейной Защиты, которые поддерживают передачу точного времени, способствуют сни- жению издержек, поскольку они избавляют от необходимости приобретать дорогостоящие аппаратные средства или установки GPS. ВЫБОР ПРАВИЛЬНОЙ ПАКЕТНОЙ СЕТИ При переходе электроэнергетических се- тей к коммуникациям нового поколения вы- бор пакетных технологий включает Ethernet Автоматизация и IT в энергетике 6 операторского класса, IP, стандартный MPLS (Multi- Protocol Label Switching), MPLS-TE и новейший вариант MPLS-TP. Кроме того, можно рассматривать новое поколение комму- тации каналов (Circuit Switching, CS) на основе оптических транспортных сетей OTN (Optical Transport Networks). Подобно SDH/SONET, OTN можно использовать в качестве физиче- ского уровня для надежной передачи трафика Ethernet или IP по оптоволокну на скоростях от 50 Мбит/с до более 100 Гбит/с. Каждая из перечисленных пакетных технологий способ- на надежно доставлять информацию, но об- ладает разными характеристиками. Решение о типе технологии зависит от таких факторов как число узлов, которые будут соединены, их размера, возможности выбранного решения обеспечить соответствующую производитель- ность, используя различную среду передачи, доступную на каждом узле, и, конечно, от стоимости. Несмотря на то, что сервис VPLS (Virtual Private LAN Service), основанный на передаче Ethernet по MPLS, может обеспечить необходимую устойчивость для критических приложений с помощью защитного механиз- ма FRR (Fast Re-Route) с низкой задержкой, у него есть несколько серьезных недостатков с точки зрения защиты, определяемые встро- енные средства OAM для мониторинга сети и высокая цена на порт. Сочетание доступа Layer 2 Ethernet с магистралью MPLS позволя- ет снизить цену на порт, иметь больший функ- ционал OAM и инструменты PM для соедине- ний Layer 2 Ethernet и использовать развитые защитные механизмы посредством Ethernet Ring Protection Switching и Ethernet Linear Protection Switching. Кроме того, такой под- ход позволяет сохранить установленную базу оборудования доступа и может являться опти- мальным вариантом для большого числа рас- пределенных энергообъектов, подключенных по медной, оптоволоконной и беспроводной инфраструктуре. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЧЕРЕЗ ПАКЕТНЫЕ СЕТИ. ТЕСТИРОВАНИЕ SDH–МУЛЬТИПЛЕКСОРА ДОСТУПА [3] Для тестирования была выбрана одна из мультисервисных платформ доступа (мульти- плексор, прошедший аттестацию ФСК) как элемент сети при передаче сигналов Релейной Защиты при использовании пакетной техно- логии. Тестирование состояло из преобразо- вания данных TDM, полученных от модулей релейной защиты, в пакеты. Затем инкапсу- лированный трафик был передан по сети Cisco MPLS с использованием статической маршру- тизации, чтобы убедиться в постоянстве трак- та, обеспечивая требования к производитель- ности для минимальной задержки сигналов релейной защиты (рис. 2). Для тестирования использовалось оборудо- вание дифференциальной Защиты производ- ства AREVA, ABB и Siemens, используя следу- ющие интерфейсы сопряжения: G 703; X. 21; RS-232; C37.94. Тестируемый Мультиплексор успешно выполнил эти требования, обеспечив допустимую задержку и необходимое каче- ство обслуживания для приоритетных сигна- лов с помощью инструментов формирования и организации трафика. Кроме того, была обе- спечена синхронизация времени через сеть передачи. Одна из тестовых схем включала дублирование на уровне E1 посредством соз- дания двух псевдопроводных соединений для резервирования E1 в сети MPLS по различным трактам. В сценариях, где сеть SDH/SONET сохраняется в качестве резерва, дублирование E1 может использовать одно соединение как псевдопроводное по пакетной сети, а другое по резервной сети TDM. ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Телекоммуникационные системы дл я энергетики апрель 2013 №4 (45) 7 TDM Service Traffic TDM Service Traffic Ethernet/IP/MPLC Network PW Tunnel PW Packets Рис. 2. Прохождение TDM сигналов через пакетную сеть ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММ НЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Телекоммуни кационные системы для энергетики РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ПО ПАКЕТНЫМ СЕТЯМ Механизмы решения проблемы передачи сигналов РЗ через пакетные сети, благода- ря их сложности и многообразию, вызывают обоснованное беспокойство у “традицион- ных” связистов и релейщиков. Разработка новых стандартов и рекомендаций для па- кетных сетей, включая средства защиты от всевозможных угроз, – процесс посто- янный. Последние разработки технологии SDN (Software-Defined Networking) и техно- логии виртуализации сетевых функций NFV (Network Function Virtualization) позволят создавать интеллектуальные сети с высоким уровнем гибкости, унифицировать произ- водимое оборудование, снизить затраты на внедрение новых сервисов. Естественно, все технологии должны проходить проверку, по- этому до наступления эры великой интегра- ции необходимо сформулировать конкрет- ные Технические Требования к создаваемым сетям уже сегодня. Все понимают, что один неверный шаг или несоблюдение всех мыслимых и немыс- лимых мер сетевой безопасности может при- вести к катастрофе. В любом случае “бежать впереди паровоза”, как предлагают некото- рые энтузиасты прогресса, – занятие доволь- но опасное, особенно в области электро- энергетики. Телекоммуникационные Стандарты раз- рабатывались на весь период эксплуатации оборудования и, в основном, не менялись. Высочайшая надежность, отсутствие возмож- ности несанкционированного доступа – это рай для ответственных консерваторов. Ис- пользование этих свойств технологии SDH для передачи только критичных данных по- зволит значительно снизить затраты при соз- дании сетей. Наилучший вариант для систем доступа, предназначенных для энергетического рынка, – это гибридное SDH и PSN в одном оборудовании. Это позволяет обеспечить работу всех при- ложений с выполнением всех технических требований: надежности, скорости и т.д. По- средством комбинации возможности про- мышленного Ethernet и сетей TDM для прило- жений могут быть выбраны лучшие маршруты, обеспечивая передачу сигналов существующих сервисов и интерфейсов. Это решение позволяет: • со стороны технологи TDM: – легкое интегрирование Интеллекту- альных электронных устройств (IEDs) и NG сервисов и оборудования в суще- ствующую инфраструктуру TDM; – непрерывность сервиса для существую- щих приложений и оборудования, даже после того как базовая сеть заменяется на IP/MPLS; – найти решения для эмуляции схем, ко- торые не ставят под угрозу качество об- служивания или величину задержки; – многочисленные средства резервирова- ния для обеспечения заданной надеж- ности; • со стороны технологии PSN: – гарантия определенного QoS для служб NGN и передачи современных прило- жений по пакетным сетям, использую- щим мультиприоритетное управление трафиком, OAM, диагностику и кон- троль производительности; – перспективные решения, разработанные для связи в интеллектуальных системах Smart Grid и архитектуры IEC-61850, включая надежные Ethernet сервисы с малым временем задержки при пере- даче данных между узлами, требующи- ми обмена сообщениями в реальном времени, такими как GOOSE/GSSE; – защита критически важной инфра- структуры и основанных на IP систем SCADA от кибератак с помощью про- токолов аутентификации и обеспечения кибербезопасности, таких как SSH, SSL, SNMPv3 и RADIUS и т.д. При использовании в качестве транспортной сети технологии OTN или ее отдельных элемен- Автоматизация и IT в энергетике 8 Задержка передачи сигнала через сеть MPLS (мс) Устройства релейной защиты ABB NSD570 (100Fx) ABB NSD70 (E&M) Siemens 7XV5653 (X.21) Siemens 7XV5653 (RS232) Siemens 7SD52 (X.21) Areva P541 (G703) Areva P541 (C37.94) Величина задержки 6,3 6,1 5,5 7 6,1 5,7 6 тов (рис. 3), возможен еще ряд вариантов созда- ния защищенных гибридных сетей с минималь- ными капитальными вложениями и гарантией надежности, которую обеспечивает применение оборудования SDH или PDH (рис. 4). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Переход к Smart Grid и сетям следующего поколения идет уже полным ходом, однако чрезвычайно важные приложения, такие как Релейная Защита, требуют особого внимания. Только решения, которые обеспечивают жест- кие требования технологического оборудова- ния: минимальное время передачи, надежно- сти и безопасности, – можно рассматривать в качестве вариантов для реализации. Гибридный вариант, включающий техно- логию TDM и Пакетные решения, позволяет энергетическим компаниям безболезненно и свободно выбрать путь перехода к новым техно- логиям, удовлетворяющим их потребности. Среди различных вариантов телекоммуни- кационной инфраструктуры, предлагаемых для электроэнергетических сетей, целесообразно применение гибридного решения: 1. Трафик, не имеющий критического значения, передавать по новой пакетной среде. 2. Трафик релейной защиты и другой критиче- ски важный трафик передавать по традици- онной SDH сети. 3. Использовать одно устройство доступа для разделения и перевода трафика в сеть PSN и TDM. 4. В технических требованиях по проектирова- нию ТСПД должна предусматриваться ре- конфигурация сети SDH. 5. Требования к оборудованию SDH должны со- держать возможность поддержки гибрид- ных решений. Такой поход позволяет осуществить по- этапный переход к Пакетным Сетям, исполь- ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Телекоммуникационные системы дл я энергетики апрель 2013 №4 (45) 9 Ethernet/IP/MPLS FE/GbE SDH STM1/STM4 STM1/ OC3 Концентрация и коммутация каналов РЗ и ПА, телефонии, передачи данных Узел доступа SDH Мультиплексор Мощный встроенный концентратор и коммутатор трафика Ethernet ETH Switch ETH STM1 STM1 STM1 STM STM STM NMS Транспортная сеть Ethernet Кольцо 1/10 Gbe с резервированием АТС Центрального узла Gbe Существующая сеть SDH Существующая SDH SDH Мультиплексор SDH Мультиплексор Телеметрия Релейная защита С57.94 C1 АТС Телеметрия Релейная защита С57.94 C1 АТС Рис. 3. Гибридный узел доступа Рис. 4. Проект по объединению узлов подстанций через транспортную сеть ТЕХНИЧЕСКИЕ И ПРОГРАММ НЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Телекоммуни кационные системы для энергетики зуя установленное на объектах оборудование SDH и перераспределяя освободившиеся ре- сурсы на удаленные объекты. При этом то- пология сети SDH может быть значительно оптимизирована и упрощена. Список литературы 1. Кобец Б.Б., Волкова И.О. Smart Grid в электроэнергетике / Энергетическая по- литика, № 6, 2009. 2. Волобуев В.В. Что такое Smart Grid? Ка- ковы перспективы развития технологий Смарт Грид в России? – http://www.rsci.ru/ sti/3755/208683.php. 3. RAD Data Communications Inc. 900 Corporate Drive Mahwah, NJ 07430 USA Tel: (201) 529-1100, Toll free: 1-800-444-7234 Fax: (201) 529-5777 E-mail: market@radusa. com 4. Гуревич В.И. Интеллектуальные сети: но- вые перспективы или новые проблемы? Автоматизация и IT в энергетике 10 Лифшиц Александр Михайлович – генеральный директор ООО “НПЦ Приоритет” . |