Линейка решений GenericX
GenericX комплексные программно-аппаратные решения по созданию интеллектуальных электронных устройств (IED) для «Цифровой подстанции». Решения включают в себя поддержку полного перечня информационных протоколов и сервисных механизмов «Цифровой подстанции».
GenericX является технологическим базисом, позволяющим разрабатывать IED устройства различного функционального назначения.
GenericX позволяет значительно сократить сроки разработки, гарантировать информационную совместимость устройств и обеспечить соответствие решений международным требованиям и стандартам. Предлагаемый подход предусматривает разделение программно-аппаратного блока GenericX и блока прикладного алгоритмического обеспечения (программно-аппаратного, либо только программного). Информационный обмен прикладной алгоритмической части устройств осуществляется через элементы GenericX, обеспечивающие работу соответствующих информационных протоколов, соблюдение регламентов передачи и обработки данных, корректность интерпретации данных и поддержку необходимого для информационной совместимости уровня вариативности реализации протоколов. GenericX позволяет пользователю сосредоточиться на реализации алгоритмов и функционального наполнения устройств, не затрачивая ресурсы на трудоемкую реализацию информационных протоколов ЦПС.
Программно-аппаратная реализация протоколов «Цифровой подстанции» обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики, не требует выделения вычислительных и коммуникационных ресурсов прикладного ядра. В частности, синтез программной и аппаратной части обеспечивает высокую точность синхронизации по протоколу PTP (IEC 61588), надежность и независимость работы резервированных коммуникационных интерфейсов (протоколы PRP/HSR, IEC 62439-3), снижение нагрузки прикладного ядра при работе с потоковыми данными (включая, IEC 61850-9-2), информационную устойчивость при высокой коммуникационной нагрузке (включая GOOSE шторм) и т.д.
В основу u1088 решений GenericX положены результаты многолетней работы компании по разработке интеллектуальных электронных устройств (IED), собственный стек реализации информационных протоколов, оригинальные программно-аппаратные решения.
Компоненты GenericX
GenericX включает в себя три базовых компонента*:- NRP Core — программно-аппаратная реализация протоколов резервирования коммуникационной среды PRP/HSR (IEC 62439-3). Компонент обеспечивает прозрачную интеграцию в коммуникационную сеть высокой готовности;
- Sync Core — программно-аппаратная реализация календарной и инструментальной синхронизации. Компонент включает в себя программно-аппаратную реализацию протокола высокоточной временной синхронизации PTP (стандарт IEC 61588, IEEE 1588 Ed 2.0);
- IED Core — программно-аппаратная реализация протоколов и сервисных механизмов протокола IEC 61850, являющегося информационно-коммуникационной основой «Цифровой подстанции».
IED (Intelligent Electronic Device) Core
IED Core — базовая часть GenericX, реализующая поддержку группы протоколов IEC 61850. Программно-аппаратная реализация протоколов обеспечивает достижение следующих эффектов:
1. Программная независимость. Клиент-серверная часть IEC 61850-8-1 является одним из самых сложных в реализации разделов стандарта, так как предусматривает большое количество инкапсулированных протоколов и значительную вариативность реализации каждого из них. Отлаженная программно-аппаратная реализация IEC 61850-8-1, входящая в состав IED Core, позволяет сделать прикладное алгоритмическое ядро устройства независящим от вариантов реализации информационного протокола, что сильно упрощает его разработку, делает поведение IED устройства значительно более детерминированным и повышает информационную совместимость устройств.
2. Оперативность. IED Core включает поддержку механизмов приема и передачи GOOSE сообщений, которые являются одними из самых коммуникационно-непредсказуемых элементов «Цифровой подстанции». IED Core позволяет с одной стороны оградить основное ядро IED от посторонних GOOSE сообщений (адресованных иным устройствам, повторных сообщений и т.д.), а с другой стороны упростить процесс отправки собственных GOOSE сообщений, сняв с прикладного алгоритмического ядра работу по регулярной обработке периодических сообщений, генерации спорадических последовательностей и т.д.
3. Производительность. IED Core поддерживает протокол IEC 61850-9-2 (прием). Данный протокол характеризуется самым большим объемом коммуникационной активности на «Цифровой подстанции». Объем передаваемой информации весьма значительный и требует больших вычислительных ресурсов на его обработку и фильтрацию. IED Core обеспечивает предварительную обработку поступающей информации, включая фильтрацию данных, самостоятельную обработку опциональных полей, флагов качества, контроль мгновенных значений по уставкам пользователя и вычисление базовых электрических величин по пользовательской конфигурации (например, с.к.з. на периоде).
Sync Core
Sync Core — является компонентом, обеспечивающим календарную и инструментальную синхронизацию создаваемого IED устройства, и предусматривает программно-аппаратную реализацию интерфейсов 1PPS, IRIG-B и протокола PTP (IEC 61588, IEEE 1588 Ed. 2.0).NRP (Network Redundancy Protocol) Core
Основным методом повышения надежности коммуникационной сети «Цифровой подстанции» (ЦПС) является ее резервирование, осуществляемое с использованием специализированных протоколов для сетей высокой готовности: PRP — протокол параллельного резервирования, либо HSR — протокол кольцевого резервирования (IEC 62439-3). NRP Core содержит программно-аппаратную реализацию обоих протоколов. Протоколы резервирования предусматривают значительный объем сервисного коммуникационного трафика, а также большое количество дублированной информации (фактически, IED Устройство в PRP/HSR сети испытывает удвоенную коммуникационную нагрузку). NRP Core включает в себя поддержку требуемого протоколами сервисного коммуникационного обмена, фильтрацию дублированной информации, обеспечивая при этом требуемые показатели оперативности, высвобождение вычислительных ресурсов прикладного алгоритмического ядра и минимизацию времени обработки коммуникационных пакетов.Generic Card
Generic Card — программно-аппаратная реализация решений GeneriсX, выполненная в форм-факторе карты расширения PCI-express и предназначенная для установки в IBM PC совместимый компьютер под управлением ОС Linux. Модельный ряд Generic Card предусматривает карты расширения с различными интерфейсами синхронизации, включая аппаратную поддержку PTP, различным количеством и набором коммуникационных интерфейсов, поддержкой технологий резервирования коммуникационной сети.
Дополнительно плата Generic Card реализует функции сетевого адаптера, что позволяет пользователю организовать информационный обмен по другим протоколам (целевой трафик перехватывается и обрабатывается платой, но может быть также доступен прикладному алгоритмическому ядру, сторонний трафик пропускается без обработки).
Комплектность встраиваемого решения включает в себя набор программных библиотек (API) и комплект средств разработки (SDK). Встраиваемое решение Generic Card обеспечивает:- простоту разработки прикладного алгоритмического ядра;
- возможность использования IBM PC совместимого компьютера в качестве программно-аппаратной платформы для исполнения прикладного алгоритмического ПО;
- простоту наращивания производительности прикладного алгоритмического ядра и объемов постоянной и энергонезависимой памяти;
- возможность интеграции со сторонним ПО.
Generic IED
Generic IED — программно-аппаратная реализация решений GeneriсX, выполненная в форм-факторе электронного блока. Generic IED является законченным комплексным решением для создания собственных IED устройств. Устройство оснащено необходимым набором коммуникационных интерфейсов, двумя интерфейсами электропитания (резервированный вход AC/DC), цветным сенсорным экраном. Форм-фактор аппаратного исполнения предусматривает монтаж в панель (ANSI 6»).
Аппаратное исполнение обеспечивает климатическую и механическую устойчивость, ЭМС (IEC 61850-3). Архитектура аппаратного решения является масштабируемой — предусмотрена возможность наращивать производительность вычислительного ядра, эквивалентную емкость ПЛИС, объем оперативной и постоянной (энергонезависимой) памяти. Generic IED может быть оснащен различными типами коммуникационных интерфейсов (типы разъемов, среда передачи данных) и поддерживает Ethernet интерфейсы до 1 Гбит/с.
Аппаратное исполнение включает в себя операционную систему реального времени, под управлением которой исполняется следующее программное обеспечение:
- сервисное программное обеспечение, обеспечивающее поддержку коммуникационных протоколов ЦПС и информационных механизмов;
- драйверы аппаратного обеспечения;
- прикладное алгоритмическое ядро.
Коммуникационные решения для сетей высокой готовности (HSR/PRP)
Ключевым вопросом построения «Цифровой подстанции» является надежность коммуникационной сети, так как отказ одного этого элемента может привести к неработоспособности всей системы управления подстанцией.
Существующим решением данной проблемы является использование коммуникационных сетей высокой готовности — применение протокола параллельной избыточности РRP или протокола бесшовной избыточности с высокой готовностью HSR (IEC 62439-3). Устройства, работающие с данными протоколами, должны поддерживать определенный набор сервисных протокольных функций и иметь достаточно высокую коммуникационную производительность.
Поддержка данных протоколов производителями оборудования займет определенное время, связанное с наращиванием коммуникационной производительности устройств и реализацией самих протоколов. Следует учитывать, что протоколы обладают определенной сложностью и требуют значительной вычислительной и коммуникационной производительности устройств, что приводит к необходимости разработки новых устройств (реализация данных протоколов на базе существующих устройств не представляется возможной). Переход к сетям с резервированием потребует значительной модернизации доступных на данный момент решений для «Цифровой подстанции».
Устройство без поддержки HSR/PRP
Помимо приведенных технических сложностей, имеет место вопрос экономической целесообразности — для многих видов устройств поддержка протоколов резервирования является заведомо избыточной. В связи с этим возникает задача обеспечения коммуникационной связности устройств, поддерживающих протоколы резервирования и не поддерживающие их.
Для решения данной задачи стандарт IEC 62439 предусматривает использование специализированных коммуникационных адаптеров (Red Box), обеспечивающих выполнение сервисных функций протокола, разбор дублированных пакетов и трансляцию отфильтрованных данных устройству, не поддерживающему данные протоколы (SAN — Single Attached Node).
Коммуникационный адаптер для сетей высокой готовности с параллельным резервированием (PRP) использует NRP ядро GenericX. Данное устройство предназначено для подключения оборудования, оснащенного интерфейсом Ethernet, к сети с параллельным резервированием (PRP, IEC 62439-3).
Коммуникационный адаптер может быть оснащен различными типами коммуникационных интерфейсов (медь/оптика, широкая номенклатура типов разъемов), включая вариант совмещения функций устройства с медиаконвертером для случая, когда среда передачи в резервированной сети и коммуникационный интерфейс устройства различны.
Компактные цифровые преобразователи Generic MU
Полевой уровень «Цифровой подстанции» включает в себя интеллектуальное первичное электрооборудование (например, электронные измерительные трансформаторы) или традиционное первичное оборудование, оснащенное полевыми преобразователями (Stand Alone Merging Units). Полевые преобразователи позволяют интегрировать существующее высоковольтное оборудование с аналоговыми и дискретными интерфейсами в состав технологической шины «Цифровой подстанции», позволяя при этом производить поэтапный переход к «цифровым» цепям. При использовании полевых преобразователей достигается большая часть технико-экономических эффектов, связанных с внедрением полевого уровня «Цифровой подстанции», при этом не требуется замена дорогостоящего высоковольтного оборудования, возможны варианты совмещения «цифровой» и «аналоговой» шины (часть подстанции работает по традиционной схеме, а другая часть в рамках подхода «Цифровой подстанции»). Опыт внедрения полевых преобразователей показал, что размещение габаритных полевых преобразователей в открытом распределительном устройстве (ОРУ) подстанции достаточно затруднено. С другой стороны, установка полевых преобразователей на подстанции не исключает потребности в шкафах цепей тока и цепей напряжения (шкафы клеммных сборок). На основании данного опыта специалистами ИТЦ Континуум была разработана линейка компактных полевых преобразователей, допускающих их размещение в ограниченном объеме (например, в существующих шкафах клеммных сборок). Устройства поддерживают протокол IEC 61850-9-2, включая редакцию 2.0 и спецификацию 9-2LE, клиент-серверное взаимодействие по протоколу IEC 61850-8-1 и широкий набор сервисных протоколов для поддержки процессов эксплуатации. Корпус устройства обеспечивает высокую механическую прочность, а использование специализированной элементной базы и дополнительные технические решения — широкие климатические характеристики устройства, позволяющие использовать его без u1076 дополнительного обогрева на большей части территории РФ. Технические решения, примененные при разработке встраиваемых полевых преобразователей, предусматривают возможность безразрывного подключения к вторичным цепям, при этом измерительные датчики совмещены с выносными модулями АЦП. Для цепей тока использованы измерительные модули с размыкаемым датчиком, что позволяет производить подключение без нарушения целостности вторичных цепей, а следовательно без увеличения риска их разрыва и снижения надежности вторичных цепей, сопровождающего использование дополнительных переходных клеммных сборок. Для цепей напряжения предусмотрено использование модулей прокалывающего типа, либо подключение в клемму. Данные технические решения позволяют значительно снизить габариты полевого преобразователя, упростить монтажные работы, повысить надежность и отказоустойчивость электроники. Линейка встраиваемых полевых преобразователей включает в себя полевые преобразователи: для цепей тока (измерительный и защитный), для цепей напряжения, комбинированные, устройства с дискретными входами и выходами, а также устройства, предназначенные для управления коммутационным оборудованием, мониторингом силовых трансформаторов и т.д.