46

СТА 4/2014

разработкиэлектроэнергетика

www.cta.ru

ВВедение

Сегодня неспешными темпами скла-дывается полная картина цифровойподстанции. Много лет внедряютсяустройства, реализующие модели ин-формационного обмена МЭК 61850 [1]для интеграции в систему АСУ ТП (от-чёты, управление, журналы событийи др.) и быстродействующего обменасигналами между отдельными устрой-ствами нижнего уровня (GOOSE). До-ступны также волоконно-оптическиепреобразователи тока и напряжения(ВОПТН)/устройства сопряжения с ши-ной (УСШ) процесса с поддержкой мо-дели передачи выборочных значенийтока и напряжения (Sampled Values),реализуемой в соответствии с МЭК61850-9-2LE [2] , и устройства РЗА, спо-собные принимать данные в указанномформате. Сейчас эти решения находятсяв опытной эксплуатации на несколькихобъектах и проходят проверку коррект-ности функционирования в нормаль-

ных режимах/режимах короткого замы-кания (КЗ).

Одним из фрагментов, который пре-пятствует составлению пазла под назва-нием «Цифровая подстанция», являет-ся цифровой коммерческий учёт элек-троэнергии. Этот фрагмент препятству-ет широкомасштабному внедрениюВОПТН/УСШ процесса МЭК 61850-9-2LE, другими словами, реализации пе-редачи измерений в цифровом форма-те. Это обусловлено тем, что указанныеисточники цифровых измерений долж-ны иметь набор документов о соответ-ствии заявляемых метрологических ха-рактеристик фактическим. А ведь ме-тодики поверки таких устройств с ин-терфейсом МЭК 61850-9-2LE сегодняне существует. Хотя стоит отметить, чтоНИОКР на тему «Разработка и изго-товление технических средств и метро-логической базы для метрологическогообеспечения цифровых подстанций»стартовали. Вторая часть этого про-

блемного фрагмента – наличие счётчи-ков электрической энергии с цифро-вым интерфейсом МЭК 61850-9-2LE,причём также метрологически пове-ренных и имеющих соответствующиедокументы.

По своему опыту можем сказать, чтотаких приборов немного. Нам известнолишь о двух подобных устройствах:ZMQ802C (Landis+Gyr) и ARIS EM302(ООО «ПРОСОФТ-Системы»). Соглас-но декларациям второй прибор облада-ет более богатым функционалом: под-держивает сервер мультимедийных со-общений MMS, может принимать не-сколько информационных потоковМЭК 61850-9-2LE, в том числе с часто-той дискретизации сигнала 256 то-чек/период. Именно ARIS EM302 нами удалось протестировать.

Для проведения испытаний мы за-ручились поддержкой независимой ла-боратории исследований функцио-нальной совместимости компании

Насколько счётчик ARIS EMцифровой?

Александр Головин, Алексей Аношин

Данная статья представляет собой независимую оценку цифрового многофункциональногоэлектрического счётчика ARIS EM, разработанного компанией «ПРОСОФТ-Системы»,полученную в результате испытаний, проведённых редакцией журнала«Цифровая подстанция».

Рис. 1. Комплект ВОПТН на подстанции «Магистральная» 220 кВ

Рис. 2. ARIS EM302 с интерфейсом МЭК 61850-9-2LE на подстанции

«Магистральная» 220 кВ

«ТЕКВЕЛ» и воспользовались её про-граммными инструментами.

ПерВое знаКомстВо

и ПерВый ПроеКт

Впервые мы познакомились с много-функциональным счётчиком электриче-ской энергии ARIS EM в 2012 году, ког-да специалисты «ПРОСОФТ-Системы»привезли свой прибор на исследователь-скую и производственную площадкукомпании «Профотек» с целью провестииспытания на функциональную совме-стимость в части интерфейса МЭК61850-9-2LE. Тогда испытания заверши-лись успехом: счётчик принимал данныеот электронного блока ВОПТН (потокизмерений 80 точек/период) [3]. Изме-рения, генерируемые ВОПТН, соответ-ствовали данным, отображаемым надисплее счётчика, и были стабильными,ошибки отсутствовали. Такие сценариииспытаний используются и сегодня врамках проверки на функциональнуюсовместимость по МЭК 61850-9-2LE [4].

Годом позже вновь состоялось тести-рование устройства в рамках Первой от-крытой сессии по испытанию совме-стимости оборудования в соответствиис требованиями стандарта МЭК 61850,организованной кафедрой релейнойзащиты и автоматизации энергоси-стем НИУ МЭИ. Тогда помимо по-вторных испытаний с оборудованием«Профо тек» [5] была успешно подтвер-ждена совместимость с УСШ ENMUпроизводства ИЦ «Энергосервис» [6].Результаты испытаний были засвиде-тельствованы независимыми эксперта-ми из компаний «Аналитик-ТС», НПК«Оптолинк», «Новинтех», «РусГидро».

Через некоторое время мы встрети-лись со счётчиком ещё раз, но это ужебыл реальный проект – цифровая авто-матизированная система учёта электро-энергии ОАО «Сетевая компания». Наприсоединении 110 кВ подстанции«Магистральная» 220 кВ был установленкомплект ВОПТН с интерфейсом МЭК61850-9-2LE (рис. 1) с последующей пе-редачей измерений в счётчик ARIS EM(рис. 2). Параллельно цифровому кон-туру был реализован и аналоговый (дан-ные от электромагнитных измеритель-ных трансформаторов тока и напряже-ния – ТТ и ТН – поступали на другойсчётчик с аналоговым интерфейсом).Цель проекта – проанализировать пока-зания метрологически поверенногокомплекса и нового устройства. Обору-дование было смонтировано, системавведена в эксплуатацию, однако резуль-

таты работы комплексов ещё не былипредставлены.

В ходе «встреч» со счётчиком нам ни-как не удавалось ознакомиться с нимболее подробно, мы не могли настраи-вать его самостоятельно и испытывать вразных режимах. Однако сейчас такаявозможность предоставилась.

КомПоноВКа устройстВа

и Конфигуратор

Многофункциональный счётчикэлектрической энергии ARIS EM302внешне похож на контроллер присо-единения ARIS C303 и выполнен с нимна одной платформе. Отличаютсяустройства только габаритными разме-рами. Всё остальное: элементы лицевойпанели, дисплей, структура меню –идентично. В ARIS EM302 также при-нята модульная архитектура.

Тестированное устройство оснащеномодулем источника питания (PS220), атакже двумя процессорными модулями(MBSO, MBSL). MBSL осуществляетприём и обработку информационныхпотоков МЭК 61850-9-2LE: устройствоспособно принимать до 4 потоков80/256 точек/период. MBSO выполняетвычислительные операции, относящие-ся к учёту электроэнергии. Как и в слу-чае с ARIS C303, процессорный модульотвечает за синхронизацию времени (че-рез встроенный модуль GPS/GLONASS,NTP, PTP или внешний модуль точноговремени, подключаемый через порт RS-485). Веб-интерфейс конфигуриро-вания устройства такой же, как у конт-роллера ARIS C303.

В устройстве отсутствовали аналого-вые интерфейсы тока и напряжения, азначит, и аналоговые фильтры (если та-ковые применялись) и тракт аналого-цифрового преобразования. Фактиче-ски счётчик превратился в интеллекту-альный калькулятор, и его основной за-дачей стала корректная обработкапоследовательности входных данных.

Программа тест-драйВа

Мы протестировали устройство подвум критериям:1)приём и обработка информационных

потоков МЭК 61850-9-2LE 80 и256 точек/период от эмулятора Vol -cano («ТЕКВЕЛ»). В этом тесте мыконтролировали соответствие токов инапряжений, генерируемых эмулято-ром, данным, отображаемым на дис-плее устройства. Одновременно ис-пользовалось ПО Omicron SVScoutдля кросс-проверки;

2)проверка соответствия реализациикоммуникационных сервисов (кли-ент-сервер) требованиям стандартаМЭК 61850 с использованием специа-лизированного программного ком-плекса iTest.Одновременно оценивалось удобство

настройки устройства.

Приём измеренийпо протоколу МЭК 61850-9-2LE

Настройка счётчика на приём изме-рений по протоколу МЭК 61850-9-2LEвыполняется достаточно просто. Дляэтого необходимо выбрать пункт менюТрансляция – Приём данных и добавитьмодуль ARIS приёма измерений в фор-мате МЭК 61850-9-2LE (рис. 3).

Далее требуется перейти в пункт Си-стема – Настройка модулей и выбратьмодуль 9-2; появится окно с предложе-нием просканировать сеть на наличиеинформационных потоков МЭК 61850-9-2LE (рис. 4).

В других устройствах с интерфейсом9-2, которые мы испытывали, требова-лось вводить параметры потока вруч-ную. Здесь всё удобнее: нашёл нужныйпоток, выбрал из списка, применил егопараметры, и они «подхватились» авто-матически.

При тестировании генерировалисьпотоки с использованием эмулятораVolcano. Он формирует поток как на80 точек/период, так и 256 точек/пе-

Р А з Р А б О Т к и / э л е к Т Р О э н е Р г е Т и к А

47

СТА 4/2014 www.cta.ru

Рис. 3. Перечень модулей устройства

риод, который как раз поддерживаетARIS EM302.

Идентификатор потока и его MAC-адрес назначения были выставлены,как показано на рис. 5. Перед сканиро-ванием сети был запущен поток (дей-ствующие значения фазного тока –1000 А, фазного напряжения – 63,5 кВ,рис. 6).

Сначала ПО Volcano работало подуправлением ОС Windows, и интервалследования пакетов 9-2LE сильно варь-ировался. Значения, отображаемые надисплее счётчика, отличались от задан-ных в эмуляторе. Это связано с тем, чтоалгоритм расчёта действующих значе-ний в ARIS EM302 опирается на тай-мер, который отсчитывается в устрой-стве, а не на параметр smpCnt, которыйесть в каждом пакете. Нам показалосьэто не очень правильным, так как еслиУСШ работает корректно и без джит -тера, то временная ошибка в счётчикеможет привести к ошибке в измерениях.

С другой стороны, если опираться наотсчёт секунды по smpCnt, то этот эф-фект наблюдаться не будет. ПакетSVScout отображал значения в полномсоответствии с величинами, генерируе-мыми эмулятором.

Далее ПО Volcano было запущено наноутбуке Apple. В этом случае стабиль-ность интервала следования пакетоввысока. В результате опыта мы наблю-дали полное соответствие данных, ото-бражаемых на дисплее устройства,значениям, генерируемым эмулятором.Значения и фазы токов и напряжений,отображаемые в SVScout, им соответ-ствовали.

Проверкасоответствия реализациикоммуникационных сервисовтребованиям стандартаМЭК 61850

В этом блоке представим вашемувниманию результат тестирования счёт-

чика на соответствие требованиям стан-дарта МЭК 61850. При испытаниях ис-пользовалось ПО iTest, которое такжеприменялось в ходе первых провероксоответствия в НТЦ ФСК [7]. ДанноеПО проводит испытания в соответствиисо сценариями, описанными в Confor-mance Test Procedures for Server Deviceswith IEC 61850-8-1 Interface [8]. Этимдокументом руководствуются все лабо-ратории, аккредитованные междуна-родной организацией UCA (Utility Com -munications Architecture) на про веркусо ответствия МЭК 61850 (TUV SUD,KEMA и др.). Мы будем проводить ис-пытания коммуникационных сервисовМЭК 61850.

Проверки по этому критерию разделе-ны на 19 блоков. Мы проведём испыта-ния по первому из них – Basic Exchange.Этот блок определяет, насколько кор-ректно реализованы базовые сервисыинформационного обмена (Associate,Abort, Release, GetServerDirectory, Get-LogicalDeviceDirectory, GetLogicalNode-Directory, GetDataValues, GetDataDirec -tory, GetDataDefinition).

Прежде чем перейти к самим тестам,подготовим объектную модель сервера.Для этого требуется перейти в пункт ме-ню Трансляция – Передача данных и соз-дать сервер МЭК 61850-8-1 (рис. 7). Да-лее выбираем его, добавляем в объ-ектную модель новые логические узлыс объектами данных и выполняем при-вязку объектов данных к внутреннимтегам устройства (рис. 8 и 9). По удоб-ству процедуры настройки вопросов невозникает. Теперь переходим к самимиспытаниям. Чтобы начать тестирова-ние по блоку Basic Exchange, достаточ-но запустить iTest, загрузить модель ис-пытуемого устройства и выбрать типыиспытаний. Результаты приведены втаблице 1.

Из 14 испытаний не пройдено 6. В че-тырёх случаях всё произошло из-за од-

48

СТА 4/2014

Р А з Р А б О Т к и / э л е к Т Р О э н е Р г е Т и к А

www.cta.ru

Рис. 5. Главное окно эмулятора МЭК 61850-9-2 Volcano

Рис. 6. Окно задания значений/фаз эмулируемых токов и напряжений

и отображения векторной диаграммы

Рис. 4. Результаты сканирования информационной сети на предмет наличия потоков

МЭК 61850-9-2LE и применение параметров потока

....

ной и той же ошибки: сервером некор-ректно завершается соединение. Вме-сто штатного закрытия происходит ава-рийное завершение сессии. К серьёз-ным последствиям это вряд ли приве-дёт, но ошибки на стороне клиента мо-гут записываться в журнал и назойливобеспокоить персонал.

Что касается двух других ошибок, ониболее серьёзные. В первом случае фор-мируется невер ный ответ на изначаль-но некорректный ответ сервера, что мо-жет привести к зацикливанию инфор-мационного обмена. Во втором случаесервер положительно отвечает на за-прос записи значения переменной ка-тегории «только чтение».

резюме

Счётчик электрической энергииARIS EM302 обладает богатым функ-ционалом не только с точки зрения вы-полнения прикладных задач, но и сточки зрения соответствия МЭК 61850.Реализована поддержка и МЭК 61850-8-1 (MMS, GOOSE), и МЭК 61850-9-2LE. Пожалуй, это уникальный счёт-чик на рынке, так как схожего по функ-циям нет. Однако, как показали резуль-таты тестов в части МЭК 61850, недо-

Р А з Р А б О Т к и / э л е к Т Р О э н е Р г е Т и к А

49

СТА 4/2014 www.cta.ru

Рис. 8. Создание логических узлов

Рис. 7. Создание сервера МЭК 61850-8-1

чёты у него есть. На самом деле нали-чие ошибок в реализации МЭК 61850характерно для всех отечественныхпроизводителей (поверьте, в наших те-стах участвовали многие из них). Глав-ное – это признать ошибки и испра-вить их. Тогда на выходе будет уникаль-ный и качественный продукт не толькодля отечественного, но и для зарубеж-ного рынка. ●

Комментарий «Прософт-системы».Девиз нашей компании – «100-процент-но успешное внедрение оборудования наобъектах заказчика». Мы всегда внима-тельно относимся к выявленным и потен-циальным проблемам с нашим оборудова-нием и своевременно делаем необходимыеисправления в ПО. Проблемы, выявленныепри испытании счётчика ARIS EM в ча-сти протокола МЭК 61850-8-1, ужеустранены, и сейчас проводится тести-рование.

Литература

1. ГОСТ Р МЭК 61850-7-2-2009. Сети и си-

стемы связи на подстанциях. Часть 7. Ба-

зовая структура связи для подстанций и

линейного оборудования. Раздел 2. Аб-

страктный интерфейс услуг связи (ACSI).

2. Implementation Guideline For Digital Inter-

face To Instrument Transformers Using IEC

61850-9-2. Modification index R2-1. – UCA

International Users Group, 2004.

3. Протокол подтверждения функциональ-

ной совместимости между прибором ком-

мерческого учёта электроэнергии ARIS

EM производства ООО «ПРОСОФТ-Си-

стемы» и электронно-оптическим блоком

преобразования ВОПТ/ВОПН производ-

ства ЗАО «Профотек» по условиям прото-

кола МЭК 61850-9-2 (спецификация МЭК

61850-9-2LE)». – Фрязино, 2012.

4. IEC 61850 Interoperability test: Final re -

port. – UCA International Users Group, 2013.

5. Протокол тестирования совместимости

устройств по условиям стандарта МЭК

61850 в части передачи данных по прото-

колу МЭК 61850-9-2 (ВОПТН – ARIS

EM). – М., 2013.

6. Протокол тестирования совместимости

устройств по условиям стандарта МЭК

61850 в части передачи данных по прото-

колу МЭК 61850-9-2 (ENMU – ARIS

EM). – М., 2013.

7. В НТЦ ФСК ЕЭС прошли первые испы-

тания на соответствие МЭК 61850 // Циф-

ровая подстанция. – 07.03.2014.

8. Conformance Test Procedures for Server De-

vices with IEC 61850-8-1 interface. Rev.

2.4. – UCA International Users Group, July

28, 2012.50

СТА 4/2014

Р А з Р А б О Т к и / э л е к Т Р О э н е Р г е Т и к А

www.cta.ru

Таблица 1Результаты испытаний на соответствие МЭК 61850 по блоку Basic Exchange

Сценарий Краткое описание Результат (причина)

Ass1 Проверка правильности установки и завершениясоединения

Не пройден (сокетзакрывается раньше,чем сессия ACSE)

Ass2 Проверка правильности установки и завершениясоединения Пройден

Ass3 Проверка установки и завершение соединенияс максимально допустимым числом клиентов

Не пройден (последствиеошибки, выявленнойв опыте Ass1)

AssN2

Проверка установки соединения с правильнымипараметрами аутентификации, проверка невозможностиустановки соединения с контролируемыми серверомс неправильно заданными параметрами аутентификации

Не пройден (последствиеошибки, выявленнойв опыте Ass1)

AssN3

Проверка одновременного установления связис максимальным числом клиентов (для max+1 долженформироваться отрицательный ответ на запросустановления связи)

Пройден

AssN4

Проверка того, что устройство обнаруживает обрыв связи(между двумя коммутаторами в схеме) и формируетотрицательный ответ на запрос GetDataValues послевосстановления связи

Не пройден (последствиеошибки, выявленнойв опыте Ass1)

AssN5 Проверка возможности повторной установки связи послеперерыва и восстановления оперативного питания Пройден

Srv1 Формирование запроса GetServerDirectory и контрольправильности ответа сервера Пройден

Srv2 Формирование запроса GetLogicalDeviceDirectoryи контроль правильности ответов Пройден

Srv3 Формирование запроса GetLogicalNodeDirectoryи контроль правильности ответов Пройден

Srv4 Формирование запросов GetDataDirectory, GetDataDefinitionи GetDataValues и контроль правильности ответов Пройден

Srv5

Формирование запроса GetDataValues для несколькихобъектов данных, формирование запроса GetDataValuesпо функциональному ограничению (LLN0$ST, LLN0$ST$Mod,LLN0$ST$Mod$stVal), контроль правильности ответов

Пройден

SrvN1abcd

Формирование запросов GetLogicalDeviceDirectory,GetLogicalNodeDirectory, GetDataDirectory, GetDataDefinition,GetDataValues, SetDataValues, GetAllDataValuesс некорректными параметрами (неизвестный объект,логическое устройство, логический узел), контрольправильности ответов

Не пройден (не формируетсякорректный ответ –access object-non-existent)

SrvN4 Запрос изменения значения для объекта данныхсо свойством «только чтение» (LLN0$ST$Mod$stVal)

Не пройден (формируетсяположительный ответ DataWrite Success вместоobject-access-denied)

Рис. 9. Привязка объектов данных к внутренним тегам устройства