יישום IEC 61850 בתת-התחסין באופן יסודי כיצד כלי חשמל מנוהלים, לפקח ולבקר את התשתית שלהם.סטנדרט בינלאומי זה מבסס מסגרת מאוחדת לתקשורת בין מכשירים אלקטרוניים חכמים (IEDs), המאפשר החלפת נתונים מהירה יותר, שיפור יכולת בין-פעולה, ובסיס ליכולות חכמות רשת חשמל הופכת למורכבת יותר ממערכות מבוזרות ומאינטגרציה מתחדשת, IEC 850 מספקת את האמינות, אמינות, ואבטחת-מערכת אבטחה הכרחית לאוטומציה.

מה זה IEC 61850?

IEC 61850 הוא תקן עולמי לאוטומציה ותקשורת תת-התת, שפותח תחת חסותה של הנציבות האלקטרונית הבינלאומית (IEC) הוא מפרט פרוטוקולי תקשורת, מודלים נתונים ותהליכי הנדסה של מערכת המאפשרים למכשירים מיצרנים שונים להחליף מידע בצורה חלקה. הראשון שפורסם בתחילת שנות ה-2000, הוא אומץ באופן נרחב ברחבי העולם ונחשב למעשה סטנדרטי עבור תת-הת מודרנית.

תקן מכסה יותר מאשר רק תקשורת.זה מגדיר מודל נתונים מופשט המייצג ציוד תת-התת בעולם האמיתי (כמו שוברי מעגלים, ממירים וממסרי הגנה) ואת הפונקציות הלוגיות שלהם.מודל זה הוא מכשיר ויצרן אגנוסטי, המבטיח פרשנות עקבית של נתונים ללא קשר למוכר החומרה.IEC 61850 מציגה גם כמה פרוטוקולים מיוחדים לצרכים תקשורת שונים:

  • (FLT:0)MMS (המידע על ההודעה) :FLT ( 1) המשמש לתקשורת בשירות לקוחות בין בקרים תת-התחסין ו- IEDs לתצורה, ניטור ושליטה.
  • (FLT:0)GOOSE (האובייקט הגנטי האוריינטציה אירוע): 1Felo: A במהירות גבוהה, פרוטוקול עמיתים-ל-peer עבור נתונים קריטיים כגון מסעות ממסר מגן וסימנים מנטרול.
  • (FLT:0) ערכים מקודמים (SV): ibph:1 משמש כדי לנסח אותות אנלוגיים ממתני מכשירים (מתח ונוכחיים) ולייעל אותם להגנה ולשליטה במכשירים עם תזמון מדויק.
  • (בשפה של תפוצה:0)0 (Substation Configuration Language) :FLT:1 שפה תיאור מבוססת XML סטנדרטית המאפשרת כלי הנדסי להחליף נתונים של תצורה, הבטחת מודלים עקביים של מערכת.

הסטנדרט כולל גם הוראות לסינכרון זמן באמצעות IEEE 1588 (פרוטוקול זמן קדם) כדי להבטיח דיוק ברמת הדגימה על פני IEDs מבוזרים. יחד, רכיבים אלה מהווים מערכת אקולוגית מלאה לעיצוב, תצורה, והפעלה של מערכות אוטומציה תת-קרקעית.

היתרונות של IEC 61850

אימוץ IEC 61850 מספק יתרונות הניתנים למדידה על פני אמינות, גמישות, עלות ובטיחות.היתרונות הבאים מובנים לאחר יישום תקין:

  • (FLT:0) אחריות ותגובה: חילופי נתונים בזמן אמת באמצעות הודעות GOOSE מאפשרים אותות נסיעה של בין 4 מ"ר, צמצום באופן דרסטי של פעמים תיקון תקלות.זה משפר את יציבות המערכת ומצמצם את נזקי הציוד.
  • מודל הנתונים המוכוון של FLT:0 (Imroved Flexibility and Scalability: Visal: ⁇ FLT:1) מודל הנתונים המוכוון והאובייקטיבי מאפשר לכלי רכב להוסיף מכשירים חדשים או פונקציות מבלי לעצב מחדש את כל ארכיטקטורת התקשורת.
  • (FLT:0) תחזוקת המידע ו- Downtime:FreaLT:1 , תקשורת סטנדרטית מפשטת בעיות בפתרון בעיות.מהנדסים יכולים לנתח יומני, להשוות קבצים תצורה, ולהחליף את IEDs עם מרכיבים מחוץ ל- Shelf מכל ספק תואם.
  • (FLT:0) חיסכון מעל מחזור החיים: ההרחבה 1 (interoperability) מקטין את מנעול הספק, הורדת עלויות הציוד ברכישה. סווגן באמצעות Ethernet מפחית מורכבות מתפתלת נחושת וזמן ההתקנה.
  • (FLT:0)Cybersecurity & אבטחה על ידי Design:cioFLT 1 IEC 61850 תוכנן עם אבטחה בראש, במיוחד ב Edition 2.הסטנדרט תומך בשליטה מבוססת על גישה, אימות ושילוב עם IEC 62351 להצפין תקשורת.זה קריטי כמו תת-תחברות להיות מחובר יותר.

מכלולים מרכזיים של IEC 61850 Substation

יישום IEC 61850 דורש בחירה זהירה ושילוב של רכיבי חומרה ותוכנה.

  • (FLT:0) מכשירים אלקטרוניים אלקטרוניקה (IEDs): ⁇ 1:1 אלה הם הממסרים המגן, בקרים, מטר ויחידות מיזוג אשר מבצעים פונקציות ליבה. IEDs חייב לתמוך ב- IEC 61 850 שירותים (MMS, GOOSE, SV) וניתן להגדיר באמצעות SCL.מודרני IED כוללים לעתים קרובות שרתים לרשת עבור תצורה אבחון ואבחון.
  • (FLT:0Ethernet Network Switches:FLT:1 רשתות הצוללות דורשות מתגים מעובדים התומכים בפרוטוקולים של ריצוף כמו RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol), PRP (Parael Redundancy Protocol), או HSR (זמינות גבוהה Seamless Redundancy) הם חייבים להתמודד עם תנועה רב-טקטית ולספק את התעבורה VLAN ביעילות עבור סוגים שונים של הגנה, וידאו (שליטה וכו ', וידאו).
  • (FLT:0)Time Synchronization: FLT:1 עת synchronization הוא חובה עבור ערכים מדגמים ו-Time-stamping.הסטנדרט דורש דיוק של לפחות ±1 מיקרו-שניות.זה מושג בדרך כלל באמצעות IEEE 1588-2008 (PTP) פרופילים, עם שעונים סבתות הממוקמים ברמת תת-הת.
  • (FLT:0Synchronization Signal Distribution:FLT:1 בנוסף PTP על Ethernet, כמה כלי רכב לשמור על סיבים ייעודיים אופטיים או התפלגות זמן מבוססת GPS עבור מכשירים מורשת.
  • (FLT:0)Configuration Tools and Software:FearLT:1 ; IEC 61850 מסתמכ על כלי הנדסה אשר יבוא, יצוא ואמת קבצי SCL (SCD, CID, ICD, SSD) כלים אלה מבססים את העבודה המרשימה של מיפוי אובייקטים נתונים בין IEDs ולהבטיח שמות עקביים ו- routing.
  • (FLT:0)Gateway / Protocol Converters: ibph:1 ; substations רבים יש מורשת IEDs באמצעות פרוטוקולים ישנים יותר כמו DNP3, Modbus, או IEC 103. Gateways להמיר פרוטוקולים מורשת אלה למודלים נתונים IEC 61850, המאפשר נתיב הגירה הדרגתי ללא החלפת כל הציוד בבת אחת.

הוראות IEC 61850

גישה מובנית חיונית לפריסת IEC 61850 מוצלחת.הצעדים הבאים מכנים מחזור חיים טיפוסי לפרויקט:

  1. דרישות מערכת והערכה: 1.FLT 1 להעריך תשתיות תת-התשתיות קיימות, תוכניות הגנה, וצרכים תקשורתיים.זהה את כל סוגי ה- IED, את מיקומם, ואת חילופי הנתונים הדרושים. Define ביצועים (למשל, שקיפות GOOSE, SV sampling Rate Rate) ודרישות Redundancy.
  2. (FLT:0Functional and Communication Design:FLT:1) לפתח את ארכיטקטורת האוטומציה substation באמצעות מודל מבוסס SCL. Define צומתים לוגיים (LN) ואובייקטים נתונים לפי תקן.עיצוב רשת Ethernet העליון (כוכב, טבעת או טבעות אדומות) ולהקצאת כתובות IP ו-VLANs. בחר פרוטוקולים אדומים (P/HSR מומלץ להגנה ביקורתית).
  3. (FLT:0) quipment Selection: FLT:1IR) בחר IEDs ומכשירי רשת אשר מוסמכים עבור IEC 61 850 תאימות.בדוק התאמה למהדורה 2 וגרסאות פרוטוקולים ספציפיות. ForOSE ו-SV, להבטיח את IEDs לתמוך ברמות הביצוע הנדרשות. בחר עם מסנן רב-מסוגים (IGS snping) ו- QoS יכולות.
  4. (FLT:0)Configuration and Engineering:FLT:1 השתמש בכלי התצורה כדי ליצור קבצי SCL.ייבוא תבניות מיצרנים, ערכות נתונים מפה, להגדיר בלוקים שליטה ב- GOOSE, ולהגדיר זרמי SV. אימות הקבצים SCL באופן סימפטקטי וסמנטי. בצע סימולציות לא מקוון כדי לאמת זרימת נתונים.
  5. (FLT:0) עריכת וועדת:FLT:1 Test כל אחד מהם מותאם אישית להתאמה (באמצעות פלטפורמות מבחן כמו UniCA או כלי קנייני) לבצע בדיקות בין אחריות בין IEDs מ ספקים שונים באמצעות GOOSE ו- MMS. בצע בדיקות שילוב מערכת סימולטור תנאים הונאה. Measure Communicationsתזמון ועומס רשת.
  6. (FLT:0)Training and Documentation:FLT:1) צוות הרכבות והתחזוקה של IEC 61850 מושגים, כלי תצורה וטכניקות לפתרון בעיות. Document the last SCD file, דיאגרמות רשת ולוח הזמנים בכבלים.
  7. (FLT:0)Post-commissioning Monitoring and Optimization: VisFLT:1) ביצועים ברשת עוקבים מתמיד, שיעורי הודעות GOOSE ובריאות המכשיר. השתמש בפורמטים סטנדרטיים של יומני (למשל, IEC 61850 Eventlogging) כדי לנתח אירועים חריגים בתצורה תקופתית שינויים כדי לשמור על שלמות המערכת.

המונחים: network design Considerations

הרשת היא עמוד השדרה של כל מערכת IEC 61850.עיצוב רשת עני יכול להוביל להורדת הודעות GOOSE, רטיבית ג'ייטר, או רוחב פס משיכה.

  • (FLT:0Network Topology:FLT:1 טבעת התנצלות עם PRP או HSR לספק כשל חלק ללא אובדן החבילה, אידיאלי עבור תעבורת GOOSE קריטית להגנה. עבור יישומים רגישים בעלות, טבעות RSTP יכולות להספיק אם זמניים נכשלים מתחת 5 מ"מ מתקבלים על הדעת.
  • (FLT:0)VLAN Segmentation:FLT:1hil תנועה נפרדת לתוך טלוויזיות שונות: אחד להגנה על GOOSE, אחד לשליטה / MMS, אחד עבור SV ואחד לניהול.זה מונע סערות שידור ומגבלות על התחום הכשל.
  • (FLT:0)Quality of Service (QoS): קיד 1) עדיפויות של GOOSE ו- SV תעבורה על MMS ווידאו. השתמש ב- IEEE 802.1p עדיפות (למשל, עדיפות 6 עבור GOOSE, עדיפות 7 עבור מתגי SV).
  • ניהול:0 (Multicast Management:FLT:1ig ו- SV משתמשים ב- Multicast address. Enable IGMP snooping כדי להבטיח רק יציאות מעניינות לקבל זרמים מרובים. Over- ⁇ של קבוצות multicast יכול overwhelm מתג CPUs; עיצוב קפדני של קבוצות עיצוב.
  • (FLT:0) Redundancy:FLT:1 עבור תת-התתות קריטיות, פריסת רשתות כפולות (network A ו- B) עם PRP. זה מבטיח כי כבל יחיד או החלפת כשל לא מפריע תקשורת.
  • (FLT:0Network Monitoring: ElementFLT:1) ניטור של SNMP על מנת לעבור בריאות וסטטיסטיקות תנועה. השתמש בכלים מיוחדים כדי לנתח מרווחי הודעה של GOOSE (למשל, Wireshark עם IEC 61850 dissector) עבור פתרון בעיות.

בדיקות וועדת

בדיקות תורו הן חובה להימנע מכישלונות תפעוליים.שלבי הבדיקה הבאים מומלצים:

  • בדיקה אחרונה ב-6 ביולי 2008. ^ "FLT:1" כל אחד מהם צריך לעבור בדיקות תואמים ל-IEC 61850-10.This מאשרת שהמכשיר ייישם נכון את ערימה התקשורת של התקן ומודל הנתונים.
  • בדיקה אחרונה ב-6 ביולי 2008. ^ "FLT:0.10.17 Test GoOSE and MMS Communications between IEDs of different ספקים.exe.com test that data are ממופה כראוי וכי הודעות GOOSE מוכרות עם דגימות נכונות.
  • (FLT:0System אינטגרציה Testsib: FLT:1 תרחישים של תקלות סימולציה באמצעות בדיקות הזריקה משנית.בדוק כי תוכניות הגנה פועלות כפי שתוכנן, כולל חסימת, בידוד, והפסד אוטומטי.בדוק פרסום GOOSE / subscribing הוא הנכון.
  • (FLT:0Network Load and Stress Testing: FLT:1 Inject מלאכותי תנועה כדי ליישב את הרשת ל 80% יכולת תוך מעקב אחר הלכידות והפסדי החבילה.
  • בדיקה אחרונה ב-17 במאי 2010. ^ FLT:0.10.10.10.10.10.17.IEDs synSyncize to the same סבתותster and that SVדגימות מתואמים בתוך סובלנות. השתמש בציוד מבחן מיוחד כדי למדוד את השגיאה של הזמן.
  • (FLT:0) אימות אבטחת מידע: FLT:1 הפעל סריקות פגיעות על IEDs ומתגים.מאשר כי אישורי ברירת מחדל משתנים וכי שירותים מיותרים (למשל, Telnet, SNMP ציבורי) הם מוגבלים.

אבטחת סייבר עבור IEC 61850 רשתות

ככל ש substations הופך יותר דיגיטלי ומקושר, אבטחת סייבר אינה ניתנת להשגה. תקן IEC 62351 מספק אמצעי אבטחה במיוחד עבור IEC 61850.

  • (FLT:0Network Segmentation: FLT:1 Place IEC 61850 תעבורה ברשת מבצעית ייעודית, מבודדת מרשת ה- IT הארגונית. השתמש ב- Firewalls עם בדיקה עמוקה (DPI) לפרוטוקולים תת-קרקעיים.
  • (FLT:0) Authentication and Authorization: יישם RBAC על מערכות IEDs ו-SCADA. השתמש בתעודות X.509 עבור זהות המכשיר ו- SSL / TLS עבור הצפנה MMS (כפי שנתמכת על ידי Edition 2).
  • (FLT:0) סודיות GOOSE: 1IRFLT 1IR מוצפנת בעוד ש- GOOSE לא ניתן מוצפנת (בשל מגבלות בזמן אמת), השתמש בבדיקות אימות ושלמות מורחבות המסופקות על ידי IEC 62351-6.
  • (FLT:0) אופטימיזציה ופיקוח: 1) שבילי ביקורת ניתן לזהות על IEDs. מרכזיזציה באמצעות סינלוג או מלכודות SNMP. השתמש ב- SIEM כדי לזהות דפוסים של GOOSE או שינויים לא מורשים של תצורה.
  • (FLT:0) ניהול: FLT:1 שמור על קושחה ותוכנה עד כה. לתאם לוחות זמנים בין בעל הנכס וספק כדי למזער את הזמן.
  • (FLT:0) אבטחה גופנית: מתגי רשת מוגנים ו- IED בקבינטות נעולות. השתמש בביטחון הנמל כדי למנוע חיבורים לא מורשים של מכשירים.

אתגרים ומלכודות נפוצות

יישום IEC 61850 אינו ללא מכשולים, המודעות לאתגרים אלה מסייעת בתכנון הפחתת:

  • (FLT:0) בעיות תאימות: FLT:1 למרות IEC 61850 מבטיח יכולת הדדית, הבדלים ביישום פרטים בין ספקים יכולים לגרום לבעיות.תמיד לבדוק ביסודיות לפני פריסה מלאה.
  • (FLT:0)Staff Training:FLT:1 , תקן מציג מושגים חדשים כמו נקודות לוגיות, ערכות נתונים, תעודות GOOSE ומהנדסי SCL.U חייב להשקיע באימונים כדי להיות פרו-מדעי.
  • (FLT:0Network Complexity:FLT:1 קבוצות ניהול רב-טק, סינכרוניזציה זמן, ו Redundancy מוסיפה מורכבות לא להציג במערכות קשיחות.עיצוב שגיאות יכול לגרום לכישלונות לסירוגין שקשה לאבחן.
  • (FLT:0) מחיר לאין שיעור: 1FLT:1 חדש IEDs, מתגים מנוהלים וכלים הנדסיים דורשים השקעה מקדימה.
  • (FLT:0) סיכוני אבטחת מידע: מערכות ממונעות:1 פגיעות לאיומים ברשת.הפחתת האבטחה מההתחלה עלולה להוביל למקרים חמורים החלים אסטרטגיות הגנה ומצייתים לסטנדרטים כמו IEC 62351.
  • (FLT:0Migration from Legacy Systems:FLT:1 retrofitting IEC 61850 לתוך תת-קבוצה קיימת עם ממסרים קשיחים ישנים מאתגרת. השתמש בשערים ומודולים רטרוfitיים לנדידה הדרגתית, אך לקבל כי הטבות מלאות מגיעות רק עם דיגיטיזציה מלאה.

מגמות עתידיות בתקשורת

IEC 61850 ממשיך להתפתח, מטפל בצרכים חדשים בתעשיית האנרגיה.

  • (FLT:0)מסורת 2 ו- Beyond:FLT:1IR מהדורת 61850 (והמהדורה הקרובה 3) משפרת את האבטחה, מרחיבה את מודל הנתונים עבור DER ואבטחת אנרגיה, ומציגה שירותים חדשים עבור הנדסה ופיקוח מצב.
  • (FLT:0) תחזיות: FLT:1 דיגיטציה מלאה באמצעות יחידות מיזוג עם IEC 61-9-2 LE מחליפים את הטרנספורמציים הקונבנציונאליים ואת מעגלים קשיחים.זה מקטין את השימוש בחושבה, מפשט בנייה ומאפשר הגנה מרכזית.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם הענן ו- Edge מחשוב:BuildFLT) 1 שערי צוללות עכשיו מזרמים את IEC 61 850 נתונים לפלטפורמות ניתוח מבוססות ענן עבור תחזוקה חיזוי. Edge מאפשר עיבוד מקומי של ערכים מדגמים להגנה ללא חומרה ייעודית.
  • (FLT:0) Advanced Protection Schemes:FLT:1 במהירות גבוהה GOOSE מאפשר פונקציות משופרות כמו הגנה מהירה על אוטובוסים, ניטור חלקי, תוכניות הגנה הסתגלות המבוססות על טופולוגיה רשתית.
  • (FLT:0) אוטומציה של חומרים ה-Holistic:FreaLT:1 , מערכות עתידיות אינטגרציה הגנה, בקרה, מטר, ניהול נכסים ו ניטור אבטחת סייבר תחת סביבת מודלים מבוססת SCL אחת.

מסקנה

יישום IEC 61850 עבור רשתות תקשורת בתת-תאימות הוא מהלך אסטרטגי לעבר תשתיות חשמל חכמות, אמינות יותר ומאובטחות בעתיד.בעוד המעבר דורש תכנון קפדני, הכשרה והשקעה, הרווח לטווח ארוך ביעילות מבצעית, מופחת זמן, ודרגתיות עולה על המכשולים הראשוניים. בעוד רשת החשמל ממשיכה להתפתח עם שילוב מחודש ומקורות מבוזרים, תקשורת מבוססת על IEC 61 יישארו חיוניות לשמירה על יעילות גבוהה כדי לשמור על ביצועים גבוהים ושמירה על ביצועים.

(ב) לקריאה נוספת על תקן, התייחס ל-FLT:0 נציבות אלקטרו-טכנית הבינלאומית לאלקטרוטכנית (Feloal Commission) ו-FLT:2 המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיהFLT 3: עבור הנחיות אבטחת סייבר.