Архитектура технологической сети связи электросетевой компании

Денисов ПавелТехнический консультант

© 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.24.11.2014

Архитектурный подход Cisco

24.11.2014 © 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. 2

Cisco GridBlocks™ Обобщенная модель сети

Описывает все этапы распределения электроэнергии

Модель состоит из 11 связанных уровней

Каждый уровень это – отдельная компонента

Для каждого уровня разработаны рекомендации по построению сети передачи данных

Рекомендации по:Использования существующего оборудования;Добавлению новых устройств;Внедрению новых сервисов.

Основные компоненты решения

Распределительная сеть

Автоматизированныйучет

Магистральные электрическиесети

Автоматизация подстанций высокого напряжения

24.11.2014 © 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. 5

Шина подстанции

Шина процессов

Архитектура цифровой подстанции

Первичное оборудование Первичное оборудование

Контроллеры Контроллеры

АСУТПЧасы

ТСПД

Организация информационного обмена

MMS (61850-8.1), Manufacturing Message SpecificationПротокол использует клиент-серверную архитектуру. Для передачи данных используется стек TCP/IP. Данный тип сообщений предназначен для информационного обмена между серверами АСУТП и контроллерами, расположенными на шине подстанции или шине процессов

GOOSE (61850-8.1), Generic Object Oriented Substation EventGOOSE сообщения предназначены для «горизонтального» обмена сообщениями о состоянии или смене состояния между контроллерами. Протокол использует Publish/Subscribe модель и широковещательный или многоадресный способ рассылки. Сообщения данного протокола не используют сетевой и транспортный уровни и упаковываются непосредственно в Ethernetкадры. Обычно присутствует на шине подстанции.

SV (61850-9-2), Sampled ValuesДанный тип сообщений предназначен для передачи информации о значениях мгновенных измерений различных параметров. Протокол использует Publish/Subscribe модель и широковещательный или многоадресный способ рассылки. Сообщения данного протокола не используют сетевой и транспортный уровни и упаковываются непосредственно в Ethernetкадры. Обычно присутствует на шине процессов, но может использоваться и на шине подстанции.

Организация информационного обмена

Subs

tatio

n 2

Первичное оборудование Первичное оборудование

Контроллеры

АСУТПЧасы

GOOSE

MM

S

SV

Подстанция 1 Подстанция 2

GOOSE

Модернизация высоковольтных подстанцийDuke Energy

О компанииОдна из крупнейших компаний в СШАГенерация и передача электроэнергииДо четырех миллионов клиентов35000 МгВт генерирующих мощностей

Предпосылки для модернизацииУвеличение количества объектовИспользование закрытых протоколовСложная топология сети на основе последовательных интерфейсовВнедрение новых устройств на базе IP/EthernetОтказ от единовременной замены интеллектуальных устройств предыдущего поколения

“We recognized that with the growing number of intelligent devices in the substation which rely on the IP protocol for communications, we needed highly reliable and rugged networking devices to meet these tough operational flexibility.”

Elvis Landry, data network design manager

Автоматизация подстанций

ЗадачиПовысить уровень контроля и управления подстанциями за счет внедрения новых контроллеров Использовать новое поколение устройств на базе стандартовПостроить масштабируемое сетевое решение на основе IP/EthernetИспользовать резервирование для повышения отказоустойчивостиИнтегрировать существующее оборудование с новым сетевым решениемРешить задачу по соответствию требованиям NERC-CIPПостроить мультисервисиное решение, обеспечивающее возможность внедрения дополнительных сервисов

Описание решения

Serial

Сервер АСУТП

ISR3900

CGR2010

CGR2010

ТСПД

Сервер АСУТП

Catalyst

Serial

Контроллер Контроллер

Подстанция 1 Подстанция 2

CGS2520

Контроллер Контроллер

CGS2520

Автоматизация распределительной сети

24.11.2014 © 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. 12

Мобильные бригады

Мультисервисная сеть связи

Удаленное управление и

контроль

Полевая сеть на базе RF-Mesh или PLC-mesh

Ethernet/WiMaxсеть

2G/3G/LTEсеть

Приборы учета

Интеллектуальные приборы учета

Мониторингоборудования

Удаленноеуправление

Приборы учета

Распределенная генерация

Сеть АСУТП

Контроль нагрузки

Управлениеосвещением

Управление оборудованием

Управление сетевым оборудованием

Управление мобильными бригадами

Сбор данных и управление технологическими процессами

Центр управления сетью

Мультисервисная сеть

Выделенная инфраструктура для каждой подсистемы

Приложение №1

Устройство №1

Приложение №2

Устройство №2

Приложение №3

Устройство №3

Единая сеть на основе стандартных протоколов и интерфейсов

Приложение №1

Устройство №1

Приложение №2

Устройство №2

Приложение №3

Устройство №3

Конвергентная сеть на базе IP

Единая инфраструктура для приложений

Сеть№2

Сеть№3

Сеть№1

Автоматизация распределительной сетиWestern Power Distribution

О компанииОдна из крупнейших распределительных компаний в Великобритании7.7 Млн потребителей электроэнергии216000 км. линий электропередач184000 подстанций

Предпосылки для модернизацииПрограмма по адаптации распределительной сети к новым требованиям по нагрузкеНеобходима детальная информация о состоянии сети в режиме реального времени

Повышение эффективности работы сети

Анализ режимов работы устройств в распределительной сети в режиме реального времениОптимизация режимов работы устройств в зависимости от прогноза по нагрузкеАнализ нагрузки на линии электропередач в режиме реального времени и оптимизация топологии сети для распределения нагрузкиАвтоматическое распределение нагрузки в распределительной сети на основе информации о текущих режимах работыИспользование аккумуляторов для накопления электроэнергии и использования накопленных запасов в периоды максимальной нагрузки

Адаптация к возросшим требованиям без строительства новых линий

Автоматическое перераспределение нагрузки

Секционные выключатели задают топологию распределительной сетиПерераспределение нагрузки достигается за счет изменения топологии сетиПоложение секционных выключателей контролируется удаленно с помощью системы управления

Питающий центр

Питающий центр

Постановка задачи

Построить надежную и безопасную технологическую сеть связи охватывающую 9 высоковольтных подстанций и 200 распределительных подстанцийСеть связи должна обеспечивать передачу данных о состоянии устройств и команды управленияПостроить подстанционную шину по рекомендациям IEC61850 на высоковольтных подстанцияхДля передачи данных использовать технологии Ethernet и IPВ качестве беспроводной магистральной сети использовать технологию WiMaxИспользование дополнительных каналов связи не допускаетсяGPRS каналы обладают недостаточной производительностью и не используются

IEDRTU

Питающий центр

CGR2K

Генерация и высоковольтный транспорт

WiMax сеть

1-ая группа подстанций

CGS2K

CGS2K

Центр управления сетью

Cisco CG-NMS

ASA5525

IPS4255

ENMAC

Airpsan-NMS

Архитектура решения

2-ая группа подстанций

3-ая группа подстанций

CGR1K

RTU IED

CGR1K

RTU IED

CGR1K

RTU IED

Используемое оборудование

Для подключения узла к магистральным каналам используется маршрутизатор в индустриальном исполнении CGR2010Для построения локальной сети используется коммутатор в индустриальном исполнении CGS2520Все оконечное оборудование на подстанции имеет Ethernet интерфейс

Высоковольтная подстанция

Распределительная подстанция

Для построения инфраструктуры узла используется маршрутизатор CGR1240

Автоматизированный учет потребления электроэнергии

24.11.2014 © 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. 21

Компания BC Hydro

О компанииГенерация электроэнергии:

30 гидроэлектростанций

9 термических источников

Транспортировка электроэнергии:18,000 км высоковольтных сетей

260 подстанций

Один центр управления сетью

Подключения к соседним штатам

Распределительная сеть:Суммарная протяженность - 56,000 км

Около 900000 опор и 300000 трансформаторов

22

Предпосылки для проведения модернизации

Предпосылки для модернизацииВзрывной рост потребления электроэнергии (до 40% за 20 лет)Устаревшее оборудование в распределительной сетиИспользование интеллектуальных приборов учета для сбора информации и анализа данных по потреблению

23

Основные компоненты проекта

Замена существующих счетчиков на интеллектуальные приборы учетаРазработать сетевое решение, обеспечивающее сбор данных с приборов учетаПостроение системы автоматизированного сбора показаний с приборов учета

Установка интеллектуальных приборов учета

Оперативное информирование потребителя

Установка интерактивных панелей у потребителейСоздание обновленного Web-портала

Измерения внутри распределительной сети

Установка интеллектуальных приборов учета на промежуточных объектах в распределительной сетиРазработка комплекса технических средств для обнаружения воровства электроэнергии

24

Детальный контроль над потреблением

Обнаружение воровства электроэнергииКонтроль над режимами работы устройств в сети

25

Мультисервисная сеть связи

Автоматизация секционных переключателей

Transformer Meter

Сбор информации с

Интеллектуальные приборы учета

26

Архитектура решения

3G WiMax Satellite

Подключение приборов учета по протоколу RF-MeshМаршрутизаторы CGR1240 в качестве «корневого устройства» RF-Mesh сети Несколько типов каналов связи (3G, WiMax, Satellite)Агрегация подключений на маршрутизаторах ASR1000До 500 CGR1240 на один ASR1000Около 1000 приборов учета на один CGR1240Каждый прибор учета имеет уникальный IPv6 адресCGR1240 туннелирует IPv6 через IPv4 сеть оператора

Архитектура решения

ЦОД

В качестве маршрутизаторов для агрегации подключений CGR1240 использовались ASR1000В качестве маршрутизаторов ядра в сети доступа использовались ASR1006ASR1000 отвечает за создание туннелей до CGR1240 и за шифрование данныхASR1006 отвечают за маршрутизацию потоков данных до ЦОД

Система управления

Масштабируемая система для управления сетевым оборудованиемДо 10 миллионов оконечных устройствИнтеграция с системой управления распределительной сетью

Система управления Cisco CGNMS

Основные функции системыАвтоматическое добавление новых устройств в сетьМониторинг устройств в режиме реального времени (маршрутизаторы и приборы учета)Контроль качества работы RF-Mesh сетиИнформирование об отключении питания на приборе учетаНастройка оборудования и модернизация программного обеспечения

Результаты проекта

“The Itron-Cisco partnership was a compelling factor why we decided to go with Itron. The partnership is really a game changer. The ability to leverage our infrastructure with Cisco's telecommunications ability is a great stepping stone into smart grid. We'll be able to leverage it for years to come.”

Gary MurphyChief Project Officer, Smart Metering Program

Установлено 1.8M интеллектуальных приборов учета (данные на конец 2012 г)Itron Компания поставляла приборы учета и ПО для хранения и обработки информацииCisco Компания являлась разработчиком и поставщиком оборудования в рамках решения для интеллектуальных распределительных сетей

Интеллектуальные приборы учета компании Itronосуществляли передачу данных через мультисервиснуюсеть, на базе оборудования CiscoРазличные сетевые технологии: Каналы сотовой связи (2G/3G), 1.8 GHz WiMAX, спутниковые каналы

CiscoRu Cisco CiscoRussia

Ждем ваших сообщений с хештегом#CiscoConnectRu

24.11.2014 © 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.

Пожалуйста, используйте код для оценки доклада

2111

Ваше мнение очень важно для нас.

Спасибо