О требованиях кибербезопасности систем РЗА при

X X I конференция
«Релейная защита и автоматизация
электроэнергетических систем России –2012»
Современные мировые тенденции развития
систем РЗА
Г. Нудельман (ОАО «ВНИИР»)
Москва 29-31 мая 2012 г.
1
ПЕРВЫЕ ИТОГИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МП РЗА
Обеспечение надежной и устойчивой работы Единой
национальной электрической сети (ЕНЭС) в значительной
мере связано с функционированием релейной защиты,
предназначенной осуществлять с высоким быстродействием
селективную автоматическую ликвидацию повреждений и
анормальных режимов в электрической части энергосистем.
Важнейшую роль в работе электроэнергетической системы
играет также противоаварийная автоматика.
Практически семнадцатилетний опыт эксплуатации
интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ)
–
микропроцессорных (МП) терминалов показал преимущества
и широкие возможности новой технологии реализации
устройств РЗА. Выявлены также определенные «узкие» места
и проблемные вопросы, которые надлежит взвешенно
изучить для того, чтобы успешно решить их.
2
КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА
Концепция развития - это рельсы по которым
движется отрасль. Концепция будущего развития РЗА,
несколько лет тому была представлена в отчете, выполненном
по заданию ФСК ЕЭС. В 2011г. в журнале ЭПиР была
опубликована статья, касающаяся развития систем РЗА в
ближайшее 10 -лет. Статья , в основном, базировалась на
материалах сессии СИГРЭ
2010 г, согласно которым
отмечалось: развитие РЗА должно учитывать тенденции
развития автоматизации подстанций (АП). А это значит, что
стратегическое направление развития РЗА и ПА должно
рассматриваться в совокупности со смежными системами.
В свою очередь, отмечалось также, что для того, чтобы понять,
как будет развиваться РЗА и АП, нужно рассмотреть, как будет
развиваться сама электроэнергетическая система, каковы будут
тенденции и итоговые требования к энергетическим
компаниям.
3
КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА
Изучение материалов по РЗА ряда конференций и
коллоквиумов,
проводимых
под
эгидой
СИГРЭ,
отечественных форумов и журнальных публикаций
показывает, что Вектор развития РЗА и АП остается
тем же и учитывает 3 базовых положения:
• БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
ПРИСОЕДИНЕНИЯ;
• ГИБКАЯ СВЯЗЬ ЯВЛЯЕТСЯ ГЛАВНОЙ ОСОБЕННОСТЬЮ
БУДУЩИХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ;
• ДОЛЖЕН ОБЕСПЕЧИВАТЬСЯ ЦЕЛОСТНЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ
РЕШЕНИЙ.
4
КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА
Изменения в энергосистеме – большая проблема для работы самой
энергосистемы. Эффективность существующих решений в области
релейной защиты электроэнергетических систем снижается в связи с
происходящими в энергосистемах изменениями: внедрением
распределенной генерации, появлением устройств продольной
компенсации,
вставок
постоянного
тока,
фазоповоротных
трансформаторов. В новых условиях более целесообразным
оказывается применение адаптивной защиты, т.е. защиты,
автоматически
«подстраивающейся»
под
режимы
функционирования энергосистемы.
Наиболее важный вопрос – это обеспечение хорошего запаса
устойчивости энергосистемы и предотвращение системных
отключений. Для этого необходимо иметь не только намного больше
информации от всех узлов энергосистемы, но также и
скоординированные действия значительно большего числа центров
управления ЭЭС. Все эти задачи требуют быстрой, адаптивной и
селективной реакции, чтобы справиться с любой ситуацией
посредством соответствующих автоматических воздействий
5
КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА
Несмотря на выявленные недоработки стандарта IEC
61850 и некоторую "свободу", допускаемую при
принятии решений, которая затрудняет интеграцию в
систему разных производителей, внедрение стандарта
стало привычным делом, и число публикаций по этой
тематике явно сократилось (всего 4 из 30 докладов,
представленных на конгресс CIGRE 2012).
Практически отсутствуют также доклады по идеологии
SMART GRID (хотя еженедельно в той или иной стране
проходят конференции и курсы по этой теме).
6
КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА
На первый план выступают вопросы организации удаленного
доступа
и
кибербезопасности,
автоматизированного
получения и анализа данных, своевременного реагирования
на изменение режима с использованием интеллектуальных
электронных устройств ПС. Все эти вопросы так или иначе
вытекают из задач SMART GRID.
В перспективе развитие энергосистем потребует
дальнейшего совершенствования систем автоматического
восстановления подстанций с использованием
коммуникационных сетей и организацией высокоскоростного
обмена данными на подстанции применительно к
усовершенствованным электрическим сетям будущего.
В центре внимания должны быть вопросы выполнения
нового поколения интеллектуальных подстанций.
7
КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ РЗА
Необходимость Автоматизированного мониторинга
энергетических систем связана с тремя основными
факторами, которые характерны для электросетей 21-го
века: а) масштабное развертывание интеллектуальных
электронных устройств (ИЭУ)
создало большое
количество данных записей в нормальных, аварийных
режимах и при отказах ИЭУ;
б) увеличение нагрузки энергосистемы с
приближением к предельным значениям, которые могут
привести к нежелательным последствия, таким как
каскадные повреждения;
в) экономическое условия, обусловливающие
необходимость в полной мере использовать активы в
оптимальных режимах
и экологически чистым
способом.
8
БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
Микропроцессорная технология в будущем останется
определяющей технологией на уровне присоединения.
Потребности обработки «в реальном времени», так же как
тяжелые условия эксплуатации (например, EMC), будут в
будущем приводить к использованию различных
встраиваемых устройств.
Дальнейшее развитие технологии идет в сторону
увеличения характеристик работы процессора (несколько
сотен МГц), большего размера памяти и более высокой
плотности памяти, высокой разрешающей способности и
быстрого
аналогово-цифрового
преобразования
(например, 24-битовое разрешение).
9
БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
Дополнительной движущей силой, направленной на
совершенствование интеллектуальных устройств
станет
быстро
развивающаяся
технология
коммуникации.
Вследствие такого развития, а также новых структур, ЭЭС
станет более разнородной, однако классические
интерфейсы, такие как дискретные сигналы, а также
измерительные преобразователи все еще будут
востребованы для обновления и ремонта. При новом
строительстве будут реализовываться преимущества
новых технологий, особенно применение каналов связи от
присоединения до уровня подстанции.
10
БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
• Разнообразие требований диктует изготовителям устройств
разработку гибкой архитектуры программной и аппаратной
части, оптимально отвечающей на изменяющиеся условия.
• Объединение РЗА и коммуникационных схем призвано в
корне изменить как саму систему РЗА, так и её роль в
системе управления.
• Необходимые функциональные возможности отбираются в
зависимости от требований и назначаются на соответствующее
устройство. Это приводит к дальнейшей функциональной
интеграции.
• Функциональная Интеграция не означает, что все функции
должны всегда содержаться в одном устройстве. В зависимости
от условий и требований, функциональные возможности могут
быть объединены по-разному.
11
БУДУЩЕЕ ЗА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ И
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
На практике функциональная интеграция означает, что в
отдельных
терминалах
защиты
распределены
дополнительные функции, такие как мониторинг,
повышенная точность измерения, ОМП и др.
Современным техническим решением должна стать
эффективная связь с системой управления, между
устройствами или с PDC (phasor data concentrator).
12
ГИБКАЯ СВЯЗЬ - ГЛАВНАЯ ОСОБЕННОСТЬ БУДУЩИХ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
• Предполагается, что почти все устройства, в том числе и
используемые в распределительных сетях, будут обеспечивать
быстрые
интерфейсы
связи
Ethernet.
Существующая
последовательная связь с устройством «Мастер», заменится на
связь, основанную на IP, поэтому уже через несколько лет
последовательная связь будет использоваться только для
обслуживания/ремонта/восстановления устройств. В IP инфраструктуре, устройство действует как сервер, который
передает свои данные одному или более клиентам.
• Через быстрые интерфейсы Ethernet многие протоколы и
сервисы могут быть переданы параллельно. В такой же манере,
сервер выполняет различные задачи в сети в соответствии со
своими функциональными возможностями как поставщик
данных. Это позволяет автономно выполнять функции защиты и
мониторинга и затем предоставить результаты различным
системам.
13
ГИБКАЯ СВЯЗЬ - ГЛАВНАЯ ОСОБЕННОСТЬ БУДУЩИХ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
IEC 61850 является больше чем просто протоколом
управления на подстанции. Это – стандарт, который
всесторонне определяет функции, данные и системы
связи в сетях электроэнергетики.
Развитие сетевых технологий
Доступность сетевых компонентов является предпосылкой для
использования протоколов IP и в пределах подстанции и вне
подстанции.
Синхронизм и соответствие реальному времени в сети.
Кибербезопасность как основа безопасной работы сетей.
По причине использования сетевых технологий, безопасность в
пределах сети становится критичной задачей. Необходимо
всесторонне учитывать возможные отрицательные последствия
широкого распространения сетевых технологий
и разработать
действенные меры защиты от преднамеренных деструктивных
воздействий .
Необходимо расширение и уточнение в части кибербезопасности
стандартов МЭК 61850 и МЭК 62351;
14
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦЕЛОСТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА И УНИВЕРСАЛЬНОСТИ РЕШЕНИЙ
Системы передачи и распределения энергии становятся
большими и все более и более связанными. Чтобы лучше
распознать тенденцию развития, необходимо оглянуться на
существующее положение дел, и увидеть четкое разделение
релейной защиты и коммуникационных схем. Новые
стандарты, такие как вторая редакция стандарта IEC 61850,
объединяют этот мир и обе стороны получают гибкость и
комплексность.
Объединение РЗА и коммуникационных схем призвано в
корне изменить как саму систему РЗА, так и её роль в
системе управления.
• Двойное резервирование портов, тщательно применённое,
приведет к новой коммуникационной архитектуре АП.
• Коммуникация согласно МЭК 61850 между подстанциями
позволит реализовать схемы защиты линии с устройствами
различных производителей, а также улучшенные схемы защиты
и автоматики за пределами подстанции.
15
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦЕЛОСТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА И УНИВЕРСАЛЬНОСТИ РЕШЕНИЙ
• Нетрадиционные измерительные трансформаторы (NCIT), и
соответствующая шина процесса с MU, уже эксплуатируемые на
некоторых пилотных объектах, станут привычными для новых
подстанций и при модернизации.
• Автономные
подключаемые
модули
(SAMU)
будут
преобразовывать сигналы от CIT в стандартные посылки. Поэтому
гибридные подстанции с произвольной комбинацией NCIT и CIT, и
при наличии и при отсутствии шины процесса будут нормально
работать.
• Синхронизация отсчётов с точностью 1 мкс через Ethernet
становится обычным свойством.. Интерфейсы, интегрированные в
коммутационное оборудование, в результате приведут к
появлению первых интеллектуальных или поддерживающих
МЭК 61850 выключателей и разъединителей.
16
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЦЕЛОСТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА И УНИВЕРСАЛЬНОСТИ РЕШЕНИЙ
•
В материалах предстоящего конгресса СИГРЭ 2012 Содержатся
предложения изменить требования к ИЭУ:
- увеличить вычислительный ресурс ИЭУ для обеспечения
кибербезопасности в части шифрования/дешифровки
выходных/входных сообщений;
- реализовать несколько уровней доступа к ИЭУ (ограниченный
доступ, доступ для контроля, полный доступ).
• Одним из важных результатов использования стандарта МЭК 61850
стала возможность усовершенствования алгоритмов реализации
функций РЗА и самих систем РЗА, обеспечивающая повышение
надежности.
Примером является предлагаемый нами подход к реализации
токовой дифференциальной защиты линии , связывающей
возобновляемый источник генерации с ЭЭС.
17
Современные мировые тенденции развития систем РЗА
ЗАКЛЮЧЕ
НИЕ
• Стратегическое направление развития РЗА и
ПА должно рассматриваться в совокупности со
смежными системами.
• Развитие РЗА и ПА идет по пути реализации
преимуществ и широких возможности новой
технологии. Будущее за интеллектуальными и
многофункциональными устройствами.
• Объединение РЗА и коммуникационных схем
призвано в корне изменить как саму систему РЗА,
так и её роль в системе управления.
• успешное внедрение «умных» ЭЭС, глобальных
распределенных систем мониторинга, защиты и
управления требует
решения проблемы
КИБЕРБЕЗОПАСНОСТИ.
18
Современные мировые тенденции
развития систем РЗА
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Тел. +7 (495) 735 42 44; +7 (8352) 39 00 45
nudelman@vniir.ru
19