РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЕТРЯНЫМИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ В РАМКАХ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ Виктор Елистратов В ет рян ая т у рби н а . И с то чник — d ep osit photos.com Д.т.н., профессор кафедры ВИЭ, Российский государственный университет нефти и газа (НИУ имени И.М. Губкина), профессор ВШ гидротехнического и энергетического строительства Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого E-mail: elistratov53@gmail.com Кимал Юсупов аспирант кафедры ВИЭ, Российский государственный университет нефти и газа (НИУ имени И.М. Губкина) E-mail: kiyus@bandbind.ru Аннотация. Ветроэнергетика, как одна из высокотехнологичных отраслей энергетики в России, сильнее всего ощутила уход иностранных компаний после 2022 г. Отсутствие локализации производства всего спектра оборудования и систем управления ветроэлектростанций (ВЭС), необходимых для промышленной эксплуатации, выводит задачу импортозамещения на одно из важных мест в реализации раздела программы ДПМ ВИЭ 2.0. Целью работы является разработка автоматизированной системы управления и контроля состояния (АСУиКС) ветроэлектростанции, базирующейся на импортозамещенных программных средствах. Подробно рассмотрены предпосылки создания, предполагаемые этапы работ и технические решения. Никита Бунин магистрант кафедры ВИЭ, Российский государственный университет нефти и газа (НИУ имени И.М. Губкина) E-mail: nikita.bunin@monitel.ru К л ю ч е в ы е 26 с л о в а : Информационные ресурсы России Автоматизированная система управления (АСУ), ветроэнергетическая установка (ВЭУ), ветровая электростанция (ВЭС), импортозамещение, Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA). № 6 [2023] ТЭК УДК 681.518.5 DOI 10.52815/0204-3653_2023_6195_26 EDN: XMWPMI Все инсталлируемое программное обеспечение (ОС, СУБД, SCADA), по возможности, должно быть зарегистрировано в Едином реестре российских программ для ЭВМ и БД Т Э К Введение Ветроэнергетика требует создания многоуровневой системы управления: нижний уровень (датчики; контроллеры; коммуникационные сервера), средний уровень (средства сбора и передачи данных; программируемые логические контроллеры, отвечающие за логические функции по обеспечению регулирования, управления и т.д. в зависимости от поставленной задачи), и верхний уровень, выполняющий функции SCADA. В связи с вступившим в силу Указом Президента РФ от 30 марта 2022 г. № 166 «О мерах по обеспечению технологической независимости и безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации» субъектам критической информационной инфраструктуры (КИИ)1 запрещено покупать иностранный софт с марта 2022 года, а с 1 января 2025 использовать в промышленной эксплуатации [1]. Под действие указа попадает иностранное программное обеспечение используемое органами государственной власти, заказчиками (осуществляющие закупки в соответствии 1 Значимый объект КИИ — объект КИИ, которому присвоена одна из категорий значимости и который включен в реестр значимых объектов критический инфраструктуры. с 223-ФЗ) на принадлежащих им значимых объектах критической информационной инфраструктуры (КИИ) . На данный момент под требования 223-ФЗ попадают государственные компании и организации, в уставном капитале которых доля участия Российской Федерации в совокупности превышает пятьдесят процентов. Обсуждая подходы к информационной безопасности (ИБ) модернизируемых, вновь вводимых, а также эксплуатируемых систем, компаниям стоит ориентироваться на перспективу ужесточения требований к информационной безопасности. На данный момент отнесение объекта к КИИ возлагается на комиссии самих организации — субъектов КИИ, тем самым позволяя части организаций уйти из под действия указа. Однако в июне 2023 года по итогам VIII конференции «Цифровая индустрия промышленной России» Председатель Правительства РФ Михаил Мишустин поручил Министерству финансов Российской Федерации (далее — Минфин), Министерству экономического развития Российской Федерации (далее — Минэкономразвития), Министерству цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации (далее — Минцифры) вместе с Банком России сформировать перечни типовых отраслевых объек- Информационные ресурсы России № 6 [2023] 27 Т Э К Т Э К тов критической информационной инфраструктуры, где зарубежные программные продукты будут заменены на отечественные решения. В свою очередь Минцифре предстоит проработать вопрос формирования системы оценки уровня соответствия КИИ требованиям по технологической независимости [2]. Перечень типовых отраслевых объектов критической информационной инфраструктуры, функционирующие в сфере энергетики, был опубликован Министерством энергетики РФ 8 августа 2023 [3]. В нем отражены системы, которые подлежат отнесению к объектам КИИ в сфере энергетики. Ветроэлектростанции на данный момент не относят себя к субъектам КИИ, несмотря на то, что сфера их деятельности попадает под раздел из 187-ФЗ «Обеспечение электрической энергией, газом и паром; кондиционирование воздуха». Учитывая тенденции на ускоренную интеграцию возобновляемой энергетики в Единую энергетическую систему России, эксперты рынка ожидают изменений в этой части. Авторы придерживаются мнения, что с точки зрения импортозамещения это было бы логичным. Указ Президента РФ от 30 марта 2022 г. № 166 не является единственной причиной необходимости импортозамещения. Уход иностранных технологических партнеров поставил под угрозу не только проектирование и строительство объектов ВИЭ, но и их эксплуатацию [4]. В настоящее время на ВЭС отсутствуют системы управления отечественного происхождения, работающие в промышленной эксплуатации. Это в первую очередь связано с оборудованием, поставляемым производителем комплексно совместно с автоматизированными системами управления (АСУ) — «под ключ», а также с низким приоритетом у трейдеров по импортозамещению систем автоматизации. Данная статья посвящена поиску возможных вариантов конфигурации автоматизированной системы управления и контроля ветровых электростанций, базирующейся на отечественных и open-source решениях. 28 Информационные ресурсы России № 6 [2023] Ветряные т урбины. И сто ч ник — depo si tpho to s.co m СО ЕЭС АРМ диспетчера АРМ АРМ Системы управления станцией Сервер (SCADA) Серверы приложений Серверы СК Серверы БД ЦСТИ Сетевой коммутатор Firewall Контроллер ветропарка Vlans Firewall Маршрутизатор LAN Сетевой коммутатор Витая пара Оптоволокно Кабельные соединения Система управления и сбора телеметрии вэс Система АСУиКС предназначена для автоматизации мониторинга, контроля состояния и управления режимом работы ветровой электростанции и установленных на ней компонентов в режиме реального времени. При этом под управлением понимается выдача команд ДУ на пуск, останов и паузу (режим ожидания). Основная цель АСУиКС, как и любой SCADA-системы2, состоит в информировании оператора (диспетчера ВЭС) о состоянии технологического процесса и предо2 Здесь и далее под термином SCADA будет подразумеваться рассматриваемая система АСУиКС ВЭС, представляющая собой инструмент диспетчерского управления и сбора данных (Supervisory Control And Data Acquisition) Vlans ВЭУ Модуль управления Рис. 1. Типовая схем а обм ен а данным и дл я ВЭ С ставления инструмента по воздействию на него. Перед АСУиКС ставятся следующие задачи: • Обмен данными с «устройствами связи с объектом» (промышленные контроллеры, платы ввода/вывода, сервера телемеханики) • Обработка информации в реальном времени; • Мониторинг, контроль и управление за ветроэнергетическими установками на конкретной ветровой электростанции, а также за другими компонентами, установленными на ветровой электростанции, такими как: метеорологическое оборудование, измерительные приборы, и т.п.; Информационные ресурсы России № 6 [2023] 29 Т Э К Т Э К • Мониторинг и контроль за питающей подстанцией ветровой электростанции; • Управление аварийно-предупредительной сигнализацией; • Контроль доступа через управление пользователями и профилями; • Ведение базы данных с технологической информацией; • Формирование отчетных документов; • Обеспечение надёжности и отказоустойчивости системы за счёт применения соответствующих решений в её программной и аппаратной частях. Типовая структурная схема информационного обмена для ВЭС представляет собой наличие следующих сегментов (рисунок 1): • серверы баз данных (БД) — служат для хранения информационной модели и архивных телеметрических данных; • серверы приложений (SCADA) — предоставляют необходимый набор сервисов для оперативно-технологического управления предприятия; Вет р ян ая эл ек т р оста н ц и я . Ис то чн и к — d ep osi tp h otos.com 30 Информационные ресурсы России № 6 [2023] • серверы службы каталогов — система аутентификации пользователей в соответствии с их правами доступа. Работает на основе доменных учетных записей. На данной схеме контроллер ВЭС и контроллер АСУ ВЭУ являются источниками данных для АСУиКС. Попадая на сервер SCADA, они проходят обработку и частично передаются в систему обмена технологической информацией с автоматизированной системой Системного оператора (СОТИ АССО), необходимой для нужд оперативно-диспетчерского управления, и на АСУ подстанции (ЦСТИ). Для проектируемой / модернизи­ру­е­ мой / вновь вводимой в экс­­плуа­та­цию АСУиКС ВЭС предъявляются следующие требования: Требования к составу, структуре и способам организации данных в системе: • Перечень данных, получаемых от ветроэнергетических установок, цифровых измерительных приборов, сторонних системы управления должен быть представлен в списке сигналов. • Данные в списке сигналов идентифицируются технологическим наименованием, описанием, единицами измерения, допустимым диапазоном изменения (физические пределы), предупредительным пределом, аварийным пределом, нормальным значением. Требования к представлению данных в системе: • Предоставлять данные пользователю в интуитивно понятной форме для принятия решений; • Отображать данные в системе в реальном времени; • Обеспечить контроль доступа к данным в соответствии с уровнем доступа пользователей; • Визуализация данных в форме диаграмм, графиков, зависимостей. Требования к составу и видам программного обеспечения • операционные системы (ОС) с открытым исходным кодом; • решения для виртуальных машин с открытым исходным кодом; • СУБД с открытой лицензией; • программный пакет SCADA с открытым исходным кодом, встроенной системой генерации отчётов, визуализацией данных, мониторинга и управления. SCADA система должна работать на ОС с открытым исходным кодом; • поддержка производителя SCADA спецификации OPC UA для обмена и передачи данных; • программные пакеты антивируса российских производителей ПО. Требования к выбору используемого программного обеспечения: • Совместимость программной и аппаратной (контроллеры, датчики и т.п.) части системы; • Предоставление возможности интеграции со сторонними системами посредством специфицированных и/или открытых прикладных программных интерфейсов и коммуникационных протоколов; • Соответствие стандартам и требованиям Федеральной службы по техническому В ет ряная т у рбина. Источник — depositph otos. com Информационные ресурсы России № 6 [2023] 31 Т Э К Т Э К Критерий Alpha.SCADA Master SCADA4D CK-11 Акси.SCADA Alphalogic 1. Кол-во тегов на один узел до 2 миллионов (имеется сертификат производительности) до 1 миллиона до 5 миллионов после максимальной нагрузки Без органичений >10 тысяч 2. База данных Собственная база данных временных рядов без ограничения по длительности хранения Alpha. Historian (отсутствует СУБД)/Совместимость с популярными решениями (Oracle, PostgreSQL (Postrgre Pro), MySQL и т.п.) Совместимость с популярными решениями (Oracle, PostgreSQL (Postrgre Pro), MySQL, Firebird и т.п.), а также InfluxDB -БД временных рядов Совместимость с популярными решениями (PostgreSQL (Postrgre Pro),, Oracle, MySQL, CoachDB и т.п.) Совместимость с популярными решениями (Redis, PostgreSQL (Postrgre Pro)) Совместимость с популярными решениями (PostgreSQL, Oracle, MySQL, Sybase и т.п.) 3. Язык сценариев (обработок) встроенный компилируемый язык сценариев (или JS) язык обработок на С# язык обработок на С# Редактор скриптов на JavaScript с функцией отладки Концепция «визуального программирования» 4. Разграничение прав доступа + + + + + 5. Инструмент создания мнемосхем Несколько инструментов разработки (по отзывам пользователей — вызывает трудности в адаптации) Собственная среда разработки со средой исполнений Инструмент создания и редактирования информационной модели объекта ЭЭ SCADA редактор Визуальный конструктор интерфейсов 6. Инструменты аналитики + + + + + 7. Резервирование каналов/ серверов + + + + + 8. Масштабирование + + + + + 9. Инструмент описания устройств ввода/вывода + + + + + 10. Декларированных инсталляций 1800+ 70000+ 1000+ 2000+ 24+ 12. Возможность работы с отечественными ОС AstraLinux, АльтЛинкус, РедОС AstraLinux, Эльбрус AstraLinux, РедОС, АльтЛинукс АльтЛинукс Не декларируется в публичных источниках 12. Интеграция с внешними системами (GIS/MES/ERP/BI) + + + + + 13. Обмен данными Modbus TCP, ASCII, RTU; IEC 60870-5-101/104; OPC DA, OPC UA, BACnet; Alpha.Net; Syslog; IEC 61850; SDK; S7; FINS. OPC DA/HDA, OPC UA (Client/ Server), Modbus RTU, Modbus TCP (Client/Server), Profinet, Omron FINS, Mitsubishi SLMP, IEC 61850 (Client/Server), IEC 60870-5-104 (Client/Server). Modbus TCP, ASCII, RTU; IEC 60870-5-101/104; OPC DA, OPC UA, SNMP; IEC 61850; IEC 60870-6-503 (ICCP); REST API GRPC, GraphQL, OPC UA, REST API Modbus TCP, ASCII, RTU; BACNet; OPC DA; OPC UA; Syslog,SMTP/ ESMTP; SNMP; AnyWare API 14. Сертификация ФСТЭК + - + + + 11. Регистрация в реестре российского ПО Таблица 1. Конк у рент ный анализ су щ е ст ву ющих SCA DA с и с тем 32 Информационные ресурсы России № 6 [2023] Информационные ресурсы России № 6 [2023] 33 Т Э К Т Э К и экспортному контролю (сертификация ФСТЭК). Требования к способам и средствам связи для информационного обмена между компонентами системы Не допускается использование проприетарных протоколов обмена данными между системами верхнего и среднего уровня, за исключением случаев реинжиниринга существующих решений, не предусматривающих иных способов взаимодействия. Для обмена данными между терминалами управления «Системного оператора» и контроллером ВЭС необходимо использовать следующие протоколы: • IEC 60870-5-104 (Ethernet); • IEC 61850-8-1 / MMS (Ethernet); • Modbus RTU / ASCII (serial); • Modbus TCP / UDP; • OPC UA. Для обмена данными между системами среднего и нижнего уровня использовать высокосортные промышленные сети и протоколы, такие как: Ethernet/IP, PROFINET, CANopen, Modbus TCP, EtherCAT, DeviceNet, Modbus RTU. Все инсталлируемое программное обеспечение (ОС, СУБД, SCADA, система виртуализации и т.д.), по возможности, должно быть зарегистрировано в Едином реестре российских программ для ЭВМ и БД. Техническое обеспечение АСУиКС Для проектируемой или модернизируемой системы должно использоваться аппаратное обеспечение российских компаний, в случае отсутствия аналогов, необходимо использовать аппаратное обеспечение китайских производителей. Аппаратная часть серверного узла АСУиКС содержит: • «Телекоммуникационный шкаф 19» напольный двухсекционный до 49U с климатической установкой активного типа. Класс защиты не менее IP45 (Российские производители оборудования); • KVM консоль ,8-портов, PS/2, USB VGA в стойку 19"; 34 Информационные ресурсы России № 6 [2023] С бо р в етряно й т урбины И сто ч ник — depo si tpho to s.co m • Серверы SCADA; • Серверы баз данных; • Сервера службы каталогов; • 2 сетевых управляемых коммутатора с портами с функцией виртуальных сетей (VLANs); • Маршрутизатор LAN; • модуль синхронизации времени с поддержкой Глонасс; • Блок контроля бесперебойного питания (UPS Redundancy control unit); • Блок бесперебойного питания на 40 минут автономной работы. АНАЛИЗ РЫНКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ СООТВЕСТВУЮЩИХ ТРЕБОВАНИЯМ ПО ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЮ Согласно Методическим рекомендация АНО "ЦКИТ" по подготовке заявок на включение ПО в Единый реестр российских программ для ЭВМ и БД [5], необходимо провести проверку разрабатываемого ПО на соответствие технологического стека следующим категориям. В список разрешенных ОС входят: 1) Любые ОС из Единого реестра российским программ для ЭВМ и БД, пример: • Alt Linux (Альт СП, Альт Сервер, Альт Рабочая станция); • Astra Linux (SE); • Red OS. 2) ОС с открытой лицензией, в частности: • Mandriva Linux; • Debian; • Gento Linux; • FreeBSD; • Mint; • OpenBSD; • Slackware. 3) ОС стран, не налагающих санкции В список разрешенных СУБД входят: 1) Любые СУБД из Единого реестра российским программ для ЭВМ и БД, пример: • Ред База Данных; • СУБД Postgres Pro; • СУБД Proxima DB. 2) ОС с открытой лицензией, в частности: • CouchDB; • Elasticsearch; • Firebird; • Hive; • MariaDB; • MongoDB; • Oracle MySQL; • PostgreSQL; • Redis. 3) СУБД стран, не налагающих санкции, например, Tmaxsoft Tibero Список разрешенных библиотек, фреймворков, "движков", SDK и пр. (используемые в программной продукте SCADA): 1) Любое ПО из Реестра; 2) ПО с открытой лицензией (Apache, BSD, MIT и пр.); 3) ПО стран, не налагающих санкции; 4) ПО, относительно которого его правообладатель официальным письмом гарантировал отсутствие любых ограничений на его распространение и использование на всей территории РФ, включая Республику Крым, Севастополь, ЛНР, ДНР, Запорожскую и Херсонскую области. Рекомендуемый список систем виртуализации при развертывания серверного узла на виртуальной платформе: 1) Альт Виртуализация 2) ПК СВ «Брест» 3) РУСТЭК 4) Ред Виртуализация Для выбора платформы разработки SCADA был проведен конкурентный анализ существующих решений на российском рынке3. Результаты сведены в таблицу 1. На основе приведенной таблицы можно сделать вывод, что текущие платформенные решения компаний вендоров закрывают требования по импортозамещению, а также требования, предъявляемые к автоматизированной системе управления и контроля состояния ВЭС. 3 Анализ выполнен на основании информации, собранной из публичных источников Информационные ресурсы России № 6 [2023] 35 Т Э К Т Э К Этап Подзадача Согласование правил отображения технологической информации Отрисовка мнемосхем, схем отображения данных, использующихся диспетчером ВЭС при ОТУ Подготовка карты OPC тегов ВЭУ на основе выгрузки с контроллера ВЭУ Модуль сбора данных Подготовка карту OPC тегов регулятора ВЭС Подготовка симулятора сигналов ВЭУ (эмулятор OPC UA) Подготовка симулятора сигналов группового регулятора Подготовка виртуальных машин с требуемой конфигурацией и характеристиками Настройка OPC UA Client Модуль хранения данных Модуль визуализации данных Nikita Bunin, Master's student of the department (basic) of renewable energy sources, Russian State University of Oil and Gas (National Research University named after I.M. Gubkin) E-mail: nikita.bunin@monitel.ru Kimal Yusupov, Postgraduate student of the Department of (Basic) Renewable Energy Sources, Russian State University of Oil and Gas (National Research University named after I.M. Gubkin) E-mail: kiyus@bandbind.ru Abstract. Wind energy, as one of the high-tech energy sectors in Russia, has most strongly felt the departure of foreign companies after 2022. The lack of localization of production of the entire range of equipment and control systems for wind power plants (WPPs) necessary for industrial operation makes the task of import substitution one of the important places in implementation section of the CSA RES 2.0 program. The goal of the work is to develop an automated control and condition monitoring system (ACS) for a wind power plant, based on imported software. The prerequisites for creation, the proposed stages of work and technical solutions are discussed in detail. Keywords: Automated control system (ACS), wind power plant (WPP), wind power plant (WPP), import substitution, Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA). Настройка SQL сервера Библиографический список: Bibliography: Согласование правил отображения технологической информации с Заказчиком 1. Указ Президента Российской Федерации от 30.03.2022 № 166 2. «О мерах по обеспечению технологической независимости и безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации». 3. Правительство Российской Федерации: официальный сайт. — Москва. — Обновляется в течение суток. — URL: http://government.ru/news/48865 (дата обращения: 10.10.2023). 4. Министерство энергетики Российской Федерации: официальный сайт. — Москва. — Обновляется в течение суток. — URL: https:// minenergo.gov.ru/opendata/7715847529-perechen-obektov-kii2023?ysclid=lnn10famwx369455015 (дата обращения: 12.10.2023). 5. Рынок возобновляемой энергетики РФ: текущий статус и перспективы развития. Часть 1 // Журнал Сантехника, Отопление, Кондиционирование апрель 2023. № 4. С. 68–78. 6. Центр компетенций по импортозамещению в сфере ИКТ: официальный сайт. — Москва. — URL: https://ru-ikt.ru/metodic (дата обращения: 01.10.2023). 7. Информационный бюллетень. Рынок возобновляемой энергетики России: Текущий статус и перспективы / АРВЭ (Ассоциация развития возобновляемой энергетики). — Москва, 2023. — 70 с. 8. Елистратов В. В. Возобновляемая энергетика. Изд. 3-е доп. — СПб.: Изд. Политехн. Ун-та, 2016. — 424 с. 1. Decree of the President of the Russian Federation dated March 30, 2022 No. 166 2. “On measures to ensure technological independence and security of the critical information infrastructure of the Russian Federation.” 3. Government of the Russian Federation: official website. — Moscow. — Updated throughout the day. — URL: http://government.ru/news/48865 (date of access: 10.10.2023). 4. Ministry of Energy of the Russian Federation: official website. — Moscow. — Updated throughout the day. — URL: https://minenergo.gov.ru/opendata/7715847529-perechen-obektov-kii-2023?ysclid=lnn10famwx369455015 (access date: 10/12/2023). 5. Renewable energy market in the Russian Federation: current status and development prospects. Part 1 // Journal of Plumbing, Heating, Air Conditioning April 2023. No. 4. P. 68–78. 6. Competence center for import substitution in the field of ICT: official website. — Moscow. — URL: https://ru-ikt.ru/metodic (access date: 10/01/2023). 7. Newsletter. The Russian renewable energy market: Current status and prospects / ARVE (Association for the Development of Renewable Energy). — Moscow, 2023. — 70 p. 8. Elistratov V.V. Renewable energy. Ed. 3rd add. — St. Petersburg: Publishing house. Polytechnic Univ., 2016. — 424 p. Подготовка визуализации данных ВЭУ (отрисовка мнемосхем, схем отображения информации, использующейся диспетчеров ВЭС при ОТУ Подготовка визуализации данных группового регулятора Подготовка отчетных форм средствами SCADA платформы на основе шаблонов, предоставленных Заказчиком Та бл ица 2. Технич еский про ект реа л иза ции АС УиКС ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ЭТАПЫ РАБОТ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ СУЩЕСТВУЮЩИХ/ ВВОДУ НОВЫХ СИСТЕМ Технический проект реализации АСУиКС предлагается разбить на 4 функциональных этапа: • Настройка модуля сбора данных; • Настройка модуля хранения данных; • Настройка модуля визуализации данных; • Настройка модуля отчетов. Задачи в рамках каждого этапа представлены в таблице 2. 36 Viktor Elistratov, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department (Basic) of Renewable Energy Sources, Russian State University of Oil and Gas (National Research University named after I.M. Gubkin), Professor of the Higher School of Hydraulic Engineering and Energy Construction of Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University E-mail: elistratov53@gmail.com Описание сети обмена Подготовка схем отображения предупредительной информации (сводки событий) Модуль отчетов DEVELOPMENT OF A CONTROL SYSTEM FOR WIND POWER STATIONS IN CONDITIONS OF IMPORT SUBSTITUTION Информационные ресурсы России № 6 [2023] ВЫВОД Проведенный анализ говорит о том, что существующие программные средства на российском рынке могут закрыть перечисленные в статье требования, предъявляемые к автоматизированной системе управления и контроля состояния ветровой электростанции. Можно сделать вывод о возможности разработки АСУиКС ВЭС на базе существующих решений, соответствующих требованиям импортозамещения. Информационные ресурсы России № 6 [2023] 37
