Архитектура технологической сети связи электросетевой компании

1. Архитектура технологической сети связи электросетевой компании
Денисов Павел
Технический консультант
© 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.
24.11.2014

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

3. 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.

4. Основные компоненты решения
Распределительная сеть
Автоматизированный
учет
Магистральные электрические
сети

5. Автоматизация подстанций высокого напряжения
24.11.2014
© 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. 5

6. Шина подстанции
Шина процессов
Архитектура цифровой подстанции
Первичное оборудование
Первичное оборудование
Контроллеры
Контроллеры
АСУТП
Часы
ТСПД

7. Организация информационного обмена
MMS (61850-8.1), Manufacturing Message Specification
Протокол 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 Event
GOOSEсообщения 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 Values
Данный 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.

8. Организация информационного обмена
Substation 2
Первичное оборудование
Первичное оборудование
Контроллеры
АСУТП
Часы
GOOSE
MMS
SV
Подстанция 1
Подстанция 2
GOOSE

9. Модернизация высоковольтных подстанций
Duke Energy
О компании
Одна из крупнейших компаний в США
Генерация и передача электроэнергии
До четырех миллионов клиентов
35000 МгВтгенерирующих мощностей
Предпосылки для модернизации
Увеличение количества объектов
Использование закрытых протоколов
Сложная топология сети на основе последовательных интерфейсов
Внедрение новых устройств на базе IP/Ethernet
Отказ 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 protocolfor communications, we needed highly reliable and rugged networking devices to meet these tough operational flexibility.”
Elvis Landry, data network design manager

10. Автоматизация подстанций
Задачи
Повысить уровень контроля и управления подстанциями за счет внедрения новых контроллеров
Использовать новое поколение устройств на базе стандартов
Построить масштабируемое сетевое решение на основе IP/Ethernet
Использовать резервирование для повышения отказоустойчивости
Интегрировать существующее оборудование с новым сетевым решением
Решить задачу по соответствию требованиям NERC-CIP
Построить мультисервисиноерешение, обеспечивающее возможность внедрения дополнительных сервисов

11. Описание решения
Serial
Сервер АСУТП
ISR3900
CGR2010
CGR2010
ТСПД
Сервер АСУТП
Catalyst
Serial
Контроллер
Контроллер
Подстанция 1
Подстанция 2
CGS2520
Контроллер
Контроллер
CGS2520

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

13. Мобильные бригады
Мультисервиснаясеть связи
Удаленное управление и контроль
Полевая сеть на базе
RF-Mesh или PLC-mesh
Ethernet/WiMax
сеть
2G/3G/LTE
сеть
Приборы учета
Интеллектуальные приборы учета
Мониторинг
оборудования
Удаленное
управление
Приборы учета
Распределенная генерация
Сеть
АСУТП
Контроль нагрузки
Управление
освещением
Управление оборудованием
Управление сетевым оборудованием
Управление мобильными бригадами
Сбор данных и управление технологическими процессами
Центр управления сетью

14. Мультисервиснаясеть
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

15. Автоматизация распределительной сети
Western Power Distribution
О компании
Одна из крупнейших распределительных компаний в Великобритании
7.7 Млн потребителей электроэнергии
216000 км. линий электропередач
184000 подстанций
Предпосылки для модернизации
Программа по адаптации распределительной сети к новым требованиямпо нагрузке
Необходима детальная информация о состоянии сети в режиме реального времени

16. Повышение эффективности работы сети
Анализ режимов работы устройств в распределительной сети в режиме реального времени
Оптимизация режимов работы устройств в зависимости от прогноза по нагрузке
Анализ нагрузки на линии электропередач в режиме реального времени и оптимизация топологии сети для распределения нагрузки
Автоматическое распределение нагрузки в распределительной сети на основе информации о текущих режимах работы
Использование аккумуляторов для накопления электроэнергии и использования накопленных запасов в периоды максимальной нагрузки
Адаптация к возросшим требованиям без строительства новых линий

17. Автоматическое перераспределение нагрузки
Секционные выключатели задают топологию распределительной сети
Перераспределение нагрузки достигается за счет изменения топологии сети
Положение секционных выключателей контролируется удаленно с помощью системы управления
Питающий центр
Питающий центр

18. Постановка задачи
Построить надежную и безопасную технологическую сеть связи охватывающую 9 высоковольтных подстанций и 200 распределительных подстанций
Сеть связи должна обеспечивать передачу данных о состоянии устройств и команды управления
Построить подстанционную шину по рекомендациям IEC61850на высоковольтных подстанциях
Для передачи данных использовать технологии Ethernet и IP
В качестве беспроводной магистральной сети использовать технологию WiMax
Использование дополнительных каналов связи не допускается
GPRS каналы обладают недостаточной производительностью и не используются

19. IED
RTU
Питающий центр
CGR2K
Генерация и высоковольтный транспорт
WiMaxсеть
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

20. Используемое оборудование
Для подключения узла к магистральным каналам используется маршрутизатор в индустриальном исполнении CGR2010
Для построения локальной сети используется коммутатор в индустриальном исполнении CGS2520
Все оконечное оборудование на подстанции имеет Ethernet интерфейс
Высоковольтная подстанция
Распределительная подстанция
Для построения инфраструктуры узла используется маршрутизатор CGR1240

21. Автоматизированный учет потребления электроэнергии
24.11.2014
© 2014 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. 21

22. Компания BC Hydro
О компании
Генерация 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
900000опор и300000трансформаторов
22

23. Предпосылки для проведения модернизации
Предпосылки для модернизации
Взрывной рост потребления
электроэнергии (до 40
% за 20 лет)
Устаревшее оборудование в
распределительной сети
Использование интеллектуальных
приборов учета для сбора
информации и анализа данных по
потреблению
23

24. Основные компоненты проекта
Замена существующих счетчиков на интеллектуальные
приборы учета
Разработать сетевое решение, обеспечивающее сбор данных с
приборов учета
Построение системы автоматизированного сбора показаний с
приборов учета
Установка интеллектуальных приборов учета
Оперативное информирование потребителя
Установка интерактивных панелей у потребителей
Создание обновленного Web-портала
Измерения внутри распределительной сети
Установка интеллектуальных приборов учета на промежуточных объектах в распределительной сети
Разработка комплекса технических средств для обнаружения воровства электроэнергии
24

25. Детальный контроль над потреблением
Обнаружение воровства электроэнергии
Контроль над режимами работы устройств в сети
25

26. Мультисервиснаясеть связи
Автоматизация секционных
переключателей
Transformer Meter
Сбор информации с
Интеллектуальные приборы учета
26

27. Архитектура решения
3G
WiMax
Satellite
Подключение приборов учета по протоколу RF-Mesh
Маршрутизаторы CGR1240 в качестве «корневого устройства» RF- Meshсети
Несколько типов каналов связи (3G, WiMax, Satellite)
Агрегация подключений на маршрутизаторах ASR1000
До 500 CGR1240 на один ASR1000
Около 1000 приборов учета на один CGR1240
Каждый прибор учета имеет уникальный IPv6адрес
CGR1240 туннелирует IPv6 через IPv4 сеть оператора

28. Архитектура решения
ЦОД
В качестве маршрутизаторов для агрегации подключений CGR1240 использовались ASR1000
В качестве маршрутизаторов ядра в сети доступа использовались ASR1006
ASR1000отвечает за создание туннелей до CGR1240 и за шифрование данных
ASR1006 отвечают за маршрутизацию потоков данных до ЦОД

29. Система управления
Масштабируемая система для управления сетевым оборудованием
До 10 миллионов оконечных устройств
Интеграция с системой управления распределительной сетью
Система управления Cisco CGNMS
Основные функции системы
Автоматическое добавление новых устройств в сеть
Мониторинг устройств в режиме реального времени (маршрутизаторы и приборы учета)
Контроль качества работы RF-Mesh сети
Информирование об отключении питания на приборе учета
Настройка оборудования и модернизация программного обеспечения

30. 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 Murphy
Chief Project Officer, Smart Metering Program
Установлено 1.8M интеллектуальных приборов учета (данные на конец2012г)
ItronКомпания поставляла приборы учета и ПО для хранения и обработки информации
Cisco 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 Cisco
Различные сетевые технологии: Каналы сотовой связи (2G/3G), 1.8 GHz WiMAX, спутниковые каналы

31. 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