MOXA PT-G7828 Ethernet Switch กับข้อกำหนดการเชื่อมต่อระบบสื่อสาร บน IEC 61850 Substation Automation System

การปรับสู่ระบบอัตโนมัติของ Substation หรือสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อย โดยอาศัยมาตรฐาน IEC 61850 ที่เป็นข้อกำหนดเกี่ยวกับสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อย เป็นส่วนหนึ่งของ International Electrotechnical Commission's (IEC) Technical Committee 57 (TC57) และเป็นสถาปัตยกรรมเฉพาะสำหรับงานพลังงานและไฟฟ้า

โดย IEC 61850 ถือเป็นมาตรฐานสากลที่มีข้อกำหนดมากมายและครอบคลุมหลายส่วน แต่ในส่วนของ PT-G7828 Ethernet Switch จะเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่ใช้ในการสื่อสารตามมาตรฐาน IEC 61850 ที่จะโฟกัสเฉพาะข้อกำหนดในส่วนที่เป็น Communication Network เพื่อให้สถานีจ่ายไฟฟ้าย่อยมีความเป็นระบบอัตโนมัติ สามารถดูแลผ่านระบบควบคุมจากระยะไกลหรือระบบคอมพิวเตอร์เพื่อสั่งการควบคุมการไหลของพลังงานไฟฟ้า, อุปกรณ์ปรับเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้า, ระบบจำหน่ายและอุปกรณ์ภายในสถานี  ดังนั้น Ethernet Switch ที่ชาญฉลาดและรองรับข้อกำหนดของ IEC 61850 จึงมีบทบาทอย่างยิ่งต่อการเปลี่ยนแปลงสู่ Substation Automation System (SAS)

ทำไมต้อง IEC 61850

• ดิมทีนั้นสถานีจ่ายไฟจะมีการใช้สายไฟเยอะมากในการเชื่อมต่อกันระหว่างอุปกรณ์ควบคุมทางไฟฟ้าต่างๆ ซึ่งทำให้การบริหารจัดการมีข้อจำกัด ไม่เป็นระเบียบ ยุ่งเหยิง และการแก้ปัญหาเป็นไปได้ช้า

• การเปลี่ยนมาเป็นระบบ IEC 61850 Substation ทำให้สถานีไฟฟ้าเปลี่ยนจากระบบสายไฟอันยุ่งเหยิง กลายเป็นระบบที่ชาญฉลาด

• โดยมาตรฐาน IEC 61850 จะมีข้อกำหนดให้เปลี่ยนรูปแบบการเชื่อมโยงจากสายส่งเยอะๆ ลดลงเป็นผ่านระบบ LAN (Local Area Network) หรือเครือข่าย Ethernet ที่สามารถส่งข้อมูลได้มากกว่าสายส่งที่เป็นสายทองแดงที่มีติดตั้งมาในสถานีแบบดั้งเดิม

• อุปกรณ์ที่ใช้ใน IEC 61850 Substation จะถูกกำหนดให้สามารถรองรับ Protocol ที่หลากหลายและต้องทำงานร่วมกันได้แบบ Interoperability คือ สามารถเชื่อมต่อกันหลายๆ ยี่ห้อ หลายๆ อุปกรณ์ โดยใช้ Protocol เดียวกัน

• ผลิตภัณฑ์ IEC 61850 ที่ผลิตโดยบริษัทต่าง ๆ ล้วนต้องออกแบบมาให้พูดภาษาเดียวกันทำให้ผู้ติดตั้งระบบ (SI) มีความได้เปรียบอย่างมากในการหาซื้อ

• เรียกว่าเป็นการเปลี่ยนวิธีการ เปลี่ยนอุปกรณ์ให้ Smart ขึ้น คุ้มค่าขึ้น ทั้งในเรื่องของการซ่อมบำรุงและการแก้ปัญหาที่รวดเร็ว ลดปริมาณสายและประหยัดงบประมาณ

• และอีกหนึ่งในข้อดีที่สำคัญของการใช้เครือข่ายอีเธอร์เน็ตก็คือ มันสามารถขยายได้ง่ายเมื่อจำเป็น ถือเป็นการออกแบบเพื่ออนาคต เมื่อมีการปรับปรุงเพิ่มเติมเทคโนโลยีต่างๆ เข้าไปในภายหลังจะทำได้ง่ายยิ่งขึ้น

องค์ประกอบสำคัญของ IEC 61850 Communication

IEC 61850 กำหนดกรอบการทำงานอัตโนมัติของสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อยและการสื่อสารแบบ Ethernet ทำงานผ่านอุปกรณ์ระบบเครือข่าย หรือพูดง่ายๆ ก็คือใช้ Ethernet Switch ในการเชื่อมต่อ โดยมีข้อกำหนดว่า Switch ที่นำมาใช้ในการสื่อสารใน Substation จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดหลักๆ ของ IEC 61850 ดังนี้

1.         รองรับ IEEE 1588 Standard มาตรฐานด้าน Clock Synchronization Protocol ที่แม่นยำ

รองรับมาตรฐาน IEEE 1588 คือ สามารถทำ Synchronize Clock ระหว่างอุปกรณ์ด้วยสัญญาณนาฬิกาที่แม่นยำ เพื่อให้การ Transfer เวลาเป็นไปตามข้อกำหนดของ IEC 16850

โดย IEC 16850 มีข้อกำหนดสำหรับเวลาการถ่ายโอนการสื่อสาร IED ถึง IED (end-to-end) ใน Class ที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ Class 0 ถึง Class 6 ขึ้นอยู่กับเหตุการณ์ต่างๆ เหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดก็คือ Trips และ blockings โดยเวลาในการถ่ายโอนคือ 3 มิลลิวินาที หากประสิทธิภาพการสื่อสารสามารถตอบสนองความต้องการก็สามารถรับประกันในเรื่องของการ Transfer เวลาได้

1.         มี Protocol Conversion สามารถเปลี่ยน Protocol และรับ Protocol ประเภทนึงมาใส่อีกประเภทนึงได้ เพื่อให้อุปกรณ์ไฟฟ้าจากทั้ง 3 Level สื่อสารกันได้ โดยผ่านทั้ง 2 Communication Bus และแลกเปลี่ยนข้อความระหว่างกันด้วย 3 Protocol หลัก ดังจะกล่าวต่อไปในเนื้อหาด้านล่าง

2.         มี Meter Networking คือ ตรวจและวัดผลได้ เชื่อมโยงข้อมูลเครือข่ายกันได้

สถาปัตยกรรมระบบของ IEC 61850 Substation Communication

Communication Network บนมาตรฐาน IEC 61850 แบ่งการดำเนินงานของสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อยออกเป็น 3 ระดับที่แตกต่างกัน และอีก 2 ช่องทางการสื่อสาร

Process Level: อยู่ในชั้นล่างแรกสุดของการดำเนินงานของสถานี ประกอบด้วยอุปกรณ์หลัก เช่น Circuit Breakers, Transformer, อุปกรณ์ Current Voltage และอุปกรณ์ Parameters ที่ใช้ในการเก็บค่าข้อมูลจากส่วนต่างๆ ของสถานีไฟฟ้าย่อย

Bay Level: ในระดับนี้จะประกอบด้วย IEDs พวกอุปกรณ์ Relay ต่างๆ ที่ทำหน้าที่เป็น Protection and Control ควบคุมอุปกรณ์และรับค่าที่ส่งมาจาก Process level, สามารถตัดสินใจและส่งต่อข้อมูลระหว่าง IEDs และอุปกรณ์หลัก รวมไปถึงทำหน้าที่ส่งข้อมูลไปยังระบบ SCADA ของสถานีไฟฟ้าย่อย เพื่อการประมวลผลและการตรวจสอบเพิ่มเติม

Station Level: อุปกรณ์ที่อยู่ใน Station level เป็นอุปกรณ์ที่มนุษย์ใช้งานกับมัน อย่างเช่น Scada Server, Scada Monitoring พวกหน้าจอ HMI หน้าจอการสั่งการ การรับรู้ การแจ้งเตือน Alarm ที่ผู้ปฏิบัติงานสามารถติดตามสถานะและควบคุมสถานีไฟฟ้าย่อยได้

โดยทั้ง 3 Level นี้จะสื่อสารกันผ่าน Communication Bus 2 แบบ

Process Bus: Process Bus จะจัดการการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ที่อยู่บน Process Level และ Bay Level โดยใช้ Ethernet Switch ที่รองรับ IEC 61850

Station Bus: Station Bus จะจัดการการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ที่อยู่บน Bay Level และ Station Level โดยใช้ Ethernet Switch ที่รองรับ IEC 61850

IEC 61850 Communication

อุปกรณ์ต่างๆ ของสถานีสื่อสารระหว่างกันโดยการแลกเปลี่ยนข้อความผ่านโปรโตคอลการสื่อสาร 3 Protocol

1) MMS (Manufacturing Messaging Specification) : เป็น Protocol ที่ใช้ในการบริหารจัดการระบบเครือข่ายของสถานี ในการสื่อสารบน Station Bus คือ การสื่อสารระหว่าง Bay Level กับ Station Level พวกระบบ Scada ใช้ในการ Monitoring ดูข้อมูล รูปภาพ สถานะ และ Traffic ต่างๆ เป็นต้น

2) GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) : ใช้ในการสื่อสารระหว่างชั้น Protection and Control บนLevel ที่ 2 ผ่าน Process Bus สื่อสารระหว่างอุปกรณ์ control อย่างชุดควบคุมหม้อแปลง ชุดควบคุมการตัดจ่าย เพื่อส่งข้อมูลสำคัญเช่น สัญญาณควบคุม และคำเตือน ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้จะสื่อสารกันด้วย Goose ระหว่างอุปกรณ์

3) SMV (Sampled Measured Values) : เป็นการสื่อสารของอุปกรณ์ชั้นล่างสุด โดยใช้โปรโตคอลที่วัดค่าได้ เพื่อการส่งค่าข้อมูลทางไฟฟ้า เช่น การส่ง Power line ค่ากระแสไฟฟ้าและแรงดันของไฟฟ้า เป็นต้น

Protocols เหล่านี้สามารถทำงานผ่านเครือข่าย TCP/IP ความเร็วสูงได้ เพื่อให้แน่ใจว่ามีเวลาในตอบสนองที่รวดเร็ว (<4 ms) ซึ่งจำเป็นสำหรับการป้องกัน Relays

แสดงตัวอย่างการสื่อสารทั้งสามโปรโตคอลในสถานีย่อย

ทำไมต้อง PT-G7828 Ethernet Switch

Moxa PT-G7828 Ethernet Switch ได้รับการออกแบบตามมาตรฐาน IEC 61850-3 Edition 2 Class 2 และ IEEE 1613 Class 2 รวมฟังก์ชั่นฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ทันสมัย เพื่อความพร้อมใช้งานของระบบและความสามารถในการทำงานร่วมกันสำหรับระบบ Substation Automation Systems (SAS)

PT-G7828 Ethernet Switches มีพอร์ต Gigabit มากถึง 28 พอร์ต รวมถึงพอร์ตแบบ Fix 4 พอร์ต, สล็อตโมดูลอินเตอร์เฟส 6 สล็อต และสล็อตโมดูล Power 2 สล็อต เพื่อให้แน่ใจว่ามีความยืดหยุ่นเพียงพอสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย PT-G7828 Series ได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการของเครือข่ายที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา มีการออกแบบโมดูลที่สามารถถอดเปลี่ยนได้ ซึ่งช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนหรือเพิ่มอุปกรณ์โดยไม่ต้องปิดอุปกรณ์

โมดูล Ethernet หลายโมดูล (RJ45, SFP และ PoE) และ Power units ที่หลากหลาย (24/48 VDC, 110/220 VAC/VDC) ให้ความยืดหยุ่นที่มากขึ้น รวมถึงให้ความเหมาะสมกับสภาพการใช้งานที่แตกต่างกัน สวิทช์รองรับแพลตฟอร์ม Full Gigabit ที่ให้แบนด์วิดธ์เพียงพอที่จะติดตั้ง Ethernet backbone มีการรับรองมาตรฐานต่างๆ ที่รวมไปถึง IEC 61850 Edition 2 Class 2

• MMS สำหรับการควบคุม Power SCADA

ด้วยเซิร์ฟเวอร์ MMS แบบ Built-in ทำให้ PT-G7828/G7728 switches สามารถควบคุม ตรวจสอบ และจัดการผ่านระบบ Power SCADA จากส่วนกลาง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความพร้อมใช้งาน

• GOOSE Check

PT-G7828 Switch สามารถตรวจจับ Time-out และ Tampered ของ GOOSE แพ็คเก็ตและส่งการแจ้งเตือนทันทีไปยังระบบ Power SCADA และ NMS ตามลำดับเวลาที่กำหนด คุณลักษณะนี้สามารถนำมาใช้เพื่อเร่งการแก้ไขปัญหาและการตรวจวิเคราะห์ในระหว่างกระบวนการ commissioning, การทำงานของระบบ และบำรุงรักษาได้

• IEEE 1588 V2 PTP

การซิงโครไนซ์เวลาในระดับนาโนวินาทีของ PTG7828/G7728 Switch ช่วยให้มั่นใจถึงความแม่นยำของการปฏิบัติงานในช่วงเวลาสำคัญในสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อย

ดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ PT-G7828 Series CLICK