Проблемы реализации, наладки и кибербезопасности цифровых подстанций

Введение. Современная мировая энергетическая инфраструктура устарела, что ставит под угрозу надёжность и качество электроснабжения. Деградация инфраструктуры и эксплуатация на пределе возможностей подчеркивают необходимость модернизации через внедрение современного оборудования для повышения эффективности и надёжности энергоснабжения. Внедрение цифровых подстанций с использованием стандарта МЭК 61850 представляется перспективным решением, способным улучшить эффективность и надёжность энергоснабжения.

Цель. Исследование предложений по развитию цифровых подстанций на базе протокола МЭК 61850 и выявление направлений совершенствования данной области с особым вниманием на защиту от кибератак.

Материалы и методы. Применяются методы анализа текущих стандартов и передовых технологий, таких как МЭК 61850, для всестороннего изучения цифровых подстанций. Выполняется анализ роли стандарта в гарантии совместимости устройств автоматики и релейной защиты. Исследование опирается на анализ работ отечественных и международных экспертов в области энергетики и кибербезопасности.

Результаты и обсуждение. Рассмотрены возможности и проблемы, связанные с интеграцией распределённых энергоресурсов и сетей малой генерации, а также вопросы кибербезопасности. Цифровизация подстанций способствует снижению затрат на монтаж и эксплуатацию, повышает качество и надежность энергоснабжения. Важную роль играет разработка комплексных систем защиты от кибератак для обеспечения безопасности сетей.

Заключение. По итогам проведенного исследования можно сделать вывод о том, что переход к цифровизации подстанций на основе МЭК 61850 позволяет существенно снизить затраты на эксплуатацию, строительно-монтажные и пуско-наладочные работы, улучшить качество и надёжность энергоснабжения. Исследование подтверждает необходимость дальнейшего развития и адаптации цифровых подстанций, учитывая растущую зависимость от цифровых технологий в энергетике. Однако важно обеспечить кибербезопасность и разработать комплексные системы защиты, способные противостоять кибератакам и обеспечивать безопасность сетей малой генерации.

1. Разработка математических моделей цифровых подстанций на базе анализа автоматизированных технологических систем преобразования электроэнергии / В. И. Дубров, Р. Г. Оганян, Д. В. Шайхутдинов, Е. В. Кириевский, Н. И. Горбатенко, Н. Д. Наракидзе // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 9. С. 36–40.

2. Safety related functions with IEC 61850 GOOSE messaging / M. Caserza, P. Pinceti, L. Rocca, G. Rossi // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2019. No. 104(1). P. 515–523. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.07.033

3. Habib H., Lashway C., Mohammed O. A Review of Communication Failure Impacts on Adaptive Microgrid Protection Schemes and the Use of Energy Storage as a Contingency. IEEE Transactions on Industry Applications. 2018. No. 54(2). P. 1194–1207. https://doi.org/10.1109/TIA.2017.2776858

4. IEC 61850-based adaptive protection system for the MV distribution smart grid / A. Alvarez, D. Della, G. Massa, A. Dede, F. Ramos, А. Barbato // Sustainable Energy, Grids and Networks. 2018. No. 15(1). P. 26–33. https://doi.org/10.1016/j.segan.2017.09.003

5. Bad Data Detection Using Linear WLS and Sampled Values in Digital Substations / Y. Wu, Y. Xiao, F. Hohn, L. Nordström, J. Wang, W. Zhao // IEEE Transactions on Power Delivery. 2018. No. 33(1). P. 150– 157. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2017.2669110

6. Методы и подходы определения технического состояния цифровых электроподстанций / В. И. Дубров, Р. Г. Оганян, Д. В. Шайхутдинов, Е. В. Кириевский, Т. Н. Круглова, Н. Д. Наракидзе // Фундаментальные исследования. 2016. № 9. С. 16–20.

7. Симаков А. В., Харламов В. В., Скороходов В. И. Разработка метода проверки комплексов цифровой релейной защиты электроэнергетических установок // Омский Научный Вестник. 2019. № 5. С. 58–63. https://doi.org/10.25206/1813-8225-2019-167-58-63

8. Гнатюк А. Б., Вотякова Е.М., Староверов Б. А. Решение задачи многокритериального выбора технической компоновки цифровой подстанции с помощью прямого метода анализа иерархии // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2016. № 2. С. 54–60.

9. Булычев А. В., Васильев Д. С., Силанов Д. Н. Двухуровневая цифровая система управления и релейной защиты для объектов распределительного сетевого комплекса 110/35/10 кВ // Вестник Чувашского университета. 2019. № 3. С. 36–45.

10. Cyber Attack Resilient Distance Protection and Circuit Breaker Control for Digital Substations / J. Hong, R. Nuqui, A. Kondabathini, D. Ishchenko, A. Martin // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2019. No. 15(7). P. 4332–4341. https://doi.org/10.1109/TII.2018.2884728

11. Ali N., Eissa M. Accelerating the protection schemes through IEC 61850 protocols // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2018. No. 102(1). P. 189–200. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.04.035

12. Ali N., Eissa M. Performance of communication networks for Integrity protection systems based on travelling wave with IEC 61850 // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2018. No. 95(1). P. 664–675. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2017.09.024

13. High Speed Digital Distance Relaying Scheme Using FPGA and IEC 61850 / X. Jin, R. Gokaraju, R. Wierckx, O. Nayak // IEEE Transactions on Smart Grid. 2018. No. 9(5). P. 4383–4393. https://doi.org/10.1109/TSG.2017.2655499