Протоколи паралельного PRP та безперервного HSR резервування локальних мереж автоматизованих систем керування технологічними процесами електричних підстанцій

Автор(и)

  • Олександр Дмитренко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-6687-4523

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.11

Ключові слова:

автоматизовані системи керування технологічними процесами електричної підстанції, релейний захист, цифрова підстанція, мікропроцесорний пристрій релейного захисту та автоматики, протоколи резервування

Анотація

В електричних мережах України функціонують автоматизовані системи керування технологічними процесами різних поколінь. Однією із вимог є забезпечення надійності, яка, значною мірою, забезпечується резервуванням обладнання, у тому числі і обладнання локальної мережі. Всі існуючі та перспективні покоління автоматизованих систем керування використовують та будуть використовувати в якості елементів нижнього (польового) рівня мікропроцесорні пристрої релейного захисту та автоматики, реєстратори аварійних процесів, синхронізатори часу, цифрові блоки входів-виходів, RTU. Інформаційні зв’язки між ними та обладнанням вищого рівня системи забезпечується обладнанням локальної мережі. Перші покоління таких систем керування, аналогові, існують вже більше 30 років. Такі системи не мали протоколу обміну інформацією IEC 61850, відповідно використовували існуючі в той час протоколи резервування STP, RSTP, MRP, G.8032, ERPS, Turbo Ring з ненульовим часом переконфігурування або могли працювати без жодного протоколу резервування. Вимоги щодо надійності з сучасної точки зору таких локальних мереж вже недостатні. З появою протоколу обміну інформацією IEC 61850 впроваджено автоматизовані системи керування другого покоління, до локальних мереж яких висуваються підвищені вимоги щодо надійності роботи локальних мереж, у тому числі і до резервування. Для таких систем керування будь-які затримки часу при переконфігуруванні мережі у випадку її несправності недопустимі. Тобто, недопустимо використовувати протоколи резервування STP, RSTP, MRP, G.8032, ERPS, Turbo Ring як в станційній шині, так і в шині процесу. Протокол IEC 61850 рекомендує використовувати протоколи з нульовим часом відновлення мережі – HSR або PRP. Завдання статті - провести порівняльний аналіз обох протоколів з нульовим часом відновлення мережі, визначити їх переваги та недоліки на сучасному етапі і на перспективу. Результати аналізу показали, що протокол резервування PRP однозначно рекомендується для використання в мережах автоматизованих систем керування електричних підстанцій 220-750 кВ. Може використовуватись в АСК ТП розподільних мереж до 110 кВ включно. А от для невеликих розподільних підстанцій до 110 кВ включно локальна мережа HSR може бути значно дешевша при достатній надійності, причому за рахунок невеликої кількості кінцевих пристроїв більшість недоліків HSR нівелюються.

Посилання

  1. O. S. Yandulsky, O. O. Dmytrenko, and V. V. Zakolodyazhnyi, “Combined use of automated systems MicroSCADA and ASZI MP ARGON in automated process control systems” Information Tech-nologies and Computer Engineering, No. 1 (35), pp. 64-68, 2016.
  2. O. S. Yandulsky, O. O. Dmytrenko, and V. V. Zakolodyazhnyi, “Combined use of automated systems MicroSCADA and ASZI MP ARGON in automated process control systems” Information Tech-nologies and Computer Engineering, No. 1 (35), pp. 64-68, 2016.
  3. Dmytrenko O.O., Zakolodyazhny V.V. Automatic introduction of reserve of the main line of backup power supply for the own needs of a nuclear power plant. Bulletin of Vinnytsia Polytechnic Insti-tute. - 2018. No. 2 – P. 44 – 49.
  4. P. Kreutzer, J. Oliveira, and V. Nogueira, (2022, Aug.), “Virtualiza-tion as an enabler for digital substation deployment,” Presented at CIGRE Paris Session 2022, [Online]. Available: https://www.e-cigre.org/publications/detail/ b5-10675-2022-virtualization-as-an-enabler-for-digitalsubstation-deployment.html
  5. Kirrmann, Hubert; Dzung, Dacfey.Selecting a Standard Redundan-cy Method for Highly Available Industrial Networks, 2006 IEEE In-ternational Workshop on Factory Communication Systems, 27 June 2006 Page(s): 386–390
  6. Kirrmann, Hubert Seamless redundancy - bumpless Ethernet redun-dancy for substations with IEC 61850 ABB review special report, 2013
  7. Pustylnik, Michael; Zafirovic-Vukotic, Mira; Moore, Rog-er Performance Of The Rapid Spanning Tree Protocol In Ring Net-work Topology Archived 6 February 2017 at the Wayback Ma-chine, RUGGEDCOM
  8. IEC 62439-2: “Industrial communication networks: High availabil-ity automation networks” – Part 2: Media Redundancy Protocol
  9. IEC 62439-3:2022 Industrial communication networks - High availability automation networks - Part 3: Parallel Redundancy Pro-tocol (PRP) and High-availability Seamless Redundancy (HSR) (IEC 62439-3:2022
  10. H. Kirrmann, M. Hansson, P. Muri; “IEC 62439 PRP: Bumpless recovery for highly available, hard real-time industrial networks“; ETFA 2007, Patras, Greece
  11. M. Rentschler, P. Laukemann; “Towards a Reliable Parallel Redun-dant WLAN Black Channel”; WFCS 2012, Lemgo, Germany
  12. H. Heine, O. Kleineberg; “The High-Availibility Seamless redun-dancy protocol (HSR): Robust fault-tolerant networking and loop prevention through duplicate discard”, WFCS 2012, Lemgo, Ger-many
  13. Hubert Kirrmann, Karl Weber, Oliver Kleineberg, Hans Weibel. HSR: Zero recovery time and low-cost redundancy for Industrial Ethernet (High availability seamless redundancy, IEC 62439-3). 2009 IEEE Conference on Emerging Technolo-gies & Factory Automation. – IEEE, 2009-09.
  14. Mira Zafirovic-Vukotic, Roger Moore, Michael Leslie, Rene Midence, Marzio Pozzuoli. Secure SCADA network supporting NERC CIP. 2009 IEEE Power & Energy Society General Meeting. – IEEE, 2009-07
  15. SOU NEK 33.200.0-35:2025 “General technical requirements for automated control systems for technological processes of 220-750 kV substations of the Unified State Electric Power System of Ukraine”, 2025. – 52 p.
  16. SOU NEK 03.100.0-22:2021 General technical requirements for relay protection subsystems and emergency automation as part of automated control systems for 220 - 750 kV substations of the Unified State Electric Power System of Ukraine. SE NEK UKRENERGO, 2021. – 37 p.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Дмитренко , О. . (2026). Протоколи паралельного PRP та безперервного HSR резервування локальних мереж автоматизованих систем керування технологічними процесами електричних підстанцій. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин I апаратiв. Теорiя I практика, (1 (15), 65–73. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.11

Номер

№ 1 (15) (2026): Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика

Розділ

Електричні станції і мережі

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Дмитренко О.О.

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.