ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СЕТЬ
INTELLIGENT NETWORK

Уровень техники
1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение в целом, относится к системе и способу управления отраслевой сетью и более конкретно к системе и способу сбора данных на различных участках отраслевой сети и анализу собранных данных с целью управления отраслевой сетью.
2. Предшествующий уровень техники
Различные отрасли имеют связанные с ними сети. Отрасли могут содержать энергоснабжение, телекоммуникации, транспортные перевозки (такие, как авиаперевозки, железнодорожные перевозки, автомобильные перевозки, автобусные перевозки и т.д.), и разведку энергетических ресурсов (таких, как нефтяные скважины, газовые скважины и т.д.).
Одной из таких отраслей является отрасль общественного пользования, которая управляет энергосетью. Энергосеть может содержать любое или все из нижеследующего: производство электроэнергии, передача электроэнергии и распределение электроэнергии. Электроэнергия может производиться, используя электростанции, такие как тепловая электростанция, атомная электростанция и т.д. В целях эффективности произведенная электроэнергия повышается до очень высокого напряжения (такого, как 345 киловольт) и передается по линиям передачи. Линии передачи могут передавать энергию на большие расстояния, пересекая границы штатов или международные границы, пока не достигнут своего оптового клиента, которым может быть компания, которой принадлежит локальная распределительная сеть. Линии передачи могут заканчиваться на передающей подстанции, которая может снижать очень высокое напряжение до промежуточного напряжения (такого, как 138 киловольт). От передающей подстанции более низковольтные линии передачи (такие, как линии субпередачи) передают промежуточное напряжение на распределительные подстанции. На распределительных подстанциях промежуточное напряжение снова может быть понижено до «среднего» напряжения (такого, как от 4 до 23 киловольт). С распределительных подстанций могут выходить один или более фидеров. Например, с распределительной подстанции могут выходить от четырех до десяти фидеров. Фидер строится по 3-фазной схеме, содержащей 4 провода (три провода для каждой из 3 фаз и один провод для нейтрали). Фидеры могут прокладываться над землей (на опорах) или под землей. Напряжение на фидерах может периодически понижаться, используя распределительные трансформаторы, которые понижают напряжение от «среднего» напряжения до потребительского напряжения (такого, как 120 вольт). Потребительское напряжение может затем использоваться потребителем.
Энергосетью могут управлять одна или более энергетических компаний, занимающихся управлением устранением повреждений, обслуживанием и обновлениями, связанными с энергосетью. Однако управление энергосетью часто является неэффективным и дорогостоящим. Например, энергетическая компания, управляющая локальной распределительной сетью, может управлять устранением повреждений, которые могут случаться в фидерах или в схемах, называемых схемами ответвлений, ответвляемых от фидеров. Управление локальной распределительной сетью часто опирается на телефонные звонки от потребителей, когда происходит нарушение работы, или опирается на полевых рабочих, анализирующих локальную распределительную сеть.
Энергетические компании пытались обновлять энергосеть, используя цифровую технологию, иногда называемую "смарт-сетью". Например, более интеллектуальные счетчики (иногда вызываемые "смарт-счетчики") представляют собой тип усовершенствованного счетчика, который определяет потребление более точно, чем традиционный счетчик. Смарт-счетчик может затем передавать эту информацию через некоторую сеть назад к местной службе общественного пользования с целью контроля и выставления счетов (телеметрия). Хотя этот недавний прогресс в обновлении энергосистем дает преимущества, необходим больший прогресс. Сообщалось, что в одних только Соединенных Штатах половина генераторных мощностей не используется, половина мощностей сетей передачи энергии на большие расстояния не используется и две трети ее локального распределения не используется. Поэтому явно существует необходимость в улучшении управления энергосистемой.
Другой такой отраслью является отрасль транспортных перевозок. Отрасль транспортных перевозок обычно связана с управлением движением одного или более типов средства транспорта, таких как самолет, поезд, автомобиль, автобус и т.д. Например, железнодорожная отрасль содержит железные дороги, поезда, которые ездят по железным дорогам, центральное управление и сеть, чтобы управлять железными дорогами/поездами. Сеть может содержать датчики, чтобы воспринимать данные различных элементов железных дорог, средство, которым можно связываться с центральным управлением, и средство, которым можно управлять железными дорогами. Как правило, сеть в железнодорожной отрасли является примитивной. Конкретно, сеть ограничивает тип используемых датчиков, средство, которым можно связываться с центральным управлением, и возможность управления железными дорогами. Поэтому явно существует необходимость улучшения управления железными дорогами.
Раскрытие изобретения
Обеспечивается интеллектуальная сеть для улучшения управления отраслевой системой. Интеллектуальная сеть может создаваться под требования заказчика и применяться к одной или более отраслям. Примерами являются применения в отрасли общественного пользования и отрасли транспортных перевозок (такие, как сеть авиаперевозок, сеть железнодорожных перевозок, сеть автомобильных перевозок, сеть автобусных перевозок и т.д.). Интеллектуальная сеть также может создаваться под требования заказчика и применяться к сети дальней связи и к разведке энергетических ресурсов.
Интеллектуальная сеть может содержать одну или более системных конечных точек. Системные конечные точки могут содержать один или более датчиков конечной точки, чтобы контролировать различные состояния отраслевой системы и создавать данные, характеризующие указанные состояния. Системные конечные точки могут содержать средство аналитического анализа конечных точек, чтобы обрабатывать данные системных конечных точек и создавать любые подходящие решения, основываясь на данных.
Интеллектуальная сеть может содержать системную инфраструктуру, содержащую один или более датчиков элементов инфраструктуры для контроля различных состояний отраслевой системной инфраструктуры и создания данных, характеризующих указанные состояния. Системная инфраструктура может содержать средства аналитического анализа инфраструктуры, чтобы обрабатывать данные и создавать любые подходящие решения, основываясь на данных. Системная инфраструктура может также принимать данные от системных конечных точек, чтобы создавать соответствующие решения.
Системные конечные точки и системная инфраструктура могут создавать данные событий, указывающих на возникновение потребности во внимании в пределах отраслевой системы. Системные конечные точки и системная инфраструктура могут также создавать эксплуатационные и неэксплуатационные данные, относящиеся к отраслевой системе. Интеллектуальная сеть может содержать одну или более шин, чтобы предоставлять данные о событиях и эксплуатационные/неэксплуатационные данные сетевому ядру интеллектуальной сети. Сетевое ядро может содержать системные средства аналитического анализа для анализа принятых данных и создания решений, которые могут быть локализованными или глобальными в пределах отраслевой системы. Сетевое ядро может также содержать средство накопления данных, используемое для хранения принятых данных и их извлечения для последующего рассмотрения и анализа. Сетевое ядро может также содержать системные средства управления, используемые для управления различными аспектами системной отрасли. Системные средства управления могут быть введены в действие, когда были приняты различные решения, и могут потребовать манипуляции с системой. Интеллектуальная сеть может также содержать систему уровня предприятия, осуществляющую связь с сетевым ядром.
Другие системы, способы, признаки и преимущества будут или станут очевидными специалистам в данной области техники после изучения приведенных далее чертежей и подробного описания. Подразумевается, что все те дополнительные системы, способы, признаки и преимущества, которые содержатся в настоящем описании, должны попадать в пределы объема изобретения и защищаться приведенной ниже формулой изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А-С - блок-схемы одного из примеров общей архитектуры энергосистемы.
Фиг.2 - блок-схема ядра Intelligent Network Data Enterprise (INDE), изображенного на фиг.1.
Фиг.3А-С - блок-схемы другого примера общей архитектуры энергосети.
Фиг.4 - блок-схема подстанции INDE, показанной на фиг.1 и 3.
Фиг.5А-В - блок-схемы устройства INDE, показанного на фиг.1А-С и 3А-С.
Фиг.6А-В - блок-схемы еще одного примера общей архитектуры энергосети.
Фиг.7 - блок-схема еще одного другого примера общей архитектуры энергосети.
Фиг.8 - блок-схема, содержащая перечень некоторых примеров процессов наблюдаемости.
Фиг.9А-В - блок-схемы последовательности выполнения процессов управления состоянием сети и операций.
Фиг.10 - блок-схемы последовательности выполнения операций процессов неэксплуатационных данных.
Фиг.11 - блок-схема последовательности выполнения операций процессов управления событиями.
Фиг.12А-С - блок-схемы последовательности выполнения операций процессов передачи сигналов реакции на запрос (DR).
Фиг.13А-В - блок-схемы последовательности выполнения операций процессов сбора информации при нарушениях в работе.
Фиг.14А-С - блок-схемы последовательности выполнения операций процессов сбора информации при неисправности.
Фиг.15А-В - блок-схемы последовательности выполнения операций процессов управления метаданными.
Фиг.16 - блок-схема последовательности выполнения операций процессов средства уведомления.
Фиг.17 - блок-схема последовательности выполнения операций процессов сбора данных измерителей (AMI).
Фиг.18A-D - пример схемы взаимосвязей объекта, которая может использоваться для представления базы данных исходной связности.
Фиг.19А-В - пример графического представления прохождения процесса разработки проекта.
Фиг.20 - блок-схема примера интеллектуальной сети.
Фиг.21А-С - блок-схемы одного из примеров общей архитектуры для архитектуры INDE.
Фиг.22 - блок-схема ядра INDE, показанного на фиг.21.
Фиг.23А-С - блок-схемы другого примера общей архитектуры INDE.
Фиг.24А-С - блок-схемы примера архитектуры INDE, реализованной в железнодорожной сети.
Фиг.25 - блок-схема примера поезда в архитектуре INDE, показанной на фиг.24А-24С.
Фиг.26А-С - блок-схемы примера архитектуры INDE, реализованной в сети электрической железнодорожной дороги.
Фиг.27А-С - блок-схемы примера архитектуры INDE, реализованной в сети грузовых автомобильных перевозок.
Фиг.28А-С - блок-схемы примера архитектуры INDE, реализованной в автомобильной сети.
Фиг.29 - пример блок-схемы последовательности выполнения операций архитектуры INDE, показанной на фиг.20.
Фиг.30 - блок-схема примера многочисленных архитектур INDE, используемых совместно друг с другом.
Подробное описание чертежей и предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления
В приведенном кратком обзоре предпочтительные варианты осуществления, описанные ниже, связываются со способом и системой управления отраслевой сетью. Заявители представляют далее примеры, связанные с различными отраслевыми сетями, такими как сети предприятий общественного пользования и транспортных перевозок (такие, как сеть авиаперевозок, сеть железнодорожных перевозок, сеть автомобильных перевозок, сеть автобусных перевозок и т.д.). Однако могут использоваться и другие отраслевые сети, в том числе сеть дальней связи и сеть разведки энергетических ресурсов (такие, как сеть нефтяных скважин, сеть газовых скважин и т.д.).
Как обсуждается ниже более подробно, определенные аспекты связаны с сетью системы общественного пользования, такой как собственно сама энергосеть (в том числе, аппаратурное и программное обеспечение для передачи электроэнергии и/или распределении электроэнергии) или сеть транспортных перевозок. Дополнительно, некоторые аспекты связаны с функциональными возможностями центрального управления сетью системы общественного пользования, такого как центральное управление энергосетью и центральное управление сетью транспортных перевозок. Эти функциональные возможности могут быть сгруппированы в две категории, эксплуатация и применение. Службы эксплуатации позволяют системе общественного пользования контролировать и управлять инфраструктурой сети системы общественного пользования (такой, как применения, сеть, серверы, датчики и т.д.).
В одном из примеров, обсуждаемых ниже, возможности применения могут быть связаны с измерением и управлением самой сетью системы общественного пользования (такой, как энергосеть или сеть транспортных перевозок). Конкретно, службы применения предоставляют функциональные возможности, которые могут быть важны для сети системы общественного пользования, и могут содержать: (1) процессы сбора данных; (2) процессы сохранения и классификации данных; и (3) процессы наблюдения. Как обсуждается ниже более подробно, использование этих процессов позволяет "наблюдать" за сетью системы общественного пользования, анализировать данные и извлекать информацию о сети системы общественного пользования.
На фиг.20 представлена блок-схема, показывающая в качестве примера архитектуру Intelligent Network Data Enterprise (INDE) 2000, которая может применяться для отраслевых систем в различных отраслях. В одном примере архитектура INDE может содержать сетевое ядро 2002. Сетевое ядро 2002 может принимать различные типы информации и/или данных, основанных на конкретной отрасли, в которой оно используется. Данные и информация для конкретной отрасли могут брать начало в системной конечной точке 2006, которая может представлять различные точки в отраслевой системе. Каждая системная конечная точка 2006 может содержать множество датчиков 2014 конечной точки, которые могут обнаруживать различные состояния, связанные с отраслевой системой. Например, датчики 2014 конечной точки могут быть предназначены специально для обнаружения потока электроэнергии в линии электропередачи в энергосети или данных прилета/вылета на авиалинии. Каждая из системных конечных точек 2006 может содержать один или более процессоров и запоминающих устройств, позволяющих выполнение аналитического анализа на местах. В одном из примеров аналитический анализ 2016 конечной точки может определять различные события, основываясь на данных, полученных от датчиков 2006 конечной точки.
Архитектура INDE 2000 может также содержать системную инфраструктуру 2008, способную поддерживать системные конечные точки 2006 по всей отраслевой системе. Системная инфраструктура 2008 может содержать датчики 2002 инфраструктуры 2022, распределенные по всей отраслевой системе, чтобы обнаруживать состояния, связанные с отраслевой системой. В одном примере системная инфраструктура 2008 может содержать аналитику 2020 инфраструктуры, позволяющую системной инфраструктуре анализировать данные, полученные от датчиков 2022 инфраструктуры.
Сетевое ядро 2002 может принимать информацию от системных конечных точек 2006 и системной инфраструктуры 2008. В одном примере архитектура INDE 2000 может содержать множество шин, таких как эксплуатационная/неэксплуатационная шина 2010 и шина 2012 событий. Эксплуатационная/неэксплуатационная шина 2010 может использоваться для передачи эксплуатационных и неэксплуатационных данных. В одном примере эксплуатационные данные могут относиться к данным, связанным с различными операциями конкретной отраслевой системы, реализующей архитектуру INDE 2000. Неэксплуатационные данные могут относиться к данным в отрасли, связанным с аспектами, касающимися непосредственно конкретной отраслевой системы. Шина 2012 событий может принимать данные, связанные с различными событиями, происходящими в отраслевой системе. События могут относиться к любому возникновению заинтересованности в отраслевой системе. Таким образом, события могут содержать нежелательные или аномальные состояния, происходящие в отраслевой системе.
Архитектура INDE 2000 может реализовывать распределенный интеллект в таких различных компонентах архитектуры, которые могут использоваться для обработки данных и определения соответствующего результата. В одном примере аналитический анализ 2006 конечной точки может содержать один или более процессоров, запоминающих устройств и модулей связи, чтобы позволить выполнять обработку, основываясь на данных, получаемых датчиками 2006 конечной точки. Например, аналитический анализ 2016 в конечной точке может принимать данные от датчиков 2014 конечной точки, связанных с событием, и, основываясь на данных, может определять, что конкретное событие имеет место. Аналитический анализ 2016 в конечной точке может создавать соответствующую реакцию, основываясь на событии.
Аналитический анализ 2020 инфраструктуры может подобным образом содержать один или более процессоров, запоминающих устройств и модулей связи, чтобы позволить выполнение обработки, основываясь на данных, получаемых датчиками 2022 инфраструктуры. Системная инфраструктура 2008 может осуществлять связь с системными конечными точками 2006, позволяя системной инфраструктуре 2008 использовать аналитику 2020 инфраструктуры для оценки и обработки данных событий, а также эксплуатационные/неэксплуатационные данные от системных конечных точек 2014 и датчиков 2022 инфраструктуры.
Данные могут также быть оценены сетевым ядром 2002, снабженным шинами 2010 и 2012. В одном примере сетевое ядро 2002 может содержать системный аналитический анализ 2024, содержащий аналитический анализ 2026 датчиков и аналитический анализ 2028 событий. Аналитические анализы 2026 и 2028 могут содержать один или более процессоров и запоминающих устройств, позволяющих анализировать данные событий и эксплуатационные/неэксплуатационные данные. В одном примере аналитический анализ 2024 датчиков может оценивать данные датчиков, получаемые от датчиков 2014 конечной точки и датчиков 2022 инфраструктуры. В случае событий аналитический анализ 2028 может использоваться для обработки и оценки данных событий.
Сетевое ядро 2002 может также содержать сбор 2030 данных. Сбор 2030 данных может содержать различные хранилища 2032 данных, используемые для хранения необработанных данных и обработанных данных, давая возможность восстанавливать архивные данные по мере необходимости и позволяя проведение будущего аналитического анализа, основываясь на архивных данных.
Сетевое ядро 2002 может также содержать системные средства 2034 управления. Системные средства 2034 управления могут быть ответственны за действия, предпринимаемые внутри отраслевой системы. Например, системные средства 2002 управления могут содержать средства 2036 автоматического управления, которые автоматически управляют различными аспектами отраслевой системы, основываясь на данных о событиях и/или эксплуатационных/неэксплуатационных данных. Сетевое ядро 2002 может также содержать пользовательские средства 2038 управления, позволяющие человеку управление отраслевой системой, которое может быть или не быть основано на данных событий и/или эксплуатационных/неэксплуатационных данных шины.
Система 2004 предприятия может содержать различные крупномасштабные пакеты программного обеспечения для отрасли. Система 2004 предприятия может принимать и передавать данные сетевому ядру 2002 для использования в таких ее отличительных признаках, как информационная технология (IT), или других аспектах, связанных с отраслью. В альтернативных примерах шины 2010 и 2012 могут интегрироваться в единую шину или могут содержать дополнительные шины. Альтернативные примеры могут также содержать системную инфраструктуру 2008, имеющую различные подсистемы.
На фиг.29 представлен пример рабочей схемы архитектуры INDE 2000. В одном из примеров системная конечная точка (SE1) 2006 может определять возникновение события Е1. Другая системная конечная точка (SE2) 2006 может определять возникновение события Е2. Каждая системная конечная точка 2006 может сообщать системной инфраструктуре 2008 о событиях Е1 и Е2 через данные события. Системная инфраструктура 2008 может анализировать данные события и создавать решение D1, которое может быть передано системным конечным точкам SE1 и SE2, позволяя системным конечным точкам осуществлять ответное действие.
В другом примере событие Е3 может определяться системной конечной точкой SE1. Данные события, сообщающие о событии Е3, могут быть переданы сетевому ядру 2002, позволяя сетевому ядру 2002 осуществлять системный аналитический анализ 2024 и создавать решение D2 через системные средства 2034 управления. Решение D2 может быть предоставлено системной конечной точке SE1.
В другом примере системная конечная точка SE1 может определять возникновение события Е4 и уведомлять сетевое ядро 2002 о событии Е4 через данные о событии. Сетевое ядро 2002 может создавать решение D3 и предоставлять его системной конечной точке SE1 для реализации, в то же время предоставляя информацию о решении D3 системе 2004 предприятия.
В другом примере системная конечная точка SE1 может определять возникновение события Е5. Системная конечная точка SE1 может осуществлять аналитический анализ 2016 в конечной точке, чтобы определить и в дальнейшем осуществить решение D4. Решение D4 может быть предоставлено системной инфраструктуре 2008 и сетевому ядру 2002 с целью хранения и уведомления. Примеры, показанные на фиг.29, являются иллюстративными и через систему INDE 2002 могут быть переданы и другие события, эксплуатационные данные и неэксплуатационные данные.
Описание архитектуры высокого уровня INDE
Общая архитектура
На чертежах, где схожие ссылочные позиции относятся к схожим элементам, на фиг.1А-С представлен один из примеров общей архитектуры для INDE. Эта архитектура может служить эталонной моделью, которая обеспечивает следующие друг за другом сбор, транспортирование, хранение и управление данными сети общественного пользования (такими, как данные смарт-сети); она может также обеспечивать аналитический анализ и управление аналитическим анализом, так же как интегрирование вышесказанного в процессы и системы общественного пользования. Следовательно, она может рассматриваться как архитектура, распространяющаяся на уровне предприятий. Определенные элементы, такие как оперативное управление и аспекты непосредственно сети общественного пользования, обсуждаются ниже более подробно.
Архитектура, представленная на фиг.1А-С, может содержать до четырех шин данных и интегрирования: (1) высокоскоростная шина 146 данных датчиков (которые в примере энергосистемы могут содержать эксплуатационные и неэксплуатационные данные); (2) выделенная шина 147 обработки событий (которая может содержать данные событий); (3) шина 130 эксплуатационной службы (которая в примере энергосистемы может служить для предоставления информации, используемой в дополнительном операционном отделе); и (4) шина обслуживания предприятия для IT-систем операционного отдела (показана на фиг.1А-С как шина 114 среды интегрирования для предприятия, чтобы обслуживать службы 115 IT предприятия). Отдельные шины данных могут быть реализованы одним или более способами. Например, две или более шин данных, такие как высокоскоростная шина 146 данных датчиков и шина 147 обработки событий, могут быть различными сегментами единой шины данных. Конкретно, шины могут иметь сегментированную структуру или платформу. Как обсуждается ниже более подробно, аппаратурное и/или программное обеспечение, такое как один или более переключателей, могут использоваться для маршрутизации данных на различные сегменты шины данных.
В качестве другого примера, две или более шин данных могут быть отдельными шинами, такими как отдельные физические шины с точки зрения аппаратурного обеспечения, необходимыми для транспортирования данных по отдельным шинам. Конкретно, каждая из шин может содержать кабельную сеть, отдельную друг от друга. Дополнительно, некоторые или все отдельные шины могут иметь один и тот же тип. Например, одна или более шин могут содержать локальную сеть (LAN), такую как Ethernet, с кабельной сетью в виде неэкранированной витой пары и Wi-Fi. Как обсуждается ниже более подробно, аппаратурное обеспечение и/или программное обеспечение, такое как маршрутизатор, могут использоваться для маршрутизации данных по одной шине из числа различных физических шин.
В качестве еще одного другого примера, две или более шин могут находиться на различных сегментах в единой структуре шины, и одни или более шин могут находиться на отдельных физических шинах. Конкретно, высокоскоростная шина 146 данных датчиков и шина 147 обработка событий могут быть разными сегментами единой шины данных, в то время как шина 114 среды интегрирования предприятия может находиться на физически отдельной шине.
Хотя на фиг.1А-С показаны четыре шины, для передачи четырех перечисленных типов данных может использоваться меньшее или большее количество шин. Например, единая несегментированная шина может использоваться для передачи данных датчиков и обработки данных событий (доводя общее количество шин до трех), как обсуждается ниже. И система может работать без сервисной шины 130 и/или шины 114 среды интеграции предприятия.
Среда IT может быть совместимой с SOA. Сервисно-ориентированная архитектура (SOA) является стилем архитектуры компьютерных систем для создания и использования бизнес-процессов, оформленных как услуги, на протяжении всего их срока службы. SOA также определяет и обеспечивает инфраструктуру IТ, чтобы позволить различным приложениям обмениваться данными и участвовать в бизнес-процессах. В то же время использование SOA и шины обслуживания предприятия является необязательным.
В примере энергосистемы, на чертежах показаны различные элементы внутри общей архитектуры, такие как следующие: (1) Ядро 120 INDE 120; (2) Подстанция 180 INDE 180; и (3) Устройство 188 INDE. Это деление элементов в пределах общей архитектуры служит для целей иллюстрации. Может использоваться и другое деление элементов. Причем деление элементов может различаться для различных отраслей. Архитектура INDE может использоваться для поддержки как распределенных, так и централизованных подходов к сетевому интеллекту, и для обеспечения механизма, имеющего дело с крупномасштабными реализациями.
Эталонная архитектура INDE является одним примером технической архитектуры, которая может быть реализована. Например, она может быть примером метаархитектуры, используемой для обеспечения начальной точки при разработке некоторого количества конкретных технических архитектур, по одной для каждого отраслевого решения (например, различные решения для разных отраслей) или по одной для каждого применения внутри отрасли (например, первое решение для первой сети общественного пользования и второе решение для второй сети общественного пользования), как обсуждается ниже. Таким образом, конкретное решение для конкретной отрасли или конкретного применения внутри отрасли (такого, как применение в конкретной энергосистеме) может содержать один, несколько или все элементы эталонной архитектуры INDE. Причем эталонная архитектура INDE может обеспечивать стандартизированную начальную точку для разработки решения. Ниже обсуждается методология определения конкретной технической архитектуры для конкретной отрасли или конкретного применения внутри отрасли (такой, как конкретная энергосистема).
Эталонная архитектура INDE может быть архитектурой, распространяемой на предприятие. Ее целью может быть обеспечение структуры для непрерывного управления данными и аналитическим анализом, такого как непрерывное управление сетевыми данными и аналитическим анализом и интегрирование их в системы и процессы предприятий общественного пользования. Поскольку прогрессивная сетевая технология (такая, как технология смарт-сетей) влияет на каждый аспект процессов бизнеса предприятий общественного пользования, следует помнить не только о влияниях на уровне сетей (таких, как энергетическая система), операций и уровне помещений потребителя, но также и на уровнях предприятия и операционного отдела. Следовательно, эталонная архитектура INDE может и действительно создает эталонный уровень SOA предприятия, например, чтобы поддержать среду SOA для целей сопряжения. Не следует рассматривать как требование, чтобы отрасль, такая как энергоснабжение, преобразовала свою существующую IT-среду в SOA, прежде чем сможет быть построена и использоваться перспективная сеть, такая как смарт-сеть. Шина обслуживания предприятия является полезным механизмом для облегчения интеграции IT, но она не требуется, чтобы реализовать остальную часть решения. Приведенное ниже обсуждение сосредоточено на различных компонентах элементов смарт-сети INDE для решения в энергоснабжении; однако, один, несколько или все компоненты INDE могут быть применимы в различных отраслях, таких как связь, транспортные перевозки и разведка энергетических ресурсов.
Группы компонент INDE
Как обсуждалось выше, различные компоненты в эталонной архитектуре INDE могут содержать, например: (1) Ядро 120 INDE; (2) Подстанция 180 INDE; и (3) Устройство 188 INDE. Последующие разделы обсуждают эти три группы элементов в качестве примеров эталонной архитектуры INDE и предоставляют описания компонент каждой группы.
Ядро INDE
На фиг.2 представлено Ядро 120 INDE, являющееся частью эталонной архитектуры INDE, которая может размещаться в центре управления операциями, как показано на фиг.1А-С. Ядро 120 INDE может содержать объединенную архитектуру данных для хранения сетевых данных и схему интеграции для аналитического анализа, чтобы работать с этими данными. Эта архитектура данных может использовать общую информационную модель (Common Information Model, CIM) Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission, IEC) в качестве схемы высокого уровня. CIM IEC является стандартом, разработанным отраслью электроэнергетики, которая была официально принята IEC с целью позволить прикладному программному обеспечению обмениваться информацией о конфигурации и состоянии электрической сети.
Кроме того, эта архитектура данных может использовать промежуточное программное обеспечение 134 объединения, чтобы объединять другие типы предприятия общественного пользования (такие, например, как данные измерителей, эксплуатационные и архивные данные, файлы регистрации и файлы событий) и файлы связности и метаданных в единую архитектуру данных, которая может иметь единую точку входа для доступа приложений высокого уровня, в том числе прикладных программ предприятия. Системы реального времени могут также получать доступ к хранилищам ключевых данных через высокоскоростную шину данных и несколько хранилищ данных могут принимать данные в реальном времени. Различные типы данных могут транспортироваться в пределах одной или более шин в смарт-сети. Как обсуждается ниже в разделе по Подстанции 180 INDE, данные Подстанции могут собираться и храниться локально на Подстанции. Конкретно, база данных, которая может быть связана с Подстанцией и быть ближайшей к Подстанции, может хранить данные Подстанции. Аналитический анализ, относящийся к уровню Подстанции, может также выполняться на компьютерах Подстанции и сохраняться в базе данных Подстанции, и все или часть данных могут транспортироваться в центр управления.
Типы транспортированных данных могут содержать эксплуатационные и неэксплуатационные данные, события, данные по связности соединений и данные о местоположении сети. Эксплуатационные данные могут содержать, в частности, состояние переключателей, состояние фидеров, состояние конденсаторов, состояние секций, состояние измерителей, состояние FCI, состояние линейных датчиков, напряжение, ток, активную мощность, реактивную мощность и т.д. Неэксплуатационные данные могут содержать, в частности, качество электроэнергии, надежность системы энергоснабжения, состояние исправности активов, данные по нагрузкам и т.д. Эксплуатационные и неэксплуатационные данные могут транспортироваться, используя шину 146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных. Прикладные программы по сбору данных при передаче электроэнергии и/или распределении электроэнергии энергосистемы могут быть ответственны за отправку некоторых или всех данных на шину 146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных. Таким образом, прикладные программы, которые нуждаются в этой информации, могут иметь возможность получать данные, подписываясь на информацию или вызывая услуги, которые могут сделать эти данные доступными.
События могут содержать сообщения и/или тревоги, создаваемые различными устройствами и датчиками, являющимися частью смарт-сети, как обсуждается ниже. События могут создаваться непосредственно устройствами и датчиками смарт-сети, а также создаваться различными прикладными программами аналитического анализа, основываясь на данных результатов измерений этих датчиков и устройств. Примерами событий могут являться отказ измерителя, тревога измерителя, отказ преобразователя и т.д. Сетевые компоненты, такие как сетевые устройства (смарт-датчики мощности (такие, как датчик со встроенным процессором, который может программироваться для возможности цифровой обработки), температурные датчики и т.д.), компоненты энергетической системы, содержащие дополнительную встроенную обработку (RTU, и т.д.), сети смарт-измерителей (исправность измерителя, считывание данных измерителя и т.д.), и подвижные полевые силовые устройства (события простоя, закрытие нарядов на работу и т.д.) могут создавать данные событий, эксплуатационные и неэксплуатационные данные. Данные события, созданные в пределах смарт-сети, могут передаваться через шину 147 событий.
Данные связности соединений сети могут определять расположение сети системы энергоснабжения. Возможно базовое расположение, которое определяет физическое расположение компонент сети (подстанции, сегменты, фидеры, трансформаторы, переключатели, автоматы повторного включения, измерители, датчики, столбы общественного пользования и т.д.) и их взаимосвязность в установке. Основываясь на событиях внутри сети (отказы компонент, деятельность по обслуживанию и т.д.), связность сети может изменяться на непрерывной основе. Как обсуждается ниже более подробно, структура того, как хранятся данные, а также комбинация данных, позволяют архивное восстановление планировки сети в различные прежние времена. Данные связности сети могут извлекаться из географической информационной системы (Geographic Information System, GIS) на периодической основе по мере того, как изменения в сети энергоснабжения и эта информация обновляются в приложении GIS.
Данные по расположению сети могут содержать информацию о компоненте сети в сети связи. Эта информация может использоваться для посылки сообщений и информации для конкретного компонента энергосети. Данные по расположению сети могут вводиться вручную в базу данных смарт-сети по мере установки новых компонент смарт-сети или извлекаться из системы управления активами, если эта информация сохраняется внешним образом.
Как обсуждается ниже более подробно, данные могут быть посланы от различных компонент в энергосети (таких как Подстанция 180 INDE и/или Устройство 188 INDE). Данные могут быть отправлены на Ядро 120 INDE с помощью беспроводных технологий, проводных технологий или их комбинации. Данные могут быть приняты сетями 160 связи системы энергоснабжения, которые могут посылать данные на устройство 190 маршрутизации. Устройство 190 маршрутизации может содержать программное обеспечение и/или аппаратурное обеспечение для управления маршрутизацией данных на сегмент шины (когда шина имеет сегментированную структуру шины) или на отдельную шину. Устройство маршрутизации может содержать один или более переключателей или маршрутизатор. Устройство 190 маршрутизации может содержать сетевое устройство, программное и аппаратное обеспечение которого создает маршруты и/или направляет данные на одну или более шин. Например, устройство 190 маршрутизации может направить эксплуатационные и неэксплуатационные данные на шину 146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных. Маршрутизатор может также направить данные о событиях на шину 147 событий.
Устройство 190 маршрутизации может определить, как направлять данные, основываясь на одном или более способах. Например, устройство 190 маршрутизации может изучить один или более заголовков в переданных данных, чтобы определить, направлять ли данные к сегменту для шины 146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных или к шине 147 событий. Конкретно, один или более заголовков в данных могут указать, являются ли данные эксплуатационными/неэксплуатационными данными (данными, которые затем устройство 190 маршрутизации направляет к шине 146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных) или они являются данными событий (которые затем устройство 190 маршрутизации направляет к шине 147 событий). Альтернативно, устройство 190 маршрутизации может исследовать полезную нагрузку данных, чтобы определить тип данных (например, устройство 190 маршрутизации может исследовать формат данных, чтобы определить, являются ли данные эксплуатационными/неэксплуатационными данными или данными события).
Одно из хранилищ, такое как хранилище 137 эксплуатационных данных, в котором хранятся эксплуатационные данные, может быть реализовано как истинно распределенная база данных. Другое из хранилищ, архив (идентифицированный как архивные данные 136 на фиг.1 и 2), может быть реализовано как распределенная база данных. Другие "концы" этих двух баз данных могут быть расположены в группе Подстанции 180 INDE (обсуждается ниже). Дополнительно, события могут сохраняться непосредственно в любом из нескольких хранилищ данных через шину обработки сложных событий. Конкретно, события могут сохраняться в журнале 135 регистрации событий, который может быть хранилищем для всех событий, которые опубликованы на шине 147 событий. Журнал регистрации событий может хранить одно, несколько или все из следующего: идентификатор события; тип события; источник события; приоритет события; и время создания события. Шина 147 событий не должна хранить события длительное время, обеспечивая сохраняемость для всех событий.
Хранение данных может быть таким, чтобы данные могли быть близки к источнику, насколько возможно или реально. В одной реализации возможно, например, что данные подстанции сохраняются в подстанции 180 INDE. Но эти данные могут быть также запрошены на уровне 116 центра управления операциями, чтобы создать различные типы решений, которые рассматривают энергосеть на значительно раздробленном уровне. В сочетании с подходом распределенного интеллекта, подход с распределенными данными может быть принят, чтобы облегчить доступность данных на всех уровнях решения посредством использования связей баз данных и служб передачи данных, в зависимости от обстоятельств. Таким образом, решение для хранилища архивных данных (которое может быть доступно на уровне 116 центра управления операциями) может быть подобно решению для хранилища эксплуатационных данных. Данные могут храниться локально на подстанции и связи базы данных, конфигурированные на экземпляре репозитория в центре управления, обеспечивают доступ к данным на индивидуальных подстанциях. Аналитический анализ подстанции может выполняться локально на подстанции, используя локальное хранилище данных. Архивный/коллективный аналитический анализ может быть выполнен на уровне центра 116 управления операциями путем получения доступа к данным на локальных экземплярах подстанции, используя связи базы данных. Альтернативно, данные могут храниться централизованно в Ядре 120 INDE. Однако, учитывая объем данных, который может оказаться необходимым передать от Устройств 188 INDE, хранение данных в Устройствах 188 INDE может быть предпочтительным. Конкретно, если существуют тысячи или десятки тысяч подстанций (которые могут появиться в энергосистеме), объем данных, который необходимо передать Ядру 120 INDE, может создать узкое место для связи.
Наконец, ядро 120 INDE может программировать или управлять одной, несколькими или всеми подстанциями 180 INDE или устройством 188 INDE в энергосети (обсуждается ниже). Например, ядро 120 INDE может модифицировать программирование (такое, как загрузка обновленной программы) или обеспечить управляющую команду для управления любым аспектом Подстанции 180 INDE или Устройства 188 INDE (такую, как управление датчиками или аналитическим анализом). Другие элементы, не показанные на фиг.2, могут содержать различные элементы интеграции, чтобы поддержать эту логическую архитектуру.
Таблица 1 описывает некоторые элементы ядра 120 INDE, показанного на фиг.2.
Таблица 1
Элементы ядра INDE
Элемент ядра INDE
Описание
Услуги СЕР 144
Обеспечивает высокую скорость, обработку потока событий с малой задержкой, фильтрацию событий и корреляцию событий мультипотока.
Централизованные прикладные программы 139 аналитики сетей
Может состоять из любого количества коммерческих или пользовательских прикладных программ аналитического анализа, которые используются не в реальном времени, работающие, прежде всего, из хранилищ данных в ядре.
Услуги 140 визуализации/уведомления
Поддержка визуализации данных, состояний и потоков событий и автоматических уведомлений на основе переключения событий.
Услуги 141 управления прикладными программами
Услуги (такие, как услуги 142 поддержки прикладных программ и распределенная поддержка 143 вычислений), поддерживающие запуск и выполнение прикладных программ, веб-услуги и поддержка распределенных вычислений и автоматизированной дистанционной загрузки программ (например, OSGi).
Услуги 145 управления сетями
Автоматизированный контроль сетей связи, прикладных программ и баз данных; контроль исправности системы, анализ первопричин отказов (несетевых).
Услуги 126 метаданных энергосети
Услуги (такие, как услуги 127 связи, перевод 128 названий и услуга 129 TEDS) для хранения, извлечения и обновления метаданных системы, в том числе, связность энергосети и сетей связи/датчиков, списки точек, калибровки датчиков, протоколы, установочные точки устройств и т.д.
Услуги 123 аналитики/данных энергосети
Услуги (такие, как услуги 124 данных датчиков и услуги 125 управления аналитическим анализом) для поддержания доступа к данным энергосети и аналитическому анализу сети; управление аналитическим анализом.
Система 121 управления данными измерителей
Функции системы управления данными измерителей (например, Lodestar).
Услуги данных измерителей AMOS
См. обсуждение ниже.
Шина 147 обработки сложных событий в реальном времени
Шина сообщений, выделенная для обработки потока сообщений о событиях - назначение выделенной шины состоит в обеспечении широкой полосы пропускания и малой задержки потоков сообщений о событии с высокой пульсацией. Сообщение о событии может быть в форме XML-сообщения. Возможны другие
типы сообщений. События могут быть отделены от эксплуатационных/неэксплуатационных данных и могут передаваться по отдельной или выделенной шине. События обычно имеют более высокий приоритет, поскольку они обычно требуют некоторого незамедлительного принятия мер с точки зрения эксплуатации энергосистемы (сообщения от неисправных измерителей, трансформаторов и т.д.). Шина обработки событий (и связанная с событиями услуга по обработке корреляции событий, показанная на фиг.1) может фильтровать потоки событий, давая им интерпретацию, которую могут лучше воспринимать другие устройства.
Кроме того, шина обработки событий может получать множество потоков событий, обнаруживать различные образцы, возникающие среди многочисленных потоков событий, и обеспечивать интерпретацию многочисленных потоков событий. Таким образом, шина обработки событий может не просто изучать данные событий от единого устройства, а вместо этого рассматривать многочисленные устройства (в том числе, многочисленные классы устройств, которые, на первый взгляд, могут быть не связаны), чтобы обнаруживать корреляцию. Анализ единого или многочисленных потоков событий может основываться на правилах.
Шина 146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных
Эксплуатационные данные могут содержать данные, отражающие текущее состояние энергосети, которые могут использоваться при управлении энергосетью (например, токи, напряжения, активная мощность, реактивная мощность и т.д.). Неэксплуатационные данные могут содержать данные, отражающие исправность или состояние устройства. Эксплуатационные данные ранее передавались напрямую конкретному устройству (создавая, таким образом, потенциальную проблему "накопителя", когда данные не предоставляются другим устройствам или другим приложениям).
Например эксплуатационные данные ранее передавались в систему SCADA (диспетчерское управление и сбор информации) для руководства энергосетью (контроль и управление энергосетью). Однако, используя структуру с шинами, такие данные могут также использоваться для балансирования нагрузки, использования/оптимизации активов, планирования системы и т.д., как обсуждается, например, на фиг.10-19. Неэксплуатационные данные ранее получали, направляя человека в полевые условия для сбора эксплуатационных данных (вместо того, чтобы автоматически посылать неэксплуатационные данные в центральное хранилище). Как правило, эксплуатационные и неэксплуатационные данные создаются в различных устройствах энергосети в заданные времена. Это отличается от данных событий, которые обычно создаются пакетами, как обсуждается ниже.
Шина сообщения может быть выделена для обработки потоков эксплуатационных и неэксплуатационных данных от подстанций и устройств энергосети. Целью выделенной шины может быть обеспечение постоянной малой задержки за счет организации согласования потоков данных; как обсуждается в другом месте, единая шина может использоваться для передачи как эксплуатационных и неэксплуатационных данных и данных обработки событий при некоторых обстоятельствах (эффективно объединяя шину эксплуатационных/неэксплуатационных данных с шиной обработки событий).
Шина 130 обслуживания операций
Шина сообщений, которая поддерживает интеграцию типичных прикладных программ операций общественного пользования (EMS (система управления энергопотреблением), DMS (система управления распределением), OMS (система управления простоями), GIS (географическая информационная система), диспетчер) с более новыми функциями смарт-сетей и системами (DRMS (система управления реакцией на спрос), внешняя аналитика, СЕР, визуализация). Различные шины, в том числе шина 146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных, шина 147 данных событий и шина 130 обслуживания операций могут получать незащищенное от погодных условий питание и т.д. через структуру 117 защиты. Шина 130 обслуживания операций может служить в качестве поставщика информации о смарт-сети для прикладных программ операционного отдела общественного пользования, как показано на фиг.1. Прикладные программы аналитического анализа могут преобразовывать необработанные данные от датчиков и устройств в энергосети в применимую на практике информацию, которая будет доступна прикладным программам системы энергоснабжения, чтобы выполнять действия по управлению энергосетью. Хотя большинство взаимодействий между прикладными программами операционного отдела и Ядром 120 INDE, как ожидается, должно происходить через эту шину, прикладные программы системы энергоснабжения будут иметь доступ к другим двум шинам и использовать также данные от этих шин (например, считывание показаний измерителей с шины 146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных, событий простоя с шины 147 событий простоя).
Хранилище 132 данных CIM
Хранилище данных верхнего уровня для организации данных энергосети; использует схему данных IEC CIM; обеспечивает первичную точку доступа к данным энергосети от операционных систем и систем предприятия. Промежуточное программное обеспечение объединения позволяет осуществлять связь с различными базами данных.
Хранилище 131 связности
Хранилище 131 связности может содержать информацию об электрической связности компонент энергосети. Эта информация может быть выведена из Географической информационной системы (GIS) вспомогательной программы, которая хранит географическое положение на момент постройки компонент, образующих энергосеть. Данные в хранилище 131 связности могут описывать иерархическую информацию обо всех
компонентах энергосети (подстанция, фидер, секция, сегмент, ветвь, t-секция, переключатель, устройство автоматического повторного включения, переключатель и т.д. - главным образом, все активы). Хранилище 131 связности может иметь информацию об активах и связности на момент постройки. Таким образом, хранилище 131 связности может содержать базу данных активов, содержащую все устройства и датчики, связанные с компонентами энергосети.
Хранилище 133 данных измерителей
Хранилище 133 данных измерителей может обеспечивать быстрый доступ к данным использования измерителей для аналитического анализа. Это хранилище может хранить всю информацию о показаниях измерителей, полученную от измерителей в помещениях потребителя. Данные, собранные от измерителей, могут храниться в хранилище 133 данных измерителей и предоставляться другим прикладным программам общественного пользования для выставления счетов (или других операций операционного отдела), а также для прочего анализа.
Журналы 135 регистрации событий
Собрание файлов регистрации, относящихся к работе различных систем общественного пользования. Журналы 135 регистрации событий могут использоваться для анализа после завершения событий и для извлечения данных.
Архивные данные 136
Данные телеметрии архивируются в форме стандартного архива данных. Архивные данные 136 могут хранить временную последовательность неэксплуатационных данных, а также архивные эксплуатационные данные. Аналитический анализ, относящийся к таким позициям, как качество энергии, надежность, исправность активов и т.д., может быть выполнен, используя данные, содержащиеся в архивных данных 136. Дополнительно, как обсуждается ниже, архивные данные 136 могут использоваться для получения топологии энергосети в любой момент времени, используя архивные эксплуатационные данные в этом хранилище в сочетании с топологией энергосети на момент постройки, хранящейся в хранилище данных связности. Дополнительно, данные могут сохраниться как простая запись, как обсуждается ниже.
Эксплуатационные данные 137
Эксплуатационные данные 137 могут содержать эксплуатационную базу данных энергосети в реальном времени. Эксплуатационные данные 137 могут строиться в истинно распределенной форме с элементами на подстанциях (с указанием связей в эксплуатационных данных 137), а также в центре ведения операций. Конкретно, эксплуатационные данные 137 могут хранить результаты измерений данных, полученные от датчиков и устройств, относящихся к компонентам энергосети. Архивные результаты измерения данных не хранятся в этом хранилище данных, вместо этого они хранятся в архивных данных 136. Таблицы баз данных в эксплуатационных данных 137 могут обновляться самыми последними результатами измерений, полученных от этих датчиков и устройств.
Файлы 138 DFR/SER
Файлы цифрового регистратора отказов и регистратора последовательных событий; используются для анализа событий и анализа данных; файлы обычно создаются на подстанциях вспомогательными системами и оборудованием.
Как обсуждалось в таблице 1, шина 146 данных в реальном времени (который передает эксплуатационные и неэксплуатационные данные) и шина 147 обработки сложных событий в реальном времени (которая передает данные обработки событий) объединяются в единую шину 346. Пример этого показан на блок-схеме 300 на фиг.3А-С.
Как показано на фиг.1А-С, шины для рабочих целей являются отдельными. Для обработки СЕР малая задержка может быть важна для определенных применений, которые подвергаются действию очень больших пакетов сообщений. Большинство потоков данных энергосети, с другой стороны, являются более или менее постоянными, за исключением файлов цифровых регистраторов отказов, но они могут обычно восстанавливаться на управляемой основе, тогда как пакеты событий являются асинхронными и случайными.
На фиг.1 далее показаны дополнительные элементы в центре 116 управления операциями, отдельном от Ядра 120 INDE. Конкретно, на фиг.1 дополнительно показана система 153 ввода для сбора данных измерителей (Meter Data Collection Head End(s)), ответственная за связь с измерительными устройствами (сбор данных от измерителей и предоставление собранных данных вспомогательной программе). Система 154 управления реакцией на спрос (Demand Response Management System) является системой, осуществляющей связь с оборудованием в одном или более помещениях потребителя, которое может управляться вспомогательной программой. Система 155 управления простоями (Outage Management System) является системой, помогающей вспомогательной программе в руководстве простоями, следя за местами простоя, управляя тем, какие принимаются решения, и тем, как они реализуются. Система 156 управления энергопотреблением (Energy Management System) является системой управления на уровне системы передачи, которая управляет устройствами на подстанциях (например) в энергосети передачи. Система управления распределением 157 (Distribution Management System) является системой управления на уровне распределения, которая управляет устройствами на подстанциях и устройствами фидеров (например) для энергосетей распределения. Услуги 158 IP-сетей (IP Network Services) являются набором услуг, работающего на одном или более серверах, которые поддерживают связи IP-типа (таких как по протоколам DHCP и FTP). Система 159 отправки мобильных данных (Dispatch Mobile Data System) является системой, которая передает/принимает сообщения на терминалах мобильных данных в поле. Circuit & Load Flow Analysis, Planning, Lightning Analysis and Grid Simulation Tools 152 является набором инструментов, используемых вспомогательной программой при проектировании, анализе и планировании энергосетей. IVR (интегрированный речевой ответ) и Call Management (управление вызовами) 151 являются системами обращения с вызовами пользователей (автоматизированными или через операторов). Поступающие телефонные звонки в отношении остановок могут автоматически или вручную быть введены и переданы системе Outage Management System 155 управления простоями. Система 150 Work Management System является системой, контролирующей и управляющей нарядами на работу. Географическая информационная система Geographic Information System 149 является базой данных, содержащей информацию о том, где активы располагаются географически и как активы соединяются вместе. Если среда имеет ориентированную на услуги архитектуру Services Oriented Architecture (SOA), то Operations SOA Support 148 (поддержка операций SOA) является набором услуг для поддержки среды SOA.
Одна или более систем в центре 116 управления операциями, которые находятся за пределами Ядра 120 INDE, являются системами наследованных продуктов, которые может иметь утилита. Примерами таких систем наследованных продуктов являются система 148 поддержки операций, система 149 географической информации, система 150 управления организацией работ, система 151 управления запросами, набор 152 инструментов проектирования, анализа, планирования и моделирования сетей, система 153 ввода для сбора данных измерителей, система 154 управления реакцией на спрос, система 155 управления простоями, система 156 управления энергопотреблением, система 155 управления простоями, IP-услуги 158 и система 159 отправки мобильных данных. Однако, эти системы наследованных продуктов неспособны обрабатывать или обращаться с данными, которые принимаются от смарт-сети. Ядро 120 INDE может быть способно принимать данные от смарт-сети, обрабатывать данные смарт-сети и передавать обработанные данные одной или более систем наследованных продуктов в форме, которую могут использовать системы наследованных продуктов (такой, как частные подробности форматирования, свойственные системе продукта наследства). Таким образом, Ядро 120 INDE может рассматриваться как промежуточное программное обеспечение.
Центр 116 управления операциями, содержащий Ядро 120 INDE, может осуществлять связь с подразделением 115 информационных технологий предприятия. Вообще говоря, функциональные возможности подразделения 115 информационных технологий предприятия содержат операции операционного отдела. Конкретно, подразделение 115 информационных технологий предприятия может использовать шину 114 среды интеграции предприятия для посылки данных различным системам в рамках подразделения 115 информационных технологий предприятия, в том числе в хранилище 104 бизнес-данных, системе 105 приложений для сбора бизнес-данных, системе 106 планирования ресурсов предприятия, различным финансовым системам 107, системе 108 информации потребителей 108, системе 109 человеческих ресурсов, системе 110 управления активами, системе 111 поддержки SOA на предприятии, системе 112 управления сетями и службе 113 обмена сообщениями предприятия. Система 115 информационных технологий предприятия может дополнительно содержать портал 103 для связи с Интернетом 101 через брандмауэр 102.
Подстанция INDE
На фиг.4 представлен пример архитектуры высокого уровня для группы 180 Подстанции INDE. Эта группа может содержать элементы, которые фактически являются главными на подстанции 170 в помещении управления подстанции на одном или более серверах, расположенных совместно с электроникой подстанции и системами.
В приведенной ниже таблице 2 перечислены и описаны определенные элементы группы 180 Подстанции INDE. Службы 171 безопасности данных могут быть частью среды подстанции; альтернативно, они могут быть интегрированы в группу 180 Подстанции INDE.
Таблица 2
Элементы Подстанции INDE
Элементы Подстанции INDE
Описание
Хранилище 181 неэксплуатационных данных
Рабочие характеристики и данные об исправности; это распределенный архивный компонент данных.
Хранилище 182 эксплуатационных данных
Данные состояния энергосети в реальном времени; это часть истинной распределенной базы данных.
Стек 187 интерфейса/связей
Поддержка связей, в том числе TCP/IP, SNMP, DHCP, SFTP, IGMP, ICMP, DNP3, IEC 61850 и т.д.
Система 186 поддержки распределенных/дистанционных вычислений
Поддержка дистанционного распределения программ, связей между процессами и т.д. (например, DCE, JINI, OSGi).
Система 185 обработки сигналов
Поддержка цифровой обработки сигналов в реальном времени; нормализация данных; преобразование технических единиц измерения.
Система 184 обработки при обнаружении/классификации
Поддержка обработки потоков событий в реальном времени, детекторов и классификаторов событий/сигналов (ESP, ЭНН, SVM и т.д.).
Средство 183 аналитического анализа подстанции
Поддержка программируемых приложений аналитического анализа в реальном времени; ведущее устройство сканирования DNP3; Средство аналитического анализа подстанции может позволить анализ эксплуатационных и неэксплуатационных данных в реальном времени, чтобы определить, имело ли место "событие". Определение "события" может быть основано на правилах, определяющих, произошло ли одно из множества возможных событий, основываясь на данных. Средство аналитического анализа подстанции.
может также учесть автоматическое изменение работы подстанции, основываясь на обнаруженном событии. Таким образом, энергосеть (в том числе различные участки энергосети) может быть "самовосстанавливающейся". Этот аспект "самовосстановления" исключает требование, чтобы данные передавались центральной организации, чтобы данные анализировались в центральной организации и чтобы от центральной организации к энергосети команда была послана до того, как проблема в энергосети устранена. В дополнение к определению "события" средство аналитического анализа подстанции может также выдавать наряд на работу для передачи центральной организации. Наряд на работу может использоваться, например, чтобы планировать ремонт устройства, такого как подстанция.
LAN 172 подстанции
Локальные сети внутри подстанции к различным участкам подстанции, таким как реле 173 микропроцессора, измерительные приборы 174 подстанции, регистраторы 175 файла событий и дистанционные терминалы RTU 176 станции.
Службы 171 безопасности
Подстанция может осуществлять внешнюю связь с различными сетями связи системы общественного пользования через уровень служб безопасности.
Как обсуждалось выше, различные элементы в пределах смарт-сети могут содержать дополнительные функциональные возможности, в том числе дополнительные возможности обработки/аналитического анализа и ресурсы базы данных. Использование этих дополнительных функциональных возможностей в рамках различных элементов в смарт-сети позволяет иметь распределенную архитектуру с централизованным управлением и управлением приложениями и характеристиками сети. По функциональным причинам, а также по причинам характеристик и возможностей расширения, смарт-сеть, содержащая тысячи и десятки тысяч Подстанций 180 INDE и от десятков тысяч до миллионов устройств энергосети, может содержать распределенные обработку, управление данными и связи между процессами.
Подстанция 180 INDE может содержать один или более процессоров и одно или более запоминающих устройств (таких, как хранилище 181 неэксплуатационных данных подстанции и хранилище 182 эксплуатационных данных подстанции). Хранилище 181 неэксплуатационных данных и хранилище 182 эксплуатационных данных могут быть связаны с подстанцией и находиться вблизи подстанции, как те, которые расположены на Подстанции 180 INDE. Подстанция 180 INDE может дополнительно содержать компоненты смарт-сети, ответственные за наблюдаемость смарт-сети на уровне подстанции. Компоненты Подстанции 180 INDE могут обеспечивать три первичные функции: сбор эксплуатационных данных и хранение их в распределенном хранилище эксплуатационных данных; сбор неэксплуатационных данных и хранение их в архиве; и локальная обработка результатов аналитического анализа на основе реального времени (такого как доли секунды). Обработка может содержать цифровую обработку сигналов напряжения и тока, процесс обнаружения и классификации, в том числе обработку потока событий; и связь результатов обработки с локальными системами и устройствами, а также с системами в центре 116 управлении операциями. Связь между Подстанцией 180 INDE и другими устройствами в энергосети может быть проводной, беспроводной или комбинацией проводной и беспроводной связи. Например, передача данных от Подстанции 180 INDE к центру 116 управления операциями может быть проводной. Подстанция 180 INDE может передавать данные, такие как эксплуатационные/неэксплуатационные данные или данные событий, центру 116 управления операциями. Устройство 190 маршрутизации может направлять переданные данные на шину 146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных или на шину 147 событий.
Здесь может также выполняться оптимизация реакции на спрос для управления распределенными потерями. Эта архитектура соответствует описанному ранее принципу архитектуры распределенных приложений.
Например, данные связности могут быть продублированы на подстанции 170 и в центре 116 управления операциями, позволяя, таким образом, подстанции 170 работать независимо, даже если сеть передачи данных к центру 116 управления операциями не функционирует. С помощью этой информации (связности), хранящейся локально, аналитический анализ на подстанции может выполняться локально, даже если линия связи с центром управления операциями неработоспособна.
Точно так же рабочие данные могут дублироваться в центре 116 управления операциями и на подстанциях 170. Данные от датчиков и устройств, связанных с конкретной подстанцией, могут собираться и самый последний результат измерения может быть сохранен в этом хранилище данных на подстанции. Структура данных для хранилища эксплуатационных данных может быть одной и той же и, следовательно, связи базы данных могут использоваться для обеспечения прямого обращения к данным, постоянно присутствующим на подстанциях, через запрос хранилища эксплуатационных данных в центре управления. Это дает множество преимуществ, в том числе облегчение тиражирования данных и разрешение аналитического анализа данных подстанции включения, который более восприимчив ко времени, чтобы производиться локально и без уверенности в доступности связи вне подстанции. Аналитический анализ данных в центре 116 управления операциями может быть менее чувствителен ко времени (поскольку центр 116 управления операциями может обычно исследовать архивные данные, чтобы выявлять модели, являющиеся более предиктивными, а не реактивными) и может быть в состоянии работать с сетевыми проблемами, если они имеют место.
Наконец, архивные данные могут храниться локально на подстанции и копия данных может храниться в центре управления. Или связи базы данных могут быть конфигурированы по запросу хранилища в центре 116 управления операциями, предоставляя центру управления операциями доступ к данным на индивидуальных подстанциях. Аналитический анализ на подстанции может выполняться локально на подстанции 170, используя локальное хранилище данных. Конкретно, использование дополнительной возможности получения и хранения данных на подстанции позволяет подстанции анализировать и корректировать себя самостоятельно, без ввода данных от центральной организации. Альтернативно, архивный/коллективный аналитический анализ может также выполняться на уровне центра 116 управления операциями путем доступа к данным по запросам локальной подстанции, используя связи базы данных.
Устройство INDE
Группа Устройства 188 INDE может содержать большое разнообразие устройств в пределах смарт-сети, в том числе различные датчики внутри смарт-сети, такие как различные устройства 189 распределения энергосети (например, линейные датчики на шинах питания), измерители 163 в помещениях потребителя и т.д. Группа Устройства 188 INDE может содержать устройство, добавленное к энергосети, с конкретными функциональными возможностями (такое, как дистанционный смарт-терминал (RTU), содержащий специализированное программирование) или может содержать существующее внутри энергосети устройство с добавленными функциональными возможностями (такое, как устройство RTU, устанавливаемое на вершине столба, в существующей открытой архитектуре, которое уже присутствует в энергосети и которое может программироваться, чтобы создать линейный смарт-датчик или устройство смарт-сети). Устройство 188 INDE может дополнительно содержать один или более процессоров и одно или более запоминающих устройств.
Существующие устройства энергосети могут не быть открытыми с точки зрения программного обеспечения, и в большинстве случаев могут быть неспособны использовать современные сети или услуги программного обеспечения. Существующие устройства энергосети могут быть разработаны для получения и хранения данных для случайной выгрузки на некоторое другое устройство, такое как ноутбук, или для передачи пакетных файлов по линии PSTN отдаленному хост-компьютеру по запросу. Эти устройства могут быть не предназначены для работы в среде цифровой сети в реальном времени. В этих случаях данные устройства энергосети могут быть получены на уровне подстанции 170 или на уровне центра 116 управлении операциями, в зависимости от того, как была разработана существующая сеть связи. В случае сетей для измерителей обычной будет практика, при которой данные получаются из механизма сбора данных измерителей, так как сети измерителей обычно закрыты и измерители не могут адресоваться напрямую. По мере развития этих сетей измерители и другие устройства энергосети могут индивидуально адресоваться, так чтобы данные могли транспортироваться прямо туда, где они необходимы, причем это не обязательно будет центр 116 управления операциями, а может быть любое место в энергосети.
Такие устройства, как индикаторы неисправной схемы, могут объединяться с интерфейсами беспроводной сети для связи по беспроводным сетям с умеренной скоростью (такой, как 100 Кбит/с). Эти устройства могут сообщать о состоянии посредством исключения и выполнять установленные заранее запрограммированные функции. Интеллект многих устройств энергосети может быть повышен при использовании локальных смарт-RTU. Вместо того, чтобы иметь RTU, устанавливаемых на мачте опоры, которые предназначены для работы в качестве устройств с фиксированной функцией и обладают закрытой архитектурой, RTU могут использоваться в качестве устройств открытой архитектуры, которые могут программироваться третьими лицами и служить в качестве Устройства 188 INDE в эталонной архитектуре INDE. Кроме того, измерители в помещении потребителей могут использоваться в качестве датчиков. Например, измерители могут измерять потребление (то есть, сколько энергии расходуется, для целей составления счетов) и могут измерять напряжение (для использования в оптимизации В/ВА реактивной мощности).
На фиг.5А-В показан пример архитектуры группы Устройств 188 INDE. В таблице 3 описаны некоторые элементы Устройства 188 INDE. Устройство смарт-сети может содержать встроенный процессор, так что маловероятно, что элементы обработки являются услугами SOA, скорее они являются библиотечными программами для программ, работающих в реальном времени, так как группа Устройств реализуется на специализированном DSP, работающем в реальном времени, или на микропроцессоре.
Таблица 3
Элементы Устройства INDE
Элементы Устройства INDE
Описание
Кольцевые буферы 502
Локальное кольцевое буферное запоминающее устройство для цифровых сигналов выборки от аналоговых преобразователей (например, напряжения и тока), которое может использоваться для хранения данных для сигналов в различные периоды времени, так чтобы, если событие обнаружено, данные сигнала, ведущие к событию, также могли быть сохранены.
Буферы 504 состояние устройств
Буферное запоминающее устройство для данных состояния внешнего устройства и переходного состояния.
Устройство 506 слежения за частотой по трем фазам
Вычисление текущей оценки частоты энергии по всем трем фазам; использование для коррекции частоты в других данных, а также в качестве меры измерения стабильности энергосети и качества энергии (особенно это касается DG).
Блок 508 преобразования Фурье
Преобразование сигналов во временной области в частотную область, чтобы позволить аналитический анализ в частотной области.
Аналитический анализ 510 сигнала во временной области
Обработка сигналов во временном интервале; извлечение мер измерения поведения переходного процесса и поведения огибающей.
Аналитический анализ 512 сигнала в частотной области
Обработка сигналов в частотной области; извлечение RMS (среднеквадратичного значения) и параметров мощности.
Вторичный аналитический анализ 514 сигнала
Вычисление и компенсация комплексных амплитуд; вычисление выбранных мер измерения ошибки/неисправности.
Третичный аналитический анализ 516 сигнала
Вычисление синхронных комплексных амплитуд на основе синхронизации GPS и эталонного угла системы.
Анализ событий и запуски 518
Обработка всех аналитических анализов для обнаружения событий и запуск получения файла. Различные типы Устройств INDE могут содержать разные возможности для аналитического анализа событий. Например, линейный датчик может исследовать события ITIC, исследуя выбросы в форме сигнала. Если возникает выброс (или возникает серия выбросов), линейный датчик с возможностью аналитического анализа события может решить, что "событие" имело место, и может также предоставить рекомендацию в отношении причины события. Способность аналитического анализа событий может быть основана на правилах, причем различные правила используются для разных Устройств INDE и разных применений.
Хранение файлов - получение/форматирование/передача 520
Получение данных от кольцевых буферов, основываясь на запусках событий.
Услуга 522 потоковой передачи сигналов
Поддержка потоковой передачи сигналов удаленному клиенту дисплея.
Стек связи
Поддерживает сетевую связь и дистанционную загрузку программ.
Синхронизация 524GPS
Обеспечивает синхронизацию высокого разрешения приложениям, требующим координат, и синхронизирует собрания данных по широкой географической области. Созданные данные могут содержать отметку 526 времени в кадре данных GPS.
Аналитический анализ 528 состояний
Получение данных для сообщений о состоянии.
На фиг.1А показаны помещения 179 потребителя, которые может содержать один или более смарт-измерителей 163, один встроенный дисплей 165, один или более датчиков 166 и одно или более средств 167 управления. На практике, датчики 166 могут регистрировать данные в одном или более устройствах в помещениях 179 потребителя. Например, датчик 166 может регистрировать данные в различных крупных установках в помещении 179 потребителя, таком как печь, бойлер, воздушный кондиционер и т.д. Данные от одного или более датчиков 166 могут отправляться на смарт-измеритель 163, который может упаковывать данные для передачи в центр 116 управления операциями через сеть 160 связи системы 160 энергоснабжения. Встроенный дисплей 165 может предоставлять пользователю в помещениях потребителя устройство вывода, чтобы просматривать в реальном времени данные, собранные от смарт-измерителя 163 и одного или более датчиков 166. Кроме того, устройство ввода (такое, как клавиатура) может быть связано со встроенным дисплеем 165, так чтобы клиент мог осуществлять связь с центром 116 управления операциями. В одном варианте осуществления встроенный дисплей 165 может содержать компьютер, присутствующий в помещениях потребителя.
Помещения 165 потребителя могут дополнительно содержать средство 167 управления, которое может управлять одним или более устройствами в помещениях 179 потребителя. Через центр 116 управления операциями могут управляться различные устройства, такие как нагреватель, кондиционер и т.д., в зависимости от команд.
Как представлено на фиг.1А, помещения 169 потребителя могут осуществлять связь различными способами, такими как через Интернет 168, коммутируемую телефонную сеть общего пользования (PSTN) 169 или через выделенную линию (такую, как через коллектор 164). Через любой из перечисленных каналов связи данные могут отправляться из одного или более помещений 179 пользователя. Как показано на фиг.1, одно или более помещений 179 пользователя могут содержать сеть 178 смарт-измерителей (содержащую множество смарт-измерителей 163), пересылающую данные коллектору 164 для передачи в центр 116 управления операциями через сеть 160 управления. Дополнительно, различные распределенные источники производства/ хранения 162 (такие, как солнечные батареи и т.д.) могут посылать данные на средство 161 управления с помощью монитора для связи с центром 116 управления операциями через сеть 160 управления системой общественного пользования.
Как обсуждалось выше, устройства в энергосети за пределами действия центра 116 управления операций могут содержать возможности обработки и/или хранения. Устройства могут содержать Подстанцию 180 INDE и Устройство 188 INDE. В дополнение к индивидуальным устройствам энергосети, обладающим дополнительным интеллектом, индивидуальные устройства могут связываться с другими устройствами в энергосистеме, чтобы обмениваться информацией (в том числе, данными датчиков и/или аналитическими данными (такими, как данные событий)), чтобы анализировать состояние энергосети (такое, как определение повреждений) и чтобы изменять состояние энергосети (например, устранять повреждения). Конкретно, индивидуальные устройства могут использовать следующее: (1) интеллект (такой, как возможности обработки); (2) хранение (такое, как распределенное хранение, обсуждавшееся выше); и (3) связь (такую, как использование одной или более шин, как обсуждалось выше). Таким образом, индивидуальные устройства в энергосети могут осуществлять связь и сотрудничать друг с другом без надзора со стороны центра 116 управления операциями.
Например, архитектура INDE, раскрытая выше, может содержать устройство, считывающее по меньшей мере один параметр в цепи фидера. Устройство может дополнительно содержать процессор, контролирующий считанный параметр в цепи фидера, и оно анализирует считанный параметр, чтобы определить состояние цепи фидера. Например, анализ считываемого параметра может содержать сравнение считанного параметра с заданным порогом и/или может содержать анализ тенденции. Такой считываемый параметр может содержать считывание формы сигнала и такой анализ может содержать определение, указывают ли считанные сигналы на повреждение в цепи фидера. Устройство может дополнительно связываться с одной или более подстанциями. Например, конкретная подстанция может подавать электропитание на конкретную цепь фидера. Устройство может считывать состояние конкретной цепи схемы фидера и определять, имеется ли повреждение на конкретном фидере. Устройство может связываться с подстанцией. Подстанция может анализировать повреждение, определенное устройством, и принимать меры по ликвидации последствий в зависимости от повреждения (такие как снижение мощности, подаваемой на фидер). В примере устройства, посылающего данные, указывающие повреждение (основываясь на анализе формы сигнала), подстанция может изменять электропитание, подаваемое на фидер, без подачи сигнала от центра 116 управления операциями. Или, подстанция может объединять данные, указывающие повреждение, с информацией от других датчиков, чтобы дополнительно уточнить анализ повреждения. Подстанция может дополнительно связываться с центром 116 управления операциями, используя такие прикладные программы, как интеллектуальная программа для остановки (такая, как показано на фиг.13А-В) и/или интеллектуальная программа для повреждения (такие, как показано на фиг.14А-С). Таким образом, центр 116 управления операциями может определить повреждение и может определить степень простоя (такую, как количество домов, затронутых повреждением). Таким образом, устройство, считывающее состояние цепи фидера, может работать совместно с подстанцией, чтобы устранять потенциальное повреждение, требуя или не требуя вмешательства центра 116 управления операциями.
В другом примере линейный датчик, содержащий дополнительные возможности обработки с использованием интеллекта и/или памяти, может создавать данные состояния энергосети для участка энергосети (такого, как фидер). Данные состояния энергосети могут использоваться совместно с системой 155 управления реакцией на спрос в центре 116 управления операциями. Система 155 управления реакцией на спрос может управлять одним или более устройствами в местах расположения потребителей, расположенными цепях фидеров, в ответ на данные состояния энергосети от линейного датчика. В частности, система 155 управления реакцией на спрос может подавать команду на систему 156 управления энергоснабжением и/или на систему 157 управления распределением, чтобы снизить нагрузку на фидер, отключая устройства в местах расположения потребителей, которые получают мощность от фидера, в ответ на сигнал линейного датчика, указывающий простой в цепи фидера. Таким образом, линейный датчик в совокупности с системой 155 управления реакцией на спрос может автоматически снять груз с неисправного фидера и затем локализовать повреждение.
В качестве еще одного примера, одно или более реле в энергосети может иметь связанный с ним микропроцессор. Эти реле могут осуществлять связь с другими устройствами и/или базами данных, постоянно присутствующими в энергосети, чтобы определить повреждение и/или управлять энергосетью.
Концепция и архитектура INDS
Модель с внешними данными смарт-сети/аналитическими услугами
Одно из применений архитектуры смарт-сети позволяет системе электроснабжения подписываться на услуги управления данными энергосети и аналитического анализа, сохраняя традиционные системы управления и сопутствующие собственные эксплуатационные системы. В этой модели система общественного пользования может устанавливать собственные датчики энергосети и устройства (как описано выше) и может либо иметь собственную систему связи для передачи данных и использовать ее, либо получать внешние данные. Данные энергосети могут уходить из системы энергоснабжения в удаленное место представления услуг по размещению информации системы отдаленной Intelligent Network Data Services (INDS), где данными можно управлять, их хранить и анализировать. Система энергоснабжения может затем подписываться на данные и аналитические услуги согласно соответствующей финансовой модели обслуживания. Система энергоснабжения может избежать начальных капиталовложений, связанных с инвестированием и текущими затратами на управление, поддержкой и обновлением инфраструктуры данных/аналитики смарт-сети, в обмен на взносы. Эталонная архитектура INDE, описанная выше, предоставляется описанной здесь внешней структуре.
Архитектура INDS для услуг смарт-сети
Чтобы реализовать модель услуг INDS, эталонная архитектура INDE может быть разделена на группу элементов, которые можно разместить удаленно, и группу элементов, которые могут оставаться в системе энергоснабжения. На фиг.6А-С показано, как может выглядеть архитектура системы энергоснабжения, когда Ядро 120 INDE 120 сделано удаленным. Сервер может быть частью Ядра 120 INDE, которая может действовать как интерфейс к удаленным системам. В системах общественного пользования это может выглядеть как виртуальное Ядро 602 INDE.
Как показано на общей блок-схеме 600 на фиг.6А-С, группы Подстанция 180 INDE и группы Устройство 188 INDE не отличаются от показанных на фиг.1А-С. Мультишинная структура также может продолжать использоваться и в системе энергоснабжения.
Ядро 120 INDE может управляться дистанционно, как показано на блок-схеме 700 на фиг.7. В месте хостинга Ядра 120 INDE могут устанавливаться по мере необходимости, чтобы поддерживать абонентов системы энергоснабжения INDS (показана как североамериканский Центр 702 хостинга INDS). Каждое Ядро 120 может быть блочной системой, так чтобы добавление нового абонента было рутинной операцией. Сторона, отделенная от системы общественного пользования, может управлять и поддерживать программное обеспечение одного, нескольких или всех Ядер 120 INDE, также как приложений, которые загружаются из места хостинга INDS, на каждую Подстанцию 180 INDE и Устройство 188 INDE системы энергоснабжения.
Чтобы облегчить связь, услуги связи с широкой полосой пропускания и малой задержкой, такие, которые предоставляются через сеть 704 (например, MPLS или другая WAN), могут использоваться так, чтобы иметь возможность достигнуть абонентских центров операций в системе энергоснабжения, а также мест хостинга INDS. Как показано на фиг.7, могут обслуживаться различные области, такие как Калифорния, Флорида и Огайо. Этот блочный принцип ведения операций позволяет не только эффективное управление всевозможными энергосетями. Он также позволяет улучшенное управление между энергосетями. Существуют примеры, когда отказ в одной энергосети может влиять на операции в соседней энергосети. Например, отказ в энергосети Огайо может иметь каскадное влияние на операции в соседней энергосети, такой как среднеатлантическая энергосеть. Использование блочной структуры, показанной на фиг.7, позволяет управлять индивидуальными энергосетями и осуществлять управление операциями между энергосистемами. Конкретно, общая система INDS (содержащая процессор и память) может управлять взаимодействием между различными Ядрами 120 INDE. Это может снижать вероятность катастрофического отказа, который распространяется от одной энергосети к другой. Например, отказ в энергосети Огайо может распространиться на соседнюю энергосеть, такую как среднеатлантическая энергосеть. Ядро 120 INDE 120, назначенное для управления энергосетью Огайо, может попытаться исправить отказ в энергосети Огайо. И вся система INDS может пытаться снизить вероятность каскадного отказа, возникающего в соседних энергосетях.
Конкретные примеры функциональных возможностей Ядра INDE
Как показано на фиг.1, 6 и 7, в Ядре 120 INDE содержатся различные функциональные возможности (представленные блоками), две из которых показаны и являются услугами управления данными измерителей (MDM) 121 и аналитического анализа измерителей и услуг 122. Благодаря блочному принципу архитектуры, могут иметься различные функциональные возможности, такие как MDM 121 и аналитический анализ измерений и услуги 122.
Наблюдаемость процессов
Как обсуждалось выше, одна из функциональных возможностей услуг согласно заявке может иметь возможность наблюдения процессов. Наблюдение за процессами может позволить системе энергоснабжения "наблюдать" за энергосетью. Эти процессы могут быть ответственны за интерпретацию необработанных данных, принятых от всех датчиков и устройств в энергосети, и превращение их в пригодную для обработки информацию. На фиг.8 представлен перечень некоторых примеров возможностей наблюдения за процессами.
На фиг.9А-В представлена блок-схема 900 последовательности операций процессов эксплуатации и измерения состояния энергосети. Как показано на чертеже, сканер данных может запросить данные измерителя, как показано в блоке 902. Запрос может быть отправлен одному или более устройствам энергосети, компьютерам подстанции и RTU линейных датчиков. В ответ на запрос устройства могут собирать эксплуатационные данные, как показано в блоках 904, 908, 912, и могут отправлять данные (такие, как одиночные, некоторые или все эксплуатационные данные, такие как напряжение, ток, активная мощность и реактивная мощность), как показано в блоках 906, 910, 914. Сканер данных может собирать эксплуатационные данные, как показано в блоке 926, и может отправлять данные в хранилище эксплуатационных данных, как показано в блоке 928. Хранилище эксплуатационных данных может хранить эксплуатационные данные, как показано в блоке 938. Хранилище эксплуатационных данных может дополнительно отправлять краткую характеристику данных в архив, как показано в блоке 940, и архив может хранить краткую характеристику данных, как показано в блоке 942.
Приложение, связное с состоянием измерителей, может отправить запрос данных измерителя на DCE измерителя, как показано в блоке 924, который, в свою очередь, отправляет запрос одному или более измерителям для сбора данных измерителей, как показано в блоке 920. В ответ на запрос один или более измерителей собирают данные измерителей, как показано в блоке 916, и отправляют данные напряжения на DCE измерителя, как показано в блоке 918. DCE измерителя может собирать данные напряжения, как показано в блоке 922, и отправлять данные запросчику данных, как показано в блоке 928. Приложение, связное с состоянием измерителей, может принимать данные измерителей, как показано в блоке 930, и определять, являются ли они одиночным процессом определения значения или профилем напряжения, характеризующим состояние энергосети, как показано в блоке 932. Если они являются одиночным процессом определения значения, данные измерителя передаются запрашивающему процессу, как показано в блоке 936. Если данные измерителя предназначены для хранения, чтобы определить состояние энергосети в будущее время, данные измерителя сохраняются в хранилище эксплуатационных данных, как показано в блоке 938. Хранилище эксплуатационных данных дополнительно посылает краткую характеристику данных в архив, как показано в блоке 940, и архив сохраняет краткую характеристику, как показано в блоке 942.
На фиг.9А-В дополнительно показаны действия, относящиеся к реакции на спрос (DR). Реакция на спрос относится к механизмам динамического спроса, чтобы управлять потреблением энергии потребителем в ответ на предоставление условий, например, на снижение потребителем потребления электроэнергии в критические времена или в ответ на рыночные цены. К этому можно отнести фактически сокращающую используемую мощность или запуск местных средств производства энергии, которые могут быть присоединены или не присоединены параллельно энергосети. Это может не быть связанным с эффективностью энергии, которая означает использование меньшей мощности для выполнения тех же самых задач на непрерывной основе или всякий раз, когда эта задача выполняется. При реакции на спрос потребители, использующие одну или более систем управления, могут сбрасывать нагрузку в ответ на запрос со стороны энергосети или на рыночные ценовые условия. Предоставление услуг (освещение, машины, кондиционирование воздуха) может снижаться в соответствии с заранее запланированной схемой установления приоритетов нагрузки в течение критических периодов времени. Альтернативой сброса нагрузки является локальная генерация электроэнергии у потребителя, чтобы пополнять энергосеть. В условиях недостаточности электроснабжения реакция на спрос может значительно снижать пиковую цену и, в целом, непостоянство цен на электроэнергию.
Реакция на спрос обычно может использоваться, чтобы обращаться к механизмам, используемым для стимулирования потребителей снижать пиковый спрос на электроэнергию. Так как электрические системы обычно строятся так, чтобы соответствовать максимальному спросу (плюс поле допуска для учета ошибок и непредвиденных событий), снижение пикового спроса может снижать общие требования эксплуатационных и капитальных затрат. В зависимости от конфигурации резервов генерации электроэнергии реакция на спрос, однако, может также использоваться, чтобы повышать спрос (нагрузку) во времена высокого производства и низкого спроса. Некоторые системы могут, таким образом, стимулировать накопление энергии, чтобы разрешить компромисс между периодами низкого и высокого спроса (или низких и высоких цен). Поскольку доля прерывистых источников энергии, таких как энергия ветра, в системе растет, реакция на спрос может становиться все более и более важной для эффективного управления энергосетью.
Приложение, связное с состоянием DR, может запрашивать доступные резервы DR, как показано в блоке 954. Система управления DR может затем запрашивать доступные резервы в одного или более собственных устройств DR, как показано в блоке 948. Одно или более собственных устройств могут собирать доступные резервы DR в ответ на запрос, как показано в блоке 944, и отправлять резервы DR и данные реакции на систему управления DR, как показано в блоке 946. Система управления DR может собирать ресурсы DR и данные реакции, как показано в блоке 950, и посылает данные о ресурсах DR и реакции приложению, связному с состоянием DR, как показано в блоке 952. Приложение, связное с состоянием DR, может принимать данные ресурсов DR и реакции, как показано в блоке 956, и посылать данные ресурсов и реакции в хранилище эксплуатационных данных, как показано в блоке 958. Хранилище эксплуатационных данных может хранить данные ресурсов DR и реакции, как показано в блоке 938. Хранилище эксплуатационных данных может дополнительно посылать краткие характеристики в архив, как показано в блоке 940, и архив может сохранять краткие характеристики данных, как показано в блоке 942.
Компьютер подстанции может запросить данные приложения из приложения подстанции, как показано в блоке 974. В ответ приложение подстанции может запросить приложение у подстанции, как показано в блоке 964. Устройство подстанции может собирать данные приложения, как показано в блоке 960, и посылать данные приложения устройству подстанции (которое может содержать одиночные, некоторые или все данные напряжения, тока, активной мощности и реактивной мощности), как показано в блоке 962. Приложение подстанции может собирать данные приложения, как показано в блоке 966, и отправлять данные приложения запросчику (который может быть компьютером подстанции), как показано в блоке 968. Компьютер подстанции может принимать данные приложения, как показано в блоке 970, и отправлять данные приложения в хранилище эксплуатационных данных, как показано в блоке 972.
Процесс измерения состояния энергосети и эксплуатационных данных может содержать получение состояния энергосети и топологии энергосети в заданный момент времени, а также предоставление такой информации другой системе и хранилищам данных. Составляющие процессы могут содержать: (1) измерение и получение информации о состоянии энергосети (это относится к эксплуатационным данным, обсуждавшимся ранее); (2) посылку информации о состоянии энергосистемы другим приложениям аналитического анализа (что позволяет другим приложениям, таким как приложения аналитического анализа, получать доступ к данным состояния энергосистемы); (3) существование краткой характеристики состояния энергосети, чтобы сохранять данные связности/эксплуатационные данные (которые позволяют обновление информации состояния энергосети для сохранения данных связности/эксплуатационных данных в соответствующем формате, а также передачу этой информации в архив для сохранения, так чтобы в последующие моменты времени могла быть получена точка во времени, соответствующая топологии энергосистемы); (4) извлечение топологии энергосети в данный момент времени, основываясь на связности по умолчанию и текущем состоянии энергосети (это обеспечивает топологию энергосети в заданный момент времени, применяя краткую характеристику на момент времени состояния энергосети в архиве к базовой связности в хранилище данных связности, как обсуждалось ниже более подробно); и (5) предоставление информация о топологии энергосети приложениям по запросу.
Что касается подпроцесса (4), то топология энергосети может быть получена для заданного времени, такого как в реальном времени, 30 секунд назад, 1 месяц назад и т.д. Чтобы воссоздать топологию энергосети, могут использоваться многочисленные базы данных и программа доступа к данным в многочисленных базах данных, чтобы воссоздать топологию энергосети. Одна база данных может содержать реляционную базу данных, которая хранит основные данные связности ("база данных связности"). База данных связности может хранить информацию о топологии энергосети на момент создания, чтобы определить базовую модель связности. Информация о топологии и активах может обновляться в этой базе данных на периодической основе, в зависимости от обновлений в энергосети, таких как добавление или модификация цепей в энергосети (например, дополнительные фидерные цепи, которые добавляются к энергосети). База данных связности может считаться "статической", поскольку она не изменяется. База данных связности может изменяться, если существуют изменения в структуре энергосети. Например, если существует изменение к цепях фидеров, такое как добавление фидерной цепи, база данных связности может измениться.
Один из примеров структуры 1800 базы данных связности может быть получен из иерархической модели, показанной на фиг.18A-D. Структура 1800 делится на четыре секции и на фиг.18А показана верхняя левая секция, на фиг.18В - верхняя правая секция, на фиг.18С - нижняя левая секция, и на фиг.18D показана нижняя правая секция. Конкретно, на фиг.18A-D приведен пример схемы общих связей, которая является абстрактным способом представления основной базы данных связности. Иерархическая модель на фиг.18A-D может хранить метаданные, которые описывают энергосеть и могут описывать различные компоненты энергосети и зависимости между компонентами.
Вторая база данных может использоваться для хранения "динамических" данных. Вторая база данных может содержать нереляционную базу данных. Один из примеров нереляционной базы данных может содержать архивную базу данных, которая хранит последовательные во времени неэксплуатационные данные, а также архивные эксплуатационные данные. Архивная база данных может хранить последовательность "плоских" записей, таких как: (1) отметка времени; (2) идентификатор устройства; (3) значение данных; и (4) состояние устройства. Дополнительно, хранящиеся данные могут быть сжаты. Благодаря этому, эксплуатационные/неэксплуатационные данные в энергосети могут легко сохраняться и могут управляться даже при наличии большого объема данных. Например, данные относительно порядка 5 Терабайт могут быть постоянно доступны в любой момент времени для использования, чтобы восстанавливать топологию энергосети. Поскольку данные хранятся в простой записи (то есть, без какого-либо организационного подхода), это создает эффективность при хранении данных. Как обсуждается ниже более подробно, к данным можно получать доступ посредством конкретного тега, такого как отметка времени.
Различный аналитический анализ к энергосети может потребовать получения в качестве входных данных топологии энергосети в конкретный момент времени. Например, аналитический анализ, связанный с качеством энергии, надежностью, исправностью активов и т.д., может использовать топологию энергосети в качестве входных данных. Чтобы определить топологию энергосети, можно получать доступ к основной модели связности, как она определяется данными в базе данных связности. Например, если требуется топология конкретной фидерной цепи, основная модель связности может определить различные переключатели в конкретной фидерной схеме в энергосети. После этого можно принимать доступ к архивной базе данных (основываясь на конкретном времени), чтобы определить значения переключателей в конкретной фидерной цепи. Затем программа может объединять данные из основной модели связности и архивной базы данных, чтобы создать представление конкретной фидерной цепи в определенное время.
Более сложный пример для определения топологии энергосети может содержать многочисленные фидерные цепи (например, цепь А фидера и цепь В фидера), которые имеют переключатель между энергосистемами и секционные переключатели. В зависимости от состояний переключения определенных переключателей (таких, как переключатель между энергосистемами и/или секционные переключатели), секции цепей фидеров могут принадлежать цепи А фидера или цепи В фидера. Программа, определяющая топологию энергосети, может получать доступ к данным как из основной модели связности, так и из архивной базы данных, чтобы определять связность в конкретное время (например, какие цепи принадлежат цепи А фидера или цепи В фидера).
На фиг.10 приведена блок-схема 1000 последовательности выполнения операций процессов, связанных с неэксплуатационными данными. Приложение извлечения неэксплуатационных данных может запрашивать неэксплуатационные данные, как показано в блоке 1002. В ответ сканер данных может собирать неэксплуатационные данные, как показано в блоке 1004, где посредством различных устройств в энергосети, таких как устройства энергосети, компьютеры подстанции и RTU линейных датчиков, могут собираться неэксплуатационные данные, как показано в блоках 1006, 1008, 1110. Как обсуждалось выше, неэксплуатационные данные могут содержать температуру, качество энергии и т.д. Различные устройства в энергосети, такие как устройства энергосети, компьютеры подстанции и RTU линейных датчиков, могут посылать неэксплуатационные данные сканеру данных, как показано в блоках 1012, 1014, 1116. Сканер данных может собирать неэксплуатационные данные, как показано в блоке 1018, и отправлять неэксплуатационные данные приложению извлечения неэксплуатационных данных, как показано в блоке 1020. Приложение извлечения неэксплуатационных данных может собрать неэксплуатационные, как показано в блоке 1022, и отправить собранные неэксплуатационные данные в архив, как показано в блоке 1024. Архив может принимать неэксплуатационные данные, как показано в блоке 1026, хранить неэксплуатационные данные, как показано в блоке 1028, и посылать неэксплуатационные данные одному или более аналитическим приложениям, как показано в блоке 1030.
На фиг.11 представлена блок-схема 1100 последовательности операций процессов управления событиями. Данные могут быть созданы различными устройствами, основываясь на различных событиях в энергосети, и посылаться через шину 147 событий. Например, механизм сбора данных измерителей может посылать информацию уведомления о нарушении подачи /восстановлении подачи мощности на шину событий, как показано в блоке 1102. RTU линейных датчиков создают сообщение о неисправности и могут отправить сообщение о неисправности на шину событий, как показано в блоке 1104. Подстанция может провести аналитический анализ, который может создать сообщение о неисправности и/или прекращении подачи мощности на шине событий, как показано в блоке 1106. Архив может отправить сигнал режима на шину событий, как показано в блоке 1108. Кроме того, через шину 147 событий 147 могут посылать данные различные процессы. Например, интеллектуальный процесс обращения с повреждениями, обсуждаемый более подробно на фиг.14А-С, может отправлять событие анализа повреждения через шину событий, как показано в блоке 1110. Интеллектуальный процесс обращения с прекращением подачи мощности, обсуждаемый более подробно на фиг.13А-В, может отправить событие прекращения подачи мощности через шину событий, как показано в блоке 1112. Шина событий может собирать различные события, как показано в блоке 1114. Кроме того, события, отправленные через шину событий, могут обрабатывать службы обработки сложных событий (СЕР), как показано в блоке 1120. Службы СЕР могут обрабатывать запросы от многочисленных одновременных высокоскоростных потоков сообщений о событиях в реальном времени. После обработки службами СЕР данные событий могут быть отправлены через шину событий, как показано в блоке 1118. Кроме того, архив может принимать через шину событий один или более журналов событий для хранения, как показано в блоке 1116. Также данные событий могут приниматься одним или более приложениями, такими как система управления нарушениями подачи мощности (OMS), сбор данных о нарушениях подачи, аналитический анализ повреждений и т.д., как показано в блоке 1122. Таким образом, шина событий может посылать данные событий приложению, избегая, тем самым, проблемы "накопителя" с непредоставлением данных другим устройствам или другим приложениям.
На фиг.12А-С представлена блок-схема 1200 последовательности операций передачи сигналов для реакции на спрос (DR). DR может потребовать приложение для операций распределения, как показано в блоке 1244. В ответ связность/состояние энергосети может собирать данные доступности DR, как показано в блоке 1202, и может отправлять данные, как показано в блоке 1204. Приложение для операций распределения может распределять оптимизацию доступности DR, как показано в блоке 1246, через шину событий (блок 1254) одной или более системам управления DR. Система управления DR может посылать информацию DR и сигналы в одно или более помещений пользователя, как показано в блоке 1272. Одно или более помещений пользователя могут принимать сигналы DR, как показано в блоке 1266, и посылать реакцию DR, как показано в блоке 1268. Управление DR может принимать реакцию DR, как показано в блоке 1274, и посылать реакции DR на одну, несколько или на все шины 146 данных операций базе данных для составления счетов и маркетинговой базе данных, как показано в блоке 1276. База данных для составления счетов и маркетинговая база данных могут принимать реакции, как показано в блоках 1284, 1288. Шина 146 данных операций может также принимать реакции, как показано в блоке 1226, и посылать реакции DR и имеющиеся в наличии резервы в собрание данных DR, как показано в блоке 1228. Собрание данных DR может обрабатывать реакции DR и имеющиеся в наличии резервы, как показано в блоке 1291, и отправлять данные на шину данных операций, как показано в блоке 1294. Шина данных операций может принимать данные доступности DR и реакцию, как показано в блоке 1230, и отправлять их на блок связности/состояния энергосети. Блок связности/состояния энергосети может принимать данные, как показано в блоке 1208. Принятые данные могут использоваться для определения данных состояния сети, которые могут быть отправлены (блок 1206) через шину данных операций (блок 1220). Приложение для операций распределения может принимать данные состояния энергосети (в качестве сообщения события для оптимизации DR), как показано в блоке 1248. Используя данные состояния энергосети и реакцию DR, приложение для операций распределения может проводить оптимизацию распределения для создания данных распределения, как показано в блоке 1250. Данные распределения могут быть получены посредством шины данных операций, как показано в блоке 1222, и могут быть отправлены приложению для извлечения связности, как показано в блоке 1240. Шина эксплуатационных данных может отправлять данные (блок 1224) приложению для операций распределения, которое может, в свою очередь, отправлять один или более сигналов DR одной или более системам управления DR (блок 1252). Шина событий может собирать сигналы для каждой одной или более систем управления DR (блок 1260) и отправлять сигналы DR каждой из систем управления DR (блок 1262). Система управления DR может затем обрабатывать сигналы DR, как обсуждалось выше.
Архив операций связи может посылать данные на шину событий, как показано в блоке 1214. Архив операций связи может также посылать данные портфеля генерации, как показано в блоке 1212. Или, устройство управления активами, такое как Ventyx, может запрашивать информацию виртуальной электростанции (VPP), как показано в блоке 1232. Шина эксплуатационных данных может собирать данные VPP, как показано в блоке 1216, и посылать данные на устройство управления активами, как показано в блоке 1218. Устройство управления активами может собирать данные VPP, как показано в блоке 1234, проводить оптимизацию системы, как показано в блоке 1236, и посылать сигналы VPP на шину событий, как показано в блоке 1238. Шина событий может принимать сигналы VPP, как показано в блоке 1256, и посылать сигналы VPP приложению операций распределения, как показано в блоке 1258. Приложение по операциям распределения может затем принимать и обрабатывать сообщения о событиях, как обсуждалось выше.
Приложение для извлечения соединений может извлекать новые данные о потребителях, как показано в блоке 1278, которые должны отправляться в базу данных маркетинга, как показано в блоке 1290. Новые данные о потребителях могут посылаться в систему связности/состояния энергосети, как показано в блоке 1280, так чтобы система связности/состояния сети могла получать новые данные связности DR, как показано в блоке 1210.
Оператор может посылать один или более сигналов отмены, если требуется, как показано в блоке 1242. Сигналы отмены могут посылаться приложению по операциям распределения. Сигнал отмены может быть послан системе управления энергопотреблением, как показано в блоке 1264, базе данных составления счетов, как показано в блоке 1282, и/или базе данных маркетинга, как показано в блоке 1286.
На фиг.13А-В представлена блок-схема 1300 последовательности выполнения операций сбора сведений о нарушениях в работе. Различные устройства и приложения могут посылать уведомление о нарушениях подачи электроэнергии, как показано в блоках 1302, 1306, 1310, 1314, 1318. События нарушений в работе могут быть собраны шиной событий, как показано в блоке 1324, который может посылать события нарушений в работе в систему обработки сложных событий (СЕР), как показано в блоке 1326. Дополнительные различные устройства и приложения могут посылать данные о состоянии восстановления подачи электроэнергии, как показано в блоке 1304, 1308, 1312, 1316, 1320. Система СЕР может принимать сообщения о состояниях нарушений в работе и восстановления (блок 1330), обрабатывать события (блок 1332) и посылать данные событий (блок 1334). Приложение сбора сведений о нарушениях в работе может принимать данные событий (блок 1335) и запрашивать данные о состоянии энергосети и связности (блок 1338). Шина эксплуатационных данных может принимать запрос на данные о состоянии энергосети и связности (блок 1344) и передавать его в хранилище эксплуатационных данных и/или в архив. В ответ хранилище эксплуатационных данных и архив могут посылать данные о состоянии энергосети и связности (блоки 1352, 1354) через шину эксплуатационных данных (блок 1346) приложению сбора сведений о нарушениях в работе (блок 1340). Определяется, указывают ли данные состояния энергосети и связности, было ли такое состояние мгновенным, как показано в блоке 1342. Если да, то такие моментальные данные посылаются через шину эксплуатационных данных (блок 1348) базе данных моментальных данных для хранения (блок 1350). В противном случае,создается случай нарушения в работе (блок 1328) и данные случая нарушения в работе сохраняются и обрабатываются системой управления при нарушениях в работе (блок 1322).
Процессы сбора сведений о нарушениях в работе могут обнаруживать нарушения в работе, классифицировать и регистрировать моментальные данные, определять степень нарушения в работе, определять первопричину(-ы) нарушений в работе, следить за устранением нарушений в работе; создавать события нарушений в работе и обновлять индексы рабочих показателей системы.
На фиг.14А-С представлена блок-схема 1400 последовательности операций процесса сбора сведений при нарушениях в работе. Обработка сложных событий может потребовать данные у одного или более устройств, как показано в блоке 1416. Например, данные состояния энергосети и связности в ответ на запрос могут посылать данные состояния энергосети и связности для использования в процессе обработки сложных событий, как показано в блоке 1404. Точно также, архив, в ответ на запрос, может посылать состояние переключателя в реальном времени для использования в процессе обработки сложных событий, как показано в блоке 1410. Кроме того, процесс обработки сложных событий может принимать данные состояния сети и связности и состояние переключателя, как показано в блоке 1418. Аналитический анализ подстанции может запросить данные о повреждении, как показано в блоке 1428. Данные о повреждении могут быть посланы множеством устройств, таких как RTU линейного датчика и компьютеры подстанции, как показано в блоках 1422, 1424. Различные данные о повреждении, состоянии энергосети, данные связности и состояния переключателей могут быть посланы процессу аналитического анализа подстанции для обнаружения и характеризации событий, как показано в блоке 1430. Шина событий может также принимать сообщения о событиях (блок 1434) и посылать сообщения о событиях процессу аналитического анализа подстанции (блок 1436). Процесс аналитического анализа подстанции может определить тип события, как показано в блоке 1432. Для событий защиты и изменения управления компьютеры подстанции могут принимать сообщение о событии повреждения, как показано в блоке 1426. Для всех других типов событий событие может быть принято шиной событий (блок 1438) и послано для комплексной обработке событий (блок 1440). Процесс обработки сложных событий может принимать данные событий (блок 1420) для дополнительной обработки. Точно также состояние энергосети и связность могут посылать данные энергосети в процесс обработки сложных событий, как показано в блоке 1406. Кроме того, хранилище общей информационной модели (CIM) может посылать метаданные для обработки сложных событий, как показано в блоке 1414.
Процесс обработки сложных событий может посылать сообщение о событии повреждения, как показано в блоке 1420. Шина событий может принимать сообщение (блок 1442) и посылать сообщение о событии приложению сбора сведений о повреждениях (блок 1444). Приложение сбора сведений о повреждениях может принять данные события (блок 1432) и запросить состояние энергосети, данные связности состояние переключателя, как показано в блоке 1456. В ответ на запрос приложение состояния энергосети и связности посылает данные состояния энергосети и связности (блок 1408), и архив отправляет данные состояния переключателя (блок 1412). Приложение сбора сведений о повреждениях принимает данные (блок 1458), анализирует данные и отправляет данные событий (блок 1460). Данные событий могут приниматься шиной событий (блок 1446) и отправляться файлу регистрации повреждений (блок 1448). Файл регистрации повреждений может регистрировать данные событий (блок 1402). Данные событий могут также приниматься шиной эксплуатационных данных (блок 1462) и передаваться одному или более приложениям (блок 1464). Например, приложение сбора сведений о нарушениях в работе может принимать данные событий (блок 1466), обсужденные выше со ссылкой на фиг.13А-В. Система управления операциями может также принимать данные событий в форме наряда на работу, как показано в блоке 1468. Кроме того, данные событий могут получать другие запрашивающие приложения, как показано в блоке 1470.
Процессы сбора сведений могут нести ответственность за интерпретацию данных энергосети, чтобы получать информацию о текущих и потенциальных повреждениях внутри энергосети. Конкретно, повреждения могут обнаруживаться, используя процессы сбора сведений о повреждениях. Повреждение обычно является коротким замыканием, вызванным появлением неисправностей сбоя оборудования или альтернативного пути для электрического тока, например неисправная линия электропитания. Эти процессы могут использоваться для обнаружения типичных повреждений (обычно обрабатываются традиционным оборудованием обнаружения повреждений и защиты - реле, плавкие предохранители и т.д.), а также повреждений, связанных с высоким импедансом внутри энергосети, которые не могут легко обнаруживаться, используя токи, протекающие при повреждении.
Процесс сбора сведений о повреждениях может также классифицировать и распределять повреждения по категориям. Это позволяет классифицировать и определять категории повреждений. В настоящее время не существует никакого стандарта систематической организации и классификации повреждений. Для всего этого де-факто может быть установлен и реализован стандарт. Процесс сбора сведений о повреждениях может дополнительно характеризовать повреждения.
Приложение сбора сведений о повреждениях может также определять местоположение повреждения. Определение местоположения повреждения в распределенной системе может быть трудной задачей из-за ее высокой сложности и трудности, вызванных уникальными характеристиками распределительной системы, такими как разбалансированная нагрузка, трех-, двух- и однофазные ответвления, отсутствие датчиков/измерителей, различные типы повреждений, различные причины коротких замыканий, изменяя условия нагрузки, длинные фидеры с многочисленными ответвлениями и конфигурациями сети, которые не документированы. Этот процесс позволяет использовать множество способов локализации повреждений с настолько большой точностью, насколько позволяет технология.
Сбор сведений о повреждениях может дополнительно вызывать события неисправности. Конкретно, этот процесс может создавать и пускать в обращение события повреждения на шину событий, как только повреждение было обнаружено, классифицировано, категоризировано, охарактеризовано и локализовано. Этот процесс может также быть ответственным за сбор, фильтрацию, сопоставление и повторное копирование повреждения, так что появляется индивидуальное событие повреждения, а не лавина, основанная на необработанных событиях, которые типичны во время отказа. Наконец, приложение сбора сведений о повреждениях может регистрировать события повреждения в базе регистрации событий.
На фиг.15А-В представлена блок-схема 1500 последовательности выполнения операций процессов управления метаданными. Процессы управления метаданных могут содержать: управление списком пунктов; управление связностью и протоколом связи; назначение и перевод названий; управление коэффициентом калибровки датчиков; и управление данными топологии энергосети в реальном времени. Приложение извлечения основной связности может требовать базовых данных связности, как показано в блоке 1502. Географические информационные системы (GIS) могут получать запрос (блок 1510) и посылать данные приложению извлечения основной связности (блок 1512). Приложение извлечения основной связности может принимать данные (блок 1504), извлекать, преобразовывать и загружать данные (блок 1506) и посылать основные данные связности в центр данных связности (блок 1508). Центр данных связности может после этого принимать данные, как показано в блоке 1514.
Центр данных связности может содержать хранилище данных потребителя, в котором находится информация об электрической связности компонент энергосети. Как показано на фиг.15А-В, эта информация может обычно быть получена от географической информационной системы (GIS) системы энергоснабжения, которая хранит географическое положение компонент, составляющих энергосеть, по состоянию на момент постройки. Данные в этом хранилище данных описывают иерархическую информацию обо всех компонентах энергосети (подстанция, фидер, секция, сегмент, ветвь, т-образная секция, прерыватель, автомат повторного включения, переключатель и т.д. - в основном, все активы). Это хранилище данных может иметь информацию об активах и связности по состоянию на момент постройки.
Приложение извлечения метаданных может запрашивать метаданные для активов энергосети, как показано в блоке 1516. База данных для метаданных может принимать запрос (блок 1524) и посылать метаданные (блок 1526). Приложение извлечения метаданных может принимать метаданные (блок 1518), извлекать, преобразовывать и загружать метаданные (блок 1520) и посылать метаданные в хранилище данных CIM (блок 1522).
Хранилище данных CIM (Common Information Model, общая информационная модель) может затем хранить данные, как показано в блоке 1528. CIM может предписывать стандартные форматы системы общественного пользования для представления данных системы общественного пользования. Смарт-сеть INDE может облегчить доступность информации от смарт-сети в стандартном формате системы общественного пользования. Кроме того, хранилище данных CIM может облегчить преобразование конкретных данных INDE в один или более форматов, таких как заданный стандартный формат системы общественного пользования.
Приложение извлечения активов может запросить информацию о новых активах, как показано в блоке 1530. Реестр активов может принять запрос (блок 1538) и послать информацию о новых активах (блок 1540). Приложение извлечения активов может принять информацию о новых активах (блок 1532), извлечь, преобразовать и загрузить данные (блок 1534) и послать информацию о новых активах в хранилище данных CIM (блок 1536).
Приложение извлечения связности DR может запрашивать данные связности DR, как показано в блоке 1542. Шина эксплуатационных данных может послать запрос данных связности DR маркетинговой базе данных, как показано в блоке 1548. Маркетинговая база данных может принять запрос (блок 1554), извлечь, преобразовать, загрузить данные связности DR (блок 1556) и послать данные связности DR (блок 1558). Шина эксплуатационных данных может послать данные связности DR приложению извлечения связности DR (блок 1550). Приложение извлечения связности DR может принять данные связности DR (блок 1544) и послать данные связности DR (блок 1546) через шину эксплуатационных данных (блок 1552) на приложение состояния энергосети и связности DM, которое хранит данные связности DR (блок 1560).
На фиг.16 представлена блок-схема 1600 последовательности выполнения операций процессов средства уведомления. Абонент уведомлений может регистрироваться на веб-странице, как показано в блоке 1602. Абонент уведомления может создавать/модифицировать/стирать параметры списка наблюдения за сценарием, как показано в блоке 1604. Веб-страница может хранить созданный/модифицированный/ стираемый список наблюдения за сценарием, как показано в блоке 1608, и хранилище данных CIM может создавать список тегов данных, как показано в блоке 1612. Служба перевода названий может преобразовывать теги данных для архива (блок 1614) и посылать теги данных (блок 1616). Веб-страница может посылать список тегов данных (блок 1610) через шину эксплуатационных данных, которая принимает список тегов данных (блок 1622) и передает его средству уведомления (блок 1624). Средство уведомления принимает список (блок 1626), подтверждает правильность и объединяет списки (блок 1628) и проверяет архив уведомлений по сценарию (блок 1630). Если обнаружены исключения, согласующиеся со сценариями (блок 1632), уведомление посылается (блок 1634). Шина событий принимает уведомление (блок 1618) и отправляет его абоненту уведомления (блок 1620). Абонент уведомления может принять уведомление посредством предпочтительного носителя, такого как текст, электронная почта, телефонный вызов и т.д., как показано в блоке 1606.
На фиг.17 представлена блок-схема 1700 процессов сбора данных измерителей (AMI). Текущий коллектор может запрашивать данные резидентных измерителей, как показано в блоке 1706. Один или более резидентных измерителей могут собирать данные резидентных измерителей в ответ на запрос (блок 1702) и посылать данные резидентных измерителей (блок 1704). Текущий коллектор может принимать данные резидентных измерителей (блок 1708) и посылать их на шину эксплуатационных данных (блок 1710). Механизм сбора данных измерителя может запрашивать данные коммерческих и промышленных измерителей, как показано в блоке 1722. Один или более коммерческих и промышленных измерителей могут собирать данные коммерческих и промышленных измерителей в ответ на запрос (блок 1728) и посылать данные коммерческих и промышленных измерителей (блок 1730). Механизм сбора данных измерителей может принимать данные коммерческих и промышленных измерителей (блок 1724) и посылать их на шину эксплуатационных данных (блок 1726).
Шина эксплуатационных данных может принимать данные резидентных, коммерческих и промышленных измерителей (блок 1712) и посылать данные (блок 1714). Данные могут приниматься базой данных хранилища данных измерителей (блок 1716) или могут приниматься процессором составления счетов (блок 1718), который может, в свою очередь, посылать их одной или более системам, таким как система CRM (управление отношениями с клиентами).
Процессы наблюдения могут дополнительно содержать процессы дистанционного контроля активов. Контроль активов в пределах энергосети может быть оправданно трудными. Могут существовать различные участки энергосети, некоторые из которых являются очень дорогостоящими. Например, подстанции могут содержать силовые трансформаторы (стоимостью свыше 1 миллиона долларов США) и прерыватели. Часто системы электроснабжения, в любом случае, мало что делают, чтобы анализировать активы и максимизировать использование активов. Вместо этого, центр внимания системы энергоснабжения обычно сосредоточен на гарантии поддержания подачи мощности потребителю. Конкретно, система энергоснабжения сосредотачивается на плановых инспекциях (которые обычно должны проводиться с заданными интервалами) или "управляемом событиями" обслуживании (которое должно проводиться, если на участке энергосети происходит повреждение).
Вместо типичных плановых инспекций или "управляемого событиями" обслуживания процессы дистанционного контроля активов могут сосредотачиваться на обслуживании, основанном на состоянии. Конкретно, если один участок (или все участки) энергосети может оцениваться (на периодической или непрерывной основе базиса), поддержание исправного состояния энергосети может быть улучшено.
Как обсуждалось выше, данные могут создаваться на различных участках энергосети и передаваться (или быть доступны) центральной организации. Данные могут затем использоваться центральной организацией для определения состояния исправности энергосети. Кроме анализа исправности энергосети, центральная организация может выполнять контроль использования. Как правило, оборудование в энергосети эксплуатируется, используя значительные запасы надежности. Одна из причин этого заключается в том, что предприятия энергоснабжения консервативны по своей природе и стремятся поддерживать подаваемую потребителю энергию в пределах широкого поля допусков. Другая причина этого состоит в том, что предприятия общественного пользования, контролирующие энергосеть, могут не знать о размере элемента оборудования, используемого в энергосети. Например, если энергетическая компания передает энергию по конкретной фидерной цепи, энергетическая компания может не иметь средства, позволяющего ей знать, насколько передаваемая мощность близка к предельным параметрам фидерной цепи (например, фидерная цепь может чрезмерно перегреваться). Из-за этого предприятия общественного пользования могут недоиспользовать один или более участков энергосети.
Энергетические компании также обычно тратят значительную сумму денег для повышения мощности энергосети, так как нагрузка на энергосети растет (то есть, увеличивается количество используемой мощности). Из-за отсутствия у энергетических компаний знания эти компании могут без необходимости обновлять энергосистему. Например, фидерные цепи, которые не эксплуатируются при мощности, близкой к предельной, могут, тем не менее, обновляться посредством рекондукторинга (то есть, прокладки более толстых проводов в фидерные цепи) или могут прокладываться дополнительные фидерные цепи. Их стоимость, сама по себе, значительна.
Дистанционные процессы контроля активов могут контролировать различные аспекты энергосети, такие как: (1) анализ текущего состояния исправности активов для одного или более участков энергосети; (2) анализ будущего состояния исправности активов для одного или более участков энергосети; и (3) анализ использования одного или более участков энергосети. Во-первых, один или более датчиков могут измерять и передавать данные для использования дистанционными процессами контроля активов, чтобы определять текущее состояние исправности конкретного участка энергосети. Например, датчик на силовом трансформаторе может обеспечивать индикацию исправности, измеряя рассеянные газы на трансформаторе. Дистанционные процессы контроля активов могут затем использовать аналитические инструменты, чтобы определить, если конкретный участок энергосети (такой, как силовой трансформатор) исправен или неисправен. Если конкретный участок энергосети неисправен, этот конкретный участок энергосети может быть выявлен.
Кроме того, дистанционные процессы контроля активов могут анализировать данные, создаваемые участками энергосети, чтобы прогнозировать будущую исправность активов участков энергосети. Существуют вопросы, вызывающие напряженность в работе электрических компонент. Факторы создания напряженности не обязательно могут быть постоянными, они могут быть прерывистыми. Датчики могут обеспечивать индикацию напряженности на конкретном участке энергосети. Дистанционные процессы контроля активов могут регистрировать результаты измерения напряженности, индицируемые по данным датчиков, и могут анализировать результаты измерения напряженности, чтобы прогнозировать будущее состояние исправности энергосети. Например, дистанционные процессы контроля активов могут использовать анализ тенденций для прогнозирования, когда конкретный участок энергосети может выйти из строя, и могут планировать обслуживание заранее (или одновременно) того времени, когда конкретный участок энергосети может перестать работать. Таким образом, дистанционные процессы контроля активов могут прогнозировать срок службы конкретного участка энергосети и, таким образом, определять, когда срок службы этого участка энергосети становится слишком коротким (то есть используемый участок энергосети будет слишком быстро приближаться к неисправности).
Дополнительно, дистанционные процессы контроля активов могут анализировать использование участка энергосети, чтобы лучше управлять энергосистемой. Например, дистанционные процессы контроля активов могут анализировать фидерную цепь, чтобы определить, какова ее рабочая нагрузочная способность. В этом примере с фидерной цепью дистанционные процессы контроля активов могут определить, что фидерная цепь в настоящий момент эксплуатируется на 70%. Дистанционные процессы контроля активов могут дополнительно рекомендовать, что конкретную фидерную цепь можно эксплуатировать с более высоким процентом (таким, как 90%), все еще сохраняя приемлемые запасы надежности. Дистанционные процессы контроля активов могут, таким образом, позволять эффективно увеличивать производительность просто за счет анализа использования.
Методология определения конкретной технической архитектуры
Существуют различные методологии определения конкретной технической архитектуры, которая может использовать один, несколько или все элементы эталонной архитектуры INDE. Методология может содержать множество этапов. Во-первых, может быть выполнен базовый этап по созданию документации по текущему состоянию системы общественного пользования и оценке готовности для перехода к смарт-сети. Во-вторых, может быть выполнен этап создания требований по определению будущего состояния и подробных требований для перехода к этому состоянию. В-третьих, может быть выполнен этап разработки решений по созданию решения компонент архитектуры, которые содержат смарт-сеть, в том числе измерения, контроль и управление. Для архитектуры INDE сюда могут входить измерительные приборы, система связи для передачи данных от устройств к приложениям Ядра 120 INDE, причем такие приложения Ядра 120 INDE, которые должны сохранять данные и реагировать на данные, аналитические приложения для интерпретации данных, архитектура данных для моделирования измеренных и интерпретированных данных, архитектура интегрирования для обмена данными и информацией между INDE и системами общественного пользования, технологическая инфраструктура для использования различных приложений, баз данных и стандартов, которым можно следовать, чтобы позволить получить промышленное стандартное мобильное и эффективное решение. В-четвертых, моделирование значений может выполняться при создании ключевых показателей эффективности и факторов успеха для смарт-сети и реализации возможности измерять и оценивать характеристики системы в зависимости от желаемых факторов характеристик. Приведенное выше раскрытие относится к аспекту развития архитектуры на этапе 3.
На фиг.19А-В представлен пример графического представления прохождения процесса разработки подробного проекта. Конкретно, на фиг.19А-В представлена последовательность выполнения этапов, которые могут быть предприняты, чтобы определить требования к смарт-сети, и этапов, которые могут быть выполнены для реализации смарт-сети. Процесс разработки смарт-сети может начинаться с разработки видения смарт-сети, которое может в целом обрисовать общие цели проекта, способного привести к процессу составления оперативного плана. Процесс составления оперативного плана может привести к подробному плану и моделированию значений.
Составление подробного проекта может обеспечить методологический подход к определению смарт-сети в контексте всего энергетического предприятия. Составление подробного проекта может содержать общий оперативный план, который может привести к базисной и системной оценке (BASE) и к определению требований и выбору аналитического анализа (RDAS). Процесс RDAS может создать подробное определение конкретной смарт-сети энергетического предприятия.
Процесс BASE может установить начальную точку для системы энергоснабжения с точки зрения систем, сетей, устройств и приложений для поддержки возможностей смарт-сети. Первая часть процесса состоит в разработке системных материально-производственных запасов энергосети, которая может содержать: структуру энергосети (такую, как генерация, линии передачи, подстанции передачи, подлинии передачи, подстанции распределения, распределительные фидеры, классы напряжения); устройства энергосети (такие, как переключатели, автоматы повторного включения, конденсаторы, стабилизаторы, компенсаторы падения напряжения, фидерные связи); средства автоматизации подстанции (такие, как IED, LAN подстанции, измерительная аппаратура, RTU/компьютеры станции); средства автоматизации распределения (такие, как управление конденсаторами и переключателями; локализация повреждений и динамическое средство управления нагрузкой; системы координации LTC; DMS; система управления реакцией на спрос); и датчики энергосети (такие, как датчики типов, количества, использования и счетчики на распределительных энергосетях, на линиях передачи и на подстанциях); и т.д. Как только с материально-производственными запасами все решено, может быть создана оценка системы общественного пользования относительно модели готовности смарт-сети высокого уровня. Могут быть также созданы модель потоков данных на текущий момент и схема системы.
Процесс конфигурации архитектуры (ARC) может разработать предварительную техническую архитектуру смарт-сети для системы энергоснабжения, объединяя информацию из процесса BASE, требований и ограничения из процесса RDAS и эталонной архитектуры INDE, чтобы создать техническую архитектуру, удовлетворяющую конкретным нуждам системы энергоснабжения, которая пользуется преимуществами соответствующих наследованных систем и которая соответствует ограничениям, существующим в системе энергоснабжения. Использование эталонной архитектуры INDE может помочь избежать необходимости изобретать индивидуальную архитектуру и гарантирует, что к разработке решения привлекаются накопленный опыт и наилучшая практика. Это может также гарантировать, что решение сможет максимально использовать пригодные для повторного применения активы смарт-сетей.
Процесс конфигурация архитектуры сети датчиков (SNARC) может обеспечить структуру для создания серии решений, определяющих архитектуру распределенной сети датчиков для поддержки смарт-сети. Структура может быть выполнена как ряд деревьев решений, каждое из которых ориентировано на конкретный аспект архитектуры сети датчиков. Когда решения приняты, может быть создана схема архитектуры сети датчиков.
Распределение датчиков посредством процесса рекурсии Т-сечения (SATSECTR) может обеспечить структуру для определения, сколько датчиков должно быть размещено на сетке распределения, чтобы получить заданный уровень наблюдаемости, подчиняясь ограничениям по стоимости. Этот процесс может также определять типы датчиков и места расположения.
Процесс оценки элементов решения и шаблон компонентов (SELECT) может обеспечить структуру для оценки типов компонент решения и обеспечивает шаблон проекта для каждого класса компонент. Шаблон может содержать эталонную модель спецификаций для каждого из элементов решения. Эти шаблоны могут затем использоваться для запроса предложений цены поставщиков и поддерживать оценки поставщиков/изделий.
Процесс планирования обновлений для приложений и сетей (UPLAN) может обеспечивать разработку плана обновления существующих систем энергоснабжения, приложений и сетей, чтобы быть готовым к интегрированию в решении смарт-сети. Процесс оценки степени риска и планирования управления (RAMP) может обеспечить оценку риска, связанного с конкретными элементами решения для смарт-сети, создаваемой в процессе ARC. Процесс UPLAN может оценивать уровень или степень риска для идентифицированных элементов риска и обеспечивает план действий по снижению риска перед тем, как система общественного пользования подвергнется расширению. Процесс планирования анализа изменений и управления (CHAMP) может анализировать процесс и организационные изменения, которые могут понадобиться для системы энергоснабжения, чтобы реализовать стоимость инвестиций в смарт-сеть, и может обеспечить план управления высокого уровня, чтобы выполнить эти изменения способом, синхронизированным с развертыванием смарт-сети. Процесс CHAMP может привести к созданию подробного проекта.
Оперативный план в процессе моделирования значений может привести к назначению метрики для значений, что далее может привести к оценке стоимости и прибыли. Оценка может привести к созданию одного или более случаев, таких как случай коэффициентов и случай бизнеса, которые, в свою очередь, могут привести к закрытию случая. Результаты подробного плана и моделирования значений могут быть посланы энергетической компании для утверждения, которое может в результате привести к обновлениям системы общественного пользования, развертыванию смарт-сетей и действиям по снижению риска. После всего перечисленного, энергосеть может быть спроектирована, построена и проверена, а затем введена в эксплуатацию.
Описание альтернативной архитектуры INDE высокого уровня
В одном примере общая архитектура INDE может быть применима к отрасли, содержащей как мобильные, так и стационарные датчики. Архитектура INDE может быть реализована так, чтобы принимать данные датчиков и соответственно реагировать как через распределенный, так и через централизованный интеллектуальный центр. На фиг.21-28 поясняются примеры архитектуры INDE, реализованной в различных отраслях транспортных перевозок.
Общая архитектура
Обращаясь к чертежам, на которых схожие ссылочные позиции относятся к схожим элементам, на фиг.21А-С представлен один из примеров общей архитектуры для INDE. Эта архитектура может служить эталонной моделью, которая обеспечивает последовательные сбор, передачу, хранение и управление сетевыми данными, связанными с одной или более конкретными отраслями. Она может также обеспечивать аналитический анализ и управление аналитическим анализом, а также интегрирование вышесказанного в процессы и системы. Следовательно, она может рассматриваться как архитектура всего предприятия. Некоторые элементы, такие как оперативное управление и аспекты самой сети, ниже обсуждаются более подробно.
Архитектура, показанная на фиг.21А-С может содержать до четырех шин данных и интеграции: (1) высокоскоростная шина 2146 данных датчиков скорости (которые могут содержать эксплуатационные и неэксплуатационные данные); (2) выделенная шина 2147 обработки событий (которая может содержать данные события); (3) шина 2130 обслуживания операций (которая может служить для предоставления информации операционного подразделения); и (4) шина обслуживания предприятия для IT-систем операционного подразделения (показана на фиг.1А-С как шина 2114 среды интеграции предприятия, чтобы обслуживать IT-службу 2115 предприятия). Отдельные шины данных могут быть реализованы одним или более способами. Например, две или более шин данных, такие как высокоскоростная шина 2146 данных датчиков и шина 2147 обработки событий, могут быть разными сегментами единой шины данных. Конкретно, шины могут иметь сегментированную структуру или платформу. Как более подробно обсуждается ниже, аппаратурное обеспечение и/или программное обеспечение, такое как один или более переключателей, могут использоваться для маршрутизации данных на различных сегментах шины данных.
В качестве другого примера, две или более шин данных могут быть отдельными шинами, такими как отдельные физические шины, с точки зрения аппаратурного обеспечения, необходимого для передачи данных по отдельным шинам. Конкретно, каждая из шин может содержать кабельную разводку, отделенную друг от друга. Дополнительно, некоторые или все отдельные шины могут иметь один и тот же тип. Например, одна или более шин могут содержать локальную сеть (LAN), такую как Ethernet, по неэкранированной кабельной разводке из витой пары и Wi-Fi. Как обсуждается ниже более подробно, аппаратурное обеспечение и/или программное обеспечение, такое как маршрутизатор, может использоваться для направления данных на одну из шин из числа различных физических шин.
В качестве еще одного другого примера, две или более шин могут находиться на разных сегментах в структуре единой шины, и одна или более шин могут находиться на отдельных физических шинах. Конкретно, высокоскоростная шина 2146 данных датчиков и шина 2147 обработки событий могут быть разными сегментами единой шины данных, тогда как шина 2114 среды интеграции предприятия может находиться на физически отдельной шине.
Хотя на фиг.21А-С показаны четыре шины, может использоваться меньшее или большее количество шин, чтобы передавать четыре перечисленных типа данных. Например, единая несегментированная шина может использоваться, чтобы передавать данные датчиков и данные обработки событий (приводя общее количество шин к трем), как обсуждается ниже. Кроме того, система может работать без шины 2130 обслуживания операций и/или шины 2114 среды интеграции предприятия.
Среда IT может быть SOA-совместимой. Сервисно-ориентированная архитектура (SOA) является архитектурным стилем вычислительных систем для создания и использования бизнес-процессов, скомпонованным как услуги на протяжении всего срока службы. SOA также определяет и устанавливает инфраструктуру IT, чтобы позволить различным приложениям обмениваться данными и участвовать в бизнес-процессах. Хотя использование SOA и шины обслуживания предприятия является необязательным.
В примере обобщенной отрасли на чертежах показаны различные элементы, свойственные общей архитектуре, такие как: (1) Ядро 120 INDE; и (2) Устройство 2188 INDE. Это деление элементов в пределах общей архитектуры служит для целей иллюстрации. Может использоваться другое деление элементов. Кроме того, деление элементов может различаться для различных отраслей. Архитектура INDE может использоваться для поддержки как распределенных, так и централизованных подходов к интеллекту, и обеспечения механизмов работы с масштабированием в больших реализациях.
Эталонная архитектура INDE является одним из примеров технической архитектуры, которая может быть реализована. Например, это может быть пример метаархитектуры, используемой для обеспечения начальной точки для разработки любого количества конкретных технических архитектур, по одной для каждого отраслевого решения {например, различные решения для различных отраслей) или одной для каждого применения в пределах отрасли (например, первое решение для первой сети транспортных перевозок и второе решение для второй сети транспортных перевозок), как обсуждается ниже. Таким образом, конкретное решение для конкретной отрасли или конкретного применения в пределах отрасли (такое как применение к конкретному предприятию) может содержать один, некоторые или все элементы эталонной архитектуры INDE. Кроме того, эталонная архитектура INDE может обеспечивать стандартизированную начальную точку для разработки решения. Ниже обсуждается методология определения конкретной технической архитектуры для конкретной отрасли или конкретного применения в пределах отрасли.
Эталонная архитектура INDE может быть общей архитектурой предприятий. Ее целью может быть обеспечение структуры непрерывного управления данными и аналитическим анализом и их интеграцией в системы и процессы. Так как передовая технология сетей влияет на каждый аспект бизнес-процессов, нужно помнить о действиях не только на уровнях сети, операций и помещений пользователя, но также и на уровнях предприятия и операционного подразделения. Следовательно, эталонная архитектура INDE может и должна быть эталонным предприятием уровня SOA, например, чтобы поддерживать среду SOA для целей сопряжения. Это не должно рассматриваться как требование, что отрасль, как таковая, должна преобразовывать свою существующую среду IT в SOA до того, как усовершенствованная сеть сможет быть построена и использоваться. Шина обслуживания предприятия является полезным механизмом для облегчения интеграции IT, но она не требуется, чтобы осуществить остальную часть решения. Приведенное ниже обсуждение сосредотачивается на различных компонентах элементов INDE для транспортных перевозок; однако, один, несколько или все компоненты элементов INDE могут быть применены к различным отраслям, таким как телекоммуникации и разведка источников энергии.
Группы компонент INDE
Как обсуждалось выше, различные компоненты в эталонной архитектуре INDE могут содержать, например: (1) Ядро 2120 INDE; и (2) Устройство 2188 INDE. Последующие разделы обсуждают эти примеры групп элементов эталонной архитектуры INDE и обеспечивают описания компонент в каждой группе.
Ядро INDE
На фиг.22 представлено Ядро 2120 INDE, которое является частью эталонной архитектуры INDE, которая может находиться в центре управления операций, как показано на фиг.21А-С. Ядро 2120 INDE может содержать объединенную архитектуру данных для хранения данных и схему интеграции для аналитического анализа, чтобы управлять этими данными.
Кроме того, эта архитектура данных может использовать промежуточное программное обеспечение 2134 объединения, чтобы соединять другие типы данных (такие, как, например, данные датчиков, эксплуатационные и архивные данные, файлы регистрации и событий) и связность и файлы метаданных в единую архитектуру данных, которая может иметь единую точку входа для доступа приложениям высокого уровня, в том числе приложениям для предприятия. Системы реального времени могут также получать доступ к хранилищам ключевых данных через высокоскоростную шину данных и несколько хранилищ данных могут принимать данные в реальном времени. В архитектуре INDE различные типы данных могут транспортироваться в пределах одной или более шин.
Типы транспортируемых данных могут содержать эксплуатационные и неэксплуатационные данные, события, данные связности сети и данные расположения сети. Эксплуатационные и неэксплуатационные данные могут транспортироваться, используя шину 2146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных. Приложения сбора данных могут быть ответственны за посылку некоторых или всех данных на шину 2146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных. Таким образом, приложения, которые нуждаются в этой информации, могут быть способны получать данные, подписываясь на информацию или вызывая услуги, которые могут делать эти данные доступными.
События могут содержать сообщения и/или тревоги, берущие начало от различных устройств и датчиков, являющихся частью отраслевой сети, как обсуждается ниже. События могут напрямую создаваться устройствами и датчиками, а также создаваться различными приложениями аналитического анализа, основываясь на данных результатов измерений от этих датчиков и устройств.
Как обсуждается ниже более подробно, данные могут посылаться от различных компонент (таких, как Устройство 2188 INDE). Данные могут посылаться Ядру 2120 INDE с помощью беспроводных, проводных технологий или комбинаций их обеих. Данные могут приниматься сетями 2160 связи предприятий обслуживания, которые могут посылать данные на устройство 2189 маршрутизации. Устройство 2189 маршрутизации может содержать программное обеспечение и/или аппаратурное обеспечение для управления направлением данных на сегмент шины (когда шина обладает сегментированной структурой), или на отдельную шину. Устройство маршрутизации может содержать один или более переключателей или маршрутизатор. Устройство 2189 маршрутизации может содержать сетевое устройство, чье программное и аппаратное обеспечение направляет и/или передает данные на одну или более шин. Например, устройство 2189 маршрутизации может направлять эксплуатационные и неэксплуатационные данные на шину 2146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных. Устройство 2189 маршрутизации может также направлять данные событий на шину 2147 событий.
Устройство 2189 маршрутизации может определить, как направлять данные, основываясь на одном или более способах. Например, устройство 2189 маршрутизации может исследовать один или более заголовков в переданных данных, чтобы определить, направлять ли данные на сегмент эксплуатационной/неэксплуатационной шины 2146 данных или на сегмент шины 2147 событий. Конкретно, один или более заголовков данных может указать, являются ли данные эксплуатационными/неэксплуатационными данными (так, чтобы устройство 2189 маршрутизации направляло данные на шину 2146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных) или являются ли данные данными события (так, чтобы устройство 2189 маршрутизации направляло данные на шину 2147 событий). Альтернативно, устройство 2189 маршрутизации может исследовать полезную нагрузку данных, чтобы определить тип данных (например, устройство 2189 маршрутизации может исследовать формат данных для определения, являются ли данные эксплуатационными/неэксплуатационными данными или данными событий).
Одно из хранилищ, такое как хранилище эксплуатационных данных 2137, где хранятся эксплуатационные данные, может быть реализовано как истинно распределенная база данных. Другое из хранилищ, архив (указанный как архивные данные 2136 на фиг.21 и 22), может быть реализовано как распределенная база данных. Дополнительно, события могут быть сохранены в любом из нескольких хранилищ данных через шину обработки сложных событий. Конкретно, события могут быть сохранены в журналах 2135 событий, которые могут быть хранилищем всех событий, которые посланы на шину 2147 событий. Журнал событий может хранить одно, некоторые или все следующие данные событий: идентификатор события; тип события; источник события; приоритет события и время создания события. Шина 2147 событий не должна хранить события длительное время, обеспечивая сохранение для всех событий.
Хранение данных может быть таким, что данные могут быть близки к источнику насколько возможно или реально. В одном из вариантов реализации это может относиться, например, к данным подстанции, сохраняемым в Устройстве 2188 INDE. Но эти данные могут также запрашиваться на уровне 2116 центра управления операциями для принятия различного типа решений, которые рассматривают сеть на значительно раздробленном уровне. В соединении с подходом распределенного интеллекта подход с распределенными данными может быть принят для облегчения доступности данных на всех уровнях принятия решения с помощью связей базы данных и информационных служб, в зависимости от ситуации. Таким образом, решение для хранения архивных данных (которые могут быть доступны на уровне 2116 центра управления операциями) может быть подобно решению для хранилища эксплуатационных данных. Архивный/совместный аналитический анализ может проводиться на уровне 2116 центра управления операциями, получая доступ к данным на уровне Устройства INDE. Альтернативно, данные могут храниться централизовано в Ядре 2120 INDE. Однако учитывая объем данных, который, возможно, должен передаваться среди Устройств 2188 INDE, хранение данных в Устройствах 2188 INDE может быть предпочтительным. Конкретно, при наличии тысяч или десятков тысяч датчиков объем данных, который должен быть передан Ядру 2120 INDE, может образовывать узкое место для связи.
Наконец, Ядро 2120 INDE может программировать или управлять одним, несколькими или всеми Устройствами 2188 INDE в сети. Например, Ядро 2120 INDE может модифицировать программирование (такое, как программа загрузки или обновления) или обеспечивать управляющую команду для управления любым аспектом Устройства 2188 INDE (такого, как управление датчиками или аналитическим анализом). Другие элементы, непоказанные на фиг.2, могут содержать различные элементы интеграции, чтобы поддерживать эту логическую архитектуру.
Таблица 4 описывает определенные элементы Ядра 2120 INDE, как показано на фиг.21.
Таблица 4
Элементы Ядра INDE
Элемент ЯДРА INDE
Описание
Услуги 2144 СЕР
Обеспечивают высокоскоростную, с малой задержкой обработку потока событий, фильтрацию событий и корреляцию событий мультипотоков.
Централизованные приложения 2139 аналитического анализа
Может состоять из любого числа коммерческих или пользовательских приложений аналитического анализа, которые используются не в реальном времени, работая, прежде всего, с данными из хранилищ данных Ядра INDE.
Услуги 2140 визуализации/уведомления
Поддержка визуализации потоков данных, состояний и событий и автоматические уведомления, основываясь на запусках событий.
Услуги 2141 управления приложениями
Услуги (такие, как услуги 2142 поддержки приложений и услуги 2143 поддержки распределенных вычислений), которые поддерживают запуск и выполнение приложений, веб-услуги, и поддержка распределенных вычислений и автоматизированной загрузки удаленных программ (например, OSGi).
Услуги 2145 управления сетью
Автоматизированный контроль систем связи, приложений и баз данных; контроль исправности систем, анализ первопричин отказов.
Услуги 2126 метаданных
Услуги (такие, как услуги 2127 связности, услуги 2128 перевода названий и услуги 2129 TEDS) для хранения, извлечения и обновления системных метаданных, в том числе связности сети датчиков/связи, списков пунктов, калибровки датчиков, протоколов, точек установки устройств и т.д.
Услуги 2123 аналитического анализа
Услуги (такие, как услуги 2124 данных датчиков и услуги 2125 управления аналитическим анализом), чтобы поддерживать доступ к данным датчиков и аналитический анализ датчиков; управление аналитическими данными.
Система 2121 управления данными датчиков
Функции системы управления данными датчиков.
Шина 2147 обработки сложных событий в реальном времени
Шина сообщения, выделенная для обращения с потоками сообщений о событиях - цель выделенной шины состоит в обеспечении широкой полосы пропускания и малой задержки для сильно пульсирующих потоков сообщений о событиях. Сообщение о событии может быть в форме сообщения XML. Могут использоваться и другие типы сообщений. События могут быть отделены от эксплуатационных/ неэксплуатационных данных и могут передаваться по отдельной или выделенной шине. События обычно обладают более высоким приоритетом, поскольку они обычно требуют незамедлительного принятия мер с операционной точки зрения (сообщения от дефектного оборудования транспортного средства). Шина обработки событий (и сопутствующие услуги корреляционной обработки событий, показанные на фиг.21) может отфильтровывать потоки событий, интерпретируя, на какие события могут лучше воздействовать другие устройства. Кроме того, шина обработки событий может принимать многочисленные потоки событий, обнаруживать различные модели, имеющие место для множества потоков событий, и обеспечивать интерпретацию многочисленных потоков событий. Таким образом, шина обработки событий может не просто исследовать данные событий от единичного устройства, вместо этого она может рассматривать многочисленные устройства (в том числе многочисленные классы устройств, которые могут казаться несвязанными), чтобы обнаружить корреляции. Анализ потоков единичных или многочисленных событий может основываться на правилах.
Шина 2146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных в реальном времени
Эксплуатационные данные могут содержать данные, отражающие текущее состояние конкретной отраслевой сети. Неэксплуатационные данные могут содержать данные, отражающие "исправность" или состояние устройства. Эксплуатационные данные ранее передавались непосредственно на конкретное устройство (создавая, тем самым, потенциальную проблему "скопления", когда данные недоступны другим устройствам или другим приложениям). Однако, используя структуру шины, эксплуатационные данные могут также применяться для использования/оптимизации активов, системного планирования и т.д. Неэксплуатационные данные ранее получали, посылая человека в поле для сбора эксплуатационных данных (вместо того, чтобы автоматически посылать неэксплуатационные данные в центральное хранилище). Как правило, эксплуатационные и неэксплуатационные данные создаются в различных устройствах в сети в заданные времена. Этим они отличаются от данных событий, которые обычно создаются пакетами, как обсуждается ниже. Шина сообщения может выделяться для обращения с потоками эксплуатационных и неэксплуатационных данных от подстанций и устройств энергосети. Выделенная шина может быть предназначена для обеспечения постоянной малой задержки посредством согласования с потоками данных; как обсуждается в другом месте, единая шина может использоваться для передачи как эксплуатационных и неэксплуатационных данных, так и данных обработки событий при некоторых обстоятельствах (эффективно объединяя шину эксплуатационных/неэксплуатационных данных с шиной обработки событий).
Шина 2130 обслуживания операций
Шина сообщений, которая поддерживает интеграцию типовых приложений для отраслевых операций. Шина 2130 обслуживания операций может служить в качестве поставщика информации о смарт-сети приложениям операционного подразделения системы общественного пользования, как показано на фиг.21. Приложения аналитического анализа могут преобразовывать необработанные данные от датчиков и устройств в энергосети в оперативную информацию, которая будет доступна приложениям системы общественного пользования, чтобы выполнять действия по управлению энергосетью. Хотя большинство взаимодействий между приложениями операционного подразделения системы общественного пользования и Ядром 2120 INDE ожидается, что для прохождения по этой шине приложения системы общественного пользования будут иметь доступ к другим двум шинам и также пользоваться данными от этих шин (например,
считывание данных измерителей с шины 2146 эксплуатационных/неэксплуатационных данных, событий нарушений в работе с шины 2147 событий).
Хранилище 2133 данных датчиков
Хранилище 2133 данных датчиков может обеспечивать быстрый доступ к данным использования датчиков для проведения аналитического анализа. Это хранилище может содержать всю информацию, считываемую с датчиков, получаемую от датчиков. Данные, собранные от датчиков, могут храниться в хранилище 2133 данных датчиков и предоставляться другим приложениям, а также для других анализов.
Журналы 2135 регистрации событий
Собрание файлов регистрации, относящихся к работе различных отраслевых систем. Журналы 2135 регистрации событий могут использоваться для анализа после окончания событий и для анализа данных.
Архивные данные 2136
Архив данных телеметрии в форме стандартного архива данных. Архивные данные 2136 могут хранить временную последовательность неэксплуатационных данных, а также архивные эксплуатационные данные. Аналитический анализ, имеющий отношение к таким позициям, как надежность, исправность активов и т.д., может выполняться, используя данные из архивных данных 2136.
Эксплуатационные данные 2137
Эксплуатационные данные 2137 могут содержать эксплуатационную базу данных в реальном времени. Эксплуатационные данные 2137 могут выстраиваться в истинно распределенной форме. Конкретно, эксплуатационные данные 2137 могут хранить данные результатов измерений, полученные от датчиков и устройств. Архивные данные результатов измерений не хранятся в этом хранилище данных, вместо этого они хранятся в архивных данных 2136. Таблицы баз данных в эксплуатационных данных 2137 могут обновляться самыми последними результатами измерений, полученными от этих датчиков и устройств.
Как обсуждалось в таблице 4, шина 2146 данных в реальном времени (которая передает эксплуатационные и неэксплуатационные данные) и шина 2147 обработки сложных событий в реальном времени (которая передает данные обработки событий) объединены в единую шину 2346. Пример этого показан на блок-схеме 2300 на фиг.23А-С.
Как показано на фиг.21А-С, шины разделены согласно рабочим характеристикам. При обработке СЕР малая задержка может быть важна для определенных приложений, которые работают с очень большими пакетами сообщений. Большинство потоков данных энергосети, с другой стороны, являются более или менее постоянными, за исключением файлов цифровых регистраторов неисправностей, но они могут обычно восстанавливаться на управляемой основе, тогда как пакеты событий являются асинхронными и случайными.
На фиг.21 дополнительно показаны дополнительные элементы в центре 2116 управления операциями, отдельном от Ядра 2120 INDE. Конкретно, на фиг.21 дополнительно показана система 2153 ввода(-ов) для сбора данных, которая ответственна за связь с измерителями (для сбора данных от них и предоставления собранных данных системе общественного пользования). Сетевые IP-услуги 2158 являются набором услуг, действующих на одном или более серверах, которые поддерживают типовую IP-связь (такую, как DHCP и FTP). Система 2159 отправки мобильных данных является системой, которая передает/принимает сообщения на мобильных терминалах данных в поле. Система 2150 управления организацией работ является системой, которая контролирует и управляет нарядами на работу. Географическая информационная система (Geographic Information System) 2149 является базой данных, содержащей информацию о том, где активы располагаются географически и как активы соединяются вместе. Если среда имеет сервисно ориентированную архитектуру (Services Oriented Architecture, SOA), то система 2148 поддержки операций SOA является собранием услуг для поддержки среды SOA.
Одна или более систем в центре 2116 управления операциями, находящемся за пределами Ядра 2120 INDE, являются системами наследованных продуктов, которые может иметь система общественного пользования. Примеры таких систем наследованных продуктов содержат систему 2148 поддержки операций SOA, систему 2153 ввода(-ов) для сбора данных датчиков, сетевые IP-услуги 2158 и систему 2159 отправки мобильных данных. Однако эти системы наследованных продуктов могут быть неспособны обрабатывать или обращаться с данными, которые поступают от смарт-сети. Ядро 2120 INDE может быть способно принимать данные от смарт-сети, обрабатывать данные от смарт-сети и передавать обработанные данные одной или более системам наследованных продуктов в форме, которую системы наследованных продуктов могут использовать (такие, как конкретное форматирование для частной системы наследованных продуктов). Таким образом, Ядро 2120 INDE может рассматриваться как промежуточное программное обеспечение.
Центр 2116 управления операциями 2116, в том числе Ядро 2120 INDE, может связаться с системой 2115 IT предприятия. Вообще говоря, функциональные возможности системы 2115 IT предприятия содержат операции операционного подразделения. Конкретно, система 2115 IT предприятия может использовать шину 2114 среды интеграции предприятия, чтобы посылать данные различным системам в пределах системы 2115 IT предприятия, в том числе хранилищу 2104 бизнес-данных, приложениям 2105 для сбора бизнес-данных, системе 2106 планирования ресурсов предприятия, различным финансовым системам 2107, системе 2108 информации потребителей, системе 2109 человеческих ресурсов, системе 2110 управления активами, системе 2111 поддержки SOA предприятия, системе 2112 управления сетью и службе 2113 обмена сообщениями предприятия. Система 2115 IT предприятия может дополнительно содержать портал 2103 для связи с Интернетом 2101 через брандмауэр 2102.
Устройство INDE
Группа Устройство 2188 INDE может содержать любое разнообразие устройств для предоставления данных, связанных с конкретным устройством. В одном примере группа 2188 устройств может содержать стационарные блоки 2190 датчиков и мобильные блоки 2192 датчиков. Каждый стационарный блок 2190 датчиков и мобильный 2192 блок датчиков может содержать один или более датчиков, процессоры, запоминающие устройства, модули связи и/или модули электропитания, позволяющие принимать любые данные от датчиков, а также последовательно обрабатывать и/или передавать «сырые» данные или обработанные данные датчиков. Необработанные данные или обработанные данные датчиков от стационарных блоков 2190 датчиков и мобильных блоков 2192 датчиков могут быть обработаны одним или более межсетевыми интерфейсами 2194. В одном примере каждый межсетевой интерфейс 2194 может быть одним или более устройствами, способными кодировать и передавать данные в центр 2116 управления операциями. Необработанные данные или обработанные данные датчиков от стационарных блоков 2190 датчиков и мобильных 2192 блоков датчиков могут также предоставляться коллектору 2196 данных. Коллектор 2196 данных может содержать один или более процессоров, запоминающие устройства, модули связи и блоки электропитания. Коллектор 2196 данных может быть запоминающим устройством процессором, выполненным с возможностью сбора, хранения и передачи данных. Коллектор 2196 данных может осуществлять связь со стационарными блоками 2190 датчиков и мобильными блоками 2192 датчиков, чтобы собирать данные и передавать собранные данные к одному или более межсетевым интерфейсам 2194.
В одном примере стационарные блоки 2190 датчиков могут обнаруживать условия, связанные с одним или более мобильными блоками 2192 датчиков или другими стационарными блоками 2190 датчиков. Мобильные блоки 2192 датчиков могут обнаруживать условия, связанные со стационарными блоками 2190 датчиков или могут обнаруживать другие условия, связанные с другими мобильными блоками 2192 датчиков. Во время работы данные события могут создаваться стационарными блоками 2190 датчиков и мобильными блоками 2192 датчиков. Данные событий могут быть признаком аномальных или нежелательных состояний сети транспортных перевозок. Такие данные событий могут передаваться от стационарных блоков 2190 датчиков и мобильных блоков 2192 датчиков через межсетевые интерфейсы 2194 центральной организации. В одном примере данные событий могут быть получены устройством 2189 маршрутизации. Данные события могут быть предоставлены на шину 2147 событий устройством 2189 маршрутизации. Принятые данные событий могут обрабатываться центром 2116 управления операциями, чтобы позволить создать соответствующую реакцию.
На фиг.24А-С представлена блок-схема архитектуры INDE для работы с сетью железнодорожных перевозок. Система INDE, показанная на фиг.24А-В может принимать данные событий от стационарных блоков 2190 датчиков и мобильных блоков 2192 датчиков, помещенных на платформы 2400, как показано на фиг.25. В одном из примеров стационарные блоки 2190 датчиков и мобильные блоки 2192 датчиков могут быть такими, как раскрыто в патентной публикации США №2009/0173840, содержащейся здесь посредством ссылки.
Как показано на фиг.25, в одном примере грузовой поезд 2500 может содержать платформы 2400 различных типов, такие как крытые грузовые вагоны, служебные вагоны, платформы для перевозки угля, моторные вагоны и любые другие двигательные средства, выполненные с возможностью движения по рельсам. Моторный вагон 2502 может приводиться в движение дизельным двигателем, аккумулятором, маховиком, топливным баком или любой их комбинацией. Каждый моторный вагон 2400 может содержать один или более мобильных блоков 2192 датчиков. Мобильные блоки 2192 датчиков могут осуществлять связь друг с другом, давая возможность осуществлять связь среди мобильных блоков 2192 датчиков одного и того же вагона 2400 или разных вагонов 2400, прикрепленных к одной и той же цепочке вагонов 2400 или других вагонов 2400 (не показаны), отделенных от цепочки, таких как те, которые находятся в железнодорожном депо. Каждый мобильный блок 2192 датчиков может быть уникальный идентификатор (ID) и каждый конкретный вагон 2400 может иметь уникальный ID, хранящийся каждым мобильным блоком 2192 датчиков, связанных с конкретным вагоном 2400. ID может быть предоставлен, например, через RFID.
В одном примере стационарные блоки 2190А датчиков могут быть выполнены с возможностью действия в качестве детектора «горячей» буксы, выполненного с возможностью контроля нагревания, связанного с колесами, осями платформы и т.д. Термин «горячая» букса, известный в технике, может относиться к испытываемому перегреву буксы платформы в одном или более осевых подшипниках и/или другом, связанным с колесом компонентом части железнодорожного подвижного состава. Стационарные блоки 2190А датчиков могут быть размещены вдоль железнодорожных путей 2501. Каждый стационарный блок 2190А датчиков может быть оснащен одним или более датчиками инфракрасного излучения (IR), чтобы определять нагревающиеся структуры подшипников/осей/колес вагонов 2400 по мере того, как вагоны проходят через зону считывания конкретного стационарного блока 2190А датчиков. Аномальное нагревание может указывать на различные проблемы, такие как неустойчивость груза на платформе, конструктивные проблемы вагона, проблемы железнодорожных путей и т.д. Если обнаруживается перегретый подшипник, может включаться определенный тип тревоги, чтобы предупредить инженера, остановить поезд и устранить потенциально опасную ситуацию, которая, если позволить ей продолжаться, может привести к крушению поезда. Пример детектора «горячей» буксы раскрыт в патенте США №4659043, который настоящим содержится здесь посредством ссылки. Стационарные блоки 2190А датчиков могут быть выполнены с возможностью обработки данных IR-датчиков для создания данных событий, основанных на тревоге, таких как сообщения о событиях, которые должны приниматься шиной 2147 событий для последующей обработки.
Стационарные блоки 2192 В детекторов могут также служить в качестве детектора неисправности. Детектор неисправности может быть устройством, используемым на железных дорогах для обнаружения проблем с осями и сигналами проходящих поездов. Детекторы неисправности могут быть интегрированы в железнодорожные пути и могут содержать датчики для обнаружения одного или более видов проблем, которые могут возникать. Детекторы неисправности позволяют железным дорогам исключать служебный вагон в хвосте поезда, а также различные станционные средства, размещаемые вдоль пути для обнаружения опасных условий. Детектор неисправности может быть интегрирован или связан с проводным или беспроводным передатчиком. По мере того, как поезда проходят детекторы неисправности, детектор может вывести название железной дороги, столб с указанием числа миль или места своего расположения, номер пути (в зависимости от ситуации), количество осей в поезде, который прошел, и индикацию "неисправность отсутствует", чтобы указать, что для поезда не были обнаружены никакие проблемы. Дополнительно могут быть выведены температура окружающей среды в данном месте и скорость поезда. Когда обнаруживается проблема, детектор может вывести индикацию проблемы, сопровождаемую описанием проблемы задачи и местоположением оси в поезде, для которой возникла проблема.
Стационарные блоки 2190С датчиков могут также быть выполнены с возможностью действия в качестве «серебряной» буксы, как известно в технике, выполненной с возможностью приема необработанных или обработанных данных, принятых одним или более стационарными блоками 2190А и 2190В датчиков. Стационарные блоки 2192С датчиков могут принимать данные от соответствующей группы стационарных блоков 2190А датчиков, основываясь на различных общих факторах, таких как, например, географическое местоположение. В этом отношении стационарные блоки 2190С датчиков могут действовать как коллектор 2196 данных, как показано на фиг.21А-21С.
В процессе эксплуатации поезд 2500, имеющий цепочку вагонов 2400, может двигаться вдоль железнодорожных путей 2502. По мере движения поезда 2500 стационарные блоки 2190А датчиков могут обнаруживать информацию, относящуюся к каждому вагону 2400, такую как температура подшипников. Каждый стационарный блок 2190А датчиков может также осуществлять связь с каждым блоком 2192 датчиков. Связь может позволить каждому стационарному блоку 2190А датчиков выполнять проверку исправности каждого вагона 2400 и связанных с ним мобильных блоков 2192. Любая индикация аномальных или нежелательных состояний, связанных с конкретной платформой 2400, может быть передана стационарным блокам 2190С датчиков. Обнаруженные состояния могут касаться конструкции вагона, среды эксплуатации вагона (например, температура), груза, перевозимого вагоном (например, вес, распределение, количество и т.д.), движения вагона, положения вагона или любого другого интересующего параметра, относящегося к вагону 2400. Обнаруженные состояния могут также касаться безопасности, например, когда открыта дверь вагона, что может указывать на попытку ограбления или вандализм. Данные 2508 событий могут использоваться для предупреждения конкретной организации, которой может принадлежать конкретный вагон. Таким образом, центр 2116 управления операциями может наблюдать за всей железнодорожной сетью, но компании, имеющие индивидуальные вагоны 2400, могут предупреждаться, когда передаются данные событий в отношении конкретного вагона 2400, принадлежащего конкретной компании. Предупреждающие сообщения могут предоставляться через интерфейс, абонентскую службу, электронную почту, текстовое сообщение и/или любым другим способом связи, способным обеспечивать такие предупреждения.
В одном примере один из вагонов 2400, такой как моторный вагон 2502, может иметь мобильный блок 2192 датчиков, служащий в качестве главного мобильного блока 2504 датчиков, чтобы принимать данные от каждого передвижного стационарного блока 2192, связанного с вагонами 2400 текущей цепочки вагонов. Когда вагоны 2400 соединяются, чтобы сформировать конкретный поезд, каждый мобильный блок 2192 датчиков может регистрироваться главным мобильным блоком 2504 датчиков. Главный мобильный блок 2504 датчиков может принимать периодические или непрерывные потоки необработанных данных или обработанных данных от мобильных блоков 2192 датчиков. Это позволяет инженеру в процессе эксплуатации определять исправность каждого вагона 2400.
В одном примере каждый мобильный блок 2190 датчиков может содержать блок системы глобального позиционирования (GPS), позволяющий каждому индивидуальному мобильному блоку 2192 датчиков определять соответствующее географическое местоположение. Каждый мобильный блок 2190 датчиков может принимать сигналы GPS 2506, чтобы определять географическое местоположение. Эта информация может передаваться стационарным блокам 2192А датчиков, когда конкретный вагон находится вблизи, чтобы позволить передачу такой информации. Каждый мобильный блок 2192 датчиков может автоматически или по запросу передавать географическое положение главному мобильному блоку 2504 датчиков, которое может впоследствии транслироваться через встроенный межсетевой интерфейс 2194 в центр 2116 управления операциями. В одном примере межсетевой интерфейс 2194 может быть таким, как описано в патентной публикации США №2009/0173840. Каждый мобильный блок 2192А датчиков может также с помощью беспроводных технологий передавать сигнал GPS, позволяющий следить за каждым вагоном 2400 индивидуально. Такое построение может позволить следить за всем поездом, когда только один единственный вагон имеет четкий доступ к спутникам GPS, как в случае, когда поезд двигается через туннель.
Каждый из стационарных блоков 2190 датчиков и мобильных блоков 2192 датчиков может по меньшей мере из части данных датчиков создать "событие". Событие может содержать несущественное событие или существенное событие. Несущественное событие может указать, что не произошло никакого происшествия (такого, как повреждение), чтобы сообщать о нем. Существенное событие может указать, что произошло или происходит происшествие, такие как повреждение, которое произошло или происходит на участке пути движения поезда.
Стационарные блоки 2190 датчиков и мобильные блоки 2192 датчиков могут содержать одно из следующего или то и другое: (1) сбор информации, чтобы определить, имеет ли место происшествие; и (2) способность предпринять одно или более действий, основываясь на определении, имеет ли место происшествие. В частности, память в одном или более стационарных блоках 2190 датчиков и мобильных блоках 2192 датчиков может содержать одно или более правил определения различных типов происшествий, основываясь на данных, создаваемых одним или более датчиками. Или же, память в стационарных блоках 2190 датчиков и мобильных блоках 2192 датчиков может содержать одну или более таблиц поиска, чтобы определить различные типы происшествий, основываясь на данных, создаваемых одним или более датчиками. Дополнительно, стационарные блоки 2190 датчиков и мобильные блоки 2192 датчиков могут обладать способностью предпринимать одно или более действий, основываясь на определении, имеет ли место происшествие.
Помимо работы автономно, электронные элементы в сети железнодорожных перевозок могут действовать вместе как часть распределенного интеллекта сети железнодорожных перевозок. Например, стационарные блоки 2190 датчиков и мобильные блоки 2192 датчиков могут совместно использовать данные или совместно использовать вычислительную мощность, чтобы вместе определять, имеет ли место происшествие, и предпринимать одну или более мер, основываясь на определении, имеет ли место происшествие.
Действия, в частности, содержат: (1) отправку события происшествия на шину 2147 событий; (2) отправку события происшествия вместе с рекомендуемым действием на шину 2147 событий; и (3) принятие мер по изменению состояния одного или более участков сети железнодорожных перевозок или одного или более транспортных средств, осуществляющих перевозки по сети железнодорожных перевозок. Например, стационарные блоки 2190 датчиков могут управлять одной или более стрелками в сети железнодорожных перевозок (как в случае перенаправления графика на отдельный железнодорожный путь, открытие пути с односторонним движением для проезда в разных направлениях и т.д.). Или же, стационарные блоки 2190 датчиков могут модифицировать параметры одного или более датчиков на участке сети железнодорожных перевозок (например, команда датчикам повысить чувствительность их показаний, команда датчикам проводить более частое считывание и т.д.). В качестве еще одного примера, стационарные блоки 2190 датчиков и мобильные блоки 2192 датчиков могут управлять одним или более транспортными средствами, производящими перевозки по сети железнодорожных переводок. Например, локомотив может обладать возможностью дистанционного командного управления, за счет чего локомотив может быть способен принимать с помощью беспроводных технологий переданные команды для управления одной или более функциями локомотива. Одной или более функциями, которые может содержать средство командного управления, могут быть, в частности, скорость локомотива, подача звукового сигнала (или другого типа шума), и включение света (или другого типа визуальной индикации). Приемник локомотива может принимать команду, и процессор локомотива может управлять одной или более функциями локомотива, основываясь на команде (такой, как изменение работы двигателя).
Сеть железнодорожных перевозок может содержать распределенный интеллект. Как обсуждалось выше, различные стационарные блоки 2190 датчиков и мобильные блоки 2192 датчиков внутри сети железнодорожных перевозок могут содержать дополнительные функциональные возможности, в том числе возможность дополнительной обработки/аналитического анализа и ресурсы базы данных. Использование этой дополнительной функциональной возможности в пределах различных стационарных блоков 2190 датчиков и мобильных блоков 2192 датчиков в сети железнодорожных перевозок позволяет иметь распределенную архитектуру с централизованным руководством и управлением приложениями и характеристиками сети. По причинам функциональности, характеристик и масштабируемости, сеть железнодорожных перевозок, содержащая тысячи стационарных блоков 2190 датчиков и мобильных блоков 2192 датчиков, может содержать распределенную обработку, управление данными и связь между процессами.
Неэксплуатационные данные и эксплуатационные данные могут быть непосредственно связаны со стационарными блоками 2190 данных и мобильными блоками 2192 данных. Стационарные блоки 2190 данных и мобильные блоки 2192 данных могут дополнительно содержать компоненты сети железнодорожных перевозок, ответственные за возможность наблюдения за сетью железнодорожных перевозок на различных участках. Стационарные блоки 2190 датчиков и мобильные блоки 2192 датчиков могут обеспечивать три первичные функции: сбор эксплуатационных данных и их хранение в распределенном хранилище эксплуатационных данных; сбор неэксплуатационных данных и их хранение в архиве; и локальная аналитическая обработка на основе реального времени (например, полсекунды). Обработка может содержать цифровую обработку сигналов, обнаружение и классификацию, в том числе обработку потока событий; и передачу результатов обработки локальным системам и устройствам, а также системам в центре 2116 управления операциями. Связь между стационарными блоками 2190 датчиков и мобильными блоками 2192 датчиков и другими устройствами в сети железнодорожных перевозок может быть проводной, беспроводной или комбинацией проводной и беспроводной связей. Электронный элемент может передавать данные, такие как эксплуатационные/неэксплуатационные данные или данные событий, в центр 2116 управления операциями. Устройство маршрутизации может направлять переданные данные на шину эксплуатационных/неэксплуатационных данных или на шину событий.
Один или более типов данных могут дублироваться в электронном элементе и в центре 2116 управления операциями, позволяя, таким образом, электронному элементу работать независимо, даже если сеть передачи данных к центру 2116 управления операциями не функционирует. Используя эту информацию (связность), хранящуюся локально, аналитический анализ может выполняться локально, даже если линия связи с центром 2116 управления операциями не действует.
Аналогично, эксплуатационные данные могут быть дублированы в центре 2116 управления операций и в электронных элементах. Данные датчиков и устройств, связанных с конкретным электронным элементом, могут быть собраны и самые последние результаты измерений могут быть сохранены в этом хранилище данных в электронном элементе. Структуры данных хранилища эксплуатационных данных могут быть теми же самыми и, следовательно, связи базы данных могут использоваться для обеспечения прямого обращения к данным, которые находятся на электронном элементе, через посредство хранилища эксплуатационных данных в центре 2116 управления операциями. Это обеспечивает много преимуществ, в том числе облегчение репликации данных и предоставления возможностей аналитического анализа данных, которое более чувствительно ко времени, чтобы происходить локально и без уверенности в доступности связи за пределами электронного элемента. Аналитический анализ данных на уровне центра 2116 управления операциями может быть менее чувствителен ко времени (поскольку центр 2116 управления операциями может обычно исследовать архивные данные, чтобы различать модели, которые более предиктивны, чем реактивны), и может быть способен работать над проблемами сети, если имеются.
Наконец, архивные данные могут храниться локально в электронном элементе и копия данных может храниться в центре 2116 управления операциями. Или же, связи базы данных могут быть конфигурированы на экземпляре репозитория в центре 2116 управления операциями, обеспечивая центру управления операций доступ к данным в индивидуальных электронных элементах. Аналитический анализ электронных элементов может выполняться локально в электронном элементе, используя локальное хранилище данных. Конкретно, использование дополнительного интеллекта и возможности хранения в электронном элементе позволяет электронному элементу анализировать и корректировать себя без ввода данных от центральной организации.
Альтернативно, архивный/объединенный аналитический анализ может быть также выполнен на уровне центра 2116 управления операциями, получая доступ к данным на экземплярах локальных электронных элементов, используя связи базы данных.
Дополнительно, для анализа данных и/или событий может использоваться различный аналитический анализ. Один из типов аналитического анализа может содержать пространственную визуализацию. Возможность пространственной визуализации или визуально-пространственная возможность являются способностью манипулировать двумерными и трехмерными фигурами. Пространственная визуализация может выполняться, используя один или более электронных элементов, или может выполняться центральной организацией. Дополнительно, пространственная визуализация может использоваться с множеством отраслевых сетей, в том числе с сетями предприятий энергетики и сетями транспортных перевозок.
В одном примере, во время работы данные 2508 событий могут создаваться каждым мобильным блоком 2192 датчиков. Данные 2508 событий могут передаваться главному мобильному блоку 2504 датчиков. Главный мобильный блок 2504 датчиков может передавать данные событий с помощью беспроводных технологий от межсетевого интерфейса к центру 2116 управления операциями для обработки посредством межсетевого интерфейса 2194. В альтернативных примерах каждый вагон 2400 может содержать соответствующий межсетевой интерфейс 2194, позволяющий передавать данные напрямую от мобильного блока датчиков вагона 2400. Это позволяет вагонам 2400 осуществлять связь, если они не связаны с моторным вагоном 2502, таким, как те, которые находятся в железнодорожном депо, чтобы передавать данные 2508 событий, которые должны приниматься центром 2116 управления операциями. В других альтернативных примерах каждое железнодорожное депо может иметь один или более стационарных блоков 2190 датчиков и межсетевой интерфейс 2194, чтобы связываться с находящимися там вагонами 2400 и передавать любые данные 2508 событий. Подобным образом, стационарные блоки 2190А и 2190 В датчиков могут преобразовывать данные датчиков в данные стационарных датчиков и событий через подобный межсетевой интерфейс(-ы) 2194, чтобы транслировать такую информацию в центр 2116 управления операциями.
Как описано выше, сеть, показанная на фиг.24А-С, может также позволить проведение распределенного анализа так, чтобы данные 2508 событий обрабатывались в стационарных блоках 2190А и 2190В датчиков и на главном мобильном блоке 2504 датчиков. Такая обработка может позволить проанализировать любые проблемы и обеспечить решение или план действий. Такое решение проблемы может быть передано и может использоваться для автоматического управления поездом 2500 любой грузоподъемности, поскольку поезд 2500 выполнен с возможностью разрешения или возможности предупреждения операторов-людей, чтобы соответственно управлять поездом 2500. Решение может также быть передано центру 2116 управления операциями, чтобы позволить дистанционно выполнить действия по подтверждению решения проблемы и, соответственно, реализовать решение.
На фиг.26А-С приведена блок-схема реализации архитектуры INDE, связанной с сетью электропоездов, таких как пригородный поезд. Сеть электропоездов может содержать один или более электропоездов, которые могут питаться от воздушной электрической линии или контактного рельса. В одном примере электропоезд 2600 может содержать один или более вагонов 2602. Каждый вагон может запитываться индивидуально от внешнего источника (например, от контактного рельса или от воздушной линии) или от внутренних источников (например, батарея или топливный элемент). Каждый вагон может содержать один или более мобильных блоков 2192 датчиков. Каждый мобильный блок 2192 датчиков может обнаруживать различные состояния, связанные с различными заданными параметрами поезда 2600.
В примере, показанном на фиг.26А-С, электропоезд 2600 может запитываться контактным рельсом 2604. Контактный рельс 2604 может быть соединен с одним или более стационарными блоками 2192 датчиков, которые могут контролировать мощность, текущую через контактный рельс 2604. Стационарные модули 2190 датчиков могут определять исправность железнодорожной системы и передавать любые события, связанные с аномальным, нежелательным состоянием или проверкой состояния в форме сообщений о событиях. Сообщения о событиях могут быть передаваться межсетевым интерфейсом 2194, чтобы их принимал центр 2116 управления операциями.
Каждый электрический вагон 2602 может содержать один или более мобильных блоков 2192 датчиков. Один из мобильных блоков 2192 датчиков может служить главным мобильным блоком датчиков, таким как главный мобильный блок 2504 датчиков. Мобильные блоки 2192 датчиков могут накапливать информацию, относящуюся к соответствующему вагону в форме, подобной той, которая обсуждалась со ссылкой на фиг.25А-В. Главный мобильный блок датчиков для электропоезда 2600 может передавать сообщения событий, созданные другими мобильными блоками 2192 датчиков, центральной организации через межсетевой интерфейс 2120.
На фиг.27А-С приведена блок-схема осуществления архитектуры INDE, применяемой к сети автомобильных перевозок по шоссейным дорогам, такой, которая используется в отрасли грузоперевозок. В одном примере, один или более мобильных блоков 2192 датчиков может содержаться в грузовых контейнерах 2700, таких как те, которые перевозятся грузовиками 2704 с дизельным двигателем. Каждый мобильный блок 2192 датчиков может быть подобен тем мобильным блокам 2192 датчиков, которые обсуждались со ссылкой на фиг.25А-С. Каждый мобильный блок 2192 датчиков может обнаруживать различные состояния грузовых контейнеров 2700 и передавать их через встроенный межсетевой интерфейс 2194 в центр 2116 управления операциями. Стационарные блоки 2190 датчиков могут быть распределены по производственным средствам потребителя, позволяя проверять груз, используя связь между стационарными блоками 2190 датчиков и мобильными блоками 2192 датчиков. Мобильные блоки 2192 датчиков могут использоваться для слежения за грузом, средой грузовых контейнеров, обнаружения воровства/вандализма и любого другого соответствующего использования, как описывается со ссылкой на фиг.24А-25.
На фиг.28А-С представлена блок-схема осуществления полной архитектуры INDE, применяемой к сети автомобилей, которые могут заправляться бензином, электроэнергией, гибридным топливом, биотопливом или заправляться топливом любым другим соответствующим способом. В одном примере транспортное средство 2800 может содержать один или более мобильных модулей 2192 датчиков, позволяющих контролировать различные режимы транспортного средства 2800. Каждое транспортное средство может содержать межсетевой интерфейс 2194 или осуществлять связь через внешний межсетевой интерфейс 2194, чтобы передавать данные событий непосредственно Ядру 120 INDE или другим мобильным блокам 2192 датчиков. Подобно другим обсуждавшимся примерам, мобильные блоки 2192 датчиков могут содержать распределенный интеллект, который может выполнять аналитический анализ, связанный с транспортным средством, или может делать это через взаимодействие с Ядром 2120 INDE. Стационарные блоки 2190 датчиков могут использоваться для связи с мобильными блоками 2192 датчиков, делая возможной оценку транспортного средства 800, имеющего поблизости мобильный блок 2192 датчиков для связи со стационарными блоками 190 датчиков. Стационарные блоки 2190 датчиков могут содержать или совместно использовать межсетевой интерфейс 194, позволяющий передавать данные событий Ядру 2120 INDE, или могут передать их непосредственно Ядру 120 INDE. Стационарные блоки 2190 датчиков могут быть реализованы компаниями, арендующими транспортные средства, компаниями, осуществляющими продажу партий автомобилей, или индивидуальными владельцами, чтобы принимать данные событий, связанные с состоянием и/или местоположением транспортного средства 2800.
На фиг.30 представлен пример систем 2000 INDE, которые могут управляться дистанционно, как показано на блок-схеме. В месте 3000 управления ядра 2002 сети могут быть установлены по мере необходимости для поддержки абонентов INDS для конкретной отрасли. В одном примере, абонент 3002 может запросить использование различных отраслей, таких как железнодорожные, автомобильные и авиаперевозки. Система 2000 INDE может быть блочной, позволяя добавление в нее большого количества типов отраслей, или, как в альтернативных примерах, новых абонентов. Сторона, не связанная с электроэнергетикой, может управлять и поддерживать программное обеспечение для одной, нескольких или всех систем 2000 INDE, а также приложения, которые загружаются от места управления INDS, которое должно использоваться для системных конечных точек 2006 и системной инфраструктуры 2008. Чтобы облегчить осуществление связи, могут использоваться услуги с большой шириной полосы и малой задержкой, такие как связь через сеть 3004 (например, MPLS или другая сеть WAN), которые могут достигать абонентских центров операций предприятий общественного обслуживания, а также мест управления INDS.
Хотя настоящее изобретение было показано и описано в связи с предпочтительными вариантами осуществления, очевидно, что в дополнение к упомянутым выше могут быть сделаны определенные изменения и модификации, исходя из основных признаков настоящего изобретения. Кроме того, существует много различных типов программного обеспечения и аппаратурного обеспечения, которые могут использоваться при практической реализации изобретения и изобретение не ограничивается описанными выше примерами. Изобретение было описано со ссылкой на действия и символьные представлений операций, которые выполняются одним или более электронными устройствами. Также следует понимать, что такие действия и операции содержат манипулирование блоком обработки электронного устройства для электрических сигналов, представляющих данные в структурированной форме. Это манипулирование преобразует данные или сохраняет их в ячейках запоминающей системы электронного устройства, которое повторно конфигурирует или как-либо иначе изменяет работу электронного устройства способом, хорошо понятным специалистам в данной области техники. Структуры данных, в которых хранятся данные, являются физическими ячейками памяти, которые имеют конкретные свойства, определяемые форматом данных. Хотя изобретение описано в вышесказанном контексте, это не означает, что оно должно этим ограничиваться, поскольку специалисты в данной области техники должны понимать, что описанные действия и операции могут быть также осуществлены посредством аппаратурного обеспечения. Соответственно, намерением Заявителей является защита всех вариации и модификаций в рамках имеющего силу объема настоящего изобретения. Подразумевается, что изобретение определяется нижеследующей формулой изобретения, содержащей все эквиваленты.