УСТРОЙСТВО КЛАСТЕРНОЙ ЦИФРОВОЙ ПОДСТАНЦИИ
DEVICE OF CLUSTER DIGITAL SUBSTATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Заявленное изобретение относится к устройству, применяемому в системах автоматизации объектов электроэнергетики, в которых обмен данными между применяемыми устройствами выполняется в цифровой форме.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна резервируемая система автоматизации SIMATIC S7-400H [1], состоящая из двух вычислительных терминалов, находящихся во взаимном резерве, соединенных каналом передачи данных, обеспечивающим синхронность выполнения операций. Недостатком указанной системы является высокая аппаратная избыточность, характеризующаяся полным дублированием вычислительных терминалов. Другим недостатком является использование внешних коммутаторов, обеспечивающих подключение вычислительных терминалов, находящихся во взаимном резерве, к системе информационного обмена, что повышает общую стоимость системы.
Известна так же система автоматизации подстанции повышенной готовности [2]. Система включает в себя несколько вычислительных терминалов (IED), связанных между собой посредством коммуникационной «шины станции» ("station bus"). В рамках системы [2] обеспечивается возможность резервирования сразу нескольких IED системы посредством одного резервного IED, что снижает требования к аппаратной избыточности системы. Вместе с тем, недостатком системы является исполнение IED в виде отдельных устройств, имеющих собственные корпусные детали, системы питания, коммуникационные интерфейсы, а также необходимость использования внешних коммутаторов, обеспечивающих информационный обмен между резервируемыми IED, что сохраняет аппаратную избыточность.
Известна (выбранная в качестве прототипа) система автоматизации подстанции с динамической функциональной архитектурой [3]. Данная система включает в себя, по меньшей мере, два интеллектуальных электронных устройства (IED), выполненных с возможностью выполнения функций автоматизации и связанных между собой через коммуникационную сеть, отличающаяся тем, что вышеуказанные IED выполнены с возможностью выявления критических состояний в системе автоматизации по результатам информационного взаимодействия через коммуникационную сеть с другими IED системы.
Недостатком системы является исполнение IED в виде отдельных устройств, имеющих собственные корпусные детали, системы питания, коммуникационные интерфейсы, а также необходимость использования внешних коммутаторов, обеспечивающих информационный обмен между резервируемыми IED, что сохраняет аппаратную избыточность.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение заключается в расширении арсенала устройств кластерной цифровой подстанции.
Технический результат заявленного изобретения заключается в реализации устройства кластерной цифровой подстанции своего назначения.
Предлагаемое устройство кластерной цифровой подстанции, состоит из модульного шасси, оснащенного объединительной платой, с установленными в него двумя коммуникационными модулями, двумя модулями питания и, по меньшей мере, одним вычислительным модулем. Каждый коммуникационный модуль содержит четыре внешних интерфейса подключения к цифровым сетям, два коммуникационных шлюза, процессор и коммутатор. Коммутатор коммуникационного модуля подключен к процессору. Процессор коммуникационного модуля подключен к двум коммуникационным шлюзам. К каждому коммуникационному шлюзу подключены два внешних интерфейса. Каждый вычислительный модуль содержит коммутатор и, по меньшей мере, один процессор. Коммутатор и процессоры вычислительного модуля связаны между собой. Объединительная плата содержит шины обмена данными, по которым осуществляется связь между каждым вычислительным и коммуникационным модулем, а также шины распределения электропитания.
Устройство кластерной цифровой подстанции подключается к внешним шинам станции и процесса, имеющим сегменты резервирования. Каждый коммуникационный модуль подключается к каждому сегменту резервирования шины станции и шины процесса через внешние интерфейсы, расположенные на коммуникационных модулях.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет объединения в составе одного конструктивного устройства вычислительных модулей, выполняющих прикладные функции автоматизации, и коммуникационных модулей. При этом для связи между вычислительными модулями не требуется использовать внешние коммутаторы. Вычислительные и коммуникационные модули заключаются в общий корпус с общей системой электропитания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства кластерной цифровой подстанции. Устройство 1 оснащено модульным шасси 1.1, двумя коммуникационными модулями 1.2 и 1.3, некоторым количеством вычислительных модулей 1.4, 1.5, 1.6, двумя модулями питания 1.7 и 1.8. Модульное шасси 1.1 содержит объединительную плату 1.1.1, через которую проходят шины обмена данными независимо между каждым коммуникационным модулем и каждым вычислительным модулем, а также шины электропитания между модулями питания, коммуникационными модулями и вычислительными модулями. Каждый из коммуникационных модулей 1.2, 1.3 содержит по два коммуникационных шлюза 1.2.1, 1.2.2 и 1.3.1, 1.3.2 соответственно, одному процессору 1.2.3 и 1.3.3 соответственно, одному коммутатору 1.2.4 и 1.3.4 соответственно и по четыре интерфейса подключения к цифровым сетям 1.2.5, 1.2.6, 1.2.7, 1.2.8 и 1.3.5, 1.3.6, 1.3.7, 1.3.8 соответственно. Каждый из вычислительных модулей 1.4, 1.5, 1.6 содержит процессор 1.4.1, 1.5.1 и 1.6.1 соответственно и коммутатор 1.4.2, 1.5.2 и 1.6.2 соответственно. Устройство 1 подключается к внешней станционной шине 2, при этом интерфейсы 1.2.5 и 1.3.5 подключаются к сегменту резервирования А 2.1, а интерфейсы 1.2.6 и 1.3.6 подключаются к сегменту резервирования В 2.2. Устройство 1 подключается к внешней шине процесса 3, при этом интерфейсы 1.2.7 и 1.3.7 подключаются к сегменту резервирования А 3.1, а интерфейсы 1.2.8 и 1.3.8 подключаются к сегменту резервирования В 3.2. Интерфейсы 1.2.5, 1.2.6 и 1.3.5, 1.3.6 подключены к коммуникационным шлюзам 1.2.1 и 1.3.1 соответственно. Интерфейсы 1.2.7, 1.2.8 и 1.3.7, 1.3.8 подключены к коммуникационным шлюзам 1.2.2 и 1.3.2 соответственно. Коммуникационные шлюзы 1.2.1, 1.2.2 и 1.3.1, 1.3.2 подключены к процессорам 1.2.3 и 1.3.3 соответственно. Процессоры 1.2.3 и 1.3.3 подключены к коммутаторам 1.2.4 и 1.3.4 соответственно. Процессоры вычислительных модулей 1.4.1, 1.5.1 и 1.6.1 подключаются к коммутаторам вычислительных модулей 1.4.2, 1.5.2 и 1.6.2 соответственно.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведенное на фиг. 1 устройство кластерной цифровой подстанции функционирует следующим образом. Данные из сегментов резервирования станционной шины 2.1, 2.2 поступают через интерфейсы подключения 1.2.5, 1.2.6 и 1.3.5, 1.3.6 в коммуникационные шлюзы 1.2.1 и 1.3.1 расположенные на коммуникационных модулях 1.2 и 1.3 соответственно. Аналогично данные из сегментов резервирования шины процесса 3.1, 3.2 поступают через интерфейсы подключения 1.2.7, 1.2.8 и 1.3.7, 1.3.8 в коммуникационные шлюзы 1.2.2 и 1.3.2 расположенные на коммуникационных модулях 1.2 и 1.3 соответственно. Коммуникационные шлюзы осуществляют функции коммуникационного сопряжения с резервированными информационными сетями. Поступающие из коммуникационных шлюзов 1.2.1, 1.2.2 и 1.3.1, 1.3.2 данные проходят обработку в процессорах 1.2.3 и 1.3.3, расположенных на коммуникационных модулях 1.2 и 1.3 соответственно и, далее, через коммутаторы 1.2.4 и 1.3.4 передаются в вычислительные модули 1.4 - 1.6. Межмодульные связи осуществляются посредством объединительной платы 1.1.1. В каждом вычислительном модуле содержится коммутатор 1.4.2, 1.5.2, 1.6.2, принимающий данные от коммуникационных модулей 1.2 и 1.3. После получения коммутатором данные обрабатываются в процессоре вычислительного модуля 1.4.1, 1.5.1, 1.6.1, где реализуются прикладные функции задач автоматизации и защиты подстанции. В результате работы функционального обеспечения формируются команды управления, которые через коммуникационные модули 1.2 и 1.3 передаются в резервированную станционную шину. Для обеспечения коммуникационных и вычислительных модулей питанием используются два независимых резервированных модуля питания 1.7 и 1.8, которые подключаются к независимым источникам питания.
Заявленное устройство кластерной цифровой подстанции может быть реализовано на базе шасси 1.1, предназначенного для установки в профиль 19''. Данное шасси с лицевой панели оснащается вертикальными слотами для установки модулей. В данные слоты устанавливаются два коммуникационных модуля 1.2 и 1.3, а также, как минимум один вычислительный модуль 1.4, 1.5, 1.6. При установке модули соединяются через разъемное соединение с платой объединения. С задней стороны шасси устанавливаются два модуля питания 1.7 и 1.8.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
[1] «SIMATIC Automation System S7-400H Fault-tolerant Systems. Manual»/ A5E00068197-07, 07/2006 (Order number: 6ES7988-8HA11-8BA0) (руководство по системе автоматизации SIMATIC S7-400H: издание 07/2006, номер заказа руководства у производителя: 6ES7988-8HA10-8BA0).
[2] Патент США №US 7882220, МПК G06F 15/173, 2011 г.
[3] Патент на изобретение РФ №2679739 («СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ С ДИНАМИЧЕСКОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АРХИТЕКТУРОЙ»).