УПРАВЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
POWER DISTRIBUTION CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области распределения электроэнергии. Оно отличается от распределительного контроллера, который управляет распределением электроэнергии, описанного во вводной части п.1 формулы изобретения.
Уровень техники
Система распределения электроэнергии представляет собой интерфейс между сетью передачи электроэнергии и конечными потребителями электричества. Обычно система распределения электроэнергии содержит множество первичных подстанций, которые соединены с вторичными подстанциями через линии передачи и переключатели. Первичные подстанции содержат трансформаторы, которые понижают напряжение с уровня HV, используемого для сети передачи или в сети высоковольтного распределения, до уровней MV, пригодных для районной передачи электроэнергии. Управление сетью на уровне распределения включает в себя части вторичного оборудования, взаимодействующие с первичным оборудованием подстанций и линий электропередач, то есть переключатели, переключатели ответвлений трансформаторов, батареи конденсаторов и т.п. Области распределения, районы или ячейки закрепляются за одной первичной подстанцией и ограничиваются за счет использования электрического однозначно подключенного первичного оборудования (дерево или структура питания). Однако область распределения может быть подвергнута изменению во время изменения конфигураций топологии сети, что потенциально приводит к несоответствиям между областью распределения и виртуальной областью соответствующего вторичного оборудования. Кроме того, распределенное генерирование электроэнергии на уровнях низкого напряжения распределительной системы создает некоторые существенные координационные задачи для управления распределением на уровне сети.
В качестве примера в публикации автора Per Lund под названием "The Danish Cell Project - Part 1: Background and General Approach", IEEE 2007, Power Engineering Society General Meeting, June 2007, описан пилотный проект контроллера ячейки, который направлен на разработку нового решения оптимального управления и активного использования сети с большим количеством распределенного генерирования энергии, присутствующего в западной Дании. С этой целью части сети с напряжением 60 киловольт (кВ) после каждого трансформатора 150/60 кВ на первичных подстанциях работают как радиальные сети, размыкая достаточное количество прерывателей линий 60 кВ на выбранных подстанциях и разделяя, таким образом, на сектора, в противном случае, соединенные сети распределительных систем с напряжением 60 кВ. Каждая из этих работающих радиально сетей с напряжением 60 кВ, в свою очередь, определяет распределительную ячейку с напряжением 60 кВ, управляемую контроллером ячейки с множеством функций и соединенным с системой диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) в центре управления сетью (NCC) оператором распределительной сети (DNO).
Контроллеры ячейки или распределительные контроллеры, также называемые интеллектуальной системой управления подстанции (ISCS), могут содержать одно или несколько физических устройств и обычно расположены на первичной подстанции области распределения. ISCS способна функционировать как шлюз подстанции для NCC, обеспечивая функцию шлюза для отображения сигналов между вторичным оборудованием, предназначенным для защиты и управления, и системами с более высоким уровнем. В частности, они выполнены с возможностью преобразовывать внутри системы данные технологических процессов из различных главных протоколов в стандартный протокол, например в стандартную модель данных IEC 61850, и переводить эти данные из данных стандартной модели в один из общих подчиненных протоколов.
В качестве примера ISCS подключена через существующую инфраструктуру передачи данных с NCC, и эти две системы связаны между собой с помощью протокола дистанционного управления типа "главный-подчиненный", например IEC 60870-5-101. Множество других протоколов типа SPA, LON-LAG и IEC 60870-5-103 используются для подключения ISCS к вторичным устройствам или устройствам технологических процессов с целью защиты, управления и мониторинга, и эти устройства технологического процесса расположены в непосредственной близости к первичным устройствам и выполняют локальные логические операции. С другой стороны, стандартные протоколы IEC 61850, основанные на принципе клиент-сервер, позволяют нескольким клиентам обращаться к данным в одном и том же сервере или в устройстве технологического процесса. Они определяют семантику данных в пределах подстанции стандартизированным объектно-ориентированным способом и предлагают стандартизированный способ для передачи данных между разными инженерными инструментами в стандартизированном формате.
Обычно ISCS содержит компоненты клиент-сервер ОРС (связывание и встраивание объектов (OLE) для управления технологическим процессом, также называемое "Открытой способностью к подключению") для доступа к данным. Доступ к данным ОРС представляет собой группу стандартов, которые обеспечивают спецификацию для постоянного обмена данными в режиме реального времени из устройств получения данных в устройства технологических процессов или интерфейсные устройства и для синхронизации измерений технологических процессов с зеркальными входами в сервере ОРС. ОРС также позволяет приложению клиента обращаться к нескольким элементам данных в ответ на один одиночный запрос. Клиенты ОРС используются для стеков протокола главный/подчиненный, чтобы обеспечить возможность для внешней системы доступа к данным, доступным в серверах ОРС. Серверы ОРС в ISCS используются в основном для стеков протокола главный/подчиненный, для обеспечения доступа к данным в устройствах получения данных и в устройствах технологических процессов, соединенных через определенный протокол. Обычно в ISCS представлены разные типы экземпляров сервера ОРС в зависимости от подключенного устройства технологического процесса и/или протоколов (LON, SPA или IEC 61850), используемые для связи с устройствами технологических процессов.
Раскрытие изобретения
Цель изобретения состоит в том, чтобы упростить управление распределением в системах распределения электроэнергии с множеством областей или ячеек распределения. Эти цели достигаются с помощью распределительного контроллера по п.1 формулы изобретения и в соответствии со способом управления распределением электроэнергии по сети распределения электроэнергии в соответствии с п.4 формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты выполнения будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения.
В соответствии с изобретением распределительный контроллер, предназначенный для управления распределением электроэнергии в назначенной первой области распределения электроэнергии, выполнен с возможностью его подключения к устройствам технологического процесса, которые, в свою очередь, взаимодействуют с первичными устройствами назначенной первой области. В распределительном контроллере предусмотрено стандартизированное считываемое устройством сетевое описание первой области, и он содержит средство для идентификации после изменения конфигурации сети протяженности отдельного участка сети, который больше не подключен к первой области. Распределительный контроллер, кроме того, выполнен с возможностью передавать описание отдельного участка сети в другой распределительный контроллер, управляющий второй или соседней областью распределения электроэнергии, к которой подключена указанная отдельная сеть, вследствие изменений конфигурации электросети. Благодаря такой возможности передачи описаний участка сети, переходящей в другое управление, нет необходимости сохранять или обновлять описание всей сети в каждом контроллере системы распределения электроэнергии. Это, в свою очередь, снижает требование по выделению памяти и вычислительной мощности для распределительных контроллеров.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения распределительный контроллер выполнен с возможностью размещать главное представление устройства технологического процесса первой области, включая его функции или в случае интеллектуального электронного устройства соответствующего IEC 61850, его индивидуальные логические узлы (LN). Такое представление может представлять собой объект общей модели данных (CDM), которая является через свои атрибуты по своей сути подключенной к представленному устройству технологического процесса и установлена или размещена, например, в экземпляре ОРС сервера контроллера. Распределительный контроллер, кроме того, выполнен с возможностью передачи информации во второй распределительный контроллер для генерирования во втором распределительном контроллере альтернативного объекта или зеркальной копии главного объекта CDM.
В предпочтительном варианте изобретения в распределительном контроллере предусмотрено стандартизированное описание первой области, которая включает в себя устройство переключения, формирующее границу или связь с соседними областями распределения, вместе с идентификацией для каждого из этих переключающих устройств, соответствующей расположенной в непосредственной близости области распределения. Эту информацию обновляют и выполняют обмен ею с ее соседями путем передачи отдельного участка во вторую область распределения. Следовательно, в случае последующих изменений конфигурации сети повторное использование процедуры в соответствии с изобретением приводит к переназначению или передаче любого дополнительного отдельного участка к правильной соседней области.
В способе управления распределением электроэнергии через сеть распределения электроэнергии, содержащую множество первичных устройств, назначенных, по меньшей мере, двум неперекрывающимся областям распределения, и два распределительных контроллера, подключенных к устройствам технологического процесса или вторичным устройствам, которые, в свою очередь, взаимодействуют с первичными устройствами в соответствующей области распределения, выполняют следующие этапы: (i) идентификация, следующая после изменения конфигурации сети, отдельного участка сети, который отсоединен от первой области и соединен со второй областью, и (ii) передача с помощью первого распределительного контроллера стандартизированного описания указанного отдельного участка сети во второй распределительный контроллер. Предпочтительно, во втором распределительном контроллере затем генерируют представление альтернативного объекта устройства технологического процесса указанного отдельного участка сети.
В другом предпочтительном варианте выполнения объект, представленный альтернативным объектом, и главное представление синхронизируют, используя повторяемые операции считывания/записи или обновления. Это обеспечивает возможность для второго контроллера доступа к данным из устройства технологического процесса, представленного главным объектом CDM, и выработки собственных команд управления. Следовательно, не существует различия между поведением во время выполнения работы альтернативного объекта и представлениями главного объекта во втором контроллере.
В дополнительном предпочтительном варианте и после второго изменения конфигурации распределительной сети отдельный участок, содержащий первичное оборудование, которое ранее было передано, может быть переназначен из второй в третью область распределения. В этом случае второй альтернативный объект генерирования устройства технологического процесса, взаимодействующего с упомянутым первичным оборудованием, формируют в третьем контроллере. Второй альтернативный объект генерирования затем синхронизируют непосредственно с представлением главного объекта в первом контроллере, обходя альтернативную точку входа во втором контроллере, которая в большинстве случаев может быть удалена. Однако если отсутствует непосредственный канал обмена данными между первым и третьим контроллером, альтернативная точка входа во второй контроллер все еще может использоваться третьим контроллером как мост к исходному объекту CDM в первом контроллере. Таким образом, имеется повторное унаследование участков сети, и оно ограничено лишь физическими возможностями линий передачи электроэнергии, ведущими в/из повторно расширяемых областей расширения.
Настоящее изобретение также относится к компьютерной программе, включающей в себя средство компьютерного программного кода, для управления одним или больше процессорами распределительного контроллера, подключенного к устройствам технологического процесса области распределения электроэнергии, причем эта компьютерная программа может быть сохранена на считываемом компьютером носителе информации, таком как запоминающее устройство, интегрированное в контроллер, или носитель данных, который может быть вставлен в контроллер и в котором компьютерная программа при ее выполнении обеспечивает работу распределительного контроллера, в соответствии с изобретением.
Краткое описание чертежей
Предмет изобретения более подробно поясняется в следующем тексте со ссылкой на предпочтительные примерные варианты выполнения, которые иллюстрируются на приложенных чертежах, на которых:
на фиг.1 представлены две распределительные области системы распределения электроэнергии,
на фиг.2 показаны некоторые компоненты распределительного контроллера,
на фиг.3 показана система распределения электроэнергии после изменения конфигурации.
Символы ссылочных позиций используемые на чертежах, и их пояснения представлены в сводной форме в списке символов ссылочных позиций. В принципе, идентичные участки обозначены одинаковыми символами ссылочных позиций на чертежах.
Осуществление изобретения
На фиг.1 иллюстрируется примерная система распределения электроэнергии, содержащая первую и вторую области распределения, область или ячейку 1, 1'. Каждой области 1, 1' распределения назначают уникальную первую или вторую первичную подстанцию 3, 3', и она определена электрически однозначно подключенным первичным оборудованием (дерево или структура питания). Каждая первичная подстанция 3, 3' содержит трансформатор, который понижает напряжение с уровня HV, используемого для сети передачи или для вспомогательной сети передачи (не показана), до уровней MV, пригодных для региональной передачи и подключенных к вторичным подстанциям 13, 13' через линии питания и переключатели. Во вторичных подстанциях трансформаторы 5, 5', в свою очередь, соединяют потребителей или линии питания LV (не показаны) с уровнем MV. Устройство содержит множество первичных устройств, таких как управляемые трансформаторы 5, 5', прерыватели 7, 7' цепей, переключатели 9, 9' (разомкнутые) и 11, 11' (замкнутые), источники питания для распределенного генерирования 15' и управляемые конденсаторы 17, 17'. Множество выбранных переключателей 11, 11' определяют границу между двумя соседними областями 1, 1' распределения, в которых каждая область распределения может иметь дополнительные границы с дополнительными соседними областями распределения (не показаны).
Управление сетью на уровне распределения подразумевает использование вторичного оборудования или устройств 21, 21' технологического процесса, взаимодействующих с упомянутыми выше подстанциями 3, 3', 13, 13', линиями передачи электроэнергии и другими первичными устройствами 15', 17'. По определению каждой из областей 1, 1' распределения назначают распределительный контроллер 19, 19' или интеллектуальную систему управления подстанции (ISCS), выполненные с возможностью выполнения различных функций управления, оптимизации и администрирования, как подробно описано ниже.
На фиг.2 схематично представлены некоторые элементы примерного распределительного контроллера или интеллектуальной системы 19 управления подстанции (ISCS), назначенных для района или области распределения. Серверы ОРС в качестве примерных трансляторов 25 главного протокола обеспечивают преобразование данных, принятых в соответствии с различными протоколами передачи данных, используемыми устройствами 21 технологического процесса, для перевода данных в стандартный протокол или в общую модель данных (CDM). Последняя представляет собой абстрактную модель сети и связанных с ней устройств. В случае не-IEC 61850 протокола передачи данных и соответствующего сервера ОРС объект CDM или программный элемент могут группировать индивидуальные переменные ОРС или элементы данных в соответствии со стандартом IEC 61850. В соответствии с этим и независимо от используемого протокола передачи данных объекты CDM, представляющие устройства 21 технологического процесса в виде, совместимом с IEC 61850, размещаются или адаптируются экземпляром сервера ОРС контроллера и формируют абстрактное пространство 27 данных. В качестве примера индивидуальные логические узлы (LN) в соответствии с IEC 61850, такие как примерный логический узел XCBR, относящиеся к прерывателю 7 цепи, представлены абстрактными объектами CDM 21b, 7b. Объекты CDM тогда содержат зеркальную копию необходимых данных, таких как значения атрибута различных LN, которые предоставляют устройства 21 технологического процесса, относящиеся к распределительному контроллеру 19. В соответствии с аспектом синхронизации "считывания/записи" или "обновления" представления CDM каждый раз, когда поступает указание на выполнение операции управления или когда принимается решение, соответствующий объект CDM 21b обновляется, и относящееся к нему устройство 21 технологического процесса автоматически уведомляется и получает указания для выполнения операций. Аналогично каждый раз, когда доступны новые данные в устройствах технологического процесса, например, при изменении значения атрибута логического узла XCBR, эти новые данные автоматически передаются или выполняется их потоковая передача в контроллер 19 для обновления соответствующего объекта 7b CDM.
Благодаря использованию инфраструктуры связи распределительный контроллер 19 может собирать и передавать данные из/в устройства 21 технологического процесса в его назначенной области управления, данные из/в центра сетевого управления (NCC) и данные из/в другие распределительные контроллеры, размещенные на других первичных подстанциях. Устройство 21 технологического процесса собирает данные из первичных устройств и передает их в распределительный контроллер 19. Распределительный контроллер затем выполнен с возможностью выполнения различных функций управления, оптимизации и администрирования. Примеры функций сетевого управления представляют собой управление напряжением, восстановление сети и изменение конфигурации сети, в то время как примеры функций администрирования сетью представляют собой администрирование ограничений генерирования, администрирование ограничений пропускной способности линии, уменьшение потерь в сети и администрирование сетевых ресурсов. Упомянутые функции выполняют с помощью средства 29 обработки совместно с координатором 31, они оба соединены с возможностью обмена данными с абстрактным пространством 27 данных для доступа к соответствующим данным. Абстрактная модель CDM делает функцию управления независимой от моделей передачи данных и протоколов, используемых в различных сетях. Вместо выполнения этих функций управления и оптимизации на основе прямой передачи данных с физическими IED в первичных и вторичных подстанциях эти функции работают с абстрактным CDM в распределительном контроллере.
Распределительный контроллер 19 также содержит средство 33 идентификации отдельного участка, предназначенное для идентификации географической протяженности отдельного участка, образованного вследствие изменения конфигурации сетевой топологии. Средство 33 также идентифицирует и отслеживает устройства переключения, формирующие границу отдельного участка и в то же время связи как с предыдущей "родительской" областью распределения (частью которой был этот отдельный участок), так и с соседними или примыкающими областями последних (к одной из которых переназначен отдельный участок).
На фиг.3 представлена электрическая распределительная система по фиг.1 после изменений конфигурации сети в результате замыкания ранее замкнутых переключателей 11, 11' и размыкания ранее замкнутого переключателя 9'. Как следствие и с учетом приведенного выше определения, часть или участок 23 электрической распределительной системы, в дальнейшем называемый отдельным участком, изолирован или отключен от второй области 1' распределения и соединен или подключен к первой области 1 распределения. Известные способы, такие как проверка способности к подключению на представлении в виде графа электрической распределительной сети, позволяют идентифицировать как отсоединенный отдельный участок 1”, так и область 1 распределения, к которой последний должен быть отнесен.
Распределительный контроллер 19, 19' соединен через стандартные соединения с устройствами 21, 21' технологического процесса, взаимодействующими с первичными устройствами в соответствующей области распределения. На линии передачи данных сетевого администрирования обычно не влияет изменение конфигурации сети, следовательно, области управления в отличие от областей распределения остаются стабильными. В случае, показанном на фиг.3, линия передачи данных (штрихпунктирная линия) должна быть расположена между первым распределительным контроллером 19 и устройствами 21' технологического процесса, которые взаимодействуют с первичными устройствами 13,' 17', которые ранее составляли часть второй области 1' распределения. Такая линия передачи данных представляет собой предпосылку для первого распределительного контроллера 19, для управления всей увеличенной теперь первой областью 1 распределения, включающей устройства 21' технологического процесса, назначенные первичным устройствам 13', 17' отдельного участка 23.
Как упомянуто выше, сложная проблема возникает, когда конфигурация сети была изменена, и возможности электрического соединения электрической сети больше не соответствуют возможностям соединения или области системы передачи данных. В этом случае для алгоритмов управления и координации, выполняемых конкретным распределительным контроллером, может потребоваться осуществлять доступ к конкретным объектам CDM, которые расположены в других, обычно соседних распределительных контроллерах. Другими словами, когда конфигурация сети была изменена таким образом, что отдельный участок сети, который ранее составлял часть первой области распределения, теперь электрически соединен со второй областью распределения, логическими узлами, соответствующими оборудованию этого участка, предпочтительно управляют с помощью распределительного контроллера второй области распределения. Следовательно, эти LN больше не включены в сферу администрирования сети их родительского распределительного контроллера.
Как описано со ссылкой на фиг.3, каждое устройство технологического процесса или физический IED ассоциировано с главным объектом CDM, представляющим этот IED и находящимся в родительском распределительном контроллере, с которым соединен физический IED через линию передачи данных. Родительский распределительный контроллер управляет через физический IED первичными устройствами в родительской области распределения, как определено в соответствии с исходной или канонической конфигурацией сети. После изменения назначения отдельного участка копии альтернативных объектов для главных объектов CDM формируются во втором распределительном контроллере, который управляет областью распределения, к которой был переназначен отдельный участок. Необходимый доступ через контроллер основан на агенте синхронизации, который отвечает за администрирование копий альтернативных объектов для главных объектов CDM в одном или больше распределительных контроллерах и/или синхронизирует данные в альтернативных объектах и в объектах CDM путем синхронизации считывания/записи или используя операции обновления, подобные тем, которые доступны между главным объектом CDM и реальными IED или LN, которые он представляет.
Распределительный контроллер поддерживает стандартизированное описание или подробную модель внутренних возможностей соединения и частей оборудования ассоциированной области распределения. Такое описание может соответствовать общей информационной модели (CIM), которая использует участок подстанций IEC 61850 или частные разделы в файле 61850 SCL, включающем соединения с логическими узлами, которые, в свою очередь, содержат ссылки на физические и логические устройства. После формирования отдельного участка сети описание этого отдельного участка затем передается во второй распределительный контроллер, который теперь отвечает за этот отдельный участок. Несмотря на тот факт, что это устраняет необходимость содержать полное описание всей сети в каждом контроллере электрической распределительной системы, такой подход может быть предпочтительным для сохранения в каждом из распределительных контроллеров совместно используемой или ограниченной модели сети, содержащей только связи или соединения (в основном, переключатели и линии), между первоначально определенными областями распределения. Такая информация может затем способствовать определению местоположения основного объекта CDM для альтернативных объектов 2-го поколения, формируемых в любом из контроллеров.
СПИСОК НОМЕРОВ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1, 1'
область распределения энергии
3, 3'
первичная подстанция
5, 5'
управляемый трансформатор
7, 7'
прерыватель сети
9, 9'
переключатель (разомкнутый)
11, 11'
переключатель (замкнутый)
13, 13'
вторичная подстанция
15'
распределенное генерирование
17, 17'
управляемый конденсатор
19, 19'
распределительный контроллер или ISCS
21
устройство технологического процесса
23
отдельный участок
25
транслятор главного протокола
27
пространство абстрактных данных
29
средство обработки данных
31
средство координации
33
средство идентификации