ЦЕНТРАЛЬНЫЙ СЕРВЕР РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ПОДСТАНЦИИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано для мониторинга, защиты и управления режимами работы оборудования на электрической подстанции.
Известна система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрических подстанций, содержащая датчики технических параметров оборудования электрической подстанции, соединенные линиями связи с панелью управления, связанной с диспетчерским пультом (см. патент РФ 2389117, опубл. 10.05.2010. H02J 3/00). Недостатками данной системы являются необходимость подключения большого числа линий связи к датчикам, недостаточная вычислительная мощность устройств панели управления, вызванная распределением задач системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции по большому количеству устройств разных типов. Большое число линий связи вызвано тем, что было необходимо подвести данные о токах, напряжениях и других параметрах оборудования электрической подстанции к каждому устройству, входящему в состав панели управления, где такая информация необходима. При этом каждый датчик должен иметь подмодули для преобразования входной аналоговой информации в цифровой вид, пригодный для обработки. И соответственно подмодули для преобразования результатов вычислений в аналоговый вид управляющих команд для передачи к оборудованию. Это приводит к сложности системы управления и ее ненадежности.
Известна также автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции, включающая датчики технических параметров оборудования электрической подстанции, соединенные с преобразователем электрического сигнала в оптический, оптическую шину передачи данных, преобразователи оптического сигнала в электрический сигнал, устройство для мониторинга, защиты, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции (см. патент РФ 2402139, опубл. 20.10.2010, H02J 13/00). В ней аналоговые связи между устройствами были заменены оптическими цифровыми. Таким образом удалось значительно сократить количество связей между устройствами, входящими в состав автоматизированной системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции.
Однако существенным недостатком данной системы является то, что число типов интеллектуальных устройств, осуществляющих выполнение задач автоматизации, и их общее количество в составе автоматизированной системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции остается неизменно большим, что приводит к сложности и ненадежности работы в целом системы.
Известна также автоматизированная система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции (см. патент РФ 2468407, опубл. 27.11.2012, G05B 19/00, H02J 13/00), принятая за прототип, которая включает датчики технических параметров оборудования электрической подстанции, соединенные с преобразователем электрического сигнала в оптический. Кроме этого она содержит оптическую шину передачи данных и преобразователи оптического сигнала в электрический сигнал. Также в нее входит устройство для мониторинга, защиты, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции. Это устройство для мониторинга, защиты, регистрации и управления оборудованием электрической подстанции выполнено в виде кластера серверов, состоящего из нескольких компьютеров, соединенных в единую систему. Кластер серверов соединен с устройством управления оборудования электрической подстанции, расположенного на рабочем месте оператора. Также он соединен отдельной шиной с устройствами, исполняющими команды управления, расположенными на оборудовании электрической подстанции, и с терминалом удаленного доступа.
Недостатком данной системы является то, что кластер серверов, и линии связи, соединяющие данный кластер серверов с измерительными и исполнительными устройствами, представляет сложную для программирования, настройки и управления систему.
Техническая задача настоящей полезной модели - упрощение автоматизированной системы мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции и повышение надежности ее работы.
Данная техническая задача достигается тем, что в центральном сервере релейной защиты и автоматики подстанции, содержащем центральный процессор, имеющий в своем составе оперативное запоминающее устройство и постоянное запоминающее устройство, контроллер сетевого интерфейса, который связан с цифровой сетью подстанции, согласно полезной модели, в него дополнительно введен контроллер буферной памяти, имеющий в своем составе оперативное запоминающее устройство, дополнительно введены необходимое число входных преобразователей, которые связаны с цифровыми измерительными и исполнительными устройствами подстанции, при этом выход шины управления центрального процессора связан со входом шины управления контроллера буферной памяти, выход двунаправленной шины данных центрального процессора связан со входом двунаправленной шины данных контроллера буферной памяти, выходы шин управления контроллера буферной памяти связаны со входами шин управления входных преобразователей, выходы двунаправленных шин данных контроллера буферной памяти связаны со входами двунаправленных шин данных входных преобразователей, выход шины управления контроллера буферной памяти связан со входом шины управления контроллера сетевого интерфейса, выход двунаправленной шины данных контроллера буферной памяти связан со входом двунаправленной шины данных контроллера сетевого интерфейса.
Предлагаемый Центральный сервер релейной защиты и автоматики подстанции поясняется с помощью прилагаемых чертежа (фиг. 1), на котором сделаны следующие обозначения.
- Центральный сервер релейной защиты и автоматики подстанции 1,
- Содержит центральный процессор 2,
- Имеющий в своем составе оперативное запоминающее устройство 3,
- Постоянное запоминающее устройство 4,
- Контроллер буферной памяти 5,
- Имеющий в своем составе оперативное запоминающее устройство 6,
- Необходимое число входных преобразователей 7, 8, 9, 10 (в данном случае представлено четыре входных преобразователя),
- Которые связаны с цифровыми измерительными и исполнительными устройствами 11, 12, 13, 14 подстанции,
- Контроллер 15 сетевого интерфейса сервера 1,
- Который связан с цифровой сетью 16 подстанции,
- Шину управления 17, с помощью которой центральный процессор 2 управляет работой контроллера буферной памяти 5,
- Двунаправленную шину данных 18, по которой центральный процессор 2 обменивается данными с контроллером буферной памяти 5,
- Шины управления 19, 20, 21, 22, 23, с помощью которых контроллер буферной памяти 5 управляет обменом информацией между контроллером буферной памяти 5 с входными преобразователями 7, 8, 9, 10 и контроллером 15 сетевого интерфейса сервера 1,
- Двунаправленные шины данных 24, 25, 26, 27, 28, с помощью которых контроллер буферной памяти 5 обменивается данными с входными преобразователями 7, 8, 9, 10 и контроллером 15 сетевого интерфейса сервера 1,
- По цифровым линиям связи 29, 30, 31, 32 с цифровых измерительных и исполнительных устройств 11, 12, 13, 14 подстанции информация поступает на входные преобразователи 7, 8, 9, 10,
- По цифровой линии связи 33 с цифровой сети 16 подстанции информация поступает на контроллер 15 сетевого интерфейса сервера 1,
- По цифровым линиям связи 34, 35, 36, 37 на цифровые измерительные и исполнительные устройства 11, 12, 13, 14 подстанции информация поступает с входных преобразователей 7, 8, 9, 10,
- По цифровой линии связи 38 на цифровую сеть 16 подстанции информация поступает с контроллера 15 сетевого интерфейса сервера 1.
Центральный сервер релейной защиты и автоматики подстанции содержит центральный процессор 2, имеющий в своем составе оперативное запоминающее устройство 3 и постоянное запоминающее устройство 4, контроллер сетевого интерфейса 15, который связан с цифровой сетью подстанции 16.
Отличием предлагаемого центрального сервера релейной защиты и автоматики подстанции является то, что в него дополнительно введен контроллер буферной памяти 5, имеющий в своем составе оперативное запоминающее устройство 6, дополнительно введены необходимое число входных преобразователей 7, 8, 9, 10 (в данном случае представлено четыре входных преобразователя), которые связаны с цифровыми измерительными и исполнительными устройствами подстанции 11, 12, 13, 14, при этом выход шины управления центрального процессора 2 связан 17 со входом шины управления контроллера буферной памяти 5, выход двунаправленной шины данных центрального процессора 2 связан 18 со входом двунаправленной шины данных контроллера буферной памяти 5, выходы шин управления контроллера буферной памяти 5 связаны 19, 20, 21, 22 со входами шин управления входных преобразователей 7, 8, 9, 10, выходы двунаправленных шин данных контроллера буферной памяти 5 связаны 24, 25, 26, 27 со входами двунаправленных шин данных входных преобразователей 7, 8, 9, 10, выход шины управления контроллера буферной памяти 5 связан 23 со входом шины управления контроллера сетевого интерфейса 15, выход двунаправленной шины данных контроллера буферной памяти 5 связан 28 со входом двунаправленной шины данных контроллера сетевого интерфейса 15.
Работа центрального сервера релейной защиты и автоматики подстанции происходит следующим образом. Сервер имеет три ярко выраженные части:
1. Несколько входных преобразователей 7-10, которые осуществляют первичную обработку потока данных с цифровыми измерительными и исполнительными устройствами 11, 12, 13, 14 подстанции 1.
2. Центральный процессор 2, который реализует логику защит и автоматики подстанции 1.
3. Контроллер буферной памяти 5, который связывает входные преобразователи 7-10 с центральным процессором 2.
На подстанции 1 имеется много измерительных и исполнительных устройств 11, 12, 13, 14, например цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения, выключатели. Каждое измерительное устройство (которое имеется в составе измерительных и исполнительных устройств 11, 12, 13, 14) производит измерение синусоидального тока или напряжения, примерно 100 раз за период в 20 миллисекунд (для частоты 50 герц). Если каждое измерение создает один байт данных за 0,2 миллисекунды, то в секунду один датчик создает поток данных 100*50=5000 байт. Данный поток данных обрабатывают входные преобразователи 7-10, которые производят определение частоты напряжения подстанции, преобразование Фурье (определение амплитуды и фазы синусоидального тока и напряжения), вычисление действующего значения, вычисление мощности, вычисление комплексного сопротивления, и другие сложные преобразования. Для производства сложных вычислений каждый модуль снабжен собственным цифровым процессором (например DSP), который специально сконструирован для быстрых перемножений цифровых данных.
Входные преобразователи 7-10 записывают на двунаправленные шины данных 24, 25, 26, 27, 28, с помощью которых контроллер буферной памяти 5 обменивается данными с входными преобразователями 7, 8, 9, 10 результаты обработки: значение частоты на подстанции, амплитуду и фазу тока, напряжения для нулевой, первой, и высших гармоник, величину действующего значения тока, напряжения, активную, реактивную, полную мощности, величину комплексного сопротивления и др. При этом, если входной поток данных идет с периодом 0,2 миллисекунды (100 измерений за период частоты 50 герц), то выходной поток данных модули входных преобразователей 7-10 выдают (записывают на двунаправленные шины данных 24, 25, 26, 27, 28) с периодом порядка 10 миллисекунд, то есть выходной поток данных в 50 раз более медленный.
Каждый входной преобразователь 7-10 постоянно записывает в собственный кольцевой буфер оперативной памяти (данные циклически записываются в выделенный блок оперативной памяти) входной цифровой поток данных от подключенных к данному преобразователю цифровых измерительных и исполнительных устройств 11, 12, 13, 14 подстанции. При возникновении повреждений, аварии, содержимое кольцевого буфера оперативной памяти образует цифровую осциллограмму.
Необходимое количество входных преобразователей 7-10 набирается в зависимости от количества цифровых измерительных и исполнительных устройств 11, 12, 13, 14 подстанции: если каждый модуль 7-10 обрабатывает данные от 8 измерительных и исполнительных устройств, то для сотни измерительных и исполнительных устройств потребуется 100/8~ 13 входных преобразователей.
Центральный процессор 2 получают с контроллера буферной памяти 5 обработанные входными преобразователями 7-10 данные, выдает на шину управления 17, с помощью которой центральный процессор 2 управляет работой контроллера буферной памяти 5, команды управления. При этом каждая подпрограмма центрального процессора 2 является одной установленной на сервере защитой, или одной автоматикой. При этом центральный процессор 2 получает на вход уже обработанные данные, с периодом обновления данных порядка 10 миллисекунд, и выполняют обработку, в основном, логики защит и автоматики. Поэтому центральный процессор 2 сервера успевают обрабатывать большое число подпрограмм защит или автоматики.
Весь полный цикл работы сервера (равный примерно 10 миллисекундам) происходит следующим образом:
- Вначале цикла центральный процессор 2 выдает на шину управления 17 контроллера буферной памяти 5 команду обмена по двунаправленной шине данных 18, считывает и записывает необходимые данные в оперативное запоминающее устройство 6 контроллера буферной памяти 5. В течении всего оставшегося времени цикла центральный процессор 2 обрабатывает подпрограммы релейной защиты и автоматики подстанции 1.
- После обмена с центральным процессором 2, в течении всего оставшегося времени цикла, под управлением контроллера буферной памяти 5 (с использованием шин управления 19, 20, 21, 22, 23) происходит (с использованием двунаправленных шин данных 24, 25, 26, 27, 28) обмен данными между контроллером буферной памяти 5 и входными преобразователями 7, 8, 9, 10 и контроллером 15 сетевого интерфейса.
- В течении всего времени цикла входные преобразователи 7, 8, 9, 10 производят обработку потока данных, получаемых от цифровых измерительных и исполнительных устройств 11, 12, 13, 14 подстанции.
Таким образом, предлагаемая полезная модель центрального сервера релейной защиты и автоматики подстанции значительно упрощает систему мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции, повышает надежность ее работы, модульная система позволяет гибко подбирать конфигурацию сервера.
Централизованная (на основе одного сервера) система мониторинга, защиты и управления оборудованием электрической подстанции упрощает наладку, параметрирование, обслуживание системы.