ПРОВЕРКА КОНФИГУРАЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА
INSPECTION OF INTELLIGENT ELECTRONIC DEVICE CONFIGURATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области систем автоматики подстанции со стандартизированным представлением конфигурации. Более конкретно, оно относится к способу проверки конфигурации первого интеллектуального электронного устройства в системе SA (АП, автоматики подстанции).
Уровень техники
Подстанции для распределения энергии в сетях электроснабжения высокого и среднего напряжения включают в себя первичные или полевые устройства, такие как электрические кабели, линии, токопроводящие шины, переключатели, прерыватели, силовые трансформаторы и измерительные трансформаторы, расположенные на трансформаторной подстанции и/или в стойках. Эти первичные устройства работают автоматически через систему автоматики подстанции (АП), которая отвечает за управление, защиту и мониторинг подстанций. Система АП содержит программируемые вторичные устройства, так называемые интеллектуальные электронные устройства (IED, ИЭУ), взаимно соединенные с системой передачи данных АП и взаимодействующие с первичными устройствами через интерфейс обработки. ИЭУ обычно назначают одному из трех иерархических уровней, а именно, уровню станции с местом оператора, включающим в себя интерфейс человек - машина (HMI, ИЧМ), а также шлюз для центра управления сетью (NCC, ЦУС), уровню стойки с ее модулями стойки для защиты и управления, и уровню обработки. Модули уровня обработки содержат, например, электронные датчики для измерения напряжения, тока и плотности газа, а также контактные датчики для определения положений переключателей и переключателей выходных обмоток трансформатора, или ИЭУ-прерыватели, управляющие исполнительным устройством или приводом прерывателя или разъединителя цепи. Интеллектуальные исполнительные устройства или ИЭУ-прерыватели могут быть интегрированы в соответствующее интеллектуальное первичное оборудование и могут быть соединены с модулем стойки через последовательное соединение или оптическую шину обработки. Модули стойки соединены друг с другом и с ИЭУ на уровне станции через шину, проложенную между стойками, или шину станции.
Современные системы АП требуют обеспечения функциональной совместимости между всеми устройствами в подстанции, независимо от изготовителя. Поэтому был введен международный стандарт передачи данных между ИЭУ подстанций. Стандарт IEC 61850 "Сети передачи данных и системы подстанций" разделяет функции приложений, специфичных для подстанции, и вопросы, специфичные для передачи данных для подстанции, и с этой целью определяет абстрактную объектную модель для соответствующих этому стандарту подстанций, и способ обращения к этим объектам через сеть, через абстрактный интерфейс услуги передачи данных (ACSI, ИУПД). Это позволяет приложениям, специфичным для подстанции, таким как рабочая станция оператора (OWS, РСО) работать со стандартными объектами, в то время как фактические объекты, специфичные для ИЭУ подстанции, могут быть реализованы разными производителями ИЭУ. Абстрактная модель данных в соответствии со стандартом внедряет функции АП в смысле логических узлов, сгруппированных в логических устройствах и выделенных для ИЭУ, в качестве физических устройств. Вопросы, специфичные для передачи данных, обрабатывают через стек передачи данных ISO/OSI (взаимодействие открытых систем, Международная организация по стандартизации МОС), в настоящее содержащий стек с MMS (спецификации сообщений производителя, ССП)/ТСР (протокол управления передачей, ПУП)/IP (протокол Интернет, ПИ)/Ethernet в качестве оптического физического уровня. Хотя модель данных, включающая в себя такие атрибуты, как штампы или показатели достоверности) реализована на уровне приложения стека передачи данных, сообщения для критических по времени или относящихся к безопасности сообщений, то есть, обобщенных объектно-ориентированных событий подстанции (GOOSE, ОООСП), таких как размыкание и блокирование, а также для аналоговых выборочных значений отображают непосредственно на уровень канала передачи данных Ethernet стека передачи данных.
Одно из следствий упомянутого выше требования обеспечения функциональной совместимости состоит в том, что устройства, поставляемые разными поставщиками, требуется скомбинировать в одну систему АП в помощью интегратора системы, и требуется обеспечить обмен техническими данными между выделенными инженерными инструментами или инструментами конфигурации АП различных поставщиков во время процесса передачи данных. Поэтому полная система со всеми ее устройствами и связями для передачи данных должна быть описана формальным образом в процессе разработки. Это обеспечивается с помощью всеохватывающего языка конфигурирования подстанции (SCL, ЯКП) на основе XML (РЯР, расширяемый язык разметки) для систем, соответствующих стандарту IEC 61850, который представляет собой часть этого стандарта.
Язык ЯКП используют для описания возможностей конкретного ИЭУ или типа ИЭУ в описаниях способностей ИЭУ (ICD, ОСИ). Он перечисляет функции при обмене данными и при выполнении приложений физического устройства, которые разграничены, например, количеством портов ввода/вывода. Файл описания конфигурации подстанции (SCD, ОКП) на языке ЯКП описывает модель конкретной подстанции, функций ИЭУ в смысле логических узлов и соединений для передачи данных. Файл описания конфигурации подстанции (ОКП) содержит (1) название трансформаторной подстанции и описание топологии, (2) описание конфигурации ИЭУ (функций через логические узлы), (3) взаимосвязь между функциями трансформаторной подстанции и функциями ИЭУ, (4) описание сети передачи данных. В соответствии с этим, если конкретное ИЭУ используют в системе АП, затем на основе его описания типа ОСИ экземпляр объекта ИЭУ вставляют в соответствующий файл ОКП. Язык ЯКП затем позволяет описывать типичные или индивидуальные значения для атрибутов данных, переносимых и, например, связанных с конкретным ИЭУ, например, значений для атрибутов конфигурации и параметров установки. Соединение между силовыми процессами и системой АП описано на языке ЯКП путем прикрепления логических узлов к элементам первичного оборудования. Типично, логический узел управления переключателем прикреплен к устройству переключения, в то время как измерительный логический узел или логический узел с функцией защиты выделяют для модуля стойки.
В процессе разработки подстанции конфигурацию АП (топология, конфигурация ИЭУ и установка для передачи данных) получают на основе требований заказчика и сохраняют в файле ОКП. Для фактической установки или ввода в эксплуатацию, всю или часть ранее разработанной информации о конфигурации, требуется передать в физические устройства, и сами ИЭУ должны быть правильно сконфигурированы. Поскольку система АП представляет собой распределенную систему, это происходит последовательно, то есть, одно ИЭУ за другим загружают данные конфигурации специфичные для подстанции из файла ОКП и вводят в работу. Кроме того, разные ИЭУ должны быть загружены по отдельности разными поставщиками с использованием их собственных инструментов. Часть этого процесса автоматизирована, но большинство этапов все еще требуют взаимодействия с человеком, с привлечением инженеров по вводу в эксплуатацию или инженеров-испытателей. Все эти действия способствуют появлению ошибок. Дополнительные источники несоответствия между файлом ОКП и фактической конфигурацией отдельного ИЭУ возникают из-за использования различных версий файла ЯКП, или из того факта, что ИЭУ позволяют локально изменять свою конфигурацию, то есть, в самом устройстве.
Как подробно описано выше, конфигурацию первоначально разрабатывают и сохраняют в соответствующих файлах ЯКП, и конфигурации, определенные для физических устройств, то есть, соответствующие конфигурациям функций устройств и/или выделения логических узлов для ИЭУ, могут отличаться друг от друга. Такие несоответствия могут сами по себе проявляться во время или после ввода в эксплуатацию системы АП. Инженер-испытатель и инженер по вводу в эксплуатацию затем сталкивается со следующими симптомами: возникает отсутствие передачи данных между двумя устройствами, или данные (в соответствии с определенным протоколом) оказываются неправильными или потерянными, и возможно от него потребуется выполнить поиск для идентификации плохо сконфигурированного ИЭУ. С другой стороны, несмотря на тот факт, что испытания не могут гарантировать отсутствие ошибок в сложных ситуациях, цель такого инженера состоит в том, чтобы продемонстрировать правильную скоординированную работу всех частей в наиболее вероятных и важных (предполагаемых) сценариях применения.
Для того чтобы гарантировать возможность совместной работы в соответствии с глобальным стандартом IEC 61850, для сведения к минимуму риска, связанного с интеграцией на уровне системы и для гарантирования правильной работы распределенной системы АП во время запуска, а также при изменении конфигурации, IEC 61850 ввел концепцию информации о ревизии конфигурации для абстрактной модели данных, и определения, относящиеся к передаче данных. Эта информация может быть, и в случае услуг, выполняемых в режиме реального времени, относящихся к безопасности, таких как GSE (ОСП, обобщенное событие подстанции) и выборочные значения, должна быть проверена в приемнике для того, чтобы гарантировать, что предположения о содержимом сообщения соответствуют фактическому состоянию конфигурации отправителя. Информация о фактически используемой ревизии доступна в режиме онлайн для услуг, выполняемых в режиме реального времени, даже в каждой отправленной телеграмме. Приемник детектирует несоответствие ревизии путем сравнения информации о ревизии, полученной в режиме онлайн, с ее конфигурацией на основе ожидаемой информации о ревизии, делает заключение об изменении модели данных отправителя, компоновки набора данных или определений для передачи данных, и предпринимает соответствующие меры.
В статье автора Wolfgang Wimmer, под названием "IEC 61850 - more than interoperable data exchange between engineering tools", представленной на Конференции PSCC в городе Льеж, август 22-26, 2005 г., любой файл ЯКП содержит версию и информацию, относящуюся к обработке ревизии. Заголовок файла содержит ссылку на документ и историю версии/ревизии для отслеживания таких изменений, как разные версии описаний о возможностях ИЭУ. Однако такая информация сама по себе может быть потеряна при конфигурировании ИЭУ, или информация обновления может быть по небрежности игнорирована.
Патентная заявка US 2002/0173927 относится к тестированию защиты и управлению интеллектуальными электронными устройствами (ИЭУ) на основе обмена данными с использованием цифровой передачи данных между испытательной системой и испытуемым ИЭУ. Испытательное устройство (виртуальное ИЭУ) обеспечивает аналоговые сигналы колебания тока и напряжения по линиям передачи аналоговых сигналов для имитации вторичных токов и напряжений, представленных в испытуемом ИЭУ. Кроме того, пакеты данных, содержащие информацию о статусе, относящуюся к статусу первичного или вторичного оборудования подстанции во время имитируемого отказа энергетической системы, передают в ИЭУ через канал передачи данных. При этом в ходе испытаний фокусируются на проверке правильной работы конфигурируемых функций устройства или выделенных логических узлов, то есть, проверке ожидаемого правильного действия, инициируемого на выходе испытуемого устройства. Однако в упомянутой выше патентной заявке не обеспечивается запрос конфигурации испытуемого ИЭУ, то есть, соответствующей конфигурации устройства и/или выделения логических узлов для ИЭУ.
При все более растущей зависимости от передачи данных Ethernet между ИЭУ и другими устройствами в подстанции были разработаны инструменты, которые позволяют выполнять анализ сетевого трафика, то есть, основного трафика Ethernet и, например, трафика, относящегося к ПУП/ПИ, обмен которым осуществляют в сети АП. Несколько таких (наземных ССП, анализатор КЕМА) позволяют дополнительно анализировать стандартный трафик Ethernet и выделять из сообщений пакеты данных, соответствующие стандарту 61850, такие как выборочные значения, ОООСП, ССП и т.д. Однако при этом для оператора отсутствует возможность понимать содержание этих выделенных данных, то есть, получать их правильное значение. Это в еще большей степени справедливо, если упомянутые данные имеют двоичный формат (последовательность битов).
Сущность изобретения
Таким образом, цель изобретения состоит в том, чтобы исключить трудности, вытекающие из упомянутых выше источников ошибок или несовместимости. Эта цель достигается с помощью способа проверки конфигурации первого интеллектуального электронного устройства и конфигурации верификатора согласованности для системы автоматики подстанции в соответствии с пунктами 1 и 5 формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты воплощения будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения.
В соответствии с изобретением, конфигурацию первого интеллектуального электронного устройства (ИЭУ), которое составляет часть системы автоматики подстанции (АП) и которое было первоначально выполнено с возможностью выполнения функций измерения, защиты и/или управления, в соответствии со спецификацией конфигурации подстанции считывают из внутреннего сервера первого ИЭУ и преобразуют в соответствии с выделенной моделью данных. Соответствующую информацию затем считывают, например, из второго ИЭУ, которое было первоначально выполнено с возможностью выполнения тех же функций, что и у первого ИЭУ, или из файла описания конфигурации подстанции (ОКП) и преобразуют. Преобразованные данные затем сравнивают для идентификации различий или несоответствия и для исправления ошибок, введенных процессом конфигурирования ИЭУ. С другой стороны, если различия не будут отмечены, делают вывод, что система АП является последовательной и что можно ожидать ее работы без ошибок, если противоположное не будет доказано.
В первом предпочтительном варианте изобретения этот способ используют в случае замены ИЭУ в ходе технического обслуживания. В этом случае можно сравнивать конфигурацию как исходного, или первого, так и запасного, или второго ИЭУ.
Во втором предпочтительном варианте изобретения информацию, найденную в сконфигурированных ИЭУ подстанции, сравнивают с информацией о конфигурации подстанции, найденной как стандартизированные специфичные для подстанции данные в файле ОКП, в соответствии с первоначальной разработкой. Таким образом, изобретение обеспечивает возможность проверки последовательности без обработки ревизии и обеспечивает уменьшение времени и усилий для запуска в эксплуатацию или испытаний установки подстанции.
Краткое описание чертежей
Предмет изобретения поясняется более подробно в следующем тексте со ссылкой на предпочтительные примерные варианты воплощения, которые иллюстрируются на приложенных чертежах, на которых:
на фиг.1 показана часть схемы одной линии подстанции,
на фиг.2 показана блок-схема последовательности операций процесса проверки конфигурации.
Символы ссылочных позиций, используемые на чертежах, и их значения представлены в обобщенной форме в виде списка символов ссылочных позиций. В принципе, идентичные части обозначены на чертежах одинаковыми символами ссылочных позиций.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показана схема одной линии части или секции примерной подстанции при предполагаемом уровне напряжения, например, 110 кВ, вместе с некоторыми связями для передачи данных АП или вторичным оборудованием. Модель трансформаторной подстанции на уровне одной линии содержит соответствующие топологические электрические соединения между первичным оборудованием. Подстанция содержит конфигурацию с двойной токопроводящей шиной, с двумя токопроводящими шинами 10, 10', каждая из которых обеспечивает подачу энергии в две стойки 11, 11' через разъединители QB1-QB4. Каждая стойка содержит прерыватель QA1 цепи, разъединитель QC1 и заземляющий переключатель QE1. Соответствующие части системы АП представлены жирными линиями, сеть 20 передачи данных, соединенная с двумя ИЭУ 21, 22, оба из которых представляют собой главные логические узлы класса CSWI (управление переключением, УПЕР). Для каждого логического узла выделен один из упомянутых выше прерывателей QA1 цепи, как обозначено пунктирными линиями. Файл 23 описания конфигурации подстанции (ОКП) содержит описание ЯКП подстанции, включающее в себя ИЭУ 21, 22. Верификатор 24 последовательности конфигурации, как выделенный программный инструмент, воплощенный в компьютере, соединен с сетью 20 передачи данных.
На фиг.2 представлена блок-схема последовательности операций процесса, содержащего следующие этапы.
На этапе 1.1, информацию, представляющую интерес, считывают с помощью верификатора 24 последовательности конфигурации из первого ИЭУ 21, обращаясь через абстрактный интерфейс услуги передачи данных (ACSI, АИУП), сервер спецификации сообщений производителя (ССП), находящийся в ИЭУ. Эта информация, в основном, эквивалентна сконфигурированному описанию ИЭУ (CID, СОИ), выраженному с использованием языка конфигурации подстанции (ЯКП), но находящемуся в первом ИЭУ 21, как локальные данные, в формате, специфичном для производителя ИЭУ.
На этапе 1.2, эти данные преобразуют или переводят с помощью верификатора 24 последовательности конфигурации, и в соответствии с выделенной абстрактной моделью или моделью "мета" данных, в информацию, соответствующую описанию модели данных 61850, или любой другой эквивалентной структуре данных. Другими словами, семантическое содержание данных из первого ИЭУ 21 выделяют и преобразуют в экземпляр выделенной модели данных.
На этапе 2.1, одновременно обращаются к соответствующей информации о первом ИЭУ 21 из файла 23 ОКП, который содержит описание первого ИЭУ 21. Файл 23 ОКП типично создают во время процесса разработки подстанции, которой принадлежит ИЭУ 21. Соответствующий пример выдержки из файла 23 ОКП, включающий в себя ПИ адрес в строке 6, может быть представлен следующим образом:
<Header id="AASP2B" version="1" revision=”1” nameStrucmre="IEDName"/>
<Communication>
<SubNetwork name="P2WA1" type="8-MMS">
<ConnectedAP iedName="P2KA1" apName="S1">
<Address>
<P type="IP">10.3.100.228</P>
<P type="IP-SUBNET">255.255.255.0</P>
<P type="OSI-AP-Title">1,3,9999,23</P>
<P type="OSI-PSEL">00000001</P>
<P type="OSI-SSEL">0001</P>
<P type="OSI-TSEL">0001</P>
</Address>
На этапе 2.2, файл 23 ОКП анализируют и его соответствующее содержимое перекомпоновывают и преобразуют в информацию, соответствующую описанию модели данных 61850.
На этапе 3.0, в конечном итоге, два преобразованных набора данных сравнивают, выявляя, например, объект, элемент или атрибут в одном наборе данных, который не имеет соответствующий объект, элемент или атрибут в другом наборе данных, или два соответствующих объекта одного типа и названия в двух наборах данных, которые не имеют одинаковое значение. Такое сравнение может быть продолжено на любой тип данных, который определен в стандарте IEC 61850.
Правила преобразования получают из описания стандарта: IEC 61850-6, First edition, 2004-03, под названием "Communication networks and systems in substations", Part 6: "Configuration description language for communication in electrical substations related to IEDs", reference number IEC 61850-6:2004(E). В качестве примера в секции 9.3.4, направленной на логические устройства, представлен список устройств, относящихся к общим утверждениям, атрибутам и ограничениям, которые приведены в следующих трех параграфах.
Элемент LDevice определяет логическое устройство ИЭУ, к которому можно обратиться через точку доступа. Он должен содержать, по меньшей мере, один LN и LN0, и может содержать предварительно сконфигурированный отчет, определения GSE и SMV.
Дополнительную соответствующую информацию, например, для обеспечения передачи данных, можно получить из других секций, в то время как не вся информация, содержащаяся в упомянутой выше секции 9.3.4 (например, услуги), может потребоваться с целью настоящего изобретения. Однако, в сумме, вся информация, относящаяся к типу данных, определенному в стандарте IEC 61850, однозначно обозначает для специалиста в данной области техники, как выполнить предложенные преобразования.
В варианте воплощения, отличающемся от описанного выше со ссылкой на фиг.2, второе ИЭУ 22, вместо файла 23 ОКП, можно использовать в качестве второго источника информации, к которой обращаются на этапе 2.1 и которую сравнивают с информацией, поступающей непосредственно из первого ИЭУ 21. Такой подход используют, например, в случае, если требуется сравнить конфигурации двух, возможно, идентичных ИЭУ, либо для избыточной операции, или с целью замены одного другим. Аналогично, два ИЭУ с идентичными функциями, но размещенные в разных стойках подстанции, можно проверять на наличие различий, кроме их ПИ адреса.
В предпочтительных вариантах воплощения значения атрибута могут быть скорректированы на этапах 1.2 или 2.2, если априори полученная информация об их подстанции обозначает, что они неправильные. Например, сервер в ИЭУ должен содержать узел LLN0. В соответствии с этим, потерянный узел LLN0 может быть вставлен автоматически верификатором последовательности конфигурации. Аналогично, потерянные ПИ адреса можно установить как атрибуты или предусмотреть с помощью верификатора последовательности конфигурации.
Поскольку выявление отличающегося или потерянного содержимого не содержит обозначение, которое из двух значений является правильным, результат сравнения обрабатывают или анализируют в соответствии со специфичными требованиями пользователя. Любое расхождение можно исправить в соответствии с правилами, определенными в стандарте 61850, или пользователь может сделать это самостоятельно.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 токопроводящая шина
11 стойка
20 сеть передачи данных
21 первое интеллектуальное электронное устройство (ИЭУ)
22 второе ИЭУ
23 файл ОКП
24 верификатор последовательности конфигурации