УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ Российский патент 2019 года по МПК H02J13/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству и способу обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции.

Предпосылки

Цифровая подстанция является современным направлением развития системы автоматизации подстанций. В частности, после принятия Международного стандарта сетей и систем связи на подстанциях (IEC61850) были обеспечены технические нормативы для конструкции цифровых подстанций, и развитие применения и конструкции цифровой подстанции продвинулось далеко вперед. В цифровых подстанциях главной средой передачи данных является Ethernet. Сеть связи используется для замещения вспомогательного кабеля, так что модуль переменного тока и модуль управления традиционного защитного и мониторингового устройства могут быть упразднены, и вся информация передается по сети уровня процессов. Таким образом, сокращаются средства на покупку вспомогательных кабелей и на прокладывание кабелей для подстанции, и нагрузка на дополнительное проводное соединение для традиционных подстанций также значительно снижена.

В традиционных подстанциях предотвращение неправильного срабатывания блока отключения устройства релейной защиты выполнено на основе логики запуска и защиты. Условия запуска и условия срабатывания устройства отличаются. Условия запуска легче удовлетворить. Например, как колебание напряжения, так и колебание тока могут вызывать запуск защиты, и в этом случае устройство не будет отключать выключатель. Однако условия срабатывания защиты являются более жесткими. В случае, когда защищаемое устройство выходит из строя, только после того как устройство сначала запущено и соответствует логическим условиям срабатывания защиты, устройство осуществляет срабатывание и отключает выключатель. Для традиционного устройства релейной защиты отключением релейной цепи обеспечивается тот факт, что устройство, которое не запущено, не может посредством каких-либо действий управлять выключателем.

В интеллектуальных цифровых подстанциях передача значения параметра срабатывания в момент переключения и сигнала отключения осуществляется посредством службы Goose согласно стандарту IEC61850, что представляет собой способ передачи данных по сети, используемый вместо проводных соединений между традиционными интеллектуальными электронными устройствами. Мониторинговое и защитное устройство отправляет команду переключения на интеллектуальный пульт управления посредством Goose, и интеллектуальный пульт управления осуществляет соединение/отсоединение переключателя согласно принятой команде. Логика защиты и запуска все еще присутствует в защитном устройстве цифровой подстанции. Однако защитное устройство выполняет отправку пакета отключения способом передачи пакетных данных посредством Ethernet после полного соответствия логике программного обеспечения.

С возрастающим спросом на интеллектуальную обработку, распространение информационных и цифровых технологий, защитное устройство цифровой подстанции использует большое число устройств на интегральных схемах, применяемых для выполнения основных функций системы. Однако, поскольку аппаратная платформа становится все более сложной и ее масштабы увеличиваются, применение устройств на интегральных схемах соответственно возрастает. Следовательно, защитное устройство имеет повышенный риск нарушения срабатывания вследствие отказа некоторого аппаратного обеспечения. Отказ общего аппаратного обеспечения в канале обработки данных легко вызывает неправильное срабатывание защитного устройства.

Кроме того, со стремительным развитием технологий инновации дополнительно совершенствуют работоспособность устройства с точки зрения скорости, производительности и потребления энергии. Однако техническое развитие также делает некоторые ранее несущественные эффекты значительными. Например, одиночный отказ (SEU) приводит к тому, что сбой в программном обеспечении имеет большее влияние. Частота сбоев в программном обеспечении на бит в устройстве была снижена посредством жесткого проектирования ИС, но логическая производительность каждого функционального узла непрерывно увеличивается вдвое и количество битов встроенного в чип SRAM также соответствующим образом увеличиваются. Поскольку в защитном устройстве используется большое число процессоров на основе SRAM, запоминающих устройств и программируемых пользователем вентильных матриц (ППВМ), вероятность сбоя в программном обеспечении, вызванного SEU, становится значительной. Довольно сложно осуществлять мониторинг такого нарушения, и оно может быть обнаружено только в том случае, когда при защите происходит неправильное срабатывание.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения вышеуказанных задач настоящее изобретение предоставляет устройство и способ обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции, при которых посредством применения архитектуры установки двух ППВМ и двух центральных процессорных устройств (ЦПУ) и посредством контроля избыточности канала данных улучшается способность предотвращать неправильное срабатывание защитного устройства и обеспечивается, что устройство не сможет вызвать неправильное срабатывание первичного устройства вследствие неизвестных сбоев при отказе аппаратного устройства, SEU и т. д.

Для достижения вышеуказанных технических целей и результатов настоящее изобретение воплощено в следующих технических решениях.

Предоставлено устройство для обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции, содержащее основное ЦПУ и дополнительное ЦПУ, соединенные друг с другом, и основную ППВМ и дополнительную ППВМ, соединенные друг с другом, при этом как основная ППВМ, так и дополнительная ППВМ соединены с физическим уровнем защитного устройства, и как основное ЦПУ, так и дополнительное ЦПУ соединены с концом вывода данных мониторинга состояния защищаемого устройства.

Основное ЦПУ отправляет результат обработки на основную ППВМ, дополнительное ЦПУ отправляет результат обработки на дополнительную ППВМ, и после приема информации, отправленной дополнительным ЦПУ, дополнительная ППВМ синхронизирует информацию с основной ППВМ.

Когда основная ППВМ принимает информацию об отключении, основная ППВМ выполняет сравнение на соответствие между информацией об отключении, полученной с основного ЦПУ, и информацией, полученной с дополнительной ППВМ, и, если они соответствуют друг другу, основная ППВМ отправляет информацию, принятую с основного ЦПУ, на защитное устройство, а в противном случае отбрасывает информацию, принятую с основного ЦПУ.

Предоставлен способ обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции, включающий следующие этапы:

этап 1, на котором: основное ЦПУ и дополнительное ЦПУ соответственно собирают данные мониторинга состояния защищаемого устройства, определяют логику защиты согласно выборочному значению и отправляют результаты срабатывания защиты на соответствующие ППВМ соответственно, при этом основное ЦПУ отправляет пакет отключения на основную ППВМ, вычисляет циклический избыточный код (CRC) в соответствии с собранными данными и отправляет CRC на основную ППВМ; и дополнительное ЦПУ сообщает состояние отключения дополнительной ППВМ; и

этап 2, на котором: основная ППВМ и дополнительная ППВМ предварительно обрабатывают принятые данные, при этом дополнительная ППВМ синхронизирует текущую информацию с основной ППВМ; и основная ППВМ проводит синтаксический анализ информации, принятой с основного ЦПУ, при этом, если информация не содержит информации об отключении, основная ППВМ непосредственно прикрепляет CRC к концу информации, принятой с основного ЦПУ, а затем отправляет ее на физический уровень защитного устройства; или, если информация содержит информацию об отключении, основная ППВМ выполняет сравнение на соответствие между информацией об отключении, полученной с основного ЦПУ, и информацией, полученной с дополнительной ППВМ, и, если они соответствуют друг другу, основная ППВМ непосредственно прикрепляет CRC к концу информации, принятой с основного ЦПУ, а затем отправляет ее на физический уровень защитного устройства, а в противном случае отбрасывает информацию, принятую с основного ЦПУ.

Положительные эффекты настоящего изобретения заключаются в следующем.

Во-первых, при отказе аппаратного устройства любое процессорное устройство получает неверный результат отключения, и в конечном счете две ППВМ обнаруживают несоответствующую информацию о запуске отключения. Таким образом, экспорт пакета отключения запрещен, благодаря чему осуществляется контроль влияния нарушения внутри устройства.

Во-вторых, если получен корректный результат отключения. Однако во время передачи пакета содержимое пакета меняется вследствие наложения физических сигналов, SEU или других проблем, что приводит к несоответствию между CRC и содержимым пакета. Затем приемник отбросит пакет, и некорректное отключение не сможет быть вызвано.

В-третьих, после применения настоящего изобретения в защитном устройстве цифровой подстанции способность предотвращать неправильное срабатывание устройства может быть значительно улучшена, и могут быть улучшены стабильность и надежность системы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции согласно настоящему изобретению; и

на фиг. 2 представлена схема информационных потоков способа обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Технические решения настоящего изобретения дополнительно подробно описаны ниже со ссылкой на сопроводительные графические материалы и конкретные варианты осуществления, чтобы специалисты в данной области техники могли лучше понять настоящее изобретение и осуществить настоящее изобретение. Однако приведенные варианты осуществления не предназначены для ограничения настоящего изобретения.

Предоставлено устройство для обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции. Как показано на фиг. 1, устройство содержит основное ЦПУ и дополнительное ЦПУ, соединенные друг с другом, и основную ППВМ и дополнительную ППВМ, соединенные друг с другом. Как основная ППВМ, так и дополнительная ППВМ соединены с физическим уровнем (PHY) защитного устройства, и как основное ЦПУ, так и дополнительное ЦПУ соединены с концом вывода данных мониторинга состояния защищаемого устройства. Резервированная архитектура установки двух ЦПУ и двух ППВМ использована в качестве архитектуры аппаратного обеспечения. ППВМ служат в качестве дополнительных процессоров для обработки сетевого пакета, и два ЦПУ принимают одинаковые данные измерения в качестве основания для оценки логики защиты.

Устройство в качестве защитного устройства для поддержки протокола IEC61850 осуществляет мониторинг состояния измерения защитного устройства, содержащего такую информацию, как значение параметра срабатывания в момент переключения, напряжение, сила тока и фаза. После выявления отказа защищаемого устройства устройство отправляет пакет Goose через службу GOOSE для направления команды отключения интеллектуальному пульту управления, так что соединение между защищаемым устройством и первичной системой разъединяется.

Основное ЦПУ отправляет результат обработки на основную ППВМ, дополнительное ЦПУ отправляет результат обработки на дополнительную ППВМ, и после приема информации, отправленной дополнительным ЦПУ, дополнительная ППВМ синхронизирует информацию с основной ППВМ.

Когда основная ППВМ принимает информацию об отключении, основная ППВМ выполняет сравнение на соответствие между информацией об отключении, полученной с основного ЦПУ, и информацией, полученной с дополнительной ППВМ, и, если они соответствуют друг другу, основная ППВМ отправляет информацию, принятую с основного ЦПУ, на защитное устройство, а в противном случае отбрасывает информацию, принятую с основного ЦПУ.

Предпочтительно между основной ППВМ и дополнительной ППВМ осуществляется односторонняя связь, и дополнительная ППВМ периодически отправляет сообщение на основную ППВМ в кадрах. Связь между основной ППВМ и дополнительной ППВМ осуществляется в основном через высокоскоростной интерфейс связи, и сообщение периодически отправляется в кадрах. Его физический интерфейс может быть интерфейсом любого стандарта, такого как независящий от среды передачи интерфейс (MII), расширенный параллельный периферийный интерфейс (EPPI), последовательный периферийный интерфейс (SPI), интерфейс периферийных устройств Express (PCIE) или сокращенный гигабитный независящий от среды передачи интерфейс (RGMII). Например, сообщение отправляется через RGMII, ширина полосы пропускания данных составляет l Гбит/с, и все данные полностью отправляются за 1 мкс.

Между основной ППВМ и чипом физического уровня защитного устройства осуществляется двусторонняя связь посредством, например, интерфейса двусторонней связи S3MII. Между дополнительной ППВМ и чипом физического уровня защитного устройства осуществляется односторонняя связь посредством, например, интерфейса связи S3MII. Дополнительная ППВМ принимает сообщение, отправленное с физического уровня защитного устройства.

В существующей конструкции CRC канального уровня Ethernet-пакета, в качестве стандартного режима проверки данных Ethernet, обычно вычисляется посредством ППВМ, применяемой для обработки сетевой информации. При отправке и экспорте CRC прикрепляют к концу действительного пакета и выполняет отправку. После выявления несоответствия между содержимым пакета и CRC принимающая сторона отбрасывает данные на канальном уровне и не проводит синтаксический анализ и не исполняет неверное содержимое пакета. Однако в настоящем изобретении CRC вычисляется основным ЦПУ, а затем отправляется посредством ППВМ. В частности, при отправке пакета на основную ППВМ основное ЦПУ также отправляет CRC, соответствующий пакету. При отправке Ethernet-пакета основная ППВМ непосредственно прикрепляет CRC к концу кадра, и выполняет его отправку, и не вычисляет CRC самостоятельно; и основная ППВМ никак не меняет содержимого пакета. Таким образом, основная ППВМ отвечает только за определение того, выполнять отправку или нет, но не может никак менять содержимое пакета. Если содержимое пакета изменено вследствие какой-либо обработки или нарушения в этот период, принимающая сторона не может принять корректный пакет, таким образом предотвращая неправильное срабатывание защитного устройства и эффективно гарантируя целостность данных.

Обычно только небольшое количество пакетов, отправленных устройством, являются пакетами отключения. После приема пакета, отправленного основным ЦПУ, основная ППВМ может определить, путем проведения синтаксического анализа формата пакета, тип пакета, который должен быть отправлен, и необходимость в проверке на соответствие. Если информации об отключении не содержится (т. е. пакет является обычным пакетом), выполняется непосредственная отправка пакета без выполнения сравнения на соответствие. Однако требуется выполнить сравнение между пакетом отключения и списком информации об отключении канала, полученным после синхронизации с дополнительной ППВМ. Только когда текущий канал может быть отключен согласно данным двух ППВМ, пакет в текущем кадре может быть отправлен посредством Ethernet, а в противном случае данные в текущем кадре отбрасываются.

Формат информации об отключении поддерживается устройством для нескольких лазердисков (лазерных дисков). В настоящем варианте осуществления поддерживается шестнадцать различных состояний сигнала запуска отключения. Из соображений предотвращения неправильного срабатывания, добавляют заголовок кадра, последний элемент кадра и проверку, а конкретные значения сигналов запуска отключения кодируют, при этом кодирующие значения предусматривают как можно более неупорядоченными, исключая таким образом неверную оценку после несовпадения в 1 бит и общего смещения.

Соответственно, как показано на фиг. 2, способ обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции, в частности, включает следующие этапы:

этап 1, на котором: основное ЦПУ и дополнительное ЦПУ по отдельности собирают данные мониторинга состояния защищаемого устройства, определяют логику защиты согласно выборочному значению и отправляют результаты срабатывания защиты на соответствующие ППВМ соответственно, при этом основное ЦПУ отправляет пакет отключения на основную ППВМ, вычисляет CRC в соответствии с собранными данными и отправляет CRC на основную ППВМ; и дополнительное ЦПУ сообщает состояние отключения дополнительной ППВМ;

этап 2, на котором: основная ППВМ и дополнительная ППВМ предварительно обрабатывают принятые данные, при этом дополнительная ППВМ синхронизирует текущую информацию с основной ППВМ; и основная ППВМ проводит синтаксический анализ информации, принятой с основного ЦПУ, при этом, если информация не содержит информации об отключении, основная ППВМ непосредственно прикрепляет CRC к концу информации, принятой с основного ЦПУ, а затем отправляет ее на физический уровень защитного устройства; или, если информация содержит информацию об отключении, основная ППВМ выполняет сравнение на соответствие между информацией об отключении, полученной с основного ЦПУ, и информацией, полученной с дополнительной ППВМ, и, если они соответствуют друг другу, основная ППВМ непосредственно прикрепляет CRC к концу информации, принятой с основного ЦПУ, а затем отправляет ее на физический уровень защитного устройства, а в противном случае отбрасывает информацию, принятую с основного ЦПУ.

Положительные эффекты настоящего изобретения заключаются в следующем.

Во-первых, при отказе аппаратного устройства любое процессорное устройство получает неверный результат отключения, и в конечном счете две ППВМ обнаруживают несоответствующую информацию о запуске отключения. Таким образом, экспорт пакета отключения запрещен, благодаря чему осуществляется контроль влияния нарушения внутри устройства.

Во-вторых, если получен корректный результат отключения. Однако во время передачи пакета содержимое пакета меняется вследствие наложения физических сигналов, SEU или других проблем, что приводит к несоответствию между CRC и содержимым пакета. Затем принимающая сторона отбрасывает пакет, и некорректное отключение не может быть вызвано.

В-третьих, после применения настоящего изобретения в защитном устройстве цифровой подстанции способность предотвращать неправильное срабатывание устройства может быть значительно улучшена, и могут быть улучшены стабильность и надежность системы.

Выше описаны только предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, и они не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Любые эквивалентные конструкции или трансформации способа с применением описания настоящего изобретения и сопроводительных графических материалов могут применяться непосредственно или опосредованно в других соответствующих областях техники, и все они подпадают под объем патентной защиты настоящего изобретения.

Использование: в области электротехники. Технический результат - улучшение способности предотвращения неправильного срабатывания защитного устройства и обеспечение того, что устройство не сможет вызвать неправильное срабатывание первичного устройства вследствие неизвестных сбоев, когда случается отказ аппаратного устройства или одиночный отказ (SEU). Устройство содержит основное ЦПУ и дополнительное ЦПУ, соединенные друг с другом, и основную ППВМ и дополнительную ППВМ, соединенные друг с другом, при этом как основная ППВМ, так и дополнительная ППВМ соединены с физическим уровнем защитного устройства, и как основное ЦПУ, так и дополнительное ЦПУ соединены с концом вывода данных мониторинга состояния защищаемого устройства. Способ включает этапы, на которых: основное ЦПУ отправляет результат обработки на основную ППВМ, дополнительное ЦПУ отправляет результат обработки на дополнительную ППВМ и дополнительная ППВМ синхронизирует текущую информацию с основной ППВМ после приема информации, отправленной дополнительным ЦПУ; и, когда основная ППВМ принимает информацию об отключении, основная ППВМ сравнивает текущую информацию об отключении, полученную с основного ЦПУ, на соответствие с текущей информацией об отключении, полученной с дополнительной ППВМ, и, если они соответствуют друг другу, основная ППВМ отправляет информацию, принятую с основного ЦПУ, на защитное устройство, а в противном случае отбрасывает информацию, принятую с основного ЦПУ. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции, отличающееся тем, что содержит основное ЦПУ и дополнительное ЦПУ, соединенные друг с другом, и основную ППВМ и дополнительную ППВМ, соединенные друг с другом, при этом как основная ППВМ, так и дополнительная ППВМ соединены с физическим уровнем защитного устройства, и как основное ЦПУ, так и дополнительное ЦПУ соединены с концом вывода данных мониторинга состояния защищаемого устройства, при этом

основное ЦПУ отправляет результат обработки на основную ППВМ, дополнительное ЦПУ отправляет результат обработки на дополнительную ППВМ, и после приема информации, отправленной дополнительным ЦПУ, дополнительная ППВМ синхронизирует информацию с основной ППВМ; и,

когда основная ППВМ принимает информацию об отключении, основная ППВМ выполняет сравнение на соответствие между информацией об отключении, полученной с основного ЦПУ, и информацией, полученной с дополнительной ППВМ, и, если они соответствуют друг другу, основная ППВМ отправляет информацию, принятую с основного ЦПУ, на защитное устройство, а в противном случае отбрасывает информацию, принятую с основного ЦПУ.

2. Устройство для обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции по п. 1, отличающееся тем, что между основной ППВМ и дополнительной ППВМ осуществляется односторонняя связь, посредством которой дополнительная ППВМ периодически отправляет сообщение на основную ППВМ в кадрах.

3. Устройство для обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции по п. 2, отличающееся тем, что между основной ППВМ и чипом физического уровня защитного устройства осуществляется двусторонняя связь, между дополнительной ППВМ и чипом физического уровня защитного устройства осуществляется односторонняя связь и дополнительная ППВМ принимает сообщение, отправленное с физического уровня защитного устройства.

4. Устройство для обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции по п. 1, отличающееся тем, что при отправке пакета на основную ППВМ основное ЦПУ также отправляет циклический избыточный код (CRC), соответствующий пакету; при отправке Ethernet-пакета основная ППВМ непосредственно прикрепляет CRC к концу кадра, и выполняет его отправку, и не вычисляет CRC самостоятельно; и основная ППВМ никак не меняет содержимого пакета.

5. Устройство для обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции по п. 4, отличающееся тем, что после приема пакета, отправленного основным ЦПУ, основная ППВМ проводит синтаксический анализ формата пакета для определения того, содержит ли пакет информацию об отключении; и, если пакет не содержит информации об отключении, пакет непосредственно отправляют без выполнения сравнения на соответствие.

6. Способ обеспечения надежности защитного отключения интеллектуальной подстанции, отличающийся тем, что, в частности, включает следующие этапы:

этап 1, на котором: основное ЦПУ и дополнительное ЦПУ соответственно собирают данные мониторинга состояния защищаемого устройства, определяют логику защиты согласно выборочному значению и отправляют результаты срабатывания защиты на соответствующие ППВМ соответственно, при этом основное ЦПУ отправляет пакет отключения на основную ППВМ, вычисляет циклический избыточный код (CRC) в соответствии с собранными данными и отправляет CRC на основную ППВМ; и дополнительное ЦПУ сообщает состояние отключения дополнительной ППВМ; и

этап 2, на котором: основная ППВМ и дополнительная ППВМ предварительно обрабатывают принятые данные, при этом дополнительная ППВМ синхронизирует информацию с основной ППВМ; и основная ППВМ проводит синтаксический анализ информации, принятой с основного ЦПУ, при этом, если информация не содержит информации об отключении, основная ППВМ непосредственно прикрепляет CRC к концу информации, принятой с основного ЦПУ, а затем отправляет ее на физический уровень защитного устройства; если информация содержит информацию об отключении, основная ППВМ выполняет сравнение на соответствие между информацией об отключении, полученной с основного ЦПУ, и информацией, полученной с дополнительной ППВМ, и, если они соответствуют друг другу, основная ППВМ непосредственно прикрепляет CRC к концу информации, принятой с основного ЦПУ, а затем отправляет ее на физический уровень защитного устройства, а в противном случае отбрасывает информацию, принятую с основного ЦПУ.