СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ Российский патент 2025 года по МПК G05B13/02 G05B19/48 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее техническое решение относится к области тестирования работоспособности устройств релейной защиты и автоматики (РЗА), в частности к способу проведения электрических испытаний поддерживающего стандарт МЭК 61850 микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики (МП РЗА), выполняемых посредством портативного автономного устройства сопряжения с объектом (УСО) под управлением электронно-вычислительного устройства оператора с использованием удаленной серверной платформы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известные способы испытаний устройств релейной защиты и автоматики при их наладке и эксплуатации подразумевают использование испытательной установки (устройства сопряжения с объектом (УСО)) с целью подачи значений тока и/или напряжения для проверки конкретного значения параметра работы устройства (т.е. осуществляется проверка по типу - правильно ли сработает устройство, если подать на него значение тока равное X ампер). Данная проверка осуществляется без привязки к реальному месту эксплуатации устройства и, по сути, несет в себе цель осуществить проверку работоспособности устройства, а не возможности его правильной работы при возникновении аварийных ситуаций. Дополнительно традиционный способ подразумевает проигрывание заранее записанных осциллограмм, содержащих различные сигналы тока и/или напряжения, которые могут соответствовать реальному месту установки устройства, однако для создания таких осциллограмм необходимо прибегнуть к использованию стороннего локального программного обеспечения (ПО) (на подключаемом персональном компьютере (ПК) к УСО, которое по существу является дополнительным ПО управления устройством (УСО) (например, MATALB/SIMULINK), которое нужно устанавливать вить на ПК), также известны устройства предназначенные для непосредственной подачи осциллограмм сигналов на испытуемое устройство в режиме реального времени (использование модифицированных высокопроизводительных и габаритных УСО (типа RTDS ЦДЭС) с встроенным редактором электрических схем).

Из уровня техники известен источник информации RU 2402784 C2, опубл. 27.10.2010, в котором раскрыты системы автоматики подстанций для подстанций сетей электроснабжения высокого и среднего напряжения, в частности, испытания функций на системном уровне, подразумевающем использование двух интеллектуальных электронных устройств систем автоматики подстанций. Испытательная среда для испытаний системного уровня автоматики подстанций включает: первое и второе интеллектуальные электронные устройства, сеть передачи данных, испытательное устройство, подключенное к сети передачи данных. С помощью испытательного устройства считывают стандартное описание воплощенных функций интеллектуального электронного устройства. Испытательное устройство выполнено с возможностью передачи сетевых сообщений, обозначающих поведение второго интеллектуального электронного устройства в соответствии с функцией системного уровня через сеть передачи данных в первое интеллектуальное электронное устройство. В ответ на сетевые сообщения отслеживают поведение первого интеллектуального электронного устройства. Техническим результатом от применения заявленной группы изобретений является способствование испытаниям функций на системном уровне.

Кроме того, из уровня техники известен источник информации US 2005/0107977 A1, опубл. 19.05.2005, в котором раскрыта система для генерации сигнала для тестирования реле. Система включает в себя множество массивов векторов аргументов, каждый из которых определяет цифровой сигнал для тестирования реле. Каждый из массивов векторов аргументов включает в себя множество векторов аргументов, а каждый вектор аргументов включает в себя множество аргументов. Система включает в себя множество генераторов формы сигнала для генерации множества компонентов сигнала. Каждый генератор формы сигнала генерирует компонент сигнала на основе векторов аргументов, содержащихся в выбранном одном из множества массивов векторов аргументов. Система также включает в себя компонент слияния для объединения компонентов сигнала для создания цифрового сигнала для тестирования реле.

Также в уровне техники известен источник информации WO 2011/121386 A1, опубл. 06.10.2011, в котором раскрыт способ координированной передачи управления в системе подстанции, содержащей IED или логические устройства (LD1, LD2)/серверы, использующие сообщения GOOSE с предварительно сконфигурированными моделями данных с логическими узлами (LN1, LN2), содержащими один или несколько объектов данных, включая частные объекты данных (DO), подключенные к сети связи подстанции (210, 220). Способ передачи управления проиллюстрирован для управления устройствами горячего резерва и для других приложений, таких как логическая изоляция объединяющего блока на подстанции и распределение нагрузки между IED. Способ особенно актуален для устройств, не имеющих стека MMS. Также предусмотрено устройство, использующее способ координированной передачи управления в системе подстанции.

Из уровня техники известен источник информации CN 110620689 A, опубл. 27.12.2019, в котором раскрыты способ моделирования и система сервера IEC61850, причем способ включает в себя разработку службы MMS для моделирования сервера MMS и клиента; разработку службы GOOSE для поддержки приема, отправки, анализа, подписки и мониторинга сообщений GOOSE; разработку служб выборки SV и записи волн для приема и передачи наборов данных выборки, анализа записанных и транслируемых файлов и отображения динамических и статических форм волн; разработана служба проверки модели для проверки правильности файлов модели IEC61850. Решение имеет преимущества визуализации, полноты функций, хорошего взаимодействия человек-машина и удобного тестирования и проверки.

Из уровня техники известен источник информации RU 2773717 C1, опубл. 08.06.2022, в котором раскрыты способы мониторинга оборудования в автоматизированной системе управления промышленных объектов и может быть использовано в электротехнике и других областях для восстановления данных измерений оборудования. Способ содержит этапы, на которых: вводят информацию о первичном оборудовании, к которому подключены измерительные цепи устройства ввода-вывода, и о первичном оборудовании, с которым имеется непосредственная технологическая связь; проверяют возможность получения измерений, необходимых для выполнения функций автоматики, и при отсутствии необходимых измерений передают сообщение с запросом измерений, необходимых для выполнения функции автоматики, и указанием первичного оборудования, к которому относятся эти измерения; получают сообщение с запросом измерений и проверяют, имеется ли непосредственная технологическая связь с первичным оборудованием, указанным в сообщении; при наличии измерений параметров работы оборудования и наличии непосредственной технологической связи между первичным оборудованием отправляют сообщение с указанием параметров передаваемых измерений, причем если устройство ввода-вывода имеет непосредственную технологическую связь с первичным оборудованием, но не имеет необходимых измерений, то отправляют сообщения другим устройствам ввода-вывода, первичное оборудование которых имеет непосредственную технологическую связь с оборудованием данного устройства ввода-вывода, после получения ответного сообщения от других устройств ввода-вывода отправляют параметры потоков измерений в контроллер управления; и рассчитывают по заданным соотношениям недостающие значения измерений с учётом текущего состояния технологической схемы объекта управления.

Наконец, из уровня техники известен источник информации RU 2772974 C1, опубл. 30.05.2022, раскрывающий способы мониторинга работы автоматизированных систем управления технологическими процессами, который предусматривает мониторинг запущенных функций автоматики в контроллере управления, реконфигурацию алгоритмов сбора информации с контроллеров управления в устройстве сбора информации, определение контроллеров управления, которые будут выполнять функции автоматики, относящиеся к каждому устройству ввода-вывода, корректировку перечня и информационной модели функций автоматики и передачу данных в устройство сбора информации; изменение таблицы соответствия сигналов мониторинга контроллеров управления и распределения функций автоматики по контроллерам управления и информационными моделями контроллеров управления и передачу на верхний уровень АСУТП данных о текущем распределении функций автоматики по контроллерам управления. Техническим результатом является возможность динамического мониторинга системы автоматики с гибкой функциональной архитектурой.

Общим недостатком известных из уровня техники решений являются ограниченные возможности по проведению различного рода сложности электрических испытаний устройств релейной защиты и автоматики, обусловленные применением специализированных программных средств моделирования, предъявляющих повышенные требования к аппаратному обеспечению для развертывания и функционирования и, как следствие, громоздкость непосредственно самих известных УСО.

Таким образом, известные в уровне техники решения не позволяют проводить разнообразные оперативные электрические испытания устройств релейной защиты и автоматики без привязки к реальному месту эксплуатации устройства, в особенности, с помощью компактных (портативных) УСО, не требующих наличия в своем составе обширных аппаратных средств и вычислительных ресурсов.

Предлагаемое решение отличается от известных из уровня техники решений в использовании портативного автономного УСО под управлением электронно-вычислительном устройстве оператора, посредством использования браузера которого осуществляется моделирование схем и сигналов воздействия на РЗА с использованием удаленной серверной платформы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является устранение недостатков предшествующего уровня техники.

Техническим результатом, достигающимся при решении вышеуказанной технической задачи, является повышение оперативности и вариативности производимых испытаний микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики (МП РЗА), поддерживающих стандарт МЭК 61850, за счет упрощения конструкции устройства сопряжения с объектом (УСО) и использования вычислительных мощностей удаленной серверной платформы.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения предложен способ проведения электрических испытаний поддерживающего стандарт МЭК 61850 микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики (МП РЗА), выполняемых посредством портативного автономного устройства сопряжения с объектом (УСО) под управлением электронно-вычислительного устройства оператора с использованием удаленной серверной платформы. Согласно предложенному способу: устанавливается соединение между электронно-вычислительным устройством оператора и удаленной серверной платформой; отправляются в удаленную серверную платформу, посредством браузера, функционирующего на электронно-вычислительном устройстве оператора, конфигурационные данные, характеризующие энергосистему, в которой установлено испытуемое МП РЗА; формируется посредством удаленной серверной платформы на основе принятых конфигурационных данных электрическая схема энергосистемы с испытуемым МП РЗА, которая передается в браузер электронно-вычислительного устройства оператора; задаются в браузере электронно-вычислительного устройства оператора режимы функционирования энергосистемы для моделирования сигналов воздействия и откликов МП РЗА в сформированной схеме на удаленной серверной платформе; на основе смоделированных откликов определяются параметры сигналов воздействия для испытуемого МП РЗА; создается файл осциллограмм для определенных параметров сигналов воздействия на удаленной серверной платформе и передается на электронно-вычислительное устройство оператора; подключается портативное автономное УСО к испытуемому МП РЗА; устанавливается между электронно-вычислительным устройством оператора и портативным автономным УСО беспроводное соединение с осуществлением доступа к WEB-серверу, развернутому в портативном автономном УСО, и выгружается с электронно-вычислительного устройства оператора в портативное автономное УСО конфигурационный файл испытуемого МП РЗА и файл осциллограмм; посредством портативного автономного УСО осуществляется конвертация файла осциллограмм в сигналы воздействия, выдача сконвертированных сигналов воздействия в испытуемое МП РЗА, прием ответных сигналов от испытуемого МП РЗА, обработка принятых сигналов для оценивания работоспособности испытуемого МП РЗА; и посредством браузера отображаются на экране электронно-вычислительного устройства оператора обработанные сигналы.

В частном варианте реализации предлагаемого способа электронно-вычислительного устройство оператора включает в себя любое устройство из ноутбука, смартфона или планшетного компьютера, выполненного с возможностью осуществления связи через беспроводное соединение.

В частном варианте реализации предлагаемого способа удаленная серверная платформа содержит по меньшей мере один сервер или является облачной серверной платформой.

В частном варианте реализации предлагаемого способа при отправке конфигурационных данных отправляют конфигурационные данные в виде файла конфигурации энергосистемы, в которой установлено испытуемое МП РЗА, или отправляют конфигурационные данные в виде отдельных сообщений, характеризующих компоненты энергосистемы, в которой установлено испытуемое МП РЗА, соединения между ними и значения параметров, описывающие эти соединения.

В частном варианте реализации предлагаемого способа сигналы воздействия являются электрическими сигналами тока и/или напряжения.

В частном варианте реализации предлагаемого способа параметры сигналов воздействия включают в себя форму, продолжительность и значения сигналов воздействия.

В частном варианте реализации предлагаемого способа подключение портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА осуществляют в виде непосредственного физического подключения или через подключение к локальной вычислительной сети энергосистемы.

В частном варианте реализации предлагаемого способа сконвертированные сигналы воздействия являются цифровыми сигналами при подключении портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА через локальную вычислительную сеть энергосистемы либо цифровыми и/или дискретными аналоговыми сигналами при непосредственном физическом подключении портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА.

В частном варианте реализации предлагаемого способа сконвертированные цифровые сигналы выдаются в формате кадров Sampled Values (SV), и ответные сигналы от испытуемого МП РЗА принимаются в по меньшей мере одном из формате кадров Generic Object-Oriented Substation Event (GOOSE) или кадров Manufacturing Message Specification (MMS).

В частном варианте реализации предлагаемого способа конфигурационный файл испытуемого МП РЗА является файлом в формате CID.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемым чертежом, который представлен для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивает область изобретения. К заявке прилагается следующий чертеж:

На Фигуре 1 проиллюстрирована блок-схема примерной системы проведения электрических испытаний микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики (МП РЗА) согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.

Предлагаемый способ проведения электрических испытаний поддерживающего стандарт МЭК 61850 микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики (МП РЗА) может быть применен в системе, показанной на Фигуре 1.

Система включает в себя испытуемое устройство (ИУ), устройство сопряжения с объектом (УСО), персональный компьютер (ПК) и удаленные серверы.

Испытуемое устройство (ИУ) является устройством релейной защиты и автоматики, поддерживающее прием и выдачу данных в цифровом виде. В частном варианте осуществления испытуемое устройство является поддерживающим стандарт МЭК 61850 микропроцессорным устройством релейной защиты и автоматики (МП РЗА). Согласно стандарту МЭК 61850 или его аналогу IEС 61850 61850 устройства РЗА также называется "интеллектуальным электронным устройством" (англ. intelligent electronic device (IED)).

Испытуемое устройство согласно настоящему изобретению устанавливается на энергообъекте электрической подстанции.

Устройства РЗА объединяются шиной, по которой сами устройства обмениваются данными между собой и передают эти данные на верхний уровень. Такая архитектура удобна тем, что применение технологической шины значительно уменьшает количество медных проводов, что упрощает настройку, проектирование и эксплуатацию системы.

Основными протоколами передачи данных, согласно стандарту МЭК-61850, являются протоколы MMS и GOOSE.

MMS используется для передачи данных от терминалов РЗА в SCADA систему для дальнейшей визуализации, а GOOSE - для обмена данными между терминалами.

MMS (Manufacturing Message Specification) используется для мониторинга состояния подстанции, все устройства в системе обмениваются сообщениями формата MMS.

GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events) определяет сообщения, которые передают критически важные данные

Стандартом также определен еще один протокол обмена данными на подстанции:

SMV (Sampled Measured Values) - данные от измерительных систем передаются по локальной сети используя протокол SMV.

Преимущества использования MMS заключаются в следующем:

- Мониторинг и управление IED устройствами, коммутаторами, встраиваемыми компьютерами и другими устройствами с единой системы Power SCADA.

- Построение сетевой иерархии всей системы.

- Составление отчетов и настройка оповещения.

МЭК 61850 выделяет три типа данных. Первый тип составляет основной поток информации, заполняющей шину подстанции. Он представляет собой большое количество данных, для которых не важна скорость передачи. Такая информация передается с использованием MMS-сообщений. Технология MMS-сообщений описана в ISO 9506, а правила назначения данных на этот протокол - в разделе МЭК 61850-8-1. Технология функционирования релейной защиты и автоматики предусматривает наличие еще двух типов сигналов, для которых уже критичны временные задержки в передаче. Это дискретные сигналы различных терминалов и результаты мгновенных измерений токов и напряжений. Для передачи данной информации используется протокол ИСО/МЭК 8802. Дискретные сигналы передаются в GOOSE-сообщениях, правила формирования которых указаны в МЭК 61850-8-1. Данные измерений формируют SV-сообщения. Разделы МЭК 61850-9-2 и МЭК 61850-9-2LE содержат указания по формированию пакетов данных, частоте измерений, а также правила синхронизации и дублирования.

При использовании MMS передача данных осуществляется по технологии «клиент-сервер». Клиентом в этом случае выступает одна из систем подстанционного уровня, например, АСУ ТП (технологической подстанции), роль сервера выполняют терминалы уровня присоединения. В обмене информацией задействована вся семиуровневая модель OSI. Стандарт МЭК 61850 описывает абстрактный коммуникационный интерфейс. Сюда входят несколько десятков сервисов, выполняя которые, клиент может установить или прервать связь с сервером (Associate, Abort), получить полную иерархическую структуру данных сервера (GetServerDirectory, GelLogicalDeviceDirectory, GetLogicalNodeDirectory), считать значения переменных (GetAllDataValues, GetDataValues) и многое другое. Клиент обращается к серверу, используя его IP-адрес. Сервер передает клиенту информацию по запросу или в виде отчетов при изменении одной или нескольких переменных. Выполняя постепенный опрос всех устройств уровня присоединения, системы уровня подстанции накапливают довольно большой набор информации, представляющий собой общую модель данных подстанции, а также текущие значения данных и их атрибутов. С течением времени значения переменных обновляются согласно отчетам, предоставляемым устройствами уровня присоединения. Передача данных таким образом может потребовать некоторого времени для обработки информации в передающих аппаратах.

Сообщения GOOSE, в отличие от MMS, предаются с минимальными временными затратами. Устройства обращаются сразу к канальному уровню модели OSI. Для этого используются MAC-адреса. Интеллектуальное устройство, выполняющее передачу, формирует набор данных для создания GOOSE-сообщения, которое непрерывно транслируется в сеть с заданным интервалом. При изменении одной из переменных интервал транслирования на время уменьшается. Это одна из мер по реализации принципа гарантированной доставки сообщения в максимально короткое время. Одно или несколько принимающих устройств настраивают подписку на конкретное GOOSE-сообщение. Фиксированный максимальный допустимый интервал повторения передачи сообщений помогает диагностировать состояние канала связи. Кроме того, в состав GOOSE-сообщения входят метки двух счетчиков:

- счетчика количества посылок;

- счетчика количества изменений данных.

Их использование также помогает диагностировать неполадки в сети и, в случае необходимости, восстановить потерянную информацию.

Протокол GOOSE - используется для быстрой передачи данных о событиях между интеллектуальными электронными устройствами по локальной вычислительной сети. Под интеллектуальными электронными устройствами (ИЭУ) понимаются терминалы РЗА, контроллеры присоединений (КП), преобразователи дискретных сигналов (ПДС), некоторые измерительные устройства. Фактически данный протокол служит для замены медных кабельных связей, предназначенных для передачи дискретных (но не обязательно) сигналов между устройствами. Под событиями в определении понимаются срабатывания и пуски устройств РЗА, изменения положения коммутационного оборудования и так далее. Даже измерения с датчика температур для работы противоаварийной автоматики можно передать через GOOSE, так как не требуется такой большой частоты передачи измерений, как для тока или напряжения по SV.

Передача SV-сообщений организуется по тем же правилам, что и GOOSE. Однако следует понимать, что переменные в пакетах данных постоянно изменяются, следовательно, наборы данных должны содержать дополнительную информацию, необходимую для синхронизации.

Концепция цифровой подстанции подразумевает использование большого количества интеллектуальных устройств, связанных информационной сетью. Каждое из этих устройств должно быть настроено для правильной работы. Конфигурирование можно выполнить дистанционно либо вручную, либо автоматически с использованием сети. МЭК 61850-6 предлагает решение, основанное на использовании конфигураторов двух типов:

конфигуратора интеллектуальных устройств для записи настроек в каждое конкретное устройство;

конфигуратора системы для генерирования набора необходимых настроек.

Стандарт описывает язык конфигурирования подстанции SCL (Substation Configuration Language), основанный на языке разметки XML. Процесс конфигурирования системы автоматизации подстанции завязан на использовании файлов, написанных на этом языке.

Файл SSD (System Specification Description) содержит однолинейную схему силовой части подстанции, а также определяет необходимые логические узлы для полноценной реализации системы автоматизации. Файл ICD (IED Capability Description) описывает возможности интеллектуального устройства. Этот тип файлов создается для каждого устройства и передается конфигуратору системы. На основании файлов этих двух типов конфигуратор системы выполняет назначение логических узлов на конкретные устройства и генерирует файл SCD (Substation Configuration Description). Файл SCD содержит настройки всех интеллектуальных устройств, установленных на подстанции. Этот файл передается конфигураторам интеллектуальных устройств. Каждый конфигуратор создает СID-файл (Configured IED Description), содержащий настройки конкретного устройства, и записывает его по месту назначения.

Язык SCL призван значительно упростить процесс настройки системы при первой установке или при реконструкции. Действительно, в случае замены одного из устройств для наладки нового юнита достаточно загрузить в него имеющийся СID-файл, если новое оборудование идентично заменяемому, или сгенерировать новый файл на основании SCD.

Устройство сопряжения с объектом (УСО) согласно настоящему изобретению применяется для генерации тестовых сигналов и обработки выходной информации от испытуемого устройства релейной защиты и представляет собой микропроцессорное устройство, содержащее процессор и память и работающее в режиме реального времени его выходные интерфейсы поддерживают информационный обмен (MMS/GOOSE) с испытуемым устройством с использованием протоколов, описанных в стандарте МЭК 61850, кроме это имеется возможность выдачи или приема аналоговых дискретных сигналов. Устройство имеет малые габариты и встроенный аккумулятор, что делает его автономным и расширяет возможности его применения при выполнении испытаний. Зарядка встроенного аккумулятора осуществляется через стандартные и распространенные разъемы, например, разъемы семейства USB. В качестве блока питания может использоваться зарядное устройство от любого мобильного телефона. На УСО развернут WEB-сервер, подключаясь к которому конечный пользователь может управлять режимом его работы. Доступ к WEB-серверу УСО организуется через браузер персонального компьютера (ПК) посредством беспроводного интерфейса (Wi-Fi соединения с ноутбуком). Для осуществления беспроводного соединения УСО оснащено встроенным Wi-Fi-модулем.

Подключение портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА осуществляется в виде непосредственного физического подключения или через подключение к локальной вычислительной сети энергосистемы.

Персональный компьютер (ПК), используемый в системе на Фигуре 1, предназначен не только для управления УСО, но и для подключения к удаленным вычислительным серверам, на базе которых осуществляется сборка электрической схемы (соответствующей месту установки испытуемого устройства) и ее моделирование с целью получения тестовых осциллограмм, воспроизводимых с использованием УСО. Инструментарий для сборки схемы и взаимодействия с вычислительным серверным оборудованием (запуск расчетов, выгрузка осциллограмм и др.) доступен пользователю при заходе на WEB-сервер с использованием браузера ПК, что позволяет отказаться от использования локального специализированного программного обеспечения (ПО), тем самым снижая требования к производительности ПК, используемого конечным пользователем.

ПК выполнено с возможностью загрузки в УСО конфигурационного файла испытуемого МП РЗА в формате CID.

Это стандартизованный файл, его использование связано с особенностями цифрового обмена, мало передать значения тока на ethernet порт устройства их необходимо определенным образом закодировать. CID-файл показывает куда, как и в каком виде передается информация от испытуемого устройства. Это машинописный файл с использованием, которого можно моментально наладить информационный обмен с испытуемым устройством (подавать на него сигналы и получать обратную связь). Он загружается в УСО, чтобы сконфигурировать данные заголовков в выдаваемых сигналах (т.е. он не влияет на сами величины сигналов тока и/или напряжения, он просто задает параметры их передачи). УСО получает осциллограммы от веб-сервиса, запаковывает эти данные в кадры с настройками определяемыми в CID файле и подает их в виде цифровых пакетов на испытуемое устройство, с контролем обратной связи в виде цифровых сигналов - таких сигналов на подстанции могут быть сотни в единой информационной шине, но благодаря использованию CID-файла УСО обрабатывает и контролирует обратную связь только по сигналам от испытуемого устройства.

В качестве ПК согласно настоящему изобретению может использоваться любое электронно-вычислительное устройства, содержащее процессор, память, дисплей для отображения визуальной информации и, в частности, средство просмотра веб-страниц, такое как WEB-браузер, интерфейсные порты для осуществления соединения с проводной или беспроводной локальной вычислительной сетью, обеспечивающей соединение с глобальной (внешней) сетью, например, Интернет, и Wi-Fi-модуль.

Электронно-вычислительное устройство согласно настоящему изобретению используется оператором и включает в себя любое устройство из ноутбука, смартфона или планшетного компьютера, выполненного с возможностью осуществления связи через беспроводное соединение.

В качестве браузера в электронно-вычислительном устройстве оператора используется изначально предустановленный производителем браузер Chrome, Yandex или т.п., либо любой открыто доступный браузер с открытой лицензией на использование, который может быть установлен без особых дополнительных требований к аппаратным ресурсам электронно-вычислительного устройства либо профессиональным навыкам по установке специализированного ПО.

Удаленные серверы образуют удаленную серверную платформу и предоставляют конечному пользователю или оператору интерфейс для создания электрической схемы и возможности для моделирования процессов, происходящих в них, использование облачных технологии позволяет гибко подключать дополнительные вычислительные мощности при моделировании процессов и создании осциллограмм для сложных схем.

В одном дополнительном варианте осуществления удаленная серверная платформа содержит по меньшей мере один сервер.

В еще одном дополнительном варианте осуществления удаленная серверная платформа является облачной серверной платформой.

Удаленный сервер содержит процессор, память и интерфейсы сетевого взаимодействия. В памяти удаленного сервера установлено программное обеспечение, которое при исполнении процессором удаленного сервера позволяет моделировать переходные процессы и формировать Comtrade-файл осциллограмм.

Также на удаленном сервере развернут WEB-сервер, через интерфейс которого обеспечивается удаленный доступ от электронно-вычислительного устройства оператора к программному обеспечению для моделирования переходных процессов и формирования Comtrade-файла осциллограмм.

Примерный вариант функционирования изобретения

Способ проведения электрических испытаний согласно настоящему изобретению выполняется в отношении поддерживающего стандарт МЭК 61850 микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики (МП РЗА). Испытания выполняются посредством портативного автономного устройства сопряжения с объектом (УСО) под управлением электронно-вычислительного устройства оператора с использованием удаленной серверной платформы.

Конечный пользователь (оператор), используя браузера (WEB-браузер) электронно-вычислительного устройства (ПК), устанавливает соединение с удаленной серверной платформой.

Посредством браузера осуществляется отправка в удаленную серверную платформу конфигурационные данные, характеризующие энергосистему, в которой установлено испытуемое МП РЗА.

Конфигурационные данные могут отправляться в виде файла конфигурации энергосистемы, в которой установлено испытуемое МП РЗА, или могут отправляться в виде отдельных сообщений, характеризующих компоненты энергосистемы, в которой установлено испытуемое МП РЗА, соединения между ними и значения параметров, описывающие эти соединения.

На удаленной серверной платформе посредством установленного и функционирующего на ней программного обеспечения на основе принятых конфигурационных данных формируется электрическая схему энергосистемы с испытуемым МП РЗА, и результат формирования схемы передается обратно в браузер электронно-вычислительного устройства оператора. Таким образом, схема энергосистемы может быть создана посредством использования графического интерфейса или загрузки предварительно подготовленного файла схемы и затем отображена на дисплее в браузере.

В браузере электронно-вычислительного устройства оператор задает режимы функционирования энергосистемы для моделирования сигналов воздействия и откликов МП РЗА в сформированной схеме на удаленной серверной платформе. Сигналы воздействия являются электрическими сигналами тока и/или напряжения.

Далее оператор через браузер отправляет на удаленную серверную платформу команду, запускающую программное обеспечение моделирования процессов.

На основе смоделированных откликов на удаленной серверной платформе определяются параметры сигналов воздействия для испытуемого МП РЗА. Параметры сигналов воздействия включают в себя форму, продолжительность и значения сигналов воздействия.

В итоге на удаленной серверной платформе создается файл осциллограмм для определенных параметров сигналов воздействия и передается в электронно-вычислительное устройство оператора для последующего использования или сохранения. В частном варианте осуществления файл осциллограмм имеет формат Comtrade.

Таким образом, моделируя на удаленных серверах для данной схемы необходимые рабочие или аварийные режимы (различные виды, места КЗ и пр.), оператор получает осциллограммы, соответствующие сигналам, подводимым к испытуемому устройству.

После этого портативное автономное УСО подключается к испытуемому МП РЗА через информационную шину энергообъекта энергосистемы. Подключение портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА осуществляется в виде непосредственного физического подключения или через подключение к локальной вычислительной сети энергосистемы.

Оператор устанавливает между электронно-вычислительным устройством и портативным автономным УСО беспроводное соединение с осуществлением доступа к WEB-серверу, развернутому в портативном автономном УСО, и выгружает с электронно-вычислительного устройства в портативное автономное УСО конфигурационный файл испытуемого МП РЗА и файл осциллограмм. Конфигурационный файл испытуемого МП РЗА является файлом в формате CID.

Портативное автономное УСО осуществляет конвертацию файла осциллограмм в сигналы воздействия. Сконвертированные сигналы воздействия являются цифровыми сигналами при подключении портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА через локальную вычислительную сеть энергосистемы либо цифровыми и/или дискретными аналоговыми сигналами при непосредственном физическом подключении портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА. УСО осуществляет выдачу сконвертированных сигналов воздействия в испытуемое МП РЗА с использованием собственных электрических или оптических проводных интерфейсов в виде цифровых или дискретных аналоговых сигналов и осуществляет прием ответных сигналов от испытуемого МП РЗА. Сконвертированные цифровые сигналы выдаются из УСО в формате кадров Sampled Values (SV), а ответные сигналы от испытуемого МП РЗА принимаются в УСО в по меньшей мере одном из формате кадров Generic Object-Oriented Substation Event (GOOSE) или кадров Manufacturing Message Specification (MMS).

УСО осуществляет обработку и анализ принятых сигналов для оценивания работоспособности испытуемого МП РЗА и затем передает в браузер отображения на экране электронно-вычислительного устройства оператора обработанные сигналы.

Оценивая выходные реакции испытуемого устройства, оператор может установить не только его работоспособность, но и проверить его реальное поведение при конкретной аварийной ситуации от которой защищает данное устройство.

Предлагаемое изобретение может быть использовано при проведении наладочных, приемо-сдаточных, эксплуатационных и других типах испытаний устройств релейной защиты и автоматики, осуществляющих прием и выдачу информации в цифровом виде в формате протоколов описанных в МЭК 61850.

Как можно видеть из приведенного выше раскрытия благодаря упрощению конструкции устройства сопряжения с объектом (УСО), а именно выполнение его компактным, портативным и автономным и выполнение с возможностью использования вычислительных мощностей удаленной серверной платформы, достигается повышение оперативности и вариативности производимых испытаний микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики (МП РЗА), поддерживающих стандарт МЭК 61850.

Предлагаемое изобретение позволяет тестировать испытуемое устройство не только обособленно, как это делается в известных существующих технических решениях, но и внутри всей схемы энергосистемы, т.е. с учетом соединений и взаимодействия с другими устройствами.

Традиционно в устройство РЗА задаются пороговые параметры срабатывания на основании проектных расчетов, далее при пуске объекта и с определенной периодичностью осуществляется следующая проверка: берется устройство, в него подаются значение параметра чуть выше его порогового значения и убеждаются в срабатывании устройства РЗА. Однако, если изначально были неправильно рассчитаны сами пороговые параметры, то традиционная проверка РЗА позволяет убедиться только в том, что устройство само по себе срабатывает при превышении порогового параметра (например, тока значения в 200 А). При этом может получится так, что будет авария при которой значение тока (или форма тока или другие параметры) будет другим (в случае с током меньше), но аварией от этого она быть не перестанет и устройство не срабатывает.

Предлагаемый в настоящем изобретении подход заключается в сборке самой первичной схемы и моделировании аварийных сценариев, т.е. не проверяется само значение уставки, а проверяется сработает ли устройство РЗА во всех случаях для которого оно предназначено.

Кроме того, предлагаемое изобретение исключает необходимость в использовании дополнительного стороннего ПО (например MATLAB/Simulink) для создания схем электроэнергетических объектов и соответствующих осциллограмм авариных режимов, которые накладывают повышенные требования к вычислительными мощностями применяемого персонального компьютера, поскольку в настоящем изобретении используется ПО, развернутое на удаленных серверах и использующее их вычислительные ресурсы для моделирования более комплексных и сложных схем, для доступа к которым достаточно лишь вычислительных средств, обеспечивающих установку стандартного браузера и интернет-соединения. Дополнительно, обеспечивается возможность производить испытания в труднодоступных или удаленных местах благодаря портативному автономному УСО согласно настоящему изобретению и имеющемуся в повседневной доступности современному пользовательскому электронно-вычислительному устройству, такому как ноутбук, смартфон, планшет и т.д.

Наконец, разделение системы на облачную вычислительную часть и УСО позволяет с одной стороны, получить малые габариты полевых устройств (УСО), а с другой - использовать вычислительные мощности облака для быстрого формирования осциллограмм сложных моделей.

Удаленный сервер в контексте настоящего изобретения представляет собой электронно-вычислительное устройство обработки и хранения данных, на котором установлено и функционирует программное обеспечение и которое выполнено с возможностью обмениваться данными с другими электронно-вычислительными устройствами через сеть передачи данных.

Электронно-вычислительное устройство оператора представляет собой любое известное электронно-вычислительное устройство, включающее в себя пользовательское электронное устройство, мобильный телефон, планшетный компьютер, портативный компьютер, настольный компьютер и т.п., выполненное с возможностью исполнения пользовательских приложений, а также осуществления связи через сеть передачи данных с сервером.

Браузер или WEB-браузер в контексте настоящего изобретения представляет собой программное обеспечение, исполняемое на электронно-вычислительное устройство оператора. Программное обеспечение представляет собой набор инструкций, которые хранятся в памяти вычислительного устройства и исполняются процессором вычислительного устройства. Результаты функционирования программного обеспечения отображаются пользователю через графический интерфейс на устройстве отображения, содержащегося в электронно-вычислительное устройство оператора. Графический интерфейс является средством взаимодействия с пользователем.

Электронно-вычислительное устройство оператора, обеспечивающие обработку данных, необходимую для реализации заявленного решения, в общем случае содержит такие компоненты, как: один или более процессоров, по меньшей мере одну память, средство хранения данных, интерфейсы ввода/вывода, средство ввода, средства сетевого взаимодействия.

При исполнении машиночитаемых команд, содержащихся в оперативно памяти, конфигурируют процессор устройства для выполнения основных вычислительные операции, необходимых для функционирования устройства или функциональности одного, или более его компонентов.

Память, как правило, выполнена в виде ОЗУ, куда загружается необходимая программная логика, обеспечивающая требуемый функционал. При осуществлении работы предлагаемого решения выделяют объем памяти, необходимы для осуществления предлагаемого решения.

Средство хранения данных может выполняться в виде HDD, SSD дисков, рейд массива, сетевого хранилища, флэш-памяти и т.п. Средство позволяет выполнять долгосрочное хранение различного вида информации, например, вышеупомянутых файлов с наборами данных пользователей, базы данных, содержащих записи измеренных для каждого пользователя временных интервалов, идентификаторов пользователей и т.п.

Интерфейсы представляют собой стандартные средства для подключения и работы периферийных и прочих устройств, например, USB, RS232, RJ45, COM, HDMI, PS/2, Lightning и т.п.

Выбор интерфейсов зависит от конкретного исполнения устройства, которое может представлять собой персональный компьютер, мейнфрейм, серверный кластер, тонкий клиент, смартфон, ноутбук и т.п.

В качестве средств ввода данных в любом воплощении системы, реализующей описываемый способ, может использоваться клавиатура. Аппаратное исполнение клавиатуры может быть любым известным: это может быть, как встроенная клавиатура, используемая на ноутбуке или нетбуке, так и обособленное устройство, подключенное к настольному компьютеру, серверу или иному компьютерному устройству. Подключение при этом может быть, как проводным, при котором соединительный кабель клавиатуры подключен к порту PS/2 или USB, расположенному на системном блоке настольного компьютера, так и беспроводным, при котором клавиатура осуществляет обмен данными по каналу беспроводной связи, например, радиоканалу, с базовой станцией, которая, в свою очередь, непосредственно подключена к системному блоку, например, к одному из USB-портов. Помимо клавиатуры, в составе средств ввода данных также может использоваться: джойстик, дисплей (сенсорный дисплей), проектор, тачпад, манипулятор мышь, трекбол, световое перо, динамики, микрофон и т.п.

Средства сетевого взаимодействия выбираются из устройства, обеспечивающий сетевой прием и передачу данных, например, Ethernet карту, WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль, GSM модем и т.п. С помощью средств обеспечивается организация обмена данными по проводному или беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), Интранет, Интернет, WLAN, WMAN или GSM.

Компоненты устройства сопряжены посредством общей шины передачи данных.

В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Изобретение относится к способу проведения электрических испытаний поддерживающего стандарт МЭК 61850 микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики (МП РЗА), выполняемых посредством портативного автономного устройства сопряжения с объектом (УСО) под управлением электронно-вычислительного устройства оператора с использованием удаленной серверной платформы. Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение оперативности и вариативности производимых испытаний микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики (МП РЗА), поддерживающих стандарт МЭК 61850, за счет упрощения конструкции устройства сопряжения с объектом (УСО) и использования вычислительных мощностей удаленной серверной платформы. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ проведения электрических испытаний поддерживающего стандарт МЭК 61850 микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики (МП РЗА), выполняемых посредством портативного автономного устройства сопряжения с объектом (УСО) под управлением электронно-вычислительного устройства оператора с использованием удаленной серверной платформы, содержащий этапы, на которых:

- устанавливают соединение между электронно-вычислительным устройством оператора и удаленной серверной платформой;

- отправляют в удаленную серверную платформу посредством браузера, функционирующего на электронно-вычислительном устройстве оператора, конфигурационные данные, характеризующие энергосистему, в которой установлено испытуемое МП РЗА;

- формируют посредством удаленной серверной платформы на основе принятых конфигурационных данных электрическую схему энергосистемы с испытуемым МП РЗА и передают ее в браузер электронно-вычислительного устройства оператора;

- задают в браузере электронно-вычислительного устройства оператора режимы функционирования энергосистемы для моделирования сигналов воздействия и откликов МП РЗА в сформированной схеме на удаленной серверной платформе;

- на основе смоделированных откликов определяют параметры сигналов воздействия для испытуемого МП РЗА;

- создают файл осциллограмм для определенных параметров сигналов воздействия на удаленной серверной платформе и передают на электронно-вычислительное устройство оператора;

- подключают портативное автономное УСО к испытуемому МП РЗА;

- устанавливают между электронно-вычислительным устройством оператора и портативным автономным УСО беспроводное соединение с осуществлением доступа к WEB-серверу, развернутому в портативном автономном УСО, и выгружают с электронно-вычислительного устройства оператора в портативное автономное УСО конфигурационный файл испытуемого МП РЗА и файл осциллограмм;

- посредством портативного автономного УСО осуществляют:

– конвертацию файла осциллограмм в сигналы воздействия;

– выдачу сконвертированных сигналов воздействия в испытуемое МП РЗА;

– прием ответных сигналов от испытуемого МП РЗА;

– обработку принятых сигналов для оценивания работоспособности испытуемого МП РЗА;

- посредством браузера отображают на экране электронно-вычислительного устройства оператора обработанные сигналы.

2. Способ по п.1, в котором электронно-вычислительное устройство оператора включает в себя любое устройство из ноутбука, смартфона или планшетного компьютера, выполненного с возможностью осуществления связи через беспроводное соединение.

3. Способ по п.1, в котором удаленная серверная платформа содержит по меньшей мере один сервер или является облачной серверной платформой.

4. Способ по п.1, в котором на этапе отправки конфигурационных данных отправляют конфигурационные данные в виде файла конфигурации энергосистемы, в которой установлено испытуемое МП РЗА, или отправляют конфигурационные данные в виде отдельных сообщений, характеризующих компоненты энергосистемы, в которой установлено испытуемое МП РЗА, соединения между ними и значения параметров, описывающие эти соединения.

5. Способ по п.1, в котором сигналы воздействия являются электрическими сигналами тока и/или напряжения.

6. Способ по п.5, в котором параметры сигналов воздействия включают в себя форму, продолжительность и значения сигналов воздействия.

7. Способ по п.1, в котором подключение портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА осуществляют в виде непосредственного физического подключения или через подключение к локальной вычислительной сети энергосистемы.

8. Способ по п.7, в котором сконвертированные сигналы воздействия являются цифровыми сигналами при подключении портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА через локальную вычислительную сеть энергосистемы либо цифровыми и/или дискретными аналоговыми сигналами при непосредственном физическом подключении портативного автономного УСО к испытуемому МП РЗА.

9. Способ по п.8, в котором сконвертированные цифровые сигналы выдаются в формате кадров Sampled Values (SV) и ответные сигналы от испытуемого МП РЗА принимаются в по меньшей мере одном из формате кадров Generic Object-Oriented Substation Event (GOOSE) или кадров Manufacturing Message Specification (MMS).

10. Способ по п.1, в котором конфигурационный файл испытуемого МП РЗА является файлом в формате CID.