CN105074679A - 用于开发、部署和实施电力系统计算机应用的系统和方法 - Google Patents

用于开发、部署和实施电力系统计算机应用的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于开发、部署和实施用于电力系统的计算机应用的系统和方法,具有用于开发移动应用的开放软件框架。通过组合预定模块来开发移动应用,预定模块具有功能以监测电力系统、改变安装在电力系统上的设备中的配置设置,并允许公共设施人员快速地响应电力系统上发生的事件。

Description

用于开发、部署和实施电力系统计算机应用的系统和方法
技术领域
[0001] 本申请涉及一种用于开发电力工业的移动应用的框架,以及使用该框架开发、部署和实施的移动应用。
背景技术
[0002]用于电力系统的计算机应用的开发人员经常的任务是创建程序来监视该系统,并在发生故障的情况下加快电源的恢复。该计算机应用还必须保持能量效率和时刻保存。当编码新程序时,开发者经常发现自己重复为每个新程序创建应用基本框架。
[0003] 为公共事业公司开发的监测配电网络状态的计算机应用适于防止故障事件并在故障事件确实发生时迅速恢复供电,以防止电力用户的服务中断。然而,即使使用了现有的计算机应用,电源服务技术人员通常难以精确定位故障或设备的准确位置而不移动到公用设施的网络控制中心(NCC)或与至公用设施的网络控制中心(NCC)通信。
[0004] 该NCC通常具有若干大屏幕,示出了网络状态的实时单线图。单线图显示网络上的元件,如电源,负载,和装置,例如变压器、断路器、开关设备、继电器、开关和传感器。在配电网络上的设备需要检修或维护的情况下,NCC将生成服务票据并将票据分配给合适的公共设施人员。
[0005] 当公共设施人员在远离NCC的位置执行维护时,公共设施人员联系NCC以确定这些设备是否离线、通电,或者需要维护。另外,公共设施人员呼叫控制室,以便在进行维护之前停用设备,或者一旦维护完成激活设备。公共设施人员不会自动或直接留意网络上需要服务的设备的状态或位置。
[0006] 公用事业公司面临的另一个困难是响应于变化的预测或实际负载曲线值、环境条件和电网上的相邻设备而频繁更换设备,例如故障电流指示器(FCI)和电网上的其他传感器。为了克服上述问题,具有不可修正参数的现有设备经常替换为具有所需但也不可修改的参数的新设备。
发明内容
[0007] —种用于开发用于监测电力系统操作状态的计算机应用的框架具有一组模块,其可组合来创建所述计算机应用并安装在移动设备上。每个模块具有选自下列功能中的至少一种的相关联的功能:安全管理、档案管理、系统配置、设备级视图、事件视图、数据访问、后台服务、定位/GIS、数据服务、以及应用编程接口,所述模块中的每一个模块可与模块中的另一模块组合,以开发用于监测电力系统的操作状态的计算机应用。
[0008] —种用于实现安装在配电系统中的传感器的操作的计算机应用,从网关服务器访问传感器的操作数据,网关服务器收集和存储用于至少一个子站的数据。传感器的操作数据是使用代表传感器的标识号访问的。该计算机应用安装在移动设备上,移动设备具有与网关服务器双向通信,并且计算机应用能够接收配置输入以实现传感器的操作值。该移动设备发送接收的配置输入到网关服务器,并且网关服务器更新传感器的配置。
[0009] —种用于监测安装在配电系统中的设备的状态的计算机应用安装在移动设备上,移动设备与网关服务器双向通信。移动设备从网关服务器请求数据,并且网关服务器发送请求的数据到安装在移动设备上的计算机应用。计算机应用准备用于呈现的数据,并且数据呈现指示进行监测的配电系统设备的状态。
附图说明
[0010] 在附图中,示出了结构实施例,其将在下文中与详细描述一起提供,描述了一种用于开发、部署和实施电力系统计算机应用的框架的典型实施例。本领域的普通技术人员将会认识到,部件可设计为多个部件,或者多个部件可设计为单个部件。
[0011] 此外,在附图和下面的说明中,在整个附图和书面描述中,相同的部件分别用相同的附图标记表示。附图并未按比例画出,而放大了特定元件的比例以便于说明。
[0012]图1示出了根据本发明实施的开放软件框架的系统结构,并进一步示出了具有模块的开放软件框架,该模块存在于系统的客户端和服务器端;
[0013] 图2示出了网关服务器、本地数据采集服务器和移动设备之间的通信;
[0014] 图3是具有LDAS和网关服务器两者的组合服务器的示例;
[0015] 图4是开放软件框架的数据对象结构的高等级类图;
[0016] 图5a是开放软件框架的数据对象结构的详细项目等级类图;
[0017] 图5b是图5a的延续图;
[0018] 图5c是图5a和图5b的延续图;
[0019] 图6a是开放软件框架的数据对象结构的详细项目等级类图的另一示例;
[0020] 图6b是图6a的延续图;
[0021] 图6c是图6a和6b的延续图;
[0022] 图6d是图6c的延续图;
[0023] 图7是计算机应用的常见列表视图屏幕;
[0024]图8示出了高等级状态、条形图,并将其定位到电力系统上的设备的对象状态的视图;
[0025]图9是测量、状态记录、以及计算机应用从监测的电力系统接收的制图值的数据项目视图;
[0026] 图10示出了与网关服务器通信的短距离无线传感器以及具有安装在其上的计算机应用的移动设备的结构;
[0027] 图11示出了与网关服务器通信的长距离无线传感器以及具有安装在其上的计算机应用的移动设备的结构;
[0028] 图12示出了与RTU/中继器上的集成本地服务器通信的短距离无线传感器的结构;
[0029] 图13示出了计算机应用中的应用列表;
[0030] 图14示出了计算机应用中的FCI配置页面;
[0031] 图15示出了计算机应用的电力质量页面;
[0032] 图16示出了计算机应用的波形观测仪;
[0033] 图17示出了计算机应用的定位功能;
[0034] 图18示出了计算机应用的登录和认证页面;
[0035] 图19示出了一种结构,其用于在FDIR/VVC系统、OPC服务器、OPC客户、网络服务器和具有安装在其上的本发明计算机应用的移动设备之间通信;
[0036] 图20示出了计算机应用中的选择页面,其分解为示例性业务单元;
[0037] 图21示出了计算机应用中的应用列表;
[0038] 图22示出了监测的电力系统网络的FDIR结构和单线图;
[0039] 图23示出了实时VVC控制值和选择的变量的趋势;
[0040] 图24示出了 CVR控制下的系统的电压值和趋势;
[0041] 图25示出了定位功能,其使用移动设备的GPS功能和GIS数据来确定移动设备的位置、电力系统上的期望点或设备的位置,并确定移动设备位置和期望端点之间的移动方向;
[0042] 图26示出了电容器组容量的配置页面;
[0043] 图27示出了计算机应用的登录屏幕;
[0044] 图28示出了用于在数据聚合服务器、资产健康监视系统和移动设备之间通信的系统拓扑;
[0045] 图29示出了移动设备、资产健康计算机应用中的功能以及资产健康数据服务器之间的双向通信的逻辑视图,移动设备具有安装在其上的资产健康计算机应用,资产健康计算机应用和所示的数据服务器利用公共认证和安全模块;
[0046]图30示出了在终端用户菜单选择后的资产健康计算机应用的示例性的一系列屏蒂;
[0047] 图31示出了用于监测的所选资产的细节和图表视图;
[0048]图32是所选资产的部件以及每个部件的颜色编码的报警状态的示意图;
[0049] 图33更详细示出了定位功能,例如地图上的设备和装置的状态以及设备位置之间的空间关系。
具体实施方式
[0050] 参考图1,示出了具有安装在其上的计算机应用100的移动设备10。该移动设备10实施为苹果手机(iPhone)、智能电话、平板、电子阅读器、数字照相机、手机、膝上型计算机、上网本、个人数字助理(PDA),iPod Touch或能够执行本发明的定制电子设备。可选地,移动设备10可以被实施为车辆中的导航系统或另一个计算机系统。
[0051] 在图1所示的示例性实施例中,移动设备10为智能电话,其具有安装于其上的移动应用或“移动app”。该移动设备10具有操作系统如1S、Windows、安卓(Android)、webos、塞班(Symbian)或能够执行安装在其上的计算机应用100的功能的另一操作系统。开放软件框架20用于创建、部署和实施计算机应用100,并具有模块22、24、26、28、32、34、36、38,它们用C#、JAVA、Objective-C或设备10的操作系统支持的其他编程语言编写。
[0052] 电力系统移动应用的开放软件框架
[0053] 开放软件框架20运行在Windows操作系统上或能够执行本发明的另一操作系统。开放软件框架20安装在PC、服务器、膝上型计算机、平板或者执行计算机可读程序代码的另一机器。开放软件框架20为用户提供工具来构建计算机应用100,而无需具有编写计算机代码的知识或经验。另外,开放软件框架20提供可重复使用的模板来创建应用,使得开发人员不必专注于已经由其他开发人员解决的较小问题。
[0054] 对于电力工业的各种各样的商业目的,开放软件框架20提供通用模板来创建新的计算机应用100。用户可以通过在开放软件框架20内配置所需功能以开发计算机应用100,使得预置的人机接口(HMI)以及提供数据源的识别和位置到计算机应用100或网络服务16。
[0055] 在一个实施例中,开放软件框架20允许指向、点击、拖动、和删除图标,每个图标代表模块22、24、26、28、32、34、36、38、软件组件、或用于与一个或多个其他模块22、24、26、28、32、34、36、38结合以构建计算机应用100的子组件。完整的计算机应用是从因特网、网页(web)服务、或移动应用商店下载到设备上,诸如苹果公司的App Store™、Android市场或其它应用程序分配平台,或者使用CD-ROM、存储卡、记忆棒或其它介质传输至移动设备10。
[0056] 开放软件框架20存在于如图1所示的系统结构的客户端和服务器两侧上。客户端侧包括但不限于移动设备10,其执行使用开放软件框架20构建的计算机应用100。服务器端具有网页服务16或入口,其传输开放软件框架20的模块22、24、26、28、32、34、36、38,这些模块可通过客户程序访问,例如安装在移动设备10上的计算机应用100。
[0057] 用于开放软件框架20的系统结构在图1和图2中示出。移动设备10通过因特网12连接到网页服务16。网页服务12确认和验证移动设备10以便进一步访问网关服务器18,以便进一步从与网关服务器18进行通信的本地数据采集服务器(LDAS)40检索数据。可具有防火墙14,其分别限制从外部侵入的对LDAS 40和网页服务16的访问。
[0058] 网关服务器18从计算机应用100接收请求,从网页服务16中的在线数据库检索数据,并将检索的数据发送回移动设备10。当从网页服务器16检索到的数据超出预定的阈值,网页服务器16将警报通知推送到移动设备10,该预定的阈值是由用户在模块22、24、26、28、32、34、36、38中的一个模块的配置设置中设置的。
[0059] 由开放软件框架20传输的模块22、24、26、28、32、34、36、38可被组合以产生移动应用,它们包括但不限于用户管理22、安全管理24、系统配置26、UI和流量控制器28、工具及搜索30、数据访问32、后台业务34、定位/GIS 36,以及数据服务和API 38。
[0060] 用户管理模块22提供用户简档的创建和维护。用户简档包括用户的名字和位置、用户的机器名称和/或IP地址,优选为从开放软件框架20构建或在其上运行的应用的图形用户接口(GUI)。用户简档可以包括基于角色的安全简档。角色可以包括一旦登录到计算机应用100时用户被允许访问的多组功能或事务。
[0061] 安全管理模块24控制用户认证、用户访问级别和消息/传输加密。安全管理模块24的用户认证部分控制用户对计算机应用100的访问,计算机应用100是使用开放软件框架20构建的。安全管理模块的用户访问级别是基于角色的多组事务,其可由具有特定角色或分配给他们的简档的角色的用户执行。
[0062] 安全管理模块24允许消息和传输加密的配置,用于隐藏本地数据采集服务器(LDAS)、网关服务器18与网页服务16之间以及移动设备10和网页服务16之间的通信。网关服务器16负责收集来自位于多个远程子站的LDAS 42的数据。
[0063] LDAS 42被实施为一个或多个处于子站等级的服务器,其馈送或以其他方式提供数据到网关服务器上的数据储存库。LDAS通过在网关服务器进行注册,建立与网关服务器的通信。LDAS 42可操作为发现连接设备的网络,如智能电子设备(IED)和FCI。
[0064] LDAS 42通过广播“客户发现消息”至预定和配置的因特网协议(IP)地址范围内的所有客户端设备,发现连接设备的网络。在接收到消息之后,客户端设备以“客户端描述消息”做出反应,“客户端描述消息”包括客户端的服务的简要描述、位置和IP地址。
[0065] 现在参考图3,网关服务器18与LDAS 42组合,以提供集成网关/LDAS服务器44。集成网关/LDAS服务器44提供了灵活的和可调整的网络拓扑。LDAS 42可以实施为管理控制和数据采集(SCADA)系统服务器。SCADA系统通常远离子站100,并且为多个子站和/或配电网络的其它部件提供管理控制功能。
[0066] 在具有安装在其上的计算机应用100的移动设备10的用户请求时,计算机应用100通过一个或多个网关18从LDAS 42,SCADA或控制服务器请求并接收数据,例如子站服务器或无线提供商服务器。所检索的数据以数字、图形或各种其它显示形式被显示在用户的移动设备10上。
[0067] 开放软件框架20的系统配置模块26提供用于系统设置的维护、用户偏好、后台服务的配置,以及框架更新和修订管理的接口。对开放软件框架20的更新是可操作为利用开放软件框架20的系统配置模块26,推送到具有计算机应用100的移动设备10。
[0068] 用户接口(UI)和流量控制器模块28提供整个配电网络或电网(以下称为“网络”)的分级视图和电网上各个子站的子站视图。UI和流量控制器模块28具有抽象和具体的设备等级视图,用于访问关于智能电子设备(IH))、传感器和网络上其他设备的信息。在相同的实施例中,逻辑的子系统和细节视图也可使用。另外,历史数据、图表,并且确定数据的趋势的视图可用在UI和流量控制器模块28。
[0069] UI和流量控制器模块28提供故障事件的事件视图、网络的部分的次优性能,以及具有事件发生或取自网络的部分或位于其上的设备/传感器的测量的时间和日期戳的记录的日志视图。此外,UI和流量控制器模块28提供单线图发生器和视图。单线图由GUI呈现,其描绘了子站的过程对象作为图形符号。单线图通过子站系统的HMI更新,例如SCADA和其它控制系统。单线图可由HMI的用户或与移动应用100通信的另一计算机系统更新。
[0070] UI和流量控制器模块28具有波形捕捉功能,其绘制电波形,例如在网络或网络的一部分的预定时间帧内的电流或电压的幅值。UI和流量控制器模块28允许用户选择感兴趣的数据点用于进一步分析。另外,UI和流量控制器模块28具有电力系统网络发现功能,其通过与网关服务器18和/或LDAS 40连接,自动检测IED、传感器和网络上的其它设备。
[0071] 当来自例如LDAS 40的数据源的数据没有由计算机应用100适当地格式化用于访问、检索或报告,工具和搜索模块30提供数据转换和格式化。另外,工具和搜索模块30格式化数据,用于存储在计算机应用100、网页服务16、网关服务器18或LDAS 40的数据结构中。
[0072] 数据访问模块32提供网页服务16和系统管理员以及计算机应用100指定用户的数据库访问。
[0073] 后台服务模块34是用于IED和电网上其它设备的数据轮询,以及可由计算机应用10从LDAS 40访问的数据的后续更新。后台服务模块34支持批作业的创建和调度,其基于临时、周期性或其他指定方式检索和/或更新数据。在用于报告目的数据检索的情况下,数据被检索并存储在用户指定的装置中,用于在移动设备10上从网关服务器18上存储的数据结构生成报告。存储在网关服务器18上的数据结构中的数据也可以通过人机接口(HMI)访问。
[0074] 定位/GIS模块36提供子站、IED、传感器和相关电力系统网络上的其他设备的层级位置细节。定位功能利用众所周知的全球定位系统(GPS)和GIS。定位/GIS模块36的GIS部分将子站和设备与电网上的其他子站和设备以空间方式相关联。网络上的子站和设备之间的关联提供了信息,通过非限制性的示例,如感兴趣的子站和设备之间的距离或从子站行进的方向,以定位感兴趣的设备。
[0075] 更具体地,定位/GIS模块36传送到用户,例如,诸如配电变压器的设备被定位在相对于感兴趣的IED的特定量的玮度/经度(和方向)。此外,定位/GIS模块36确定用户的位置(如果移动设备10能够检测出用户的位置),电网上的位置或感兴趣的设备的位置,并提供从用户位置到感兴趣的目标位置的移动方向。目标位置可以是电网上的配电线路的一部分或感兴趣的设备。
[0076] API模块38提供一组可重复使用的应用编程接口(API),其可通过安装在设备10上的计算机应用100访问,用于检索数据或执行控制命令。API模块38所提供的API独立于特定的编程语言。
[0077] 现在参考图4,示出了高等级类图46,其描述了客户端的数据模型和结构,客户端诸如设备10和服务器18、40。对象结构47在层级中组织数据,从更高等级的子站48下降到数据元素51,数据元素51通过请求来提供或者以预定的方式基于移动设备10的计算机应用100。对象结构47为网关服务器18提供了框架,用于将从LDAS 40检索的数据安排和转换为计算机应用100可以解释的格式。
[0078] 图4所示的分级类图46的示例性实施例在层级的顶部具有子站48、第二等级服务器,其为特定LDAS(实施为SCADA服务器、控制服务器或具有数据采集服务器的网关)、第三等级通道、第四等级IED、第五等级逻辑装置、第六等级逻辑节点、第七等级数据对象和第八等级事项51,该事项等级51是层级中的最低等级。事项等级51提供了由计算机应用100所请求的数据。应当理解,利用报头和事项等级51数据的其它数据结构和层级可以被用来实施本发明。
[0079] 现在参考图5a_5c,示出了详细的类图46,其包括计算机代码、标志、方法、属性和性质。详细的类图46具有层级,其开始于最高的子站等级48或报头等级,并通过上述层级继续下降到包含详细数据事项51的列表/表格视图。事项等级51数据被提供作为数据记录或一组数据记录,其具有事项测量值或状态值,以及更新的时间和日期戳,以及如图5c所示的其它相关数据事项属性。应该理解,图4-5c所示的示例性层级是通过非限制性的示例呈现,也可以使用其它层级用于执行本发明。
[0080] 现在参照图6a_6d,示出了详细类图46的另一个示例,用于执行本发明的计算机代码。图6a示出了用于检索示例性子站或电网的节点和服务器的代码。图6b和6c示出了用于检索服务器定义的代码,例如服务器是否是网页、网关、OPC、SCADA或LDAS,以及用于存储在服务器上的数据的数据结构。图6b和图6c还示出了以下方式,在该方式中,服务器被连接到其它服务器,并且每个服务器是在如父母/孩子关系的层级中。图6d示出了数据事项51等级的结构列表的参数。
[0081] 参考图7,示出了示例性电网上的子站54的公共列表视图屏幕50。子站的状态52示出于子站名称54旁边的彩色编码图标。子站的简短描述56在子站名称54下面呈现。应当理解,被监测的电网的一部分以及IED,电网中的传感器和其它设备可以与上述的子站54相同的方式观察。
[0082] 现在参考图8,示出了被监测的电网的高等级状态。GUI的高等级告警视图58示出了由LDAS监测的所有子站和设备的各种状态。存在四种状态:报警、严重、警告、和正常。当被监测的电网或设备的值在可接受值范围内时,由用户确认报警状态。在将设备或电网返回到正常状态之后,时间和日期戳也被记录。该状态可以设置在高等级告警视图58、堆叠条形图视图60、或地图视图62中,其显示彩色编码位置64和颜色编码图例,该图例指示系统监测的子站54和设备的操作状态的严重性。地图视图62具有用于提供移动方向至经历感兴趣的状态的位置的功能。
[0083] 用于查看和分组在电网上监测的对象的状态的各种选项是可用的,例如通过按状态分组的子站、状态的子站列表、状态的服务器列表、通信通道列表、物理设备列表、子设备或逻辑设备、子功能列表或逻辑节点、数据对象类型列表、文件夹列表或其它位置标志符、以及数据项列表51。
[0084] 现在参考图9,示出了数据项51的视图。在屏幕66中,示出了示例性的数据项,诸如控制和测量值。在屏幕68中,项目值和状态示出为除了阈值外还具有时间和日期戳(在该示例中,阈值为最大值=102.73),如果超过,将数据项51的状态改变为严重或报警状态。屏幕70示出了对应于被监测的数据项51的特征或性能的数据点的曲线72(如随时间变化或每秒周期的安培值)。
[0085] 总之,用于开发用于监测电力系统的操作状态的计算机应用100的框架20由一组模块22、24、26、28、32、34、36、38组成,它们可组合以构建计算机应用100。模块22、24、26、28、32、34、36、38中的每个I旲块均具有相关联的功能,其选自下列功能中的至少一种功能:安全管理24、简档管理22、系统配置26、设备等级视图28、事件视图、数据访问32、后台服务
34、定位/GIS 36、数据服务、以及应用编程接口 38。此外,模块22、24、26、28、32、34、36、38中的每个模块可与模块22、24、26、28、32、34、36、38中的另一个模块组合,以开发宽范围的计算机应用100,用于监测电网的操作状态。
[0086] 下面描述了使用开放软件框架20开发的示例性的计算机应用100。下面的计算机应用100不应解释为通过其实施细节限制本发明,而是被提供作为使用本发明的开放软件框架20的计算机应用100的非限制性实施例。
[0087]用于传感器监测和配置的移动应用
[0088] 现在参考图10,开发的用于在例如智能电话的移动设备10上执行的计算机应用100,可操作为监测故障电流指示器(FCI)76和安装在或靠近电网的导体的其它传感器,以检测电网部分中发生的故障事件。FCI 76测量电流和电压值,并确定这些值何时偏离标称工作范围。FCI 76具有识别号码,其允许FCI 76通过移动设备10以及在电网上和远离电网的设备的状态跟踪。本发明的计算机应用100通过使用FCI标识号码作为关键字,访问FCI 76中的配置设置。
[0089] 计算机应用100检测电网、FCI 76、传感器和电网上的其他设备的故障和次优性能。计算机应用100使能在移动设备10和FCI 76之间进行加密的双向数据交换80。计算机应用100通过连接到FCI 76的微处理器和监测相关电网部分的其它传感器,接收电力系统健康的更新。
[0090] FCI用于实施本发明的一个实例是目录号1548FH-ANC3-J-N-A,Memphis, TN的Thomas&Betts公司销售。应当理解,以上提供的FCI仅作为非限制性的实例,其它FCI和故障电路指示器可被用来实施本发明。
[0091] 现在参考图10,示出了通信体系结构74的第一实施例10,用于使移动设备10和FCI76或安装在电网上的其它传感器之间进行通信。远程终端单元(RTU)和/或继电器从监测的FCI 76接收数据和/或轮询监测的FCI 76,并将轮询数据传送到网关和网页服务器18、82,它们进一步与移动设备10进行通信。用于从电网接收更新的移动设备10实施为智能电话、平板、PC、或能够执行本发明的计算机应用100的任何其他设备,并与传感器的微处理器和安装在电网上的其他设备进行通信。
[0092] 安装并执行于移动设备10上的计算机应用100从一个或多个网关服务器18接收数据(例如子站服务器或无线提供商服务器)。该数据由计算机应用100解释、格式化和显示在移动设备10上。在移动设备10上执行的安全网页服务器82和计算机应用100之间的双向通信80被加密,这是安全网页服务器82和监测FCI的RTU/继电器78之间的双向通信80。
[0093] 网关18上的网页服务器82接收来自计算机应用100的请求,从在线数据库检索数据,并将检索的数据发送回移动设备10。在一个实施例中,网页服务器82推送警报通知给移动设备10,以唤醒计算机应用100,以便从网页服务器82检索最新数据。响应于检索的数据或在任何时候,授权用户可以安全地配置FCI 76或其它传感器中的参数。
[0094] 本发明的通信体系结构75的第二实施例在图11示出。在该示例中,网页服务器82从高架传感器76检索数据,高架传感器76具有通过无线通信合作网络84与网关18的长距离通信。
[0095] 用于实现本发明的通信结构77的第三实施例在图12示出。该结构利用与继电器或RTU集成的本地网络服务器从短程无线传感器设备收集数据。
[0096] 不管移动设备10、FCI 76以及其它服务器18、82之间使用的通信结构74、75、77,计算机应用100可操作为实现所希望的FCI 76或安装在电网上的其它传感器的操作。计算机应用100从网关服务器18访问FCI 76的操作数据,网关服务器18收集和存储数据用于至少一个子站。使用表示FCI 76的标识号访问FCI 76的操作数据。用户能够通过改变计算机应用100中的配置设置,实现FCI 76的操作。移动设备10发送从用户输入的所接收的配置到网关服务器18,并且网关服务器18更新FCI 76的配置。
[0097] 为了改变FCI 76中的配置设置,用户访问如图13所示的计算机应用100的高架传感器页面90。高架传感器页面90提供FCI配置92 (以及其他传感器的配置)、电力质量配置94、波形配置96和用于定位电网上的传感器的GPS/GIS (定位)功能98。
[0098] 参考图14,FCI配置页面92被详细地示于图14,并且由FCI ID号102提供配置选项。FCI配置页面92是以下的接口,该接口允许用户修改特定的FCI标识号(ID) 102的设置。FCI配置页面中的可用选项是激活或停用低电流模式。当低电流模式被激活时,如图14所示,FCI 76将检测电网呈现电流值低于预定阈值的部分。
[0099] 继续参照图14,FCI 76配置页面92具有临时故障模式设置,当被激活时,将检测在指定时间窗口发生的瞬态故障。该Di/Dt设置(以安培/周期为单位)也可用于FCI配置页面92上,提供了阈值的配置,阳极电流的速率上升在晶闸管激活的时间不会超过该阈值。复位时间设置允许经过的周期数量的配置,其触发与FCI ID相关联的设备的复位。俘获周期设置允许用户配置检测到的故障事件期间被俘获的周期数量。
[0100] 现在参考图15,电力质量页面94提供实时测量值,用于诊断相关传感器ID的故障。该实时测量值包括但不限于导体的温度和环境温度、平均负载RMS电流、基于电压、谐波、功率因数(瓦/伏安)、实际功率(瓦)、表观功率(伏安)、有功功率(VAR)和电流方向(+_)的变化的估算平均RMS线电压。由该应用追踪的其它测量是传感器的电池寿命(以小时计)和电池充电容量状态(以%表示)。
[0101] 波形页面96提供FCI配置页面92的捕获周期设置中配置的间隔期间的电流波形的曲线图。波形视图106的示例和由应用100产生的数据点的曲线示于图16。用户可以在波形视图106的数据点上展开或波动,以显示相关数据点的数值。
[0102] 现在参考图17,计算机应用100的定位页面98用于在地图上显示位置108,其中FCI 76或其它相关无线传感器出现在地图上。位置108可通过推动销、标记或或另一类型的标记符表示。位置108也可进行颜色编码,以便区分用户位置与目标位置/目的地。
[0103] FCI 76具有特定的FCI ID,并且使用GPS和一些实施例中的GIS定位。在使用GPS和GIS数据结合的实施例中,空间相关性表现在FCI 76、传感器和电网中的其它设备之间。在该相同的实施例中,FCI标识号码与GIS值相关。
[0104] 定位98的功能提供行驶方向至期望的FCI 76或移动设备中的传感器,其具有“使用当前位置”特征或移动设备10上可用的类似设置。此外,设备或FCI 76所安装的网络的一部分的健康被分配一个颜色代码,例如红色表示立即需要维修,黄色表示需要维护,绿色表示FCI 76或传感器检测正常操作在预定的参数内,并且在地图创建时不需要维修。
[0105] 现在参考图18,示出了认证和授权页面110。终端用户在每次启动计算机应用100时被要求输入证书。在将计算机应用100安装在移动设备10上之前,用户ID、用户组和唯一设备ID进行散列作为授权码。在每个请求中,计算机应用100包括授权码和用户ID。
[0106] 然后,网页服务器82接收该请求,并确定授权码是否匹配用户ID,以便确定用户的访问级别。在一个实施例中,开放软件框架20的安全管理模块24在网页服务器82接收到认证请求时,管理计算机应用100的认证和授权功能。传输层安全性可以被用来进一步提高发生在终端用户的移动设备10与网页服务器82之间的因特网上的通信的安全性。
[0107] 定时器和报警设置可配置为通过计算机应用100,并可操作为在用户规定持续时间内检测到涌入电流或其它类型的瞬态故障时通电、断电或重新设定FCI 76和电网上的其它传感器。报警设置需要用户确认故障事件已经被清除。
[0108] 在一个实施例中,计算机应用100可操作为从多个空中监测FCI76和电网上的传感器接收、聚集和查看数据。在该相同的实施例中,计算机应用100提供同时对多个空中监测传感器的配置设置。此外,若干个FCI 76的波形曲线的多个值可以被选择、查看和聚集,用于报告和监测的目的。
[0109] 计算机应用100还支持自适应故障跳闸电平,自适应故障跳闸电平是被配置为随着配电网在一段时间内的执行方式改变的阈值。例如,计算机应用100使能的FCI 76的远程配置允许公共事业公司将故障参数适配于接地的电力系统网络的动态故障特征。这意味着公共事业公司不固定于安装在电网上的传感器的固定故障参数。以前,公共事业公司将通过用具有所需固定参数组的新传感器替换具有固定参数的旧传感器,被动地更新故障参数。
[0110] 由于本发明能够具有配置设置和实现FCI 76的操作的能力,公共事业公司不必安装新的FCI 76以实现FCI 76中的新参数。如此,公共事业公司能够适应于电网的动态故障标识,其在时间上随以下变化而变化:变化的负载分布、变化的环境条件、电网上现有相邻设备的性能变化、引入新的配电装置、移除电网上的现有设备。另外,计算机应用100可操作为使用来自服务器的历史和实时数据,产生传感器和部分电网的风险指数,并在终端用户的移动设备10上可用。
[0111] 计算机应用100可导致FCI 76的安装时间减少,并减少电网上故障电路的中断恢复时间,因为计算机应用100将加速数据提供给适当的应用人员以及用户接口,用于实现积极影响电网操作的配置改变。结果,公共设施公司可以降低它们的成本并满足操作指标的目标,例如系统平均中断持续时间指数(SAIDI)、系统平均中断频率指数(SAIFI)、以及顾客平均中断持续时间指数(CAIDI)。
[0112] 用于电网监测和维护的移动应用
[0113] 使用开放式软件开发框架20开发了一种计算机应用100,用于监测电网并向公共设施公司人员(终端用户)更新实时电网状态。终端用户在移动设备10上安装和执行计算机应用100,并且能够使用移动设备10请求和接收电网状态。移动设备10从子站网关18检索数据并向终端用户提供电网状态和维护计划。
[0114] 现在参考图19,示出了用于将数据从一个或多个子站网关18发送到移动设备10的结构。故障检测、故障隔离以及负载恢复(以下称为“FDIR”)和伏特无功控制(以下称为“VVC”)操作116被实现在电网上。FDIR操作可操作为检测故障并发送断开或闭合命令到网络的一部分,如供电支路。由于断开或闭合命令,电网上的设备在几分钟内被断电或者通电。类似地,VVC逻辑可操作为通过基于电力系统中的检测到的电压和/或电流的相移调节电容器组的电压来维持电力质量。当这种情形发生时,由FDIR和VVC操作116执行的操作在子站网关服务器18中被立即更新。
[0115] 注意FDIR和VVC的操作116状态对于公共设施人员的安全是关键的。当公共设施人员不在NCC中直接查看更新和警报时,它们能够在远离子站的移动设备10上接收更新和警报。
[0116] 移动设备10可操作为连接到子站网关18,子站网关包括网页服务器来从子站检索实时和历史数据以及FDIR和VVC的操作。子站网关18还具有一个或多个OPC客户端112、OPC服务器114和LDAS或SCADA系统。OPC服务器从电子装置和设备接收数据,例如变压器、故障电流传感器,并具有故障检测、故障隔离、以及负载恢复(以下称为“FDIR”和伏特无功控制(以下称为“VVC”)。
[0117] FDIR和VVR操作116状态被发送到OPC服务器,如图19所示。OPC服务器114具有与一个或多个OPC客户端112的双向通信。此外,OPC服务器具有与网页服务器82的双向通信。一旦网页服务器82访问所需的数据,所述数据自动可用于移动设备10上的计算机应用100,或者移动设备10可以从网页服务器82请求数据。
[0118] 继续参照图19,单线图在移动设备10的屏幕上示出。单线图是感兴趣的网络的示意图,并示出源、负载和设备,例如变压器、断路器、开关设备、继电器、开关和传感器。
[0119] 现在参考图20,用户必须选择业务单元118、120,如图20所示。通过开放式软件框架20的用户管理22和/或安全管理24模块中的用户安全配置文件中的配置,用户必须从属于业务单元118、120,以便访问计算机应用100。一旦用户得到了验证,向用户呈现对应于所选择的业务单元118、120的应用列表118。应当理解的是,业务单元和应用列表是示例性的参数,并且计算机应用100可使用基于特定工业的业务需求的参数来开发。
[0120] 现在参考图21,应用列表118提供以下选项:VVC/FDIR 122、电网同步124和开关设备MD配置页面。如果用户选择VVC/FDIR 122配置,VVC/FDIR配置页面122被显示。如果终端用户还选择如图22所示的FDIR配置页面,向用户呈现电网的示意图127。FDIR配置页面122还显示并允许FDIR操作模式123和FDIR操作阶段125的改变。FDIR操作模式123具有自动、手动、或测试的选项。FDIR操作阶段125具有无故障、故障、隔离、恢复、恢复至正常状态的设置。
[0121] 现在参考图23,VVC配置页面122显示变量的临界实时控制值,例如电网的预定位置的电压、功率,无功(伏安无功)和功率因数(提供给负载的实际功率与电路或节点中的表观功率的比值)。VVC配置页面122允许终端用户选择所需的变量和绘制131所选择的变量的值。
[0122] 现在参考图24,示出了保护电压降低(CVR)页面141。CVR页面141显示电压值和在CVR控制参数下估计的趋势。CVR是一种建模方法,其通过控制减小用户负载点处的操作电压,降低了电网要求。CVR建模使用基于实时和历史功率系统测量值的算法,以降低电网要求。电压值(I和2) 133指示了在CVR控制下电网上的例如住所的位置的电压值。
[0123] 现在参考图25,在定位页面98上示出了一种设备位置108,它显示由FDIR/VVC操作确定的故障状态。定位页面98提供从终端用户的移动设备10的位置到显示故障状态108的设备位置的方向。在一个实施例中,当终端用户登录到计算机应用100时,随着FDIR/VVC诊断故障,故障消息实时出现在屏幕上。终端用户可点击或以其它方式打开故障消息,故障消息进一步指引终端用户到定位页面98,定位页面98示出显示故障状态108的电网上的设备或位置,并提供从用户位置到显示故障状态108的设备位置的行驶方向。
[0124] 现在参考图33,定位页面98示出了电网馈线处的开关212、用户的当前位置108和目标位置210之间的空间关系。此外,定位页面示出了开关218和配电线路214、216的位置和状态。开关218在地图上描绘为开口方形,以表示开关218断开,并且电流不流过该开关218位置处。馈线处的开关212具有实心方形,以表示开关212闭合,并且电流从馈线流到电网的其他位置。配电线路214、216是彩色编码的,以表示电力线的操作状态,其中一种颜色表示电流不流过电力线,不同的颜色表示电流正沿着电网的一部分流过电力线。在图33的示例中,电力不流过电力线216,电力线216具有接近目标位置210的断开的开关,而电力线214在电流流过时激活。在该同一示例中,用户能够请求从用户的位置108到经历电力服务中断的目标位置210的行驶方向。
[0125] 现在参考图26,示出了控制设置页面122。在控制设置页面122中,终端用户能够修改电网上的电容器组的控制设置以及从远程位置激活或停用电网上的设备。在控制设置页面122中,可以修改电容器组,例如电网上的电容器组I和2的无功功率设置,以实现具有模块化固定或开关电容步骤的无功补偿系统的改变,其将自动地补偿单个负载或网络以保持功率因数的预设水平。在本示例中,示出了以千伏安无功(kVAR)为单位的无功功率设置,并能由用户修改以实现无功补偿系统的改变。
[0126] 参考图27,示出了认证和授权页面110。每次启动计算机应用100时,终端用户被要求输入凭证。在安装计算机应用100到移动设备10上之前,用户ID、用户组、以及唯一设备ID被散列作为授权码。在每个认证请求中,计算机应用100包括授权码和用户ID。
[0127] 然后,网页服务器82接收请求,并确定授权码是否匹配用户ID,以便确定用户的访问级别。在一个实施例中,开放式软件框架20的安全管理模块24在接收到由网页服务器82请求的认证时管理计算机应用100的认证和授权功能。传输层安全性可被用来进一步提高发生于终端用户的移动设备100与网页服务器82之间的因特网上的通信的安全性。
[0128]用于监测电网i:资产健康的移动应用
[0129] 提供了一种计算机应用100,用于通知用户安装在电网上的资产的情况(以下称为“资产健康”),例如开关设备、继电器和断路器。计算机应用100监测资产的测量值,包括但不限于温度、电流和压力。测量值可以是实时或历史值或这些值之间的比较。实时和历史值可以与预定的阈值或间隔进行比较。
[0130] 资产健康计算机应用100被安装在终端用户移动设备10上并使用开放软件框架20进行构建。计算机应用100提供来自资产的实时数据和测量、操作属性趋势视图、整体资产健康状况图和示出资产位置的地图。电力系统资产中的异常状况导致在计算机应用100中产生警报,并发送通知到负责从计算机应用100对警报做出响应的特定终端用户的移动设备10。
[0131] 现在参考图28,示出了支持资产健康计算机应用100的系统结构。数据聚集服务器130收集来自资产的数据,并以可扩展标记语言(XML)或JavaScript对象符号(JSON)格式提供统一输出至资产健康监测系统132的中央数据服务器132。终端用户设备10经由无线连接134请求和接收数据,无线连接134连接至资产健康监测系统132的中央数据服务器132。
[0132] 资源健康计算机应用100传输图29所示的功能。实施在网页服务上的资产健康数据服务器150具有与移动设备10的双向通信,以使计算机应用100能够接收关于安装在电网上的资产健康的数据。使用资产健康计算机应用100监测的资产的示例包括但不限于变压器、传感器和开关设备。
[0133] 资产健康应用100具有用户体验138设置,其控制计算机应用100的GU1、视图和消息在移动设备10上的呈现。用户体验功能138包括整个电力系统健康的视图、各个资产的详细视图、数据趋势和绘图、地图和事件历史。电力系统健康视图140提供了按状态和类别分组的监测资产的整体状态图。
[0134] 用户体验功能138提供一种地图视图,该地图视图具有标有图钉、标记或类似标记符的资产位置。对资产标记符进行彩色编码,以指示资产的状态和/或健康。地图标记符具有下查式功能,用于所感兴趣的资产的操作状态的详细视图。地图允许用户链接至感兴趣的资产,并提供感兴趣的资产之间或终端用户位置与感兴趣的资产之间的行驶方向。用户体验功能138的地图视图利用GIS数据来定位资产,并确定资产相对于其他资产的空间布置。
[0135] 用户体验功能138还提供了一种警报通知处理器142。警报通知处理器142通过在负责特定资产的终端用户的设备10上广播消息,提供电网上的资产的异常事件或操作的通知。当终端用户确认警报或维护项目完成之后,广播消息也被发送到其他终端用户的设备10上,其具有适当的安全曲线,允许它们接收广播消息。终端用户可以直接从移动设备10确认警报,警报通知149被接收在移动设备10上。
[0136] 计算机应用100的数据同步服务144具有配置管理、唤醒调度、数据同步和警报通知模块146、147、148、149。配置管理模块146允许计算机应用100和资产健康数据服务器150之间的数据交换的刷新速率的配置。唤醒调度模块147确保了终端用户设备10激活以从资产健康计算机应用100接收数据和通知。数据同步模块148通过安全连接来同步数据与中央子站控制中心。当系统上的资产呈现的测量或计算值超出这些值的预定阈值或范围时,警报通知模块149产生通知至终端用户设备10。
[0137] 如图29所示,认证和安全模块152连接至资产健康数据服务器150以及具有安装在其上的计算机应用的移动设备10。终端用户在接收对计算机应用100的访问之前必须认证,所述应用100是如前所述的用于本发明的其它计算机应用100。
[0138] 现在参考图30,示出了来自资产健康计算机应用100的示例性屏幕151、153、154、156、158、159。屏幕151要求终端用户接受使用计算机应用100的条款和条件。如果终端用户接受条款,终端用户可以在屏幕153中修改帐户设置。终端用户能够在屏幕153中存储他们的登录和口令。屏幕153允许终端用户设定需要的测量温度单位、用于测试计算机应用100的演示模式,其也防止用户修改资产的配置或状态,以及计算机应用100接收的数据的更新频率。
[0139] 继续参照图30,状态菜单是可用在计算机应用100的屏幕159中。一种在整个电力系统上由报警状态分组的资产可用于屏幕159中。终端用户可以选择其中的一组报警状态,诸如警告选项,其在本示例中显示为“2个警告”。移动到屏幕154,终端用户选择了警告选项,并且两个警告与开关设备M和开关设备#5相关联。
[0140] 如果终端用户选择开关设备#5以便更详细地查看,如屏幕156的详图所示,状态历史155和确认警报157的选项可用于选择。如果终端用户选择状态历史选项155,预定持续时间的状态历史的时间和日期戳列表被显示在移动设备10上,如屏幕158中所示。
[0141] 示例性的开关设备#5的状态历史,如在页面158上按时间顺序观察,从底部向上开始于星期日,2012年I月22日,东部标准时间11:52:20的正常状态。该条件在星期四,2012年I月26日,东部标准时间11:52:20再次被改变为正常状态。在星期日,2012年I月29日,在东部标准时间11:52:20,条件改变为严重状态。在星期二,2012年I月31日,在东部标准时间11:52:20,条件改变为警告状态。在星期三,2012年2月I日,在东部标准时间11:52:20,条件改变为警告状态。
[0142] 严重、警告、和正常状态是通过从所监视的相关资产接收的测量或计算值确定的。在上述的每次状态改变之前是警报事件,警报事件是在屏幕156上使用确认警报选择157进行确认的,例如通过终端用户维护开关设备#5。在大多数情况下,严重或警告警报的确认将改变监视的资产的状态为警告或正常状态,这取决于情况和用于触发警报状态的预定的阈值。
[0143] 现在参考图31,示出了资产健康计算机应用100的几种屏幕。屏幕160是饼形图,其示出了示例性的开关设备#5的框架在预定的一段时间内的各种状态的比例。应当理解的是,绘图功能不限于饼形图,并且柱状图和各种其它图可用于计算机应用100。屏幕162示出了示例性的开关设备#5的六个框架以及每个框架的状态。框架1、2和6是正常操作,框架3、4和5呈现出严重状态。屏幕164提供了进一步下拉到框架3的组件,框架3呈现出严重状态。针对其示出了温度值的框架3的示例性组件是主母线、上套管和下套管。还示出了负载温度。
[0144] 继续参考图31,在屏幕166中示出了温度读取和读取或记录日期戳和时间戳,用于主母线(f)的导体A、B和C。屏幕166是下拉到或选择屏幕164的主母线(f)选项的结果。计算机应用100提供的另一特征是组件的选择(在本示例中所选组件是屏幕264的上套管选项),用于绘制历史和实时的值。所选择的组件和用户指定或预定的持续时间在屏幕168的图形视图中示出,屏幕168上显示示例性的一周时间跨度的温度值。
[0145] 图31的屏幕170是终端用户的移动设备10上的广播通知的视图,其通知开关设备的状态已经改变。当选择或进入通知时,终端用户可通过确认资产的警报或调用图表来回应该通知,或请求到相关资产的行驶方向。
[0146] 现在参考图32,当用户通过选择屏幕162的六个框架中的任意一个而下拉时,示例性的开关设备#5的六个框架的示意图180由移动设备10显示。框架1、2和6操作在正常状态181、182、186下,并与操作在严重状态183、184、185下的框架3、4和5不同地彩色编码。每个框架被表示为框,其中具有水平线,其表示到示例性的开关设备#5的馈线,也可以表示到断路器的馈线。平行线188表示汇流条。汇流条188被用来示出这种方式,其中开关设备的框架1、2、3、4、5和6被连接。
[0147] 虽然本发明示出了系统的各个实施例以及用于开发、部署和实施电力系统计算机应用的方法,并且对这些实施例进行了一些详细描述,但是申请人的意图并不是限制或以任何方式限制所附权利要求对这些细节的范围。另外的优点和修改将容易地对本领域技术人员呈现。因此,本发明就其更宽的方面并不局限于特定细节、代表性实施例以及所示和描述的示例性示例。因此,可以偏离这些细节,而不脱离申请人的一般发明构思的精神或范围。

Claims (20)

1.一种用于开发用于监测电力系统的操作状态的计算机应用的框架,所述框架包含: 模块的集合,所述模块的集合可组合以创建所述计算机应用,所述模块中的每个模块具有选自下列功能中的至少一种功能的相关联的功能:安全管理、简档管理、系统配置、设备级视图、事件视图、数据访问、后台服务、定位/GIS、数据服务、以及应用编程接口,所述模块中的每个模块可与所述模块中的另一模块组合,以开发用于监测所述电力系统的所述操作状态的所述计算机应用,所述计算机应用安装在移动设备上。
2.根据权利要求1所述的框架,其中正在被监测的所述操作状态是安装在所述电力系统上的设备的操作状态。
3.根据权利要求1所述的框架,其中所述移动设备包括智能电话、平板电脑或手机。
4.根据权利要求1所述的框架,其中所述计算机应用是移动应用。
5.根据权利要求1所述的框架,其中所述计算机应用由终端用户开发。
6.根据权利要求1所述的框架,其中所述模块中的每个模块可由终端用户配置。
7.一种用于实现对安装在配电系统上的传感器的操作的计算机应用,所述计算机应用从网关服务器访问所述传感器的操作数据,所述网关服务器收集和存储用于至少一个子站的数据,所述传感器的所述操作数据是使用代表所述传感器的标识号来访问的,所述计算机应用安装在具有与所述网关服务器的双向通信的移动设备上,所述计算机应用能够接收配置输入以实现所述传感器的操作值,所述移动设备向所述网关服务器发送所接收的所述配置输入,所述网关服务器更新所述传感器的配置。
8.根据权利要求7所述的计算机应用,其中所述移动设备包括智能电话、平板电脑或手机。
9.根据权利要求7所述的计算机应用,其中所述计算机应用是移动应用。
10.一种用于监测安装在配电系统上的设备的状态的计算机应用,所述计算机应用安装在与网关服务器双向通信的移动设备上,所述移动设备从所述网关服务器请求数据,所述网关服务器向安装在所述移动设备上的所述计算机应用发送所请求的所述数据,所述计算机应用准备用于呈现的所述数据,所述数据呈现指示配电系统设备的所述状态。
11.根据权利要求10所述的计算机应用,其中所述网关服务器以计划的间隔向所述移动设备推送数据。
12.根据权利要求10所述的计算机应用,其中所述计算机应用是移动应用。
13.根据权利要求12所述的计算机应用,其中所述移动应用确定所述移动设备的位置以及从所确定的所述移动设备的位置到所监测的设备的行驶方向。
14.根据权利要求10所述的计算机应用,其中所述数据呈现是以图表的形式。
15.根据权利要求10所述的计算机应用,其中所述数据呈现是以警报通知的形式,所述警报通知通过操作状态对设备进行分组。
16.根据权利要求15所述的计算机应用,其中所述警报通知在所述计算机应用中确认,并且所述确认被传递至所述网关服务器,所述网关服务器将所述确认传递至所述设备。
17.根据权利要求10所述的计算机应用,其中所述数据呈现向所述用户提供用于组织所述数据的选项列表。
18.根据权利要求10所述的计算机应用,其中所述数据包含表征所述设备的所述操作的实时测量值。
19.根据权利要求10所述的计算机应用,其中所述数据包含表征所述设备的所述操作的历史测量值。
20.根据权利要求10所述的计算机应用,其中所述数据包含计算的值,所述计算的值是使用实时和历史测量值作为电力系统建模算法中的变量而计算的。
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