JP2018057249A - インダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システム - Google Patents

インダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】本発明はインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムに関する。【解決手段】本発明のスマート変電所は、変電所全体をモデリング対象として、変電所配置の説明にすべての保護、測定制御、交換、遠隔操作を追加する集中モデリング方式を採用する。一方、前記スマート変電所では、スマート電力サーバが組み込み式高帯域幅交換通信ネットワークを介してプロセスレベルデータをリアルタイムに収集し、収集したプロセスレベルデータにリアルタイムデータ処理を行い、それにより一次装置に対するあらゆる保護及び測定制御を実現する。本発明によれば、変電所の二次装置の数を減少させ、変電所のクラウド制御、クラウドサービス、エネルギービッグデータ及びエネルギーインターネットの実現に解決手段を提供する。【選択図】図２

Description

本発明の実施例は、スマート変電所の技術分野に関し、特にインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムに関する。
スマート変電所は、変電所の一次装置、二次装置をスマート化対象として、高速ネットワーク通信プラットフォームに基づき、スマート化情報を規格化することにより、情報共有と相互操作を実現し、更にネットワークデータに基づき、測定監視、制御保護、情報管理等の自動化を実現する変電所である。
スマート変電所は、ステーションレベル、ベイレベル及びプロセスレベルを備え、レベル同士が主にケーブルを介して効果的に接続される。各レベルは、それぞれ異なるシステム、機器及び装置が備えられ、互いに作用し合い、連動する。ステーションレベルは、変電所の電力量及び関連する運転データをリアルタイムに記録して収集する必要があり、作業者がスマート変電所の運転状態をリアルタイムに把握するためのプラットフォームである。ベイレベルは、主に測定制御装置や保護装置等の二次装置を備え、主にプロセスレベル装置に対する測定、制御及び保護を行う。
従来技術では、変電所は高圧線路部分、主トランス部分及び中圧側部分に分けられ、各部分はさらに異なる装置ベイに分けられる。保護装置は機能ごとに分けられる装置ベイに応じて分類されるため、変電所はベイごとに複数タイプの保護装置を有する可能性がある。１つのベイがＮ種の保護装置を有すると、該ベイのインテリジェント端末とマージングユニットがそれぞれＮ本のラインを介して該保護装置に接続される必要がある。従って、ベイレベルの二次装置の個数が多いため、二次装置の占有面積が大きく、デバッグ及びメンテナンスの作業負荷も大きく、また、プロセスレベルの配線が複雑で煩わしく、施工難度が大きいため、変電所全体のコストが高い。
上記事情に鑑みて、本発明の実施例は、従来技術にいて二次装置の個数が多く、占有面積が大きく、施工やメンテナンスの難度が大きいという技術的問題を解決するために、インダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムを提供する。
本発明の実施例は、１台のスマート電力サーバと、スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットとを備え、
前記スマート電力サーバは、前記スマート変電所においてすべての測定制御機能、保護機能、交換機能及び遠隔操作機能を実現することに用いられ、前記スマート変電所は、スマート変電所全体をモデリング対象とし、変電所配置の説明であるＳＣＤにあらゆる保護機能、測定制御機能、交換機能及び遠隔操作機能を追加し更新する集中モデリング方式を採用し、
前記スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれも前記スマート電力サーバに直接接続され、前記スマート電力サーバは、各前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれも組み込み式高帯域幅交換通信ネットワークを介して前記スマート電力サーバにおける１つのみの伝送ポートに接続されることにより、プロセスレベルのデータをリアルタイムに収集し、収集した前記プロセスレベルのデータにリアルタイムデータ処理を行い、前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続された一次装置に対するあらゆる保護及び測定制御を実現することを特徴とする、インダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムを提供する。
本発明の実施例に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムは、スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれもスマート電力サーバに直接接続され、且つ各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットが組み込み式高帯域幅交換通信ネットワークを介してスマート電力サーバに接続され、具体的には、各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれも１本の物理リンクのみを介して、スマート電力サーバにおける１つのみの伝送ポートに接続されることにより、プロセスレベルのデータをリアルタイムに収集し、収集したプロセスレベルデータにリアルタイムデータ処理を行い、それにより該マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続された一次装置に対するあらゆる保護及び測定制御を実現する。スマート変電所は、スマート変電所全体をモデリング対象とし、ＳＣＤにすべての保護機能、測定制御機能、交換機能、遠隔操作機能を直接追加し更新する集中モデリング方式を採用することにより、従来の変電所に採用される物理装置を追加してから装置の機能を追加するという分散型モデリング方式を変更し、ソフトウェアによりスマート変電所の各専用機能を定義できる。上記技術的解決手段によれば、変電所の二次装置の数を減少させ、変電所の占有面積を減少させるとともに、変電所の施工やメンテナンスの難度と変電所の電力損失を低減させ、更に変電所の投資コストを削減させ、従来技術では二次装置の個数が多く、占有面積が大きく、施工やメンテナンスの難度が大きいという技術的問題を解決する。
本発明の例示的な実施例に係る技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、実施例の説明に使用される図面を簡単に説明する。勿論、説明される図面は本発明の一部の実施例の図面であり、すべての図面ではない。当業者は、創造的な努力をせずに、これらの図面に基づきほかの図面を得ることができる。
図１は本発明の実施例１に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムの構造模式図である。 図２は本発明の実施例２に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムの構造模式図である。 図３は本発明の実施例３に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムの構造模式図である。 図４は本発明の実施例３に係る別のインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムの構造模式図である。
以下、図面及び実施例を参照して本発明を更に詳細に説明する。なお、ここで説明される具体的な実施例は本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではないと理解できる。なお、説明の便宜上、図面は、全内容ではなく、本発明に関連する部分のみを示している。
なお、説明の便宜上、図面は、全内容ではなく、本発明に関連する部分のみを示している。例示的な実施例の詳細な説明では、いくつかの例示的な実施例はフローチャートに作成される処理又は方法として説明されると理解すべきである。フローチャートは各操作（又はステップ）が順に実行される処理として説明されるが、そのうち多くの操作が並行して又は同時に実施されてもよい。また、各操作の順序を変更してもよい。その操作が完了すると、処理を終了してもよいが、さらに図面に含まれていないステップを有してもよい。前記処理は、方法、関数、プロシージャ、サブルーチン、サブプログラム等に対応できる。
本発明の実施例に係るマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットは、マージングユニットとインテリジェント端末を１つの装置に集積したものである。ここで、インテリジェント端末は、インテリジェントエレメントであって、ケーブルを介して一次装置に接続されるとともに、光ファイバーを介して保護や測定制御装置などの二次装置に接続され、一次装置（例えば、遮断器、ナイフスイッチ、主トランスなど）の測定や制御を実行するものである。機能として、上記インテリジェント端末は、回路保護のためにトリップ制御の命令を受けてトリップする機能と、測定制御装置からスイッチのオン・オフ命令を受けてスイッチをオン・オフする機能と、ナイフスイッチの位置に係る信号をアップロードする機能と、温度・湿度に係るデータを収集してアップロードする機能と、を含む様々な機能を実現できる。
インダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムは、１台のスマート電力サーバ及びスマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットを備える。更に、ワークステーションを備えてもよい。
まず、スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれもスマート電力サーバに直接接続され、前記スマート電力サーバは、各前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれも組み込み式高帯域幅交換通信ネットワークを介してスマート電力サーバにおける１つのみの伝送ポートに接続されることにより、プロセスレベルのデータをリアルタイムに収集し、収集したプロセスレベルのデータにリアルタイムデータ処理を行い、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続された一次装置に対するあらゆる保護と測定制御を実現する。具体的には、各前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットは、いずれも組み込み式高帯域幅交換通信ネットワークを介してスマート電力サーバにおける１つのみの伝送ポートに接続され、組み込み式高帯域幅交換通信ネットワークは、コントローラエリアネットワーク（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ、ＣＡＮ）バス、フィールドインターネットプロトコル（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＩＰ）バス、Ｍｏｄｂｕｓバス、プロセスフィールドバス（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｉｅｌｄ Ｂｕｓ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ）、ハイウェイアドレス可能遠隔トランスデューサ（Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、ＨＡＲＴ）バス、ＦＦフィールドバス又は光ファイバーであってもよい。スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットはいずれもスイッチ装置を経由せずにスマート電力サーバにおける伝送ポートに直接接続され、それにより、メッセージ送受信過程における時間遅延を短縮させ、メッセージ伝送のリアルタイム性を向上させる。
例示的に、本発明において、スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットは、いずれも前記スマート電力サーバに直接接続され、各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれも１本の物理リンクのみを介して前記スマート電力サーバにおける１つのみの伝送ポートに接続され、具体的には、各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットは、一対の光ファイバーのみを介して前記スマート電力サーバにおける１つの伝送ポートに接続される。スマート電力サーバにおける１つの伝送ポートは、１つの受信ポートと１つの送信ポートを含み、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットは、１つの光ファイバーを介してスマート電力サーバにおける１つの伝送ポートの受信ポートに接続され、別の光ファイバーを介してスマート電力サーバにおける該伝送ポートの送信ポートに接続される。スマート電力サーバは、１本の物理リンクリのみを介してプロセスレベルデータをアルタイムに収集し、たとえば、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットから送信されたサンプル値（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｖａｌｕｅ、ＳＶ）メッセージ及び汎用オブジェクト指向変電所イベント（Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｏｂｊｅｃｔ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｅｖｅｎｔｓ、ＧＯＯＳＥ）メッセージを収集し、且つリアルタイムに収集したプロセスレベルデータをリアルタイムに処理し、それにより前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続された一次装置に対するあらゆる保護及び測定制御を実現する。従来の変電所では、１つのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットが複数の異なる物理装置に接続され、異なる物理装置によってそれぞれマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続された一次装置に対する測定制御及び保護を実現する。
スマート電力サーバは、スマート変電所のすべての測定制御機能、保護機能、交換機能及び遠隔操作機能を実現することに用いられる。
例示的に、スマート電力サーバは、収集したプロセスレベルデータにリアルタイムデータ処理を行い、前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続された一次装置に対するあらゆる保護及び測定制御を実現する。また、インテリジェント電力サーバは、さらにマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットから送信されたプロセスレベルデータをネットワークアナライザと故障記録システムに転送して、前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットとプロセスレベル装置とのデータ交換を実現することもできる。スマート電力サーバは、さらに前記スマート電力サーバとプロセスレベル装置とのデータ交換、プロセスレベル装置同士のデータ交換、ステーションレベル装置同士のデータ交換を実現することに用いられる。さらに、スマート電力サーバは、遠隔操作機能により保護、測定制御専用機能の処理過程で生じた情報を収集し、ステーションレベル装置又はワークステーションに伝送することもできる。
さらに重要なことは、本発明に記載のスマート変電所は、集中モデリング方式を採用する。前記スマート変電所は、スマート変電所全体をモデリング対象とし、変電所配置の説明にすべての保護機能、測定制御機能、交換機能、遠隔操作機能を追加して更新する集中モデリング方式を採用することにより、ソフトウェアによりスマート変電所の各専用機能を定義できる。本明細書では、前記スマート変電所の専用機能は保護機能、測定制御機能、交換機能及び遠隔操作機能を含む。
具体的には、集中モデリング方式とは、変電所のシステム配置説明（Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ、ＳＣＤ）ツールは、スマート変電所が計画したマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットと、前記スマート変電所の応用シーンに応じて設定される各専用機能とに基づき、前記スマート変電所のＳＣＤファイルを作成し、前記スマート変電所のＳＣＤファイルに各前記専用機能の配置情報を設定することを意味する。スマート電力サーバは、さらに、前記スマート変電所のＳＣＤファイルに基づき前記スマート電力サーバのインテリジェント電子デバイス配置説明（Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ ＩＥＤ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ、ＣＩＤ）ファイルを生成し、前記スマート電力サーバのＣＩＤファイルを解析して各専用機能の配置情報を取得し、各専用機能の配置情報及びマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットから送信されたＳＶメッセージとＧＯＯＳＥメッセージに基づき、前記スマート変電所のすべての保護機能、測定制御機能、交換機能及び遠隔操作機能を実現することに用いられる。
前記スマート変電所が専用機能を追加し又は更新すると、前記スマート変電所のＳＣＤファイルに、追加又は更新した前記専用機能に関連する配置情報を設定し、前記スマート変電所のＳＣＤファイル内に、追加又は更新した前記専用機能のプロセスレベル仮想端子を関連付ける。
例示的に、スマート変電所の応用シーンによって、設定する専用機能が異なる。ＳＣＤファイルは、２つの方法で作成することができ、その１つの方法として、ＳＣＤファイル配置ツールがＳＣＤファイルにおいて各専用機能の配置情報、各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットの配置情報を直接設定し、プロセスレベル仮想端子を関連付け、スマート変電所のニーズが変化して新たな専用機能を追加し又は既存の専用機能を更新する必要がある時、ＳＣＤファイル配置ツールはＳＣＤファイルに対応した専用機能の配置情報を直接追加又は更新し、前記スマート変電所のＳＣＤファイルに、追加又は更新した前記専用機能のプロセスレベル仮想端子を直接関連付ける。スマート電力サーバは、前記スマート変電所のＳＣＤファイルに基づき前記スマート電力サーバのＣＩＤファイルを生成する。動作時、スマート電力サーバはスマート電力サーバのＣＩＤファイルを解析して、各専用機能の配置情報を取得し、各専用機能の配置情報及びマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットから送信されたＳＶメッセージとＧＯＯＳＥメッセージに基づき、前記スマート変電所のすべての保護機能、測定制御機能、交換機能及び遠隔操作機能を実現する。
ＳＣＤファイルを作成するためのもう１つの方法として、まずスマート電力サーバのインテリジェント電子デバイス機能説明（ＩＥＤ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ、ＩＣＤ）ファイルを作成し、スマート電力サーバのＩＣＤファイルに各専用機能を設定し、次に、ＳＣＤファイル配置ツールがスマート電力サーバのＩＣＤファイルとマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットのＩＣＤファイルに基づきスマート変電所全体のＳＣＤファイルを生成し、ＳＣＤファイルにプロセスレベル仮想端子を関連付ける。スマート電力サーバは、前記スマート変電所のＳＣＤファイルに基づき前記スマート電力サーバのＣＩＤファイルを生成する。動作時、スマート電力サーバはスマート電力サーバのＣＩＤファイルを解析して、各専用機能の配置情報を取得し、各専用機能の配置情報とマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットから送信されたＳＶメッセージ及びＧＯＯＳＥメッセージに基づき、前記スマート変電所のすべての保護機能、測定制御機能、交換機能及び遠隔操作機能を実現する。スマート変電所のニーズが変化して新たな専用機能を追加し又は既存の専用機能を更新する必要がある時、まず、スマート電力サーバのＩＣＤファイルに対応した専用機能を追加又は更新し、次に、ＳＣＤファイル配置ツールが改めてスマート電力サーバのＩＣＤファイルとマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットのＩＣＤファイルに基づきスマート変電所全体のＳＣＤファイルを生成し、ＳＣＤファイルにプロセスレベル仮想端子を関連付ける。
従来技術では、各保護装置、各測定制御装置は個別にモデリングし、各装置に１つのＩＣＤファイルを有し、各装置のＩＣＤファイルをＳＣＤツールを導入し、統合的なインスタンス配置を行い、システム全体のＳＣＤファイルを生成する。各装置はさらに専用ツールによりＳＣＤファイル中の自体に関連するコンテンツをローカルにダウンロードしてＣＩＤファイルを形成する。従って、従来の変電所の分散型モデリング方式は単一の物理装置を追加してから各装置の機能を追加することである。二次装置の数が非常に多いだけでなく、各二次装置のＩＣＤファイルを集積してインスタンス化してＳＣＤファイルを生成し、さらに装置メーカーが専用ツールによりＳＣＤファイル中の本装置に関連するコンテンツすなわちＣＩＤファイルを装置内にダウンロードし、そのため、全配置過程が複雑で煩わしい。
本発明の実施例に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムは、スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれもスマート電力サーバに直接接続され、且つ各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれも１本の物理リンクのみを介してスマート電力サーバにおける１つの光ポートに接続されることにより、該マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続された一次装置に対するあらゆる保護及び測定制御を実現する。スマート変電所は、スマート変電所全体をモデリング対象とし、変電所配置の説明にすべての保護機能、測定制御機能、交換機能、遠隔操作機能を直接追加し更新する集中モデリング方式を採用することにより、従来の変電所に採用される物理装置を追加してから装置の機能を追加するという分散型モデリング方式を変更し、ソフトウェアによりスマート変電所の各専用機能を定義できる。上記技術的解決手段によれば、変電所の二次装置の数を減少させ、変電所の占有面積を減少させるとともに、変電所の施工やメンテナンスの難度と変電所の電力損失を低減させ、更に変電所の投資コストを削減させ、従来技術では二次装置の個数が多く、占有面積が大きく、施工やメンテナンスの難度が大きいという技術的問題を解決する。
実施例１
図１は、本発明の実施例１に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムの構造模式図であり、該スマート変電所は、任意の電力系統に適用できる。図１に示すように、該スマート変電所は、ワークステーション１０、スマート電力サーバ２０、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０及びベイ４０を備えてもよく、
前記スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０は、インテリジェント電力サーバ２０の伝送ポートに直接接続され、前記伝送ポートがマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０に１対１対応し、スマート電力サーバ２０がワークステーション１０に接続され、
スマート電力サーバ２０は、前記スマート変電所のすべての測定制御機能、保護機能、交換機能及び遠隔操作機能を実現し、
ワークステーション１０は、スマート電力サーバ２０により前記スマート変電所の運転を監視し、管理する。
例示的に、前記スマート変電所は、プロセスレベル及び変電所レベルに分けられる。プロセスレベルにおいて、ベイ４０毎にマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０を設置し、１つのベイ４０が複数のマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０を含む可能性があり、ベイ４０が主トランスベイ、線路ベイ及びバスベイ、たとえば、１１０ＫＶ主トランスベイ、３５ＫＶ主トランスベイ、１０ＫＶ主トランスベイ及び１１０ＫＶ ＰＴベイを含んでもよく、スマート電力サーバ２０とワークステーション１０が変電所レベルに位置する。実際に、各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０は、いずれも２本の光ファイバー、すなわち一対の光ファイバーを介してスマート電力サーバ２０に接続されて、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットとスマート電力サーバとの双方向通信を実現し、各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０が、いずれもスマート電力サーバ２０において１つの光ファイバー伝送ポート、すなわち１つの受信ポートと１つの送信ポートに対応する。スマート電力サーバにおける伝送ポートは、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに１対１対応し、つまり、スマート電力サーバは、１つの伝送ポートのみを介して１つのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続され、各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットは、それぞれスマート電力サーバにおける１つのみの伝送ポートに接続される。
スマート電力サーバ２０は、スマート変電所のすべての測定制御機能及び保護機能を実現でき、具体的には、スマート電力サーバ２０は、スマート変電所におけるすべてのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０に接続された一次装置への測定制御及び保護を実現できる。一次装置は、発電、送電及び配電の機能を実現する装置、例えば発電機、トランス、変流器、計器用変圧器、操作ボックス及び電気ブレーキ等であってもよい。具体的には、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０はマージングユニットとインテリジェント端末を１つの装置に集積し、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０は一次装置の動作情報が載せられたマージングユニットのＳＶメッセージをスマート電力サーバ２０に統合的に送信し、同様に一次装置の動作情報が載せられたインテリジェント端末のＧＯＯＳＥメッセージをスマート電力サーバ２０に統合的に送信し、スマート電力サーバ２０は、各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０の測定制御及び保護を処理し、また、スマート電力サーバは、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０から送信されたＳＶメッセージとＧＯＯＳＥメッセージに基づき、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットにＧＯＯＳＥメッセージを送信し、スマート変電所のすべての測定制御機能及び保護機能を実現する。
また、スマート電力サーバ２０がワークステーション１０に接続されため、スマート電力サーバ２０は、さらに測定制御過程と保護過程で生じた測定制御情報及び保護情報を収集し、ワークステーション１０に伝送し、ワークステーション１０のオペレータが受信した測定制御情報及び保護情報に基づき、一次装置の動作状態を判断し、一次装置の動作状態に基づき前記一次装置を制御し、具体的には、スマート電力サーバ２０は、ワークステーション１０の命令に基づき前記一次装置への遠隔操作制御を実行し、スマート変電所のすべての遠隔操作機能を実現するようにしてもよい。
更に、スマート電力サーバ２０は、接続されたインテリジェント一次装置にＩＰアドレスを割り当ててもよく、前記インテリジェント一次装置は、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０、マージングユニット及びインテリジェント端末を備えてもよく、スマート電力サーバ２０には、各インテリジェント一次装置のメディアアクセス制御（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ、ＭＡＣ）アドレスとＩＰアドレスのマッピング関係が記憶される。スマート電力サーバ２０は、測定制御情報と保護情報を収集する過程で、前記インテリジェント一次装置のＭＡＣアドレスとＩＰアドレスのマッピング関係に基づき、前記測定制御情報と保護情報中のＭＡＣアドレスを対応したＩＰアドレスに置換し、前記ＩＰアドレスが載せられた測定制御情報と保護情報をワークステーション１０に伝送する。
変流器、計器用変圧器、操作ボックス及び電気ブレーキ等の装置のＭＡＣアドレスを取得できる場合は、本発明のスマート電力サーバは、さらに変流器、計器用変圧器、操作ボックス及び電気ブレーキ等の装置にＩＰアドレスを割り当て、これらの装置のＩＰアドレスとＭＡＣアドレスのマッピング関係を保存するようにしてもよい。
例示的に、ワークステーション１０がインテリジェント一次装置のＩＰアドレスを識別でき、スマート電力サーバ２０がインテリジェント一次装置のＭＡＣアドレスを識別することによりインテリジェント一次装置の測定制御情報及び保護情報を収集するため、スマート電力サーバ２０は、接続されたインテリジェント一次装置に唯一なＩＰアドレスを割り当て、前記インテリジェント一次装置のＭＡＣアドレスとＩＰアドレスのマッピング関係を記憶し、ＭＡＣアドレスとＩＰアドレスのマッピングテーブルを形成し、前記マッピング関係に基づき、測定制御情報と保護情報中のＭＡＣアドレスを対応したＩＰアドレスに置換し、ＩＰアドレスが載せられた測定制御情報と保護情報をワークステーション１０に伝送し、ワークステーション１０におけるオペレータが測定制御情報と保護情報のソースアドレスを確認できるようにする。本発明の実施例のスマート変電所は、スマート変電所に接続されたインテリジェント一次装置に唯一なＩＰアドレスを割り当て、変電所のクラウド制御及びクラウドサービスを実現でき、エネルギービッグデータとエネルギーインターネットの発展に技術的基礎を築く。
また、スマート電力サーバ２０は、さらに前記スマート変電所のすべての交換機能を実現し、具体的には、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０とプロセスレベル装置とのデータ交換、スマート電力サーバ２０とプロセスレベル装置とのデータ交換、プロセスレベル装置同士のデータ交換、ステーションレベル装置同士のデータ交換を実現するようにしてもよい。なお、ステーションレベル装置はワークステーションであってもよく、スマート電力サーバに接続されて、変電所を管理して監視する装置、たとえば、監視用メインコンピュータ、データサーバであってもよい。
また、大量のデータのリアルタイム伝送と大量のデータのリアルタイム処理に適応するために、スマート電力サーバ２０のプロセッサは、マルチコアデュアルＣＰＵ技術を採用してもよい。
本発明の実施例１に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムは、ワークステーション、１台のスマート電力サーバ及びすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットを備え、すべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットは、一対の光ファイバーを介してスマート電力サーバにおける１つのみの伝送ポートに接続され、スマート電力サーバは、すべてのプロセスレベル一次装置への測定制御及び保護を行い、スマート変電所のすべての測定制御機能、保護機能、交換機能及び遠隔操作機能の集積を実現することができ、変電所の二次装置の数を減少させ、変電所の占有面積を減少させ、さらに変電所の施工やメンテナンスの難度を低下させ、メンテナンスが容易で、デバッグ時間を短縮させ、従来技術では変電所の二次装置の個数が多く、占有面積が大きく、施工メンテナンス難度が大きいという技術的問題を解決する。また、スマート電力サーバは、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットと変電所レベルとのデータ交換を統合的に行い、プロセスレベルはネットワーキングが不要であり、変電所レベルはスマート電力サーバのみを有するのでネットワーキングが不要であり、従って、変電所の電力損失と投資コストを削減させる。
実施例２
図２は本発明の実施例２に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムの構造模式図であり、該スマート変電所は任意の電力系統に適用できる。本実施例は上記実施例を最適化したものである。図２に示すように、該スマート変電所は、ワークステーション１０、メインスマート電力サーバ２０１、サブスマート電力サーバ２０２、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０及びベイ４０を備えてもよく、
また、前記スマート変電所におけるすべてのベイ４０のマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０は、メインスマート電力サーバ２０１とサブスマート電力サーバ２０２に直接接続され、メインスマート電力サーバ２０１とサブスマート電力サーバ２０２はいずれもワークステーション１０に接続され、メインスマート電力サーバ２０１のメイン・サブ切替インタフェースのメイン・サブ出力信号がサブスマート電力サーバ２０２の入力に接続され、メインスマート電力サーバ２０１のメイン・サブ切替インタフェースのメイン・サブ入力信号がサブスマート電力サーバ２０２の出力に接続され、且つメイン・サブ入力信号とメイン・サブ出力信号が互いに排他的であるようにしてもよい。同様に、サブスマート電力サーバ２０２のメイン・サブ切替インタフェースのメイン・サブ出力信号がメインスマート電力サーバ２０１に接続され、サブスマート電力サーバのメイン・サブ切替インタフェースのメイン・サブ入力信号がメインスマート電力サーバ２０１の出力に接続され、且つメイン・サブ入力信号とメイン・サブ出力信号が互いに排他的である。
メインスマート電力サーバとサブスマート電力サーバは同時に動作して、同一の機能を実現し、動作時、前記メインスマート電力サーバと前記サブスマート電力サーバのうち一方の出力が有効である。
例示的に、スマート電力サーバは二重化冗長配置を有し、すなわちメインスマート電力サーバ２０１とサブスマート電力サーバ２０２が設置される。具体的には、メインスマート電力サーバが故障していない場合、メインスマート電力サーバ２０１は、入力、処理及び出力の機能を有するが、サブスマート電力サーバ２０２は、入力及び処理の機能のみを有し、出力機能を有しない。メインスマート電力サーバ２０１が故障する場合、サブスマート電力サーバ２０２は、メインスマート電力サーバに切り替えられて出力として機能する。動作状態のサブスマート電力サーバが故障しメインスマート電力サーバ２０１が故障していない場合、メインスマート電力サーバ２０１は、サブスマート電力サーバの動作のかわりに出力として機能し、それによりメインスマート電力サーバ２０１とサブスマート電力サーバ２０２のうちの一方の正常出力を確保する。
更に、各マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０は、いずれも２本の光ファイバーを介してメインスマート電力サーバ２０１とサブスマート電力サーバ２０２の光ポートに接続される。
本発明の実施例２に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムは、ワークステーション、メインスマート電力サーバ、サブスマート電力サーバ、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット及びベイを備え、スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがメインスマート電力サーバとサブスマート電力サーバにおける伝送ポートに直接接続され、メインスマート電力サーバとサブスマート電力サーバがいずれもワークステーションに接続されることにより、変電所全体の測定制御、保護、交換及び遠隔操作等の専用機能を１台のスマート電力サーバに集積して、スマート変電所のすべての測定制御機能、保護機能、交換機能及び遠隔操作機能の集積を実現することができ、変電所の二次装置の数を減少させ、変電所の占有面積を減少させるだけでなく、メインスマート電力サーバとサブスマート電力サーバが設置されることにより、一方のスマート電力サーバが故障する時、他方のスマート電力サーバが動作し、スマート変電所全体の通常動作を確保し、スマート変電所の緊急対応能力を向上させ、故障に起因するスマート変電所の麻痺の問題を回避する。
実施例３
図３及び図４はいずれも本発明の実施例３に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムの構造模式図であり、該スマート変電所は任意の電力系統に適用できる。本実施例は上記実施例を最適化したものである。該スマート変電所は、ワークステーション１０、スマート電力サーバ２０、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０、ベイ４０、故障記録モジュール５０、ネットワーク分析・記録モジュール６０及びファイアウォール７０を備えてもよく、
図３に示すように、前記スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０はスマート電力サーバ２０の伝送ポートに直接接続され、スマート電力サーバ２０はワークステーション１０に接続され、故障記録モジュール５０、ネットワーク分析・記録モジュール６０及びファイアウォール７０は、それぞれスマート電力サーバ２０内に設置され、又は図４に示すように、故障記録モジュール５０、ネットワーク分析・記録モジュール６０及びファイアウォール７０はそれぞれスマート電力サーバ２０と別々に設置され、ファイアウォール７０は、さらに地域スケジューリングセンタに接続されてもよい。ファイアウォールは、スマート電力サーバのセキュリティを保護することに用いられる。
例示的に、故障記録モジュール５０は、一次装置が故障する時、故障前、故障後の各種電力の変化状況を自動的かつ正確に記録し、メンテナンス作業者のメンテナンスに協力する。ネットワーク分析・記録モジュール６０は一次装置の動作状態を自動的に分析して記録し、状態パラメータを取得し、ネットワーク分析・記録機能により操作者に一次装置の動作状況をタイムリーに提供して、発生する可能性のある故障を予め判定してタイムリーに解決する。
また、故障記録モジュール５０、ネットワーク分析・記録モジュール６０及びファイアウォール７０がそれぞれスマート電力サーバ２０と別々に設置される場合、故障記録モジュール５０、ネットワーク分析・記録モジュール６０及びファイアウォール７０はそれぞれワークステーション１０に接続されるようにしてもよい。更に、ファイアウォール７０は地域スケジューリングセンタ、たとえば、地級スケジューリング機構、県級スケジューリング機構又は第四級スケジューリング機構と連絡してもよい。
更に、スマート電力サーバ２０は、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０から送信されたデータメッセージを、データメッセージを送信するマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０の所属ベイ４０、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０及びデータメッセージのメッセージタイプに応じて分類して別々に記憶するための拡張可能マークアップ言語（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ、ＸＭＬ）データベースがさらに設置される。
例示的に、ＸＭＬデータベースのドキュメントツリーにおいて、第一階層ノードはベイ４０であり、第一階層ノードに接続される第二階層ノードは該ベイ４０におけるマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０であり、第二階層ノードに接続される第三階層ノードはマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０から送信されたメッセージのすべてのメッセージタイプであり、ＳＶメッセージ及びＧＯＯＳＥメッセージを含む。メッセージのソースアドレスを解析することにより、メッセージ送信者の所属ベイ及び送信者としてのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットを決定できる。ＸＭＬデータベースはノードタイプに応じて分類して別々に記憶し、故障記録機能５０とネットワーク分析・記録機能６０にサポートを提供できる。
また、前記スマート変電所は、タイミングネットワーク、たとえば、全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＰＳ）及び／又は北斗衛星ナビゲーションシステムをさらに備えてもよく、ＧＰＳ及び／又は北斗衛星ナビゲーションシステムはスマート電力サーバ２０とマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット３０に接続されて、タイミングを実現する。
また、変電所は、ベイレベルのスイッチ装置をさらに備えてもよく、ベイレベルのスイッチ装置がワークステーション１０に接続されてもよい。
本発明の実施例４に係るインダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムは、ワークステーション、スマート電力サーバ、マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット、ベイ、故障記録モジュール、ネットワーク分析・記録モジュール及びファイアウォールを備え、スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがスマート電力サーバにおける光ポートに直接接続され、スマート電力サーバがいずれもワークステーションに接続されることにより、変電所全体の測定制御、保護、交換及び遠隔操作等の専用機能を１台のスマート電力サーバに集積し、スマート変電所のすべての測定制御機能、保護機能、交換機能及び遠隔操作機能の集積を実現することができ、変電所の二次装置の数を減少させ、変電所の占有面積を減少させるだけでなく、スマート変電所は故障記録モジュール、ネットワーク分析・記録モジュール及びファイアウォールをさらに備え、それによって、システムが故障する時、スマート変電所がタイムリーに応答でき、故障前、故障後の各種電力の変化状況をタイムリーに把握し、メンテナンス作業者のメンテナンスに協力し、且つファイアウォールによってスマート変電所をエクストラネットによる攻撃から守り、スマート変電所の安定した動作を確保する。
なお、以上説明したのは、本発明の好ましい実施例及びその技術的原理に過ぎない。当業者であれば、本発明は上記特定実施例に限定されるものではなく、本発明の保護範囲を逸脱せずに、各種の明らかな変更、変形や置換を行うことができると理解できる。従って、上記実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の発想を逸脱せずに、より多くの等価実施例を含んでもよく、本発明の範囲は添付される特許請求の範囲に決められる。
１０・・・ワークステーション、２０・・・スマート電力サーバ、７０・・・ファイアウォール。

Claims (10)

  1. インダストリアル・インターネット・アーキテクチャに基づくスマート変電所の保護制御システムであって、
    １台のスマート電力サーバ、及び前記スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットを備え、
    前記スマート電力サーバは、前記スマート変電所のすべての測定制御機能、保護機能、交換機能及び遠隔操作機能を実現することに用いられ、前記スマート変電所は、前記スマート変電所全体をモデリング対象とし、変電所配置の説明であるＳＣＤにすべての保護機能、測定制御機能、交換機能及び遠隔操作機能を追加し更新する集中モデリング方式を採用し、
    前記スマート変電所におけるすべてのベイのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれも前記スマート電力サーバに直接接続され、前記スマート電力サーバは、各前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットがいずれも組み込み式高帯域幅交換通信ネットワークを介して前記スマート電力サーバにおける１つのみの伝送ポートに接続されることにより、プロセスレベルデータをリアルタイムに収集し、収集した前記プロセスレベルデータにリアルタイムデータ処理を行い、前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続された一次装置に対するあらゆる保護及び測定制御を実現することを特徴とするスマート変電所の保護制御システム。
  2. 前記スマート電力サーバは、さらに、
    前記スマート変電所におけるすべてのマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットに接続された一次装置への測定制御及び保護を実現し、測定制御過程及び保護過程で生じた測定制御情報及び保護情報を収集して、ワークステーションに伝送し、前記ワークステーションの命令に基づき前記一次装置への遠隔操作制御を実行し、
    前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットとプロセスレベル装置とのデータ交換、前記スマート電力サーバと前記プロセスレベル装置とのデータ交換、前記プロセスレベル装置同士のデータ交換、ステーションレベル装置同士のデータ交換を実現することを特徴とする請求項１に記載のスマート変電所の保護制御システム。
  3. ＳＣＤファイル配置ツールは、前記スマート変電所が計画したマージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット及び各専用機能に基づき、前記スマート変電所のＳＣＤファイルを作成し、前記スマート変電所のＳＣＤファイルに各前記専用機能の配置情報を設定し、前記スマート変電所の各前記専用機能が前記スマート変電所の応用シーンに応じて設定され、
    前記スマート電力サーバは、さらに、前記スマート変電所のＳＣＤファイルに基づき前記スマート電力サーバのインテリジェント電子デバイス配置説明ＣＩＤファイルを生成し、前記スマート電力サーバのＣＩＤファイルを解析して取得した各前記専用機能の配置情報と前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットから送信されたプロセスレベルデータに基づき、前記スマート変電所のすべての測定制御、保護、交換及び遠隔操作を実現し、前記プロセスレベルデータがサンプル値ＳＶメッセージ及び汎用オブジェクト指向変電所イベントＧＯＯＳＥメッセージを含むことを特徴とする請求項１に記載のスマート変電所の保護制御システム。
  4. 前記スマート変電所が専用機能を追加し又は専用機能を更新すると、前記スマート変電所ＳＣＤファイルに追加又は更新した前記専用機能に関連する配置情報を設定し、前記スマート変電所のＳＣＤファイルに追加又は更新した前記専用機能のプロセスレベル仮想端子を関連付けることを特徴とする請求項３に記載のスマート変電所の保護制御システム。
  5. 前記スマート電力サーバにおける伝送ポートと、前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニットとが、１対１対応するように接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスマート変電所の保護制御システム。
  6. 前記スマート電力サーバ内に故障記録モジュールとネットワーク分析・記録モジュールがさらに設置され、又は、前記故障記録モジュールとネットワーク分析・記録モジュールがそれぞれ前記スマート電力サーバと別々に設置されることを特徴とする請求項１に記載のスマート変電所の保護制御システム。
  7. 前記スマート電力サーバがメインスマート電力サーバであり、前記スマート変電所が１台のサブスマート電力サーバをさらに備え、前記メインスマート電力サーバのメイン・サブ切替インタフェースのメイン・サブ出力信号が前記サブスマート電力サーバの入力に接続され、前記メインスマート電力サーバのメイン・サブ切替インタフェースのメイン・サブ入力信号が前記サブスマート電力サーバの出力に接続され、且つ前記メイン・サブ入力信号と前記メイン・サブ出力信号が互いに排他的であり、前記メインスマート電力サーバと前記サブスマート電力サーバが同時に動作して、同一の機能を実現し、動作時、前記メインスマート電力サーバと前記サブスマート電力サーバのうちの一方の出力が有効であることを特徴とする請求項１に記載のスマート変電所の保護制御システム。
  8. 前記スマート電力サーバは、接続されたインテリジェント一次装置であって、前記マージングユニット・インテリジェント端末一体化ユニット、マージングユニット及びインテリジェント端末を含むインテリジェント一次装置にネットワークプロトコルＩＰアドレスを割り当て、各前記インテリジェント一次装置のメディアアクセス制御ＭＡＣアドレスとＩＰアドレスのマッピング関係を記憶することを特徴とする請求項１に記載のスマート変電所の保護制御システム。
  9. 前記スマート電力サーバは、測定制御情報と保護情報を収集する過程で、前記インテリジェント一次装置のＭＡＣアドレスとＩＰアドレスのマッピング関係に基づき、前記測定制御情報と保護情報中のＭＡＣアドレスを対応したＩＰアドレスに置換し、前記ＩＰアドレスが載せられた測定制御情報と保護情報をワークステーションに伝送することを特徴とする請求項８に記載のスマート変電所の保護制御システム。
  10. ワークステーションをさらに備え、
    前記スマート電力サーバは前記ワークステーションに接続され、前記ワークステーションは、前記スマート電力サーバにより前記スマート変電所の運転を監視し管理することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスマート変電所の保護制御システム。
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