RU2773717C1 - Method for restoring measurements for the purposes of automated control systems - Google Patents

Method for restoring measurements for the purposes of automated control systems Download PDF

Info

Publication number
RU2773717C1
RU2773717C1 RU2021122537A RU2021122537A RU2773717C1 RU 2773717 C1 RU2773717 C1 RU 2773717C1 RU 2021122537 A RU2021122537 A RU 2021122537A RU 2021122537 A RU2021122537 A RU 2021122537A RU 2773717 C1 RU2773717 C1 RU 2773717C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measurements
input
equipment
primary equipment
computing module
Prior art date
Application number
RU2021122537A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Волошин
Евгений Александрович Волошин
Андрей Анатольевич Лебедев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Цифровые энергосистемы"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Цифровые энергосистемы" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Цифровые энергосистемы"
Application granted granted Critical
Publication of RU2773717C1 publication Critical patent/RU2773717C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to methods for monitoring equipment in an automated control system of industrial facilities and can be used in electrical engineering and other fields to restore equipment measurement data. The method contains the steps: entering information about the primary equipment to which the measuring circuits of the I/O device are connected, and about the primary equipment with which there is a direct technological connection; checking the possibility of obtaining the measurements necessary to perform the automation functions, and in the absence of the necessary measurements, sending a message requesting the measurements necessary to perform the automation function and indicating the primary equipment to which these measurements relate; receiving a message requesting measurements and checking whether there is a direct technological connection with the primary equipment specified in the message; if there are measurements of equipment operation parameters and there is a direct technological connection between the primary equipment, a message is sent indicating the parameters of the transmitted measurements, and if the I/O device has a direct technological connection with the primary equipment, but does not have the necessary measurements, then messages are sent to other I/O devices whose primary equipment has a direct technological connection with the equipment this I/O device, after receiving a response message from other I/O devices, the measurement flow parameters are sent to the master controller; and the missing measurement values are calculated according to the specified ratios, taking into account the current state of the technological scheme of the control object.
EFFECT: providing the possibility of restoring missing values of parameter measurements.
5 cl, 3 dwg

Description

[01] Область техники[01] Field of technology

[02] Изобретение относится к способам мониторинга оборудования в автоматизированной системе управления промышленных объектов и может быть использовано в электротехнике и других областях для восстановления данных измерений оборудования.[02] The invention relates to methods for monitoring equipment in an automated control system of industrial facilities and can be used in electrical engineering and other fields to recover equipment measurement data.

[03] Уровень техники[03] State of the art

[04] Применение закона Кирхгоффа для восстановления измерений в устройствах релейной защиты широко известно их уровня техники. Существующие подходы полагаются на заранее заданные параметры измерений, передаваемых по локальной вычислительной сети, и имеют жестко прописанную логику работы. Такие алгоритмы требуют предварительного проектирования и отдельной настройки каждого устройства при изменении главной схемы таких электроэнергетических объектов, как электростанции и подстанция.[04] The application of Kirchhoff's law to reconstruct measurements in protective relays is well known in the art. Existing approaches rely on predetermined measurement parameters transmitted over a local area network and have a rigidly defined operation logic. Such algorithms require preliminary design and separate configuration of each device when changing the main circuit of such electric power facilities as power plants and substation.

[05] Известны технические требования к автоматизированному мониторингу устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) (СТО 34.01-4.1-007-2018), в том числе требования по стандарту МЭК 61850 от 23.03.2018. В рамках указанного стандарта рассматривается мониторинг исправности РЗА на основе сравнения измеренных основных воздействующих величин от нескольких наблюдаемых устройств РЗА для контроля исправности вторичных цепей. Должно осуществляться сравнение измеренных величин устройств РЗА, подключенных к одной системе (секции) шин. В соответствии с первым Законом Кирхгофа сумма значений силы тока присоединений, подключенных к одной системе шин должна быть равной нулю. Возникновение небаланса свидетельствует о неисправности вторичных цепей или некорректном измерении входных воздействующих величин наблюдаемыми устройствами РЗА. Однако не рассматривается вопрос восстановления измерений для целей РЗА при потере данных от измерительных трансформаторов тока и напряжения. Т.е. аналог не решает проблему выявления исправности отдельных элементов устройств РЗА и восстановления недостающих измерений при исправности каналов связи и системы РЗА в целом.[05] The technical requirements for automated monitoring of relay protection and automation devices (RPA) are known (STO 34.01-4.1-007-2018), including the requirements for the IEC 61850 standard of 03/23/2018. Within the framework of this standard, monitoring of the health of the relay protection and automation equipment is considered based on a comparison of the measured main influencing quantities from several observed relay protection devices to monitor the health of the secondary circuits. The measured values of RPA devices connected to the same bus system (section) should be compared. In accordance with the first Kirchhoff's Law, the sum of the current values of the connections connected to one busbar system must be equal to zero. The occurrence of an unbalance indicates a malfunction of the secondary circuits or incorrect measurement of the input influencing quantities by the monitored RPA devices. However, the issue of restoring measurements for the purposes of relay protection and automation is not considered in case of loss of data from measuring current and voltage transformers. Those. the analogue does not solve the problem of identifying the serviceability of individual elements of the relay protection devices and restoring the missing measurements when the communication channels and the relay protection system as a whole are in good condition.

[06] Из уровня техники известен способ мониторинга оборудования в автоматизированной системе управления тепловой станцией (см. патент Китая на полезную модель CN202025227, 02.11.2011, наиболее близкий аналог). Система включает промышленную сеть CAN, устройство связи, имеющий вычислительный модуль (ЦП), выполняющее функцию локального контроллера управления, а также устройства ввода-вывода, снабженные вычислительными модулями и подключенные к сети и к первичному оборудованию, имеющему коммутационные устройства. Согласно способу, модуль связи запрашивает, а устройства ввода-вывода собирают данные об измерениях, необходимых для выполнения функций автоматики, с первичного оборудования, с которыми имеется непосредственная технологическая связь. При необходимости цифровое и аналоговое устройства ввода-вывода могут обмениваться данными об измерениях. Указанные значения измерений передаются в устройство связи (локальный контроллер) для направления в центр обработки данных и получения инструкций на управления функциями автоматики.[06] A method for monitoring equipment in an automated control system of a thermal plant is known from the prior art (see China utility model patent CN202025227, 02.11.2011, the closest analogue). The system includes an industrial CAN network, a communication device having a computing module (CPU) that performs the function of a local control controller, as well as input-output devices equipped with computing modules and connected to the network and to primary equipment having switching devices. According to the method, the communication module requests, and the input-output devices collect measurement data necessary to perform automation functions, from primary equipment with which there is a direct technological connection. If necessary, digital and analog I/O devices can exchange measurement data. The specified measurement values are transmitted to the communication device (local controller) for sending to the data center and receiving instructions for controlling the automation functions.

[07] Недостатком аналога также является отсутствие возможности восстановления отсутствующих значений измерений параметров.[07] The disadvantage of analog is also the inability to restore the missing values of the measurement parameters.

[08] Раскрытие сущности изобретения[08] Disclosure of the Invention

[09] Основной технической проблемой, на решение которой направлено рассматриваемое изобретение, является потеря данных измерений параметров работы оборудования в автоматизированных системах управления.[09] The main technical problem to be solved by the present invention is the loss of measurement data of equipment operation parameters in automated control systems.

[010] Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности восстановления отсутствующих значений измерений параметров в автоматизированной системе управления. В частности, может обеспечиваться возможность получения недостающих значений электрических параметров для релейной защиты и автоматики на основе расчета мгновенных значений тока.[010] The technical result of the invention is to provide the possibility of restoring missing measurement values of parameters in an automated control system. In particular, it may be possible to obtain the missing values of electrical parameters for relay protection and automation based on the calculation of instantaneous current values.

[011] Для решения указанной проблемы и достижения указанного результата предлагается способ восстановления измерений в автоматизированной системе управления, которая включает: контроллер управления, связанный с первичным оборудованием и снабженный основным вычислительным модулем, а также дополнительным вычислительным модулем для взаимодействия с основным вычислительным модулем; устройства ввода-вывода, связанные с контроллером управления через локальную вычислительную сеть (ЛВС) и с первичным оборудованием и снабженные основным вычислительным модулем, а также дополнительным вычислительным модулем для управления запуском функций автоматики в контроллере управления. При этом способ предусматривает следующие операции. В дополнительный вычислительный модуль каждого устройства ввода-вывода вводят информацию о первичном оборудовании, к которому подключены измерительные цепи устройства ввода-вывода, и о первичном оборудовании, с которым имеется непосредственная технологическая связь. Перед началом выполнения функции автоматики посредством дополнительного вычислительного модуля контроллера управления проверяют путем анализа передаваемых данных по ЛВС возможность получения измерений, необходимых для выполнения функций автоматики, и при отсутствии необходимых измерений посредством дополнительного вычислительного модуля контроллера управления передают сообщение всем устройствам ввода-вывода, находящимся в той же ЛВС, что и контроллер управления, с запросом измерений, необходимых для выполнения функции автоматики, и указанием первичного оборудования, к которому относятся эти измерения. Посредством дополнительного вычислительного модуля устройств ввода-вывода получают сообщение с запросом измерений и проверяют, имеется ли непосредственная технологическая связь с первичным оборудованием, указанным в сообщении. Затем при наличии измерений параметров работы оборудования, указанного в сообщении от контроллера управления, и наличии непосредственной технологической связи между первичным оборудованием через дополнительный вычислительный модуль устройства ввода-вывода отправляют котроллеру управления сообщение с указанием параметров передаваемых измерений по ЛВС, причем если устройство ввода-вывода имеет непосредственную технологическую связь с первичным оборудованием, указанным в сообщении от контроллера управления, но не имеет необходимых измерений, то посредством дополнительного вычислительного модуля этого устройства ввода-вывода отправляют сообщения другим устройствам ввода-вывода, первичное оборудование которых имеет непосредственную технологическую связь с оборудованием данного устройства ввода-вывода, а после получении устройством ввода-вывода ответного сообщения от других устройств ввода-вывода, посредством дополнительного вычислительного модуля устройства ввода-вывода отправляют по ЛВС параметры потоков измерений в контроллер управления. Затем посредством контроллера управления рассчитывают по заданным соотношениям недостающие значения измерений с учетом текущего состояния технологической схемы объекта управления.[011] To solve this problem and achieve the specified result, a method for restoring measurements in an automated control system is proposed, which includes: a control controller associated with the primary equipment and equipped with a main computing module, as well as an additional computing module for interacting with the main computing module; input-output devices connected with the control controller via a local area network (LAN) and with primary equipment and equipped with a main computing module, as well as an additional computing module for controlling the launch of automation functions in the control controller. The method includes the following operations. Information about the primary equipment to which the measuring circuits of the input/output device are connected and about the primary equipment with which there is a direct technological connection is entered into the additional computing module of each input-output device. Before starting the execution of the automation function, by means of an additional computing module of the control controller, by analyzing the data transmitted over the LAN, the possibility of obtaining the measurements necessary to perform the automation functions is checked, and in the absence of the necessary measurements, a message is transmitted to all I / O devices located in that the same LAN as the control controller, requesting the measurements required to perform the automation function and specifying the primary equipment to which these measurements refer. By means of an additional computing module of the input-output devices, a message with a measurement request is received and it is checked whether there is a direct technological connection with the primary equipment indicated in the message. Then, if there are measurements of the equipment operation parameters specified in the message from the control controller, and there is a direct technological connection between the primary equipment, a message is sent to the control controller through an additional computing module of the I / O device indicating the parameters of the measurements transmitted over the LAN, and if the I / O device has direct technological connection with the primary equipment indicated in the message from the control controller, but does not have the necessary measurements, then by means of an additional computing module of this I / O device, messages are sent to other I / O devices, the primary equipment of which has a direct technological connection with the equipment of this input device - output, and after the input-output device receives a response message from other input-output devices, by means of an additional computing module, the input-output devices are sent over the LAN pa measurement flow parameters to the control controller. Then, by means of the control controller, the missing measurement values are calculated according to the given ratios, taking into account the current state of the technological scheme of the control object.

[012] Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации изобретения за счет того, что:[012] In addition, the specified technical result is achieved in private embodiments of the invention due to the fact that:

[013] - при отправке дополнительным вычислительным модулем устройства ввода-вывода сообщения котроллеру управления с указанием параметров передаваемых измерений по ЛВС (8) учитывают положение коммутационных аппаратов или запорной арматуры, подключенных контактами измерения положения к данному устройству ввода-вывода;[013] - when the additional computing module of the input/output device sends a message to the control controller indicating the parameters of the transmitted measurements via the LAN (8), the position of the switching devices or valves connected by the position measurement contacts to this input/output device is taken into account;

[014] - в качестве параметров измерений рассчитывают значение силы тока или напряжения, или напора, или расхода;[014] - as measurement parameters, the value of current or voltage, or pressure, or flow is calculated;

[015] - в качестве контроллера управления используют интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ);[015] - intelligent electronic devices (IEDs) are used as a control controller;

[016] - в качестве устройств ввода-вывода используют устройства связи с объектом (УСО).[016] - object communication devices (USO) are used as input-output devices.

[017] Краткое описание чертежей[017] Brief Description of the Drawings

[018] Изобретение поясняется фигурами, где:[018] The invention is illustrated by the figures, where:

[019] На фигуре 1 показана принципиальная схемы системы, реализующей заявленный способ;[019] Figure 1 shows a schematic diagram of a system that implements the claimed method;

[020] На фигуре 2 показан пример подключения системы, реализующей заявленный способ;[020] Figure 2 shows an example of connecting a system that implements the claimed method;

[021] На фигуре 3 показана схема соединения и взаимодействия устройств при реализации изобретения согласно примеру осуществления;[021] The figure 3 shows a diagram of the connection and interaction of devices in the implementation of the invention according to the exemplary embodiment;

[022][022]

[023] Элементы на фигурах обозначены следующими позициями:[023] The elements in the figures are indicated by the following reference numbers:

1 - контроллер управления (ИЭУ I);1 - control controller (IED I);

2 - основной вычислительный модуль контроллера управления;2 - the main computing module of the controller;

3 - дополнительный вычислительный модуль контроллера управления;3 - additional computing module of the controller;

4 - устройство ввода-вывода;4 - input-output device;

401 - первое устройство ввода-вывода (УСО I);401 - the first input-output device (USO I);

402 второе устройство ввода-вывода (УСО II);402 second input/output device (USO II);

403 - третье устройство ввода-вывода (УСО III);403 - the third input-output device (USO III);

5 - основной вычислительный модуль устройства ввода-вывода;5 - the main computing module of the input-output device;

6 - дополнительный вычислительный модуль устройства ввода-вывода;6 - additional computing module of the input-output device;

7 - первичное оборудование;7 - primary equipment;

8 - локальная вычислительная сеть (ЛВС);8 - local area network (LAN);

801 - ТЛВС нижнего уровня (шина процесса);801 - TLVS lower level (process bus);

802 - ТЛВС верхнего уровня (шина станции);802 - TLVS upper level (station bus);

9 - коммутационный аппарат/запорная арматура;9 - switching device / shutoff valves;

10 - логическая связь контроллера управления с первичным оборудованием;10 - logical connection of the control controller with the primary equipment;

11 - связь устройств ввода-вывода с первичным оборудованием;11 - connection of input-output devices with primary equipment;

12 - связь устройств с ЛВС;12 - connection of devices with a LAN;

13 - технологическая связь между первичным оборудованием;13 - technological connection between the primary equipment;

14 - линия электропередач (линия I, линия II);14 - power line (line I, line II);

15 - выключатели (BI, ВII);15 - switches (BI, BII);

17 - разъединители (PI.I, PI.II, PII.I, РII.II);17 - disconnectors (PI.I, PI.II, PII.I, PII.II);

18 - заземляющие разъединители (ЗHI.I, ЗHI.II, ЗHII.I, ЗНII.II, ЗНIII);18 - grounding disconnectors (ЗHI.I, ЗHI.II, ЗHII.I, ЗНII.II, ЗНIII);

19 - силовой трансформатор (TI);19 - power transformer (TI);

20 - измерительные трансформаторы тока (TTI, ТТII, ТТIII)20 - measuring current transformers (TTI, TTII, TTIII)

21 - измерительный трансформатор напряжения (THI),21 - measuring voltage transformer (THI),

22 - шина (ШI),22 - tire (SHI),

I1, I2, I3 - сила тока,I1, I2, I3 - current strength,

[024] Осуществление изобретения[024] the Implementation of the invention

[025] Заявленный способ предназначен для автоматического формирования алгоритма восстановления измерений по данным измерений на смежных элементах технологической схемы объекта управления с учетом текущего состояния коммутационных аппаратов (выключатели, разъединители, заземляющие разъединители) или запорной арматуры, путем обхода графа технологической схемы объекта управления, узлами которого является первичное оборудование, а ребрами графа являются технологические связи между этим оборудованием.[025] The claimed method is designed to automatically generate an algorithm for restoring measurements based on measurement data on adjacent elements of the technological scheme of the control object, taking into account the current state of switching devices (switches, disconnectors, grounding disconnectors) or shutoff valves, by bypassing the graph of the technological diagram of the control object, the nodes of which is the primary equipment, and the edges of the graph are the technological links between this equipment.

[026] Способ реализуется посредством системы (фиг. 1), содержащей по меньшей мере один контроллер управления (1) и несколько устройств ввода-вывода (4).[026] The method is implemented by means of a system (FIG. 1) containing at least one control controller (1) and several I/O devices (4).

[027] Контроллер управления (1) включает основной вычислительный модуль (2) и дополнительный вычислительный модуль (3) для взаимодействия с основным вычислительным модулем (2). Контроллер (1) также связан с первичным оборудованием (7) с помощью логической связи (10).[027] The control controller (1) includes a main computing module (2) and an additional computing module (3) for interaction with the main computing module (2). The controller (1) is also connected to the primary equipment (7) via a logical link (10).

[028] Устройства ввода-вывода (4) имеют основной вычислительный модуль (5) и дополнительный вычислительный модуль (6) для управления запуском функций автоматики в контроллере управления (1). Устройства ввода-вывода (4) связаны (связь 11) с первичным оборудованием, а также коммутационными аппаратами (9) (для электрических систем) или запорной арматурой (для насосной системы), который в свою очередь связаны (связь 13) с первичным оборудованием (7).[028] The input-output devices (4) have a main computing module (5) and an additional computing module (6) for controlling the launch of automation functions in the control controller (1). Input-output devices (4) are connected (link 11) with the primary equipment, as well as switching devices (9) (for electrical systems) or valves (for the pumping system), which in turn are connected (link 13) with the primary equipment ( 7).

[029] Контроллер управления (1) и устройства ввода-вывода (4) подключены к ЛВС (6) посредством связи (12).[029] The control controller (1) and input/output devices (4) are connected to the LAN (6) via communication (12).

[030] В частном случае реализации изобретения (см. фиг. 2, 3) устройства ввода-вывода (4) могут быть выполнены в виде устройств связи с объектом (УСО 401, 402, 403) (MU в соответствии со стандартом МЭК 61850). Устройства предназначены для сбора аналоговых и дискретных сигналов от первичного оборудования. Устройства (4) осуществляют оцифровку аналоговых и дискретных значений измеряемых параметров с передачей измеренных значений по сети Ethernet в технологическую локальную вычислительную сеть (ТЛВС) нижнего уровня (801) (шина процесса, process bus по стандарту МЭК 61850), а также изменение состояния дискретных выходов для управления оборудованием подстанции на основе команд получаемых от контроллеров управления (1) из технологической локальной вычислительной сети (801). Устройства ввода-вывода (4) могут передавать измерения в ТЛВС нижнего уровня с применением протоколов передачи данных (GOOSE, SampledValues) обеспечивающих широковещательную рассылку сообщений всем устройствам в ТЛВС нижнего уровня (801). Принимающие устройства (контроллеры управления 1) самостоятельно осуществляют фильтрацию входящих широковещательных сообщения для выделения необходимой для их работы информации в соответствии с настройками контроллера управления.[030] In a particular case of the implementation of the invention (see Fig. 2, 3) input-output devices (4) can be made in the form of communication devices with the object (USO 401, 402, 403) (MU in accordance with IEC 61850) . The devices are designed to collect analog and discrete signals from primary equipment. The devices (4) digitize the analog and discrete values of the measured parameters with the transmission of the measured values via the Ethernet network to the technological local area network (TLNA) of the lower level (801) (process bus, process bus according to the IEC 61850 standard), as well as changing the state of discrete outputs to control substation equipment based on commands received from control controllers (1) from the technological local area network (801). Input-output devices (4) can transmit measurements to the lower-level LAN using data transfer protocols (GOOSE, SampledValues) that provide broadcast messages to all devices in the lower-layer LAN (801). Receiving devices (management controllers 1) independently filter incoming broadcast messages to extract the information necessary for their operation in accordance with the settings of the management controller.

[031] Контроллеры управления (1) могут быть выполнены в виде интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) (IED в соответствии со стандартом МЭК 61850). Контроллеры имеют вычислительный модуль, подключаемого к ТЛВС нижнего уровня (801) (шина процесса) и ТЛВС верхнего уровня (802) (шина станции по стандарту МЭК 61850). Назначением ИЭУ является получение измерений от устройств ввода-вывода по ТЛВС нижнего уровня, получение команд управления от системы управления верхнего уровня (SCADA) по ТЛВС верхнего уровня, расчет алгоритмов автоматического управления и защиты первичного оборудования подстанции, передача команд управления первичным оборудованием в устройства ввода-вывода по ТЛВС нижнего уровня (802), передача информации о текущем режиме работы и измеренных параметров в систему управления верхнего уровня (SCADA) по ТЛВС верхнего уровня (802).[031] The controllers (1) can be implemented as intelligent electronic devices (IEDs) (IEDs according to IEC 61850). The controllers have a computing module connected to the lower-level LAN (801) (process bus) and the upper-level LAN (802) (station bus according to the IEC 61850 standard). The purpose of the IED is to receive measurements from input-output devices via the lower-level TLAN, receive control commands from the upper-level control system (SCADA) via the upper-level TLAN, calculate algorithms for automatic control and protection of the primary equipment of the substation, transfer control commands from the primary equipment to the input devices output via lower-level TLAN (802), transfer of information about the current operating mode and measured parameters to the upper-level control system (SCADA) via upper-level TLAN (802).

[032] В ходе эксплуатации системы защиты, автоматического и автоматизированного управления могут возникать неисправности, в результате которых часть измерений электрических параметров в виде широковещательных сообщений в ТЛВС нижнего уровня (801) может отсутствовать. К таким неисправностям относятся: нарушение электропитания устройств ввода-вывода (4), выход из строя устройств ввода-вывода (4) по причине внутренней неисправности, нарушение каналов связи ТЛВС нижнего уровня (801), выход из строя оборудования ТЛВС, неисправность первичных измерительных преобразователей (трансформаторы тока и напряжения), нарушение синхронизации времени устройств ввода-вывода (4). При этом функционирование алгоритмов защиты и автоматики, выполняемых в контроллерах управления останавливается ввиду отсутствия входных данных для работы алгоритмов.[032] During the operation of the protection system, automatic and automated control, malfunctions may occur, as a result of which some of the measurements of electrical parameters in the form of broadcast messages in the lower-level LAN (801) may be missing. Such malfunctions include: power failure of input-output devices (4), failure of input-output devices (4) due to an internal malfunction, violation of communication channels of the lower-level TLVS (801), failure of TLVS equipment, malfunction of primary measuring transducers (current and voltage transformers), violation of time synchronization of input-output devices (4). At the same time, the functioning of the protection and automation algorithms performed in the control controllers stops due to the lack of input data for the operation of the algorithms.

[033] При реализации заявленного способа в дополнительный вычислительный модуль (6) устройств ввода-вывода (4) вводят информацию о первичном оборудовании (7), к которому подключены измерительные цепи соответствующих устройств ввода-вывода (4), и о первичном оборудовании (7), с которым имеется непосредственная технологическая связь.[033] When implementing the claimed method, information about the primary equipment (7) to which the measuring circuits of the corresponding input/output devices (4) are connected, and about the primary equipment (7 ), with which there is a direct technological connection.

[034] Перед началом выполнения функции автоматики посредством дополнительного вычислительного модуля (3) контроллера управления (1) проверяют возможность получения измерений, необходимых для выполнения функции автоматики, путем анализа передаваемых данных по локальной вычислительной сети (6) с применением шины полевого уровня.[034] Before starting the automation function, an additional computing module (3) of the control controller (1) checks the possibility of obtaining the measurements necessary to perform the automation function by analyzing the data transmitted over the local area network (6) using the field level bus.

[035] При отсутствии необходимых измерений посредством модуля (3) контроллера управления (1) передают сообщение всем устройствам ввода-вывода (4), находящимся в той же ЛВС (6), что и контроллер управления (1), с запросом измерений, необходимых для выполнения функции автоматики с указанием первичного оборудования (7), к которому относятся эти измерения. Дополнительные вычислительные модули (3) устройств ввода-вывода (4) получают запрос и проверяют, имеется ли непосредственная технологическая связь с первичным оборудованием (7), указанным в сообщении. При этом через устройства ввода-вывода (4) учитывают положение коммутационных аппаратов или запорной арматуры (9), подключенных контактами измерения положения к данному устройстве ввода-вывода (4).[035] In the absence of the necessary measurements, a message is transmitted by the module (3) of the control controller (1) to all I / O devices (4) located in the same LAN (6) as the control controller (1), with a request for the measurements necessary to perform the automation function, indicating the primary equipment (7) to which these measurements relate. Additional computing modules (3) of input/output devices (4) receive a request and check whether there is a direct technological connection with the primary equipment (7) indicated in the message. In this case, through the input-output devices (4), the position of the switching devices or shut-off valves (9) connected by position measurement contacts to this input-output device (4) is taken into account.

[036] При наличии измерений технологических параметров (тока, напряжения, напора, расхода и др.), указанного в сообщении от контроллера управления (1) и наличии непосредственной технологической связи между первичным оборудованием (7) с учетом положения коммутационных аппаратов или запорной арматуры (9), через модуль (6) устройства ввода-вывода (4) отправляют контроллеру управления (1) сообщение с указанием параметров передаваемых измерений по технологической ЛВС (6). В случае если устройство ввода-вывода (4) имеет непосредственную технологическую связь с первичным оборудованием (7), но не имеет необходимых измерений, посредством модуля (6) устройства ввода-вывода (4) отправляют сообщения другим устройствам ввода-вывода (4), с которыми у оборудования данного устройства ввода-вывода (4) имеется непосредственная технологическая связь.[036] If there are measurements of technological parameters (current, voltage, pressure, flow, etc.) indicated in the message from the control controller (1) and there is a direct technological connection between the primary equipment (7) taking into account the position of switching devices or valves ( 9), through the module (6) of the input-output device (4), a message is sent to the control controller (1) indicating the parameters of the transmitted measurements via the technological LAN (6). If the input-output device (4) has a direct technological connection with the primary equipment (7), but does not have the necessary measurements, the module (6) of the input-output device (4) sends messages to other input-output devices (4), with which the equipment of this input-output device (4) has a direct technological connection.

[037] При получении модулем (6) устройства ввода-вывода (4) ответного сообщения от других устройств ввода-вывода (4), через модуль (6) направляет сообщение в контроллер управления (1) с параметрами передачи по технологической ЛВС (6) потоков измерений.[037] When the module (6) of the input-output device (4) receives a response message from other input-output devices (4), sends a message through the module (6) to the control controller (1) with the parameters of transmission over the technological LAN (6) measurement streams.

[038] Контроллер управления (1) получает сообщение и рассчитывает по заданным математическим формулам недостающие значения измерений (ток, расход, напор и тд..) с учетом текущего состояния технологической схемы объекта управления.[038] The control controller (1) receives the message and calculates the missing measurement values (current, flow, pressure, etc.) using the given mathematical formulas, taking into account the current state of the technological scheme of the control object.

[039] Таким образом, реализуется восстановление отсутствующих значений измерений параметров работы объекта управления для автоматики на основе расчета мгновенных значений измеренных параметров, что позволяет снизить затраты на проектирование и пуско-наладочные работы при вводе в эксплуатацию оборудования автоматики на промышленных объектах.[039] Thus, the restoration of the missing measurement values of the operation parameters of the control object for automation is implemented based on the calculation of the instantaneous values of the measured parameters, which reduces the cost of design and commissioning when commissioning automation equipment at industrial facilities.

[040] Ниже приведен пример реализации изобретения. В качестве примера описан процесс мониторинга первичного оборудования для целей автоматического управления и релейной защиты на электрических подстанциях (см. фиг. 2).[040] The following is an example implementation of the invention. As an example, the process of monitoring primary equipment for the purposes of automatic control and relay protection in electrical substations is described (see Fig. 2).

[041] В состав контролируемого и защищаемого оборудования входят линии электропередач (14) (линия I, линия II), выключатели (16) (BI и ВII), разъединители (17) (PI.I, PI.II, PII.I, PII.II), заземляющие разъединители (18) (ЗHI.I, ЗШ.II, ЗHII.I, ЗНII.II, ЗНIII), силовой трансформатор (19) (TI), измерительные трансформаторы тока (20) (TTI, ТТII, ТТIII) и напряжения (21) (THI). Оборудование подстанции с помощью специализированных выводов и вводов подключается к устройствам ввода-вывода (401, 402, 403) в виде устройств связи с объектом (УСО). Для реализации способа в УСО (401, 402, 403) устанавливается дополнительный вычислительный модуль (6), в который загружается информация об оборудовании, к которому подключено данное УСО (401, 402, 403), а также идентификаторы оборудования, которое имеет непосредственную электрическую связь с оборудованием, контролируемым данным УСО. Согласно фигуре 2 УСО I (401) контролирует следующее оборудование: выключатель (16) BI, разъединители (17) PI.I и PI.II, заземляющий нож (18) ЗHI.I и ЗHI.II, трансформатор тока (20) TTI, трансформатор напряжения (21) THI. Оборудование, с которым у контролируемого УСО I (401) есть электрическая связь: шина (22) ШI, Линия 1(14). УСО II (402) контролирует следующее оборудование: ВII (16), PII.I, PII.II (17), ЗHII.I, ЗНII.II (18), ТТII (20), THI (21). Оборудование, с которым у контролируемого УСО II (402) есть электрическая связь: шина ШII (22), Линия II (14). УСО III (403) контролирует следующее оборудование: ЗНIII (18), ТТIII (20), THI (21). Оборудование, с которым у контролируемого УСО III (403) есть электрическая связь: шина ШI (22), трансформатор TI (19).[041] The controlled and protected equipment includes power lines (14) (line I, line II), switches (16) (BI and BII), disconnectors (17) (PI.I, PI.II, PII.I, PII.II), earthing disconnectors (18) (ЗHI.I, ЗШ.II, ЗHII.I, ЗНII.II, ЗНIII), power transformer (19) (TI), measuring current transformers (20) (TTI, ТТII, TTIII) and voltage (21) (THI). The substation equipment is connected to the input-output devices (401, 402, 403) in the form of communication devices with the object (COD) using specialized outputs and inputs. To implement the method, an additional computing module (6) is installed in the USO (401, 402, 403), into which information about the equipment to which this USO (401, 402, 403) is connected, as well as identifiers of the equipment that has a direct electrical connection is loaded. with equipment controlled by this USO. According to figure 2, USO I (401) controls the following equipment: switch (16) BI, disconnectors (17) PI.I and PI.II, grounding knife (18) ZHI.I and ZHI.II, current transformer (20) TTI, voltage transformer (21) THI. Equipment with which the controlled USO I (401) has an electrical connection: bus (22) ШI, Line 1(14). USO II (402) controls the following equipment: BII (16), PII.I, PII.II (17), ZHII.I, ZNII.II (18), TTII (20), THI (21). Equipment with which the controlled USO II (402) has an electrical connection: bus ШII (22), Line II (14). USO III (403) controls the following equipment: ZNIII (18), TTIII (20), THI (21). Equipment with which the controlled USO III (403) has an electrical connection: bus SHI (22), transformer TI (19).

[042] Ввиду технических особенностей измерительных трансформаторов подключение к трансформаторам напряжения большого числа устройства реализуется проще, чем подключение большого числа устройств к трансформаторам тока, поэтому ТHI (21) подключен одновременно к УСО I (401), УСО II (402) и УСО III (403). УСО (401, 402, 403) посредством основного вычислительного модуля (5) осуществляют передачу в ЛВС нижнего уровня (шина процесса) (801) оцифрованных мгновенных значений измерений электрических параметров в виде широковещательного потока сообщений, доступных всем устройствам ЛВС нижнего уровня (801). При этом УСО (401, 402, 403) передают измерения в ТЛВС нижнего уровня (801) по строгому графику, привязанному к единой метке времени. Основной (5) и дополнительный (6) вычислительные модули УСО связаны по внутренней шине данных устройства.[042] Due to the technical features of instrument transformers, connecting a large number of devices to voltage transformers is easier than connecting a large number of devices to current transformers, so THI (21) is connected simultaneously to USO I (401), USO II (402) and USO III ( 403). Interrogators (401, 402, 403) through the main computing module (5) transmit to the lower level LAN (process bus) (801) digitized instantaneous measurements of electrical parameters in the form of a broadcast message stream available to all lower level LAN devices (801). In this case, the USO (401, 402, 403) transmit measurements to the lower level TLVS (801) according to a strict schedule tied to a single time stamp. The main (5) and additional (6) computing modules of the USO are connected via the internal data bus of the device.

[043] Контроллеры управления (1), выполненные в виде интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ), посредством основного вычислительного модуля (2) подключены к ТЛВС нижнего уровня (801). ИЭУ I(1) посредством основного вычислительного модуля (2) осуществляют прием широковещательных потоков данных от УСО (401, 402, 403) и вычисление на их основе алгоритмов защиты и автоматики силового оборудования подстанции - в рассматриваемом примере это функция максимальной токовой защиты (МТЗ). Команды управления силовым оборудованием передаются от основного вычислительного модуля (2) ИЭУ I (1) в основной вычислительный модуль (5) УСО I (401) посредством передачи широковещательных сигналов по ТЛВС нижнего уровня (801). Потеря потока измерений электрических параметров от УСО I (401) может быть диагностирована по отсутствию потока широковещательных данных любым устройством, подключенным к ТЛВС нижнего уровня (801). В случае если УСО I (401) находится в работоспособном состоянии, но измерительный канал нарушен (поврежден измерительный трансформатор тока или напряжения, поврежден кабель от измерительных трансформаторов до УСО I), поток широковещательных данных будет содержать признак качества измерений, показывающий что они являются недостоверными. Схема соединения устройств УСО и ИЭУ приведена на фиг. 3.[043] The control controllers (1), made in the form of intelligent electronic devices (IEDs), are connected to the lower-level LAN by means of the main computing module (2) (801). IED I(1) by means of the main computing module (2) receives broadcast data streams from the USO (401, 402, 403) and calculates on their basis the protection and automation algorithms of the power equipment of the substation - in this example, this is the overcurrent protection function (MTP) . Power equipment control commands are transmitted from the main computing module (2) of the IED I (1) to the main computing module (5) of the USO I (401) by transmitting broadcast signals over the lower-level LAN (801). The loss of the flow of measurements of electrical parameters from the interrogator I (401) can be diagnosed by the absence of the flow of broadcast data by any device connected to the lower level LAN (801). If the USO I (401) is in working condition, but the measuring channel is broken (the measuring current or voltage transformer is damaged, the cable from the measuring transformers to the USO I is damaged), the broadcast data stream will contain a sign of measurement quality, indicating that they are unreliable. The connection diagram of the USO and IED devices is shown in Fig. 3.

[044] В любом из перечисленных случаев выполнение функции МТЗ в ИЭУ I (1), использующем недоступный поток измерений, прекращается. При этом дополнительный вычислительный модуль (3) ИЭУ I (1) запрашивает у дополнительных вычислительных модулей оставшихся в работе УСО II (402), УСО III (3) информацию о том, к какому силовому оборудованию подключены эти УСО и с каким силовым оборудованием они имеют непосредственную электрическую связь. Дополнительный вычислительный модуль (3) ИЭУ I (1) на основе полученной информации осуществляет построение графа подстанции и посредством обхода графа подстанции вычисляет какие УСО являются источниками измерений, на основе которых возможно вычисление недостающего потока измерений используя первый закон Кирхгоффа. Основной (2) и дополнительный (3) вычислительные модули ИЭУ I (1) связаны между собой по внутренней шине данных. Дополнительный вычислительный модуль (3) ИЭУ I(1) осуществляет перенастройку основного вычислительного модуля (2) таким образом, чтобы вместо приема измерений, которые стали недоступны, на вход алгоритмов защиты и автоматики поступали расчетные значений измерений, полученные путем вычисления мгновенных значений токов в узле по первому закону Кирхгоффа: I1+I2=I3. После этого дополнительный вычислительный модуль (3) возобновляет работу функции МТЗ в основном вычислительном модуле (2). Дополнительный вычислительный модуль (2) осуществляет мониторинг ТЛВС (801) нижнего уровня и в случае восстановления потока измерений от УСО I (401) осуществляет перенастройку основного вычислительного модуля (2) ИУЭ I(1) таким образом, чтобы на вход функции МТЗ поступали измерения из потока данных УСО I(401).[044] In any of the above cases, the execution of the overcurrent function in IED I (1) using an unavailable measurement stream is terminated. At the same time, the additional computing module (3) of the IED I (1) requests from the additional computing modules of the CCO II (402), CCD III (3) remaining in operation information about which power equipment these CCDs are connected to and with which power equipment they have direct electrical connection. The additional computing module (3) of IED I (1) builds the substation graph on the basis of the information received and, by traversing the substation graph, calculates which CDRs are measurement sources, on the basis of which it is possible to calculate the missing measurement flow using the first Kirchhoff law. The main (2) and additional (3) computing modules of the IED I (1) are interconnected via the internal data bus. The additional computing module (3) of the IED I(1) reconfigures the main computing module (2) so that instead of receiving measurements that have become unavailable, the calculated measurement values obtained by calculating the instantaneous values of the currents in the node are received at the input of the protection and automation algorithms. according to the first Kirchhoff law: I1+I2=I3. After that, the additional computing module (3) resumes the operation of the MTS function in the main computing module (2). The additional computing module (2) monitors the lower-level TLVS (801) and, in the event of restoration of the measurement flow from the USO I (401), reconfigures the main computing module (2) IUE I(1) so that the input of the MTS function receives measurements from Interrogator data stream I(401).

[045] Несмотря на то, что реализация изобретения иллюстрирована на примере электрической станции, заявленный способ может применяться для мониторинга работы другого оборудования, например, насосных станций.[045] Despite the fact that the implementation of the invention is illustrated on the example of a power plant, the claimed method can be used to monitor the operation of other equipment, such as pumping stations.

Claims (11)

1. Способ восстановления измерений в автоматизированной системе управления, содержащей: контроллер управления (1), связанный с первичным оборудованием (7) и снабженный основным вычислительным модулем (2), а также дополнительным вычислительным модулем (3) для взаимодействия с основным вычислительным модулем (2); устройства ввода-вывода (4), связанные с контроллером управления через локальную вычислительную сеть (ЛВС) (8) и с первичным оборудованием (7) и снабженные основным вычислительным модулем (5), а также дополнительным вычислительным модулем (6) для управления запуском функций автоматики в контроллере управления (1),1. A method for restoring measurements in an automated control system containing: a control controller (1) connected to the primary equipment (7) and equipped with a main computing module (2), as well as an additional computing module (3) for interacting with the main computing module (2 ); input-output devices (4) connected to the control controller via a local area network (LAN) (8) and to the primary equipment (7) and equipped with a main computing module (5), as well as an additional computing module (6) for controlling the launch of functions automation in the control controller (1), при этом способ предусматривает следующие операции:the method involves the following operations: в дополнительный вычислительный модуль (6) каждого устройства ввода-вывода (4) вводят информацию о первичном оборудовании (7), к которому подключены измерительные цепи устройства ввода-вывода (4), и о первичном оборудовании (7), с которым имеется непосредственная технологическая связь;information about the primary equipment (7) to which the measuring circuits of the input/output device (4) are connected, and about the primary equipment (7) with which there is direct technological connection; перед началом выполнения функции автоматики посредством дополнительного вычислительного модуля (3) контроллера управления (1) проверяют путем анализа передаваемых данных по ЛВС (8) возможность получения измерений, необходимых для выполнения функций автоматики, и при отсутствии необходимых измерений посредством дополнительного вычислительного модуля (3) контроллера управления (1) передают сообщение всем устройствам ввода-вывода (4), находящимся в той же ЛВС (8), что и контроллер управления (1), с запросом измерений, необходимых для выполнения функции автоматики, и указанием первичного оборудования (7), к которому относятся эти измерения; before starting the execution of the automation function, by means of an additional computing module (3) of the control controller (1), by analyzing the data transmitted over the LAN (8), the possibility of obtaining the measurements necessary to perform the automation functions is checked, and in the absence of the necessary measurements, by means of an additional computing module (3) of the controller controls (1) send a message to all I/O devices (4) located in the same LAN (8) as the control controller (1), with a request for the measurements necessary to perform the automation function, and an indication of the primary equipment (7), to which these measurements refer; посредством дополнительного вычислительного модуля (6) устройств ввода-вывода (4) получают сообщение с запросом измерений и проверяют, имеется ли непосредственная технологическая связь с первичным оборудованием (7), указанным в сообщении;by means of an additional computing module (6) of the input-output devices (4) receive a message with a request for measurements and check whether there is a direct technological connection with the primary equipment (7) indicated in the message; затем при наличии измерений параметров работы оборудования, указанного в сообщении от контроллера управления (1), и наличии непосредственной технологической связи между первичным оборудованием (7) через дополнительный вычислительный модуль (6) устройства ввода-вывода (4) отправляют котроллеру управления (1) сообщение с указанием параметров передаваемых измерений по ЛВС (8), причем если устройство ввода-вывода (4) имеет непосредственную технологическую связь с первичным оборудованием (7), указанным в сообщении от контроллера управления (1), но не имеет необходимых измерений, то посредством дополнительного вычислительного модуля (6) этого устройства ввода-вывода (4) отправляют сообщения другим устройствам ввода-вывода (4), первичное оборудование (7) которых имеет непосредственную технологическую связь с оборудованием данного устройства ввода-вывода (4), а после получения устройством ввода-вывода (4) ответного сообщения от других устройств ввода-вывода (4) посредством дополнительного вычислительного модуля (6) устройства ввода-вывода (4) отправляют по ЛВС (8) параметры потоков измерений в контроллер управления (1); иthen, if there are measurements of the operation parameters of the equipment specified in the message from the control controller (1), and there is a direct technological connection between the primary equipment (7), a message is sent to the control controller (1) through an additional computing module (6) of the input-output device (4) indicating the parameters of the transmitted measurements via LAN (8), and if the input-output device (4) has a direct technological connection with the primary equipment (7) indicated in the message from the control controller (1), but does not have the necessary measurements, then by means of an additional of the computing module (6) of this input-output device (4) send messages to other input-output devices (4), the primary equipment (7) of which has a direct technological connection with the equipment of this input-output device (4), and after receiving by the input device -output (4) of a response message from other input-output devices (4) by means of an additional calculation the research module (6) of the input-output device (4) sends via the LAN (8) the parameters of the measurement streams to the control controller (1); and посредством контроллера управления (1) рассчитывают по заданным соотношениям недостающие значения измерений с учётом текущего состояния технологической схемы объекта управления.by means of the control controller (1), the missing measurement values are calculated according to the given ratios, taking into account the current state of the technological scheme of the control object. 2. Способ по п.1, в котором при отправке дополнительным вычислительным модулем (6) устройства ввода-вывода (4) сообщения котроллеру управления (1) с указанием параметров передаваемых измерений по ЛВС (8) учитывают положение коммутационных аппаратов или запорной арматуры (9), подключенных контактами измерения положения к данному устройству ввода-вывода (4). 2. The method according to claim 1, in which when the additional computing module (6) of the input-output device (4) sends a message to the control controller (1) indicating the parameters of the transmitted measurements via the LAN (8), the position of the switching devices or valves (9) is taken into account ) connected by position measurement contacts to this I/O device (4). 3. Способ по п.1, в котором в качестве параметров измерений рассчитывают значение силы тока или напряжения, или напора, или расхода.3. The method according to claim 1, wherein the measurement parameters calculate the value of current or voltage, or pressure, or flow. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве контроллера управления (1) используют интеллектуальные электронные устройства (ИЭУ).4. The method according to claim 1, characterized in that intelligent electronic devices (IEDs) are used as the control controller (1). 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве устройств ввода-вывода (4) используют устройства связи с объектом (УСО).5. The method according to claim 1, characterized in that communication devices with an object (USO) are used as input-output devices (4).
RU2021122537A 2021-07-28 Method for restoring measurements for the purposes of automated control systems RU2773717C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773717C1 true RU2773717C1 (en) 2022-06-08

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006251997A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Toyo Electric Mfg Co Ltd Method for interpolating missing data
CN202025227U (en) * 2011-04-15 2011-11-02 北京特衡控制工程有限责任公司 CAN (Controller Area Network) bus monitoring system of substation
JP2015185066A (en) * 2014-03-26 2015-10-22 三菱電機株式会社 Measurement missing data interpolation method and data collection device
RU2740683C1 (en) * 2020-07-23 2021-01-19 Общество с ограниченной ответственностью "Интеллектуальные электроэнергетические системы" Method of redistributing functions between automation devices in case of faults in an automated system
US10983492B1 (en) * 2020-08-07 2021-04-20 North China Electric Power University Adaptive PMU missing data recovery method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006251997A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Toyo Electric Mfg Co Ltd Method for interpolating missing data
CN202025227U (en) * 2011-04-15 2011-11-02 北京特衡控制工程有限责任公司 CAN (Controller Area Network) bus monitoring system of substation
JP2015185066A (en) * 2014-03-26 2015-10-22 三菱電機株式会社 Measurement missing data interpolation method and data collection device
RU2740683C1 (en) * 2020-07-23 2021-01-19 Общество с ограниченной ответственностью "Интеллектуальные электроэнергетические системы" Method of redistributing functions between automation devices in case of faults in an automated system
US10983492B1 (en) * 2020-08-07 2021-04-20 North China Electric Power University Adaptive PMU missing data recovery method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2664503C (en) Apparatus, system, and method for sharing output contacts across multiple relays
EP2522065B1 (en) A method and system for power management in substations
Abbaspour et al. A bi-level multi agent based protection scheme for distribution networks with distributed generation
CN108233346B (en) Multi-terminal coordinated control protection system of flexible direct-current power grid
EP2086088B1 (en) Determining a bus bar voltage
CN103986238A (en) Intelligent substation fault diagnosis method based on probability weighting bipartite graph method
US11112815B1 (en) Fault isolation and restoration scheme
Hajian-Hoseinabadi Availability comparison of various power substation automation architectures
CN104215879A (en) Method and system for locating short-circuit faults of power distribution networks
Chase et al. Protection and testing considerations for iec 61850 sampled values-based distance and line current differential schemes
RU2773717C1 (en) Method for restoring measurements for the purposes of automated control systems
CN107910855B (en) A kind of connection applied to intelligent substation cuts small power supply device
CN109193947A (en) Power distribution room monitoring method, device, server and computer readable storage medium
EP3783764A1 (en) Integration of primary protection relays for electric power delivery systems
Malcón et al. Implementing a country-wide modular remedial action scheme in uruguay
CN103346617A (en) Error logical judgment prevention system and judgment method considering multiple constraint conditions
US20210382096A1 (en) Rate of change of power element and enter service supervision method
CN112737106A (en) Line loss abnormity subsection control method
CN107819321A (en) A kind of power distribution network distribution differential protecting method of on-load switch
US20210111586A1 (en) Electric power system transducer failure monitor and measurement recovery
EP3460935B1 (en) Method and system for feeder protection in electrical power network
Jakovljevic et al. Software for enhanced monitoring in integrated substations
Low et al. Iec 61850–an approach to facilitate interoperability in distribution automation
Hjorth et al. University implements distribution automation to enhance system reliability and optimize operations
RU2772974C1 (en) Method for monitoring the equipment of an automated process control system