Программно-технический комплекс”Станция”

(51) 04 3/54 (2006.01) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ мощностью энергоблоков электростанции,центральное устройство включает связанные внутренней локальной вычислительной сетью подсистему приема, обработки и передачи данных,предназначенную для осуществления информационного обмена и обработки данных,подсистему архивирования и конфигурирования,предназначенную для конфигурирования и наладки контроллеров,архивирования данных информационного обмена,получения диагностической информации, подсистему питания,предназначенную для обеспечения гарантированного питания подсистем, входящих в состав программно-технического комплекса,подсистему синхронизации времени,предназначенную для синхронизации системного времени контроллеров подсистемы приема,обработки и передачи данных и компьютеров подсистемы архивирования и конфигурирования со всемирным координированным временем. ПТК,дополнительно включает автоматизированное рабочее место дежурного инженера станции и подсистему охлаждения основного оборудования. Технический результат, состоит в обеспечении надежного круглосуточного и непрерывного информационного обмена между центральной координирующей станцией и системами управления мощностью энергоблоков по международным протоколам ГОСТ Р-МЭК 60870-5-101 (ГОСТ РМЭК 60870-5-104), что обеспечивает возможность участия электростанции в регулировании частоты в качестве звена общей системы АВРЧМ.(72) Карпик Александр МихайловичКоролев Михаил ЛеонидовичЛазарев Вячеслав ОлеговичНикишин Дмитрий Александрович Николаев Сергей ВитальевичНовицкий Дмитрий АлександровичЧадов Андрей Владимирович(73) Закрытое акционерное общество ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ(57) Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована в системах автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков активной мощности (АВРЧМ). Техническая задача состоит в организации надежного информационного обмена между центральной координирующей системой АВРЧМ и системами автоматического управления мощностью энергоблоков в обоих направлениях. Программно-технический комплекс содержит центральное устройство и структурированную кабельную сеть, связывающую программнотехнический комплекс с каналообразующим оборудованием каналов связи до диспетчерского центра и системами автоматического управления Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована в системах автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков активной мощности (АВРЧМ). Известно устройство для сбора, оценки и управления, являющееся частью СКАДА-системы и используемое в распределительных сетях. Устройство предназначено для сбора, обработки аналоговых и цифровых сигналов, контроля работы оборудования в распределительных сетях через коммуникационные порты и стандартные коммуникационные протоколы управления программным обеспечением без преобразования данных через коммуникационные порты.(Публикация заявки США 2010004792, МПК 06 1/28 06 1/30, опубл.07.01.2010 г.) Известное устройство обладает минимальными функциональными возможностями и не обеспечивает требуемую надежность за счет полного дублирования. Известное устройство не подразумевает конкретного технического решения для приемо-передающего устройства станционного уровня, являющегося звеном системы АРЧМ и подобная конструкция не может быть использована для решения задач полезной модели. Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является сеть приема и передачи управляющей информации для управляющих систем,включающая каналы телемеханики (цифровую и аналоговую аппаратуру связи), аппаратуру телемеханики, выполненную на базе промышленных логических контроллеров(ПЛК) и установленную на энергообъектах управления ОЭС (электростанциях и подстанциях),которой являются комплексы приема-передачи управляющей информации (КППУ). Комплекс приема-передачи управляющей информации (КППУ ПС) выполнен на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и установлен на объектах управления, предназначен для приема и передачи управляющей информации,т.е. обеспечивает обмен информацией с верхним уровнем управляющих систем в электроэнергетике(ЦС АВРЧМ, ЦРН и ПА). В зависимости от выполняемых задач КППУ включает модули коммуникационные модули обмена по интерфейсу-232/-422/-485, , ,модули аналогового или дискретного вводавывода. Сеть является независимой, включает станции приема-передачи управляющей информации(СППУ), выполненные на базе промышленных логических контроллеров (ПЛК) и установленные на диспетчерских пунктах объединенных энергосистем (ДП ОЭС), в качестве протоколов обмена данными устройств телемеханики в сети используются протоколы . (Патент РФ 64833, МПК Н 04 В 3/54, опубл. 10.07.2007 г.) Недостатком известного технического решения является недостаточная точность регулирования мощности. В сети обеспечивается точность регулирования до 1 МВт,что является 2 недостаточным для использования ее в системах автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков активной мощности (АВРЧМ). Кроме того, в сети используется международный протокол информационного обмена, в то время как согласно утвержденным техническим требованиям Системного Оператора РФ,предъявляемым к таким устройствам, для передачи данных должны использоваться международные протоколы ГОСТ Р-МЭК 60870-5-101 и ГОСТ РМЭК 60870-5-104. Использование этих протоколов позволяет унифицировать информационный обмен в системах диспетчерского управления энергетической системы. Эти протоколы, в отличие от, разработаны международной электротехнической комиссией по стандартизации. По мере повышения требований к качеству электроэнергии (точность поддержания частоты тока в энергосистеме) встал вопрос о привлечении крупных тепловых электростанций к участию в регулировании частоты и перетоков мощности в энергосистеме. Для осуществления такого автоматического регулирования электростанция, как звено системы АРЧМ, должна быть оснащена устройством приема/передачи информации между диспетчерским центром и системой управления мощностью энергоблоков, поэтому возникла необходимость в создании подобных устройств) Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в организации информационного обмена между центральной координирующей системой АВРЧМ и системами автоматического управления мощностью энергоблоков в обоих направлениях с использованием международных энергетических протоколов ГОСТ Р-МЭК 60870-5-101 (ГОСТ РМЭК 60870-5-104) без ухудшения точности первичных измерений и обеспечении надежности такого информационного обмена. Поставленная техническая задача решается тем,что согласно предложенной полезной модели,программно-технический комплекс,содержит центральное устройство и структурированную кабельную сеть, связывающую программнотехнический комплекс с каналообразующим оборудованием каналов связи до диспетчерского центра и системами автоматического управления мощностью энергоблоков электростанции,центральное устройство включает связанные внутренней локальной вычислительной сетью подсистему приема, обработки и передачи данных,предназначенную для осуществления информационного обмена и обработки данных,подсистему архивирования и конфигурирования,предназначенную для конфигурирования и наладки контроллеров,архивирования данных информационного обмена,получения диагностической информации, подсистему питания,предназначенную для обеспечения гарантированного питания подсистем, входящих в состав программно-технического комплекса,подсистему синхронизации времени,предназначенную для синхронизации системного времени контроллеров подсистемы приема,обработки и передачи данных и компьютеров подсистемы архивирования и конфигурирования со всемирным координированным временем. Кроме того,дополнительно включает автоматизированное рабочее место дежурного инженера станции, которое подключается к внутренней сети комплекса и отображает состояние всех соединений по всем каналам связи с центральной координирующей системой автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности и системами автоматического управления мощностью энергоблоков электростанции. Кроме того,дополнительно включает подсистему охлаждения основного оборудования. Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией всей заявленной совокупности существенных признаков, состоит в обеспечении надежного круглосуточного и непрерывного информационного обмена между центральной координирующей станцией и системами управления мощностью энергоблоков по международным протоколам ГОСТ Р-МЭК 60870-5101 (ГОСТ Р-МЭК 60870-5-104), что обеспечивает возможность участия электростанции в регулировании частоты в качестве звена общей системы АВРЧМ. Сущность заявленной полезной модели поясняется рисунками, где на фиг.1 представлена структурная схема общей системы автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности на фиг.2 представлена блок-схема программнотехнического комплекса Станция на фиг.3 приведен пример схемы внутреннего резервирования оборудования подсистемы приема,обработки и передачи информации на фиг.4 приведен пример схемы внешнего резервирования оборудования подсистемы приема,обработки и передачи информации на фиг.5 приведен пример схемы питания ПТК с использованием источников бесперебойного питания (ИБП) на фиг.6 приведен пример схемы питания ПТК без использования источников бесперебойного питания (ИБП) на фиг.7 приведен пример структурной схемы подсистемы синхронизации времени при реализации с антенной и приемником/ГЛОНАСС на фиг.8 приведен пример структурной схемы подсистемы синхронизации времени при реализации со сторонним сервером точного времени на фиг.9 приведен пример компоновки ЦУ ПТК Станция с использованием контроллеров фирмы на фиг.10 приведен пример компоновки ЦУ ПТК Станция с использованием контроллеров фирмы. Фигуры на рисунках включают следующие позиции 1 - центральная координирующая система автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности (ЦКС АРЧМ),2 программно-технический комплекс Станция,3 - системы автоматического управления мощностью энергоблоков электростанций (САУМ) 4 - структурированные кабельные сети (СКС) 5 - центральное устройство ПТК Станция 6 - подсистема приема, обработки и передачи данных 7 подсистема архивирования и конфигурирования 8 - подсистема питания 9 - подсистема синхронизации времени 10 - автоматизированное рабочее место дежурного инженера станции (АРМ ДИС) 11 - подсистема охлаждения основного оборудования 12 - промышленные контроллеры управления 13 - система ввода/вывода 14 - персональные компьютеры или серверы 15 - источники бесперебойного питания 16 - источники питания контроллеров и другого оборудования 17 - автоматические выключатели 18 автоматический переключатель электрической нагрузки 19- антенна и приемник /ГЛОНАСС 20 - сервер точного времени 21 - кондиционер 22 - маршрутизатор 23 - -коммутатор 24 - консоль(монитор, клавиатура, мышь,объединенные в одно устройство) 25 - сервер программного обеспечения 26 - сервер архивов 27 - монтажный шкаф 28 - распределительный блок 29 - аккумуляторный блок 30 - патч-панель 31 - оптическая полка (оптический кросс) 32 - шасси с преобразователями интерфейсов 33 - диодная развязка 24 В Авторы используют в описании следующие сокращения АВРЧМ - система автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности ЦКС АВРЧМ - центральная координирующая система автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности САУМ - система автоматического управления мощностью энергоблоков электростанции СКС - структурированные кабельные сети ЦГШС АВРЧМ - центральная приемопередающая станция системы автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности ПТК Станция - программно-технический комплекс Станция ЦУ ПТК - центральное устройство программнотехнического комплекса АРМ ДИС - автоматизированное рабочее место дежурного инженера ИБП - источник бесперебойного питания. Заявляемый программно-технический комплекс Станция (ПТК Станция) является компонентом общей системы автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности(АВРЧМ) (фиг.1), включающей центральную координирующую систему 1 автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности (ЦКС АВРЧМ), программно-технический комплекс Станция 2, системы 3 автоматического управления мощностью энергоблоков электростанций (САУМ). Между удаленным диспетчерским центром, в котором расположена ЦКС АВРЧМ и центральным устройством программно-технического комплекса Станция(ЦУ ПТК) 5 организуются два выделенных канала связи. Программно-технический комплекс Станция 2 выполняет функции связующего звена в информационном обмене между центральной координирующей системой (ЦКС) АВРЧМ и системами автоматического управления мощностью(САУМ) энергоблоков электростанции и связан с ЦКС АВРЧМ и САУМ структурированными кабельными сетями (СКС) 4. СКС входят в состав ПТК Станция и строятся от мультиплексоров (устройств, позволяющих передавать по одной коммуникационной линии или каналу передачи одновременно несколько различных потоков данных) до ЦУ ПТК Станция и от ЦУ ПТК Станция до САУМ энергоблоков. Границами ПТК Станция(зоной ответственности) являются интерфейсы мультиплексоров на участке ПТК Станция ЦС/ЦКС АВРЧМ и интерфейсы САУМ энергоблоков электростанции на участке ПТК Станция - САУМ, показанные на фиг. 1 в виде двойной стрелки. Заявляемый программно-технический комплекс Станция 2 содержит центральное устройство и структурированную кабельную сеть. Центральное устройство 5 (ЦУ ПТК) включает связанные каналами связи подсистему 6 приема,обработки и передачи данных, подсистему 7 архивирования и конфигурирования, подсистему 8 питания, подсистему 9 синхронизации времени. Кроме того, программно-технический комплекс может дополнительно включать автоматизированное рабочее место 10 дежурного инженера станции (АРМ ДИС), подключаемое к внутренней сети ЦУ ПТК Станция, а также подсистему 11 охлаждения основного оборудования, предназначенную для поддержания температурного режима центрального устройства ПТК Станция. Подсистема 6 приема, обработки и передачи данных предназначена для осуществления информационного обмена и обработки данных. Для информационного обмена между центральной координирующей системой 1 автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности (ЦКС АРЧМ) и программно 4 техническим комплексом Станция 2 используются международные протоколы информационного обмена ГОСТ Р-МЭК 60870-5101 (или ГОСТ Р-МЭК 60870-5-104). Для информационного обмена между программно-техническим комплексом Станция 2 и системой 3 автоматического управления мощностью (САУМ) энергоблоков электростанции используются международные протоколы ГОСТ РМЭК 60870-5-101,или другой,который может обеспечивать класс достоверности данных в соответствии с ГОСТ Р МЭК 870-4 не ниже 12 (вероятность необнаруженных ошибок не более 10-10 для частоты искажения бита в среде передачи не более 10-4). Программно-технический комплекс Станция принимает от САУМ энергоблоков и передает в центральную приемо-передающую станцию АВРЧМ в качестве телеинформации следующие сигналы и измерения- отклонение частоты сети от 50 Гц- задание плановой мощности энергоблока- задание вторичной мощности энергоблока- сигнал готовности энергоблока на загрузку- сигнал готовности энергоблока на разгрузку- разрешение на удаленное управление энергоблоком- сигнал подтверждения энергоблок в удаленном управлении- сигнал достижения верхнего предела диапазона вторичного регулирования энергоблока- сигнал достижения нижнего предела диапазона вторичного регулирования энергоблока диапазон вторичного регулирования энергоблока на загрузку диапазон вторичного регулирования энергоблока на разгрузку статизм САУМ энергоблока зона нечувствительности. Программно-технический комплекс Станция принимает от центральной приемо-передающей станции АВРЧМ и передает в САУМ энергоблоков качестве информации следующие сигналы и измерения- задание вторичной мощности энергоблока- сигнал запроса на удаленное управление энергоблоком. Состав телеинформации может изменяться в зависимости от технических требований. Подсистема 6 приема, обработки и передачи данных (фиг.2) содержит контроллеры управления 12, в качестве которых могут применяться промышленные контроллеры различных производителей,систему 13 ввода/вывода,включающую контроллеры ввода/вывода и шину информационного обмена или локальную вычислительную сеть. Система ввода/вывода, как правило, зависит от выбора производителя контроллеров. В некоторых реализациях контроллеры управления могут включать в себя систему ввода/вывода. Структурированные кабельные сети 4 состоят из различного оборудования, в том числе кабели,конвертеры, маршрутизаторы, коммутаторы. На фиг.3 и фиг.4 схематично показаны примеры возможных схем внутреннего и внешнего резервирования оборудования подсистемы приема,обработки и передачи информации соответственно. В зависимости от выбранного производителя промышленных контроллеров и системы ввода/вывода конкретная реализация этой схемы может отличаться от представленного примера. Из рисунков видно, что каждая из двух систем ввода/вывода может опрашиваться каждым из двух промышленных контроллеров 12,а резервированные контроллеры обмениваются информацией друг с другом (фиг.3). В свою очередь контроллеры ввода/вывода 13 - основной и резервный, по двум каналам связи осуществляют информационный обмен с САУМ энергоблоков 3(фиг.4). Схема построена таким образом, что выход из строя любого контроллера или обрыв любой из линий не приводит к потере работоспособности комплекса. Вместо неисправного контроллера на время его замены или ремонта в работу будет включен резервный контроллер, работающий с ним параллельно. При обрыве любой линии связи в комплексе предусмотрены альтернативные маршруты через резервные линии связи и резервное каналообразующее оборудование, которые позволят передать и принять данные с объектов автоматизации без перерыва в связи. Сетевое оборудование, входящее в подсистему 6 приема, обработки и передачи информации,необходимо для построения СКС, а также для организации внутренней сети ПТК. Программное обеспечение, загружаемое в память промышленных контроллеров и некоторых сетевых устройств (если такие имеются), является неотъемлемой частью ПТК Станция и служит для работы с данными. Кроме приемо-передающих функций программным обеспечением ПТК Станция, загружаемым в контроллеры,выполняется также функция обработки данных. Кроме основного информационного обмена подсистема 6 приема,обработки и передачи данных осуществляет также информационный обмен с автоматизированным рабочим местом 10 дежурного инженера станции(АРМ ДИС), предоставляя возможность для оперативного мониторинга. Подсистема 7 архивирования и конфигурирования представляет собой персональный компьютер или сервер 14 и предназначена для конфигурирования и наладки контроллеров и автоматизированного рабочего места 10 дежурного инженера станции АРМ ДИС(если оно есть),архивирования данных информационного обмена, а также получения диагностической информации. Подсистема 7 архивирования и конфигурирования позволяет архивировать данные всего объема информационного обмена - как получаемые с основных контроллеров ввода/вывода,так и с резервных, с периодичностью одна секунда. Кроме того, подсистема 7 архивирования и конфигурирования предоставляет человекомашинный интерфейс для оперативной диагностики состояния ПТК Станция в целом и по отдельным его узлам. В зависимости от местных условий, реализация подсистемы архивирования и конфигурирования может быть разной в частности, она может состоять из двух серверов для резервирования архива или из одного персонального компьютера в условиях ограниченного финансирования. Часто функции конфигурирования и архивирования разнесены на разные компьютеры. Подсистема 8 питания ПТК Станция предназначена для обеспечения гарантированного питания оборудования других подсистем, входящих в состав программно-технического комплекса. В подсистему 8 питания могут входить источники 15 бесперебойного питания с аккумуляторными батареями, источники 16 питания контроллеров и другого оборудования постоянного тока,автоматические переключатели 18 электрической нагрузки для обеспечения безударного перехода с основного ввода питания на резервный,автоматические выключатели 17 для предотвращения превышения допустимых токов при неисправностях и для предоставления возможности отключения части оборудования от электрической сети с целью замены или ремонта. Подсистема 8 питания проектируется в каждом случае с учетом индивидуальных особенностей конкретного конструктивного исполнения ПТК Станция. Схема подсистемы питания во многом будет зависеть от того, как реализованы вводы питания в шкаф ЦУ ПТК Станция, наличия или отсутствия подсистемы охлаждения основного оборудования в составе ПТК Станция,предъявляемые требования по количеству времени автономной работы. Примеры возможных схем питания с источниками бесперебойного питания и без них приведены на фиг. 5 и 6 соответственно. Подсистема 9 синхронизации времени может состоять из антенны и приемника / 19 или получать сигнал от сервера 20 точного времени,существующего на электростанции. Если система состоит из собственных антенны и приемника/, то сервер точного времени разворачивается на одном из компьютеров подсистемы 7 архивирования и конфигурирования. Если на станции имеется любой другой источник точного времени, то подсистема 9 синхронизации времени может состоять из структурированной кабельной сети (СКС) до этого источника и программного обеспечения, способного работать с протоколом сервера точного времени. Под синхронизацией времени ПТК Станция понимается синхронизация системного времени контроллеров 12 подсистемы приема, обработки и передачи данных и компьютеров 14 подсистемы 7 архивирования и конфигурирования и АРМ ДИС 10(если оно есть) с всемирным координированным временем (, ). На 5 фиг.7 и 8 представлены примеры возможных структурных схем подсистемы синхронизации времени. На фиг.7 приведен пример структурной схемы подсистемы синхронизации времени при реализации с антенной и приемником/ГЛОНАСС 19. На фиг.8 приведен пример структурной схемы подсистемы синхронизации времени при реализации со сторонним сервером точного времени. Для оперативной диагностики работоспособности ПТК Станция, доступа к архивам ПТК Станция предусматривается возможность установки удаленного автоматизированного рабочего места 10 дежурного инженера станции. Автоматизированное рабочее место 10 дежурного инженера станции (АРМ ДИС) подключается к внутренней сети ЦУ ПТК Станция и отображает состояние всех соединений по всем каналам связи - как с САУМ энергоблоков 3(основной,резервный каналы),так и с диспетчерским центром 1. Также с помощью интерфейса пользователя предоставляется возможность получать доступ к архивам и отчетам в том же объеме, что и с архивной станции. Подсистема 10 охлаждения основного оборудования предназначена для обеспечения необходимого температурного режима ЦУ ПТК Станция и представляет из себя кондиционер,устанавливаемый на шкаф, в котором размещено основное оборудование ЦУ ПТК. Подсистема 10 охлаждения основного оборудования вспомогательная, е необходимость определяется исходя из внешних условий размещения ПТК Станция, существующих на электростанции. При наличии этой подсистемы учитывается е мощность при построении подсистемы гарантированного питания 8. Программно-технический комплекс Станция был внедрен на нескольких крупнейших электростанциях России и показал свою работоспособность в период опытной и промышленной эксплуатации. В качестве примера на фиг.9 и фиг.10 показаны возможные компоновки ПТК Станция с различными вариантами производителей основного оборудования. Различие этих вариантов заключается в разной реализации системы ввода/вывода, схем резервирования, 6 питания контроллеров при сохранении полной функциональности программно-технического комплекса. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Программно-технический комплекс,содержащий центральное устройство и структурированную кабельную сеть, связывающую программно-технический комплекс с каналообразующим оборудованием каналов связи до диспетчерского центра и системами автоматического управления мощностью энергоблоков электростанции,центральное устройство включает связанные внутренней локальной вычислительной сетью подсистему приема,обработки и передачи данных,предназначенную для осуществления информационного обмена и обработки данных,подсистему архивирования и конфигурирования,предназначенную для конфигурирования и наладки контроллеров,архивирования данных информационного обмена,получения диагностической информации, подсистему питания,предназначенную для обеспечения гарантированного питания подсистем, входящих в состав программно-технического комплекса,подсистему синхронизации времени,предназначенную для синхронизации системного времени контроллеров подсистемы приема,обработки и передачи данных и компьютеров подсистемы архивирования и конфигурирования со всемирным координированным временем. 2. Программно-технический комплекс по п.1,отличающийся тем, что дополнительно включает автоматизированное рабочее место дежурного инженера станции, которое подключается к внутренней сети комплекса и отображает состояние всех соединений по всем каналам связи с центральной координирующей системой автоматического вторичного регулирования частоты и перетоков мощности и системами автоматического управления мощностью энергоблоков электростанции. 3. Программно-технический комплекс по п.1,отличающийся тем, что дополнительно включает подсистему охлаждения основного оборудования.