[2]Рассматриваемая полезная модель относится к устройству кластерной цифровой электрической подстанции (ЦПС) в соответствии с [1].
[4]Известно устройство кластерной ЦПС в соответствии с [1], выполняемое на основе модульного шасси, содержащего набор унифицированных аппаратных модулей cIED ("compact Intellectual Electronics Device") - компактных (малогабаритных) интеллектуальных электронных устройств (от 12 до 16 cIED-устройств на одно модульное шасси). При этом в составе модульного шасси устройства обеспечивается электропитание установленных в шасси аппаратных модулей (в т.ч. резервирование электропитания модулей), кроме того, в модульное шасси встроено единое коммуникационное решение, выполняющее функции коммутатора (внутренняя шина), связывающее все аппаратные модули в составе шасси.
[5]Известно также, выбранное в качестве прототипа, интеллектуальное электронное устройство (IED) в составе системы автоматизации с динамической функциональной архитектурой [2]. Указанное устройство включает в себя три отдельных, аппаратно независимых друг от друга, вычислительных модуля (каждый из которых выполнен на базе отдельного вычислительного ядра, включающего, в том числе, отдельный микропроцессор и отдельные блоки оперативной и/или энергонезависимой памяти), в том числе:
[6]коммуникационного модуля, посредством которого обеспечивается подключение данного устройства IED к внешней коммуникационной сети и информационный обмен с другими подобными устройствами IED в системе автоматизации подстанции через указанную внешнюю коммуникационную сеть;
[7]двух отдельных функциональных модулей, обеспечивающих выполнение функций автоматизации в системе автоматизации подстанции (функций релейной защиты и автоматики (РЗА), управления, измерений и т.п.) и операций динамического перераспределения функций между IED-системы автоматизации в рамках выполнения реализации механизмов функциональной динамической архитектуры (FDA) [1, 2].
[8]При этом в рамках вышеуказанного интеллектуального электронного устройства (IED) [2] функциональные задачи между вышеуказанными двумя функциональными аппаратными модулями устройства четко разделены, в частности, один функциональный модуль отвечает только за выполнение функций автоматизации подстанции (РЗА, управления, измерений и т.п.), а другой - только за выполнение в данном IED-устройстве операций динамического перераспределения функций. При этом в случае частичного отказа IED, состоящего в отказе, по меньшей мере, одного из двух вышеуказанных функциональных модулей (как модуля выполнения функций автоматизации, так и модуля выполнения механизмов динамической функциональной архитектуры), IED-устройство полностью становится не функциональным (либо вообще перестает выполнять функции автоматизации подстанции, либо, в случае отказа второго функционального модуля (выполнения механизмов динамической функциональной архитектуры), перестает быть работоспособным IED-устройством в системе автоматизации подстанции с динамической функциональной архитектурой [2].
[9]Раскрытие сущности полезной модели
[10]Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности функционирования IED-устройств и снижение требуемого количества используемых в системе автоматизации подстанции с динамической функциональной архитектурой аппаратных модулей.
[11]Техническим результатом применения полезной модели является повышение надежности функционирования системы автоматизации подстанции с динамической функциональной архитектурой, снижение количества аппаратных модулей в составе системы автоматизации подстанции с динамической функциональной архитектурой, и, соответственно, упрощение системы автоматизации подстанции с динамической функциональной архитектурой и снижение трудозатрат на ее эксплуатацию.
[12]Вышеуказанный технический результат достигается за счет дополнительного наличия в составе устройства (см. фиг. 1) между двумя вычислительными модулями устройства, помимо коммуникационного интерфейса (например, RGMII) через коммутатор, дополнительного двунаправленного коммуникационного интерфейса (например, интерфейса вида GPIO), а также за счет того, что каждый из вычислительных модулей устройства выполнен с возможностью как выполнения функций системы автоматизации подстанции, так и выявления, по результатам информационного взаимодействия с другим вычислительным модулем устройства через коммутатор и двунаправленный коммуникационный интерфейс и другими IED в системе автоматизации через коммутатор устройства, критических состояний в системе автоматизации подстанции, и с возможностью выполнения операций согласованного перераспределения функций между данным вычислительным модулем и другим вычислительным модулем устройства и другими IED в системе автоматизации подстанции на основании выявленных критических состояний в системе автоматизации подстанции. При этом в составе одного малогабаритного интеллектуального электронного устройства фактически обеспечивается наличие двух независимых IED-устройств, при этом в системе автоматизации подстанции в-целом снижается требуемое количество аппаратных модулей, а дополнительное наличие двунаправленного коммуникационного интерфейса между двумя вычислительными модулями устройства обеспечивает повышение надежности коммуникационного взаимодействия между двумя указанными вычислительными модулями (ввиду возможного возникновения коммуникационной перегрузки входящих/исходящих коммуникационных линий коммутатора устройства).
[13]В частном случае каждый из двух вычислительных модулей в составе устройства может быть дополнительно снабжен отдельным блоком ведения времени (таймером), связанным с указанным вычислительным модулем через коммуникационный интерфейс (например, через интерфейс типа I2C). При этом обеспечивается дополнительный технический результат, заключающийся в повышении надежности выполнения функции ведения времени IED-устройством.
[14]Краткое описание чертежей
[15]На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства малогабаритного интеллектуального электронного кластерной ЦПС.
[16]На фиг. 2 приведена схема устройства кластерной цифровой подстанции, в составе которого предполагается осуществление заявляемого малогабаритного интеллектуального электронного устройства.
[17]Осуществление полезной модели
[18]Предлагаемое устройство может функционировать в качестве cIED ("compact Intellectual Electronics Device") устройства в составе устройства кластерной ЦПС [1]. При этом устройство кластерной ЦПС (1) (см. фиг. 2) может быть выполнено на базе модульного шасси (1.1), оснащенного объединительной платой (1.1.1), с установленными в указанное шасси двумя коммуникационными модулями (1.2 и 1.3) и двумя отдельными модулями электропитания (1.7 и 1.8), где каждый коммуникационный модуль содержит:
[19]блок внешних интерфейсов подключения к цифровым сетям (1.2.1 и 1.3.1 соответственно), при этом каждый из указанных блоков включает в себя, по меньшей мере, один интерфейс для подключения к цифровой сети;
[20]процессор (1.2.2 и 1.3.2 соответственно);
[21]коммутатор (1.2.3 и 1.3.3 соответственно), подключенный к процессору;
[22]а объединительная плата (1.1.1) содержит шины обмена данными, по которым осуществляется связь между данным cIED (например, 1.4) устройством и другими аналогичными данному cIED-устройствами (1.5, 1.6 и т.д.) в составе модульного шасси и коммуникационными модулями (основным 1.2 и резервным 1.3) в составе модульного шасси, а также объединительная плата (1.1.1) содержит шины распределения электропитания до коммуникационных модулей (1.2, 1.3) и отдельных cIED-устройств (1.4, 1.5, …, 1.6) в составе модульного шасси (1.1). При этом устройство кластерной ЦПС (1) подключается к основному (2) и резервному (3) сегментам внешней коммуникационной сети «цифровой подстанции» через соответствующие коммуникационные модули (1.2 и 1.3 соответственно) (через внешние интерфейсы в составе блоков интерфейсов 1.2.1 и 1.3.1 соответственно). При этом каждое из cIED-устройств (1.4, 1.5, …, 1.6), представляющих собой заявленное малогабаритное интеллектуальное электронное устройство, содержит:
[23]по два вычислительных модуля (1.4.1-1.4.2, 1.5.1-1.5.2 и 1.6.1-1.6.2 соответственно), где каждый вычислительный модуль включает, по меньшей мере, один процессор и память (оперативную и энергонезависимую);
[24]коммутатор (1.4.3, 1.5.3 и 1.6.3 соответственно), связанный с вычислительными модулями (1.4.1-1.4.2, 1.5.1-1.5.2 и 1.6.1-1.6.2 соответственно) данного cIED-устройства.
[25]При этом устройство кластерной ЦПС (1) функционирует следующим образом. Поступающие в устройство (1) из внешних коммуникационных сетей (основной (2) либо резервной (3)) данные проходят обработку в процессорах (1.2.2 либо 1.3.2) коммуникационных модулей (1.2 или 1.3 соответственно), и, далее, через коммутаторы 1.2.3 и 1.3.3 соответственно передаются в cIED-устройства 1.4-1.6. Межмодульные коммуникационные связи осуществляются посредством объединительной платы (1.1.1). При этом в каждом cIED-устройстве содержится коммутатор (1.4.3, 1.5.3 или 1.6.3 соответственно), принимающий данные от коммуникационных модулей 1.2 и 1.3. После получения коммутатором (1.4.3, 1.5.3 или 1.6.3 соответственно) данные обрабатываются в вычислительных модулях (1.4.1-1.4.2, 1.5.1-1.5.2 и 1.6.1-1.6.2 соответственно) cIED-устройства, реализующим как прикладные функции задач автоматизации и защиты электрической подстанции, так и функции реализации механизмов динамической функциональной архитектуры. В результате работы функционального обеспечения (функций автоматизации подстанции) в составе вычислительных модулей (1.4.1-1.4.2, 1.5.1-1.5.2 или 1.6.1-1.6.2) формируются команды управления, которые через коммуникационные модули 1.2 и 1.3 передаются во внешнюю коммуникационную сеть (основную (2) либо резервную (3)). Для обеспечения коммуникационных модулей (1.2, 1.3) и cIED-устройств (1.4-1.6) электропитанием используются два независимых резервированных модуля питания 1.7 и 1.8, которые подключаются к независимым источникам питания.
[26]В частном случае выполнения устройства, когда каждый из двух вычислительных модулей дополнительно оснащен отдельным блоком ведения времени (таймером), связанным с указанным вычислительным модулем через коммуникационный интерфейс (например, через интерфейс типа I2C), указанные блоки ведения времени (таймеры) каждый могут быть выполнены на базе отдельной микросхемы RTC ("Real-Time Clock"), снабженной каждый, при необходимости, отдельной аккумуляторной батареей для бесперебойного выполнения функции ведения времени в случае отсутствия внешнего электропитания устройства.
[28][1] Интернет-сайт https://digitalsubstation.com/wp-content/uploads/2018/04/16.-Kontinuum.pdf.
[29][2] Патент на изобретение РФ №2679739 Система автоматизации с динамической функциональной архитектурой.
