使用SCADA系统的变电站设备监测的制作方法

使用scada系统的变电站设备监测
技术领域
1.本文提出的实施例涉及一种用于监测变电站设备的方法、监测控制和数据采集(scada)系统、计算机程序、和计算机程序产品。


背景技术：

2.变电站设备(例如，变压器、断路器等)传统上由专用硬件、软件、和自身的接口进行监测，以向用户提供结果、警告、和报警。一般理解是，数据处理和分析应在监测硬件中本地执行，并且结果应在本地人机界面(hmi)上或通过网站界面远程提供。这导致变电站所有者、运营商、或资产健康负责人别无选择，只能将所有监测结果集成到一个公共界面或使用许多不同的界面工作，这在实践中会导致此类监测设备的效率低下甚至无法使用。
3.由于变电站中的每个主要设备可能有许多这样的监测设备，因此，利用许多不同的本地hmi和网站界面跟踪变电站设备的健康状态成为一项挑战。在集成不同的本地hmi和网站界面时，处理网络安全问题也可能存在挑战性。变电站scada系统目前用于将数据传输到其他分析平台或呈现来自监测设备的状态。
4.因此，仍然需要改进变电站监测。


技术实现要素：

5.本文的实施例的目的在于，提供变电站设备的有效监测。
6.根据第一方面，提出了一种用于监测变电站设备的方法。该方法由scada系统执行。该方法包括从与变电站设备中监测的参数相关的数据/信号值获取参数值。该方法包括将至少一些参数值中的每个参数值与至少一个注意指示符相关联。该方法包括通过处理与相应的注意指示符相关联的那些参数值，为每个注意指示符确定一个注意指示符值。所有监测参数的所有注意指示符具有同一个标称注意指示符值，用作变电站设备的异常行为的阈值。该方法包括当至少一个注意指示符值高于标称注意指示符值时，向hmi提供警报指示。
7.根据第二方面，提出了一种用于监测变电站设备的scada系统。scada系统包括处理电路。处理电路被配置为促使scada系统从与变电站设备中监测的参数相关的数据/信号值获取参数值。处理电路被配置为促使scada系统将至少一些参数值中的每个参数值与至少一个注意指示符相关联。处理电路被配置为促使scada系统通过处理与相应的注意指示符相关联的那些参数值，为每个注意指示符确定一个注意指示符值。所有监测参数的所有注意指示符具有同一个标称注意指示符值，用作变电站设备的异常行为的阈值。处理电路被配置为促使scada系统在至少一个注意指示符值高于标称注意指示符值时，向hmi提供警报指示。
8.根据第三方面，提出了一种用于监测变电站设备的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码在scada系统上运行时，促使scada系统执行根据第一方面的方法。
9.根据第四方面，提供了一种计算机程序产品，包括根据第三方面的计算机程序和存储该计算机程序的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是非暂态计算机可读存储介质。
10.有利的是，这提供了对变电站设备的有效监测。
11.有利的是，这使得能够使用scada系统对变电站设备进行标准化监测。
12.有利的是，由于可以想到的较少的传感器和监测设备要求，使得可靠性得以提高。
13.所附实施例的其他目标、特征、和优点将从以下详细公开、从所附从属权利要求、以及从附图中显而易见。
14.通常，除非本文另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语都应根据其在本技术领域中的一般含义进行解释。除非另有明确说明，否则对“一/一个/该元件、装置、组件、部件、模块、动作等”的所有引用应开放解释为指代元件、装置、组件、部件、模块、动作等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的动作不必按照公开的确切顺序执行。
附图说明
15.现在，参考附图以示例的方式描述本发明的构思，在附图中：
16.图l是根据实施例的监测系统的示意图；
17.图2是根据实施例的方法的流程图；
18.图3和图4示意性地示出了根据实施例的屏幕截图；
19.图5是示出根据实施例的scada系统的功能单元的示意图；和
20.图6示出了根据实施例的包括计算机可读存储介质的计算机程序产品的一个示例。
具体实施方式
21.下面，将参考附图更全面地描述本发明的构思，附图中示出了本发明的构思的某些实施例。然而，本发明的构思可以以许多不同形式体现，并且不应被理解为局限于本文所述的实施例；相反，这些实施例是通过示例的方式提供的，因此本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的构思的范围。在本说明书中，相似的数字指代相似的元素。虚线所示的任何动作或特征应视为是可选的。
22.图l是示出可以应用本文给出的实施例的监测系统l00的示意图。监测系统100包括scada系统200。scada系统包括scada软件实体140、通信驱动器150、本地存储装置160、和预处理块170。接下来，scada软件实体140包括过程对象存储装置141、hmi 142、数据对象存储装置143、数据采集(da)客户端144、数据分析块145、日志146、和事件生成器147。scada系统200可操作地连接到变电站设备110、历史记录装置120、和机群(fleet)管理实体130。如本领域技术人员所理解的，监测系统100中可以有多个变电站设备110，scada系统200与其可操作地连接。
23.一个或多个变电站设备110(以下简称“变电站设备110”)的经处理或原始监测信号/数据值(例如，表示来自传感器、监测ied、保护ied等的信号和/或数据值)基于标准变电站通信协议(例如，iec 61850
‑8‑
1、网络通讯协议(modbus)、分布式网络协议(dnp)等)提供
给scada系统200。可以在scada系统200中的通信驱动器150(例如，opc(用于过程控制的ole，其中ole是对象链接和嵌入的缩写)服务器)处接收该信号/数据值。opc是一种软件接口标准，其允许windows程序与工业硬件设备通信。opc以服务器/客户端对的形式实现。通信驱动器150可以作为软件程序提供，该软件程序将可编程逻辑控制器(plc)使用的硬件通信协议转换为opc协议等。通信驱动器150将数据/信号提供给本地存储器160和opc da客户端144。
24.如上所述，需要改进变电站监测。更详细地说，即使变电站scada系统200有潜力承载不同类型的监测算法(执行预处理、处理、和数据分析)，并且聚合所有监测信息，以向用户/操作员提供公共界面以及控制和保护信息，它们目前也仅被用于将数据传输到其他分析平台或呈现来自监测设备的状态。
25.因此，本文公开的实施例涉及用于监测变电站设备110的机制。为了获得这种机制，提供了一种scada系统200、由scada系统200执行的方法、以及计算机程序产品，该计算机程序产品包括例如计算机程序形式的代码，该代码在scada系统200上运行时促使scada系统200执行该方法。
26.图2是示出用于监测变电站设备110的方法的实施例的流程图。这些方法由scada系统200执行。这些方法被有利地作为计算机程序620提供。
27.s102：scada系统200从与在变电站设备110中监测到的参数相关的数据/信号值获取参数值。上面已经公开了scada系统200如何从变电站设备110获取信号/数据值。
28.每个参数值可以直接从一个或多个数据/信号值获取，但是也可以是经过预处理的一个或多个数据/信号值的组合结果。此外，每个数据/信号值可以被映射到一个或多个参数值。
29.s104：scada系统200将至少一些参数值中的每个参数值与至少一个注意指示符相关联。s104可以由数据分析块145实现。
30.s106：scada系统200通过处理与相应的注意指示符相关联的那些参数值，为每个注意指示符确定一个注意指示符值。s106可以由数据分析块145实现。
31.所有监测参数的所有注意指示符具有同一个标称注意指示符值，用作变电站设备110的异常行为的阈值。
32.s110：当至少一个注意指示符值高于标称注意指示符值时，scada系统200向hmi142提供警报指示。s110可以由数据分析块145结合hmi 142实现。
33.作为非限制性说明示例，假设要监测的参数是变压器应用中的总功率损耗，并且测量12个波形(6个电压波形和6个对应的电流波形)。从这些波形中的每个波形，在预处理期间提取基频相量(振幅和相位角，以复数形式给出)，并将其发送到scada系统200。因此，提供了总共24个数据/信号值(12个波形中的每个波形的一个振幅值和一个相位角值)，并且scada系统200获取这些数据/信号值。在scada系统200中，通过将每个电压相量乘以相应电流相量的复共轭、获取相功率、然后对高压侧的相功率求和来获取变压器的总功率，并且通过在低压侧执行相同的过程获取变压器的总功率，然后取变压器的进出总功率之差来获取总功率损耗。然后，这个差值是一个注意指示符的基础。因此，相量或它们所代表的波形是数据/信号值；总功率损耗是参数的一个示例。相同的12个复相量可用于各种组合，以确定其他参数值和注意指示符。
34.现在将公开与scada系统200执行的监测变电站设备110的进一步细节有关的实施例。
35.在一些方面中，本文公开的实施例的部分在scada系统200的scada软件实体140中实现，以通过使用scada软件实体140中提供的用于预处理、处理、以及分析监测参数的编程能力来提供用于统一变电站设备监测的标准化解决方案。此外，可以使用scada软件实体140的可视化编程环境来构建向用户的详细且快速的健康状态呈现(所谓的对话框)。
36.如上所述，变电站设备110可包括传感器、监控ied、和/或保护ied。然后，可从传感器、监测ied、和/或保护ied获取数据/信号值。
37.在某些示例中，可以有与存在的监测参数至少相同数目的注意指示符(实际上，注意指示符可以比监控参数多)。也就是说，如果监测子系统设备中的20个参数，则有20个或更多的注意指示符。然而，这并不一定意味着每个时间单位获取20个数据/信号值(这些数据/信号值又被映射到至少20个注意指示符值)；数据/信号值可以以不同的相对频率获取(例如，与变电站设备110中的各个采样周期、scada系统200从变电站设备110获取数据/信号值所依据的协议等有关)。此外，一些数据/信号值(例如，来自抽头操作的值)，仅在无规律的时间间隔下可用。
38.在一些示例中，在将数据/信号值与参数值相关联之前，在scada系统200中预处理这些数据/信号值，例如，在从本地存储装置160获取数据/信号值的预处理块170中处理这些数据/信号值。更详细地说，根据信号/数据的类型，信号/数据值可以被直接链接到scada软件中的分析例程(通过da客户端144)，或者通过预处理阶段来提取相关参数值。预处理手段的例子是波形分析算法，该算法从波形中提取参数值，诸如，振幅、操作时间等。处理器和内存密集型复杂预处理算法可托管在scada系统200的硬件中，其余分析例程可在scada系统200的软件环境中编码和托管。
39.在一些示例中，通过缩放对数据/信号值进行预处理，使得每个参数值的标称值与标称注意指示符值相关联。
40.因此，每个监测参数的注意指标值可以是基于数据/信号值的缩放量。在一些示例中，利用与监测参数有关的缩放函数对数据/信号值进行缩放。
41.如上所述，标称注意指示符值用作变电站设备110的异常行为的阈值。此外，所有注意指示符具有同一个标称注意指示符值。在一些示例中，标称注意指示符值为1.0。因此，注意指示符值1.0意味着该注意指示符的参数值正好在允许限值上(与参数值的实际值无关)。这使得通过取其中任何一个值中的最大值，可以很容易地将所有单独的注意指示符值压缩到单个主要的注意指示符值中。因此，在某些示例中，仅检查具有最大值的注意指示符就足够了。也就是说，根据实施例，scada系统200被配置为执行s108：
42.s108：scada系统200仅检查所有注意指示符值中的最大注意指示符值是否超过标称注意指示符值。s108可以由数据分析块145实现。
43.然而，在一些示例中，为其值超过标称注意指示符值的每个注意指示符提供警报指示，并且然后需要检查所有注意指示符的值。
44.在一些示例中，注意指示符(及其值)被链接到scada系统200的事件处理数据库，该数据库生成并记录监测参数的事件。也就是说，根据实施例，scada系统200被配置为执行s112：
45.s112：scada系统200记录其注意指示符值超过特定值的至少一个注意指示符中的每个(及其值)。这个特定值可以等于标称注意指示符值，或者是标称注意指示符值的整数因子。在一些示例中，记录的注意指示符(及其值)带有时间戳。至少一个注意指示符(及其值)可以被记录在日志146中。
46.因此，如果需要将监测参数和分析结果传送给资产管理或机群评估系统(例如，历史记录装置120或机群管理实体130)，则可以标准格式获得监测参数和分析结果。
47.例如，当至少一个注意指示符值是标称注意指示符值的至少三倍时，警报指示为报警。报警可以作为在事件块147中结合数据分析块145生成的事件来触发。
48.作为说明性非限制示例，假设监测变电站设备110的三个参数：一个参数与温度有关、一个参数与第一电压有关、以及一个参数与第二电压有关。为了简单起见，还假设每个参数对应于一个相应的注意指示符(尽管在实践中，通常可能是一个监测参数与两个或多个注意指示符相关联，并且存在比监测参数更多的注意指示符)。还假设与温度有关的参数具有与标称注意指示符值1.0对应的20摄氏度的标称值，与第一电压有关的参数具有与标称注意指示符值1.0对应的15v的标称值，并且与第二电压有关的参数具有与标称注意指示符值1.0对应的120v的标称值。然后，与温度有关的参数的15摄氏度的据/信号值将被映射到低于1.0的注意指示符值，与第一电压有关的参数的120v的数据/信号值将被映射到高于1.0的注意指示符值，并且与第二电压有关的参数的90v的数据/信号值将被映射到低于1.0的注意指示符值。虽然有具有不同单位且带有不同范围的不同的三个参数，但是用户仍然只需要考虑任何注意指示符是否具有低于或高于1.0的值。
49.必要时，用户可通过hmi 142处的显示器获得经分析的监测参数值、警告、报警等的详细视图。该视图可包括对scada系统200中的分析算法的输入数据的历史、监测参数及其趋势和设置限制、不同格式的结果(如表格、饼图、条形图等)。
50.图3和图4示出了屏幕截图300、400形式的示例，其中，变电站基础设施被用来基于可在保护ied中获得的电压和电流信号构建完整的变压器监测系统。图3示意性地示出了显示器310和hmi组件320、330、340、350，这些hmi组件可以代表按钮、显示器、菜单项、列表等的任何组合。图4示意性地示出了显示器410和hmi组件420、430、440，这些hmi组件可以代表按钮、显示器、菜单项、列表等的任何组合。数据的预处理、处理、和分析在scada系统200中执行。在这种特定情况下，基于在预处理实体170和scada软件实体140中执行的相量和波形分析，监测图3所示的变压器性能(阻抗、匝数比、磁化电流、和功率损耗)和图4所示的抽头转换开关操作。
51.图5以多个功能单元的形式示意性地示出了根据实施例的scada系统200的组件。使用适当的中央处理单元(cpu)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)等中的一个或多个的任意组合来提供处理电路210，其能够执行在例如存储介质230形式的计算机程序产品610(如图6所示)中存储的软件指令。处理电路210还可以被提供为至少一个专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)。
52.具体地，处理电路210被配置为促使scada系统200执行如上公开的一组操作或动作。例如，存储介质230可以存储该组操作，并且处理电路210可以被配置为从存储介质230提取该组操作，以使scada系统200执行该组操作。该操作可以作为一组可执行指令提供。
53.因此，处理电路210被布置为执行本文公开的方法。存储介质230还可以包括持久
性存储装置，例如，持久性存储器例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器、或甚至远程安装的存储器的任意一个或它们的组合。scada系统200还可以包括通信接口220，该通信接口至少被配置用于与其他实体、系统、功能、节点、设备、和装备通信。因此，通信接口220可以包括一个或多个发射机和接收机，其包括模拟和数字组件。处理电路210例如通过向通信接口220和存储介质230发送数据和控制信号、通过从通信接口220接收数据和报告、以及通过从存储介质230提取数据和指令来控制scada系统200的一般操作。为了不模糊本文提出的概念，省略scada系统200的其他组件以及相关功能。
54.处理电路210、存储介质230、和通信接口220共同实现图1的scada系统200的功能。
55.图6示出了包括计算机可读存储介质630的计算机程序产品610的一个示例。在该计算机可读存储介质630上，可以存储计算机程序620，计算机程序620可以促使处理电路210及其操作地耦合的实体和设备(例如，通信接口220和存储介质230)执行根据本文描述的实施例的方法。因此，计算机程序620和/或计算机程序产品610可提供用于执行本文所公开的任何动作的装置。
56.在图6的示例中，计算机程序产品610被示出为光盘，例如，cd(光盘)或dvd(数字多功能光盘)或蓝光光盘。计算机程序产品610还可以实现为存储器，例如，随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、或电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，并且更具体地，实现为外部存储器(例如，usb(通用串行总线)存储器)中的设备的非易失性存储介质或闪存(例如，紧凑型闪存)。因此，尽管计算机程序620在此被示意性地示出为所描绘的光盘上的磁道，但是计算机程序620可以适合于计算机程序产品610的任何方式存储。
57.以上主要参考几个实施例描述了本发明的构思。然而，本领域技术人员容易理解的是，在由所附专利权利要求定义的发明构思的范围内，上述公开的实施例之外的其它实施例同样是可行的。