Дипломированный инженер Харди Никелл, менеджер по продукции, KoCoS Messtechnik AG, Корбах
Развитие широкополосной связи
Развитие широкополосной связи в течение последних двадцати лет значительно ускорилось. В наши дни цифровая передача данных должна справляться с таким объёмами информации и скоростями передачи, которые были немыслимы в восьмидесятых и девяностых годах, когда аналоговые телефонные линии были ещё нормой. Использование оптоволоконных кабелей в качестве передающей среды, в частности, привело к настоящему взрыву в достижимых скоростях передачи. Поскольку методы и носители, используемые для передачи данных, постоянно развиваются, через 10 лет мы, несомненно, будем с улыбкой вспоминать те скорости, которые используем сегодня, так же, как мы улыбаемся, когда оглядываемся на “мощные” модемы с акустической связью восьмидесятых годов.
Постоянный рост скоростей передачи данных принёс преимущества и в области производства, передачи и распределения электроэнергии. Развитие интеллектуальных электросетей привело к росту объёма данных, передаваемых для мониторинга и управления взаимосвязанными составляющими энергосистемы.
Быстрая, комплексная и пакетная передача сложных измерительных данных, а также информации о рабочем состоянии от электростанций и оборудования в децентрализованных местах к пунктам контроля более высокого уровня позволяет оптимизировать мониторинг взаимосвязанных компонентов сети. Растущее влияние производства электроэнергии из возобновляемых источников, наблюдаемое в последние несколько лет, играет особую роль в побуждении к строительству распределённых электростанций и внедрению интеллектуальных электросетей.
Требования к управлению данными в интеллектуальных электросетях
Расширение интеллектуальных электросетей побуждает не только к строительству и обеспечению первичных сетевых компонентов, но также к планированию и реализации соответствующих структур передачи для того, чтобы справиться с дополнительным объёмом генерируемых данных.
Чтобы наилучшим образом использовать доступные коммуникационные сети, а также для того, чтобы иметь возможность работы с каналами с более низкой пропускной способностью, количество данных, поступающих из различных областей, должно координироваться по времени и содержанию с целью мониторинга эффективной связи, проведения измерений и управления распределёнными процессами. Различные подходы, в особенности применимые к передаче и управлению данными измерений, основанными на записи аварий, показаны ниже, с использованием, в качестве примера, аварийного регистратора SHERLOG CRX, производства KoCoS Messtechnik AG:
Рисунок 1. Передача данных измерений в различные моменты времени.
_.jpg)
Рисунок 2. Ручная передача данных с предварительным анализом.
_.jpg)
Рисунок 3. Взвешенная передача данных измерений.
_.jpg)
Рисунок 4. Сегментированная передача данных.
- разделённые передачи записей аварий и данных долгосрочного хранения,
- передача данных во время низкой нагрузки сети, например, ночью,
- принятие решений по передаче записей на основе предварительного анализа малого объёма данных, например, чем ниже частота дискретизации, тем короче длительность записи,
- фильтруемая передача и оповещение о записях отдельных аварий путём оценки аварийных ситуаций,
- объединение входящих потоков стационарных данных (концентратор данных) для выборочной передачи,
- передача данных по определяемым временным периодам, взятых из данных долгосрочного хранения, вместо передачи всех записей,
- ручная передача данных на местах с предварительным извещением.
Регистратор SHERLOG CRX можно использовать для широкого ряда различных измерительных задач от сбора данных о кратковременных сбоях до измерения качества электроэнергии и мониторинга стабильности сети в реальном времени. Регистратор предлагает возможность назначения отдельному информационному содержанию разных приоритетов и иерархических уровней, позволяя передавать данные выборочно с учетом, как времени, так и содержания.
Управление объёмом данных с использованием меняющихся во времени точек для передачи
Путём изменения свободно настраиваемых во времени моментов передачи записей об авариях и данных долгосрочного хранения в центральный компьютер, можно контролировать трафик данных и проводить его целевое планирование. Записи долгосрочного хранения могут передаваться в ночные часы, когда ожидается меньший объем передаваемых данных. Более длительное время передачи для загружаемых, только что записанных данных в этом случае приемлемо, поскольку эти данные доступны для просмотра и оценки на следующий день. Если можно не только менять время, в которое должны быть переданы данные, но также выбирать для передачи разные функции записи, то разные типы данных могут запрашиваться отдельно и передаваться в разные моменты времени (см. рис. 1). Регистратор SHERLOG CRX идеально оборудован для сбора различных данных, так как имеет две функции регистрации (регистрацию кратковременных аварий и регистрацию отклонений (тенденций)) и поддержку до четырнадцати долгосрочных архивов, которые могут работать параллельно. Важные данные измерений, которые по определению должны быть как можно быстрее доступны, можно загружать несколько раз в день, в то время как данные долгосрочного хранения можно передать позже в специально выделенный для этого момент времени.
Рисунок 1. Передача данных измерений в различные моменты времени.
Сокращение данных благодаря предварительному анализу записей
Если размер и содержимое записей аварий приводят к длительному времени передачи и соответственно большому объёму трафика, полезно заранее определить, какие данные передавать, а какие нет. На практике, при использовании очень высокой частоты дискретизации (у SHERLOG CRX она может достигать 30 кГц), например при записи гармоник, возникает большой объем данных и, как следствие, более длительное время передачи. Если после передачи отдельных записей выясняется, что характеристики сигнала не требуют какой-либо дальнейшей оценки, ценный объем данных и время передачи были израсходованы напрасно. SHERLOG CRX предоставляет возможность настройки двух независимых записей и передачи данных каждой из них независимо друг от друга. Обе записи настраиваются на сбор данных по одним и тем же условиям, но высокая частота дискретизации выбрана только для одной из них. Поскольку автоматическая загрузка обоих блоков может быть активирована отдельно, в этой ситуации передаются только записи с низкой частотой дискретизации.
После первичной оценки записи высокого разрешения позже можно загрузить вручную (см. рис. 2), сразу после того, как предварительный анализ установил, что они были бы полезны для дальнейших оценок. Если это не так, записи высокого разрешения остаются в аварийном регистраторе и не вносят ненужной нагрузки в объем трафика данных.
Рисунок 2. Ручная передача данных с предварительным анализом.
Кроме того, возможность менять и устанавливать периоды пред- и постзаписи для аварий, а также настройки длительности записи в соответствии с длительностью самой аварийной ситуации или задания фиксированного значения длительности записи, делает возможным генерацию более коротких записей об авариях с помощью второго блока записей. Тогда решение, отправлять или не отправлять более длинную основную запись, будет проще принять на основе содержимого более короткой записи.
Сокращение данных благодаря взвешенному исполнению действий
Другой способ поддерживать трафик на минимальном уровне, не ставя под угрозу предоставление исчерпывающих уведомлений о записанных авариях, - это использование дальнейшей автоматической обработки загруженных записей в зависимости от запуска и от содержимого. Отдельные группы записей опрашиваются и управляются с помощью стационарного ПК, который сам подключён к центральной сети связи.
Поскольку процедура взвешивания всех типов аварийных ситуаций, которые должны быть записаны, свободно регулируется в настройках аварийного регистратора, их оценка может быть произведена после автоматической загрузки, и могут быть предприняты дальнейшие действия (см. рис. 3).
Рисунок 3. Взвешенная передача данных измерений.
Если взвешиванию задано высокое значение, автоматически отправляются электронные сообщения на заданные адреса, например, чтобы проинформировать получателей о наличии аварийной записи, которая может быть объёмной. Тогда, соответствующая запись может быть добавлена к сообщению электронной почты в виде вложения в одном из форматов (COMTRADE или CSV). Эта возможность может быть использована в сочетании с методом, описанным выше, путём добавления версии записи с низким разрешением, которую можно использовать для предварительного выбора с целью дальнейшей передачи данных. Предварительно заданный отчёт в PDF с подробной информацией о характеристиках сигналов и авариях можно также добавить как отдельное приложение к письму. Это не только сокращает объем трафика данных, но также отвечает частому требованию о скорейшем предоставлении информации о новых авариях и записей этих аварий.
При использовании в сочетании с другими автоматизированными действиями, отправка электронных сообщений может вносить вклад в оптимальное распространение и доступность данных и информации. Новые записи можно не только автоматически загружать и сохранять на ПК, их также можно архивировать в выбираемых или целевых, в зависимости от аварии, директориях в пределах коммуникационной сети.
Благодаря одновременной отправке электронных сообщений, связанных с некоторым действием, наделённый определёнными правами пользователь может быть быстро проинформирован о наличии новой записи, после чего он может провести целевой анализ и её дальнейшую обработку.
В дополнение к управлению и разделению данных, автоматическое выполнение действий также подходит для централизованного сбора данных. Здесь переданные записи могут автоматически распространяться и экспортироваться по отдельным маршрутам, электронные сообщения могут генерироваться для уведомления и передачи данных, либо отчёты могут отправляться на подключённые принтеры.
Сокращение объёма данных за счёт сегментации записей долгосрочного хранения
Для снижения трафика данных между аварийным регистратором и главным компьютером, записи могут также загружаться пользователем вручную и только по требованию, как это описано выше. Для этой цели записи могут быть предварительно отсортированы, используя критерии запуска и длительность записи. Однако это гораздо сложнее осуществить с данными долгосрочного хранения, поскольку в распоряжении обычно есть только обновление данных, сгенерированных с момента последней передачи. Особенно это верно для случаев, когда эти данные должны быть использованы для наблюдения за поведением сети в особые моменты или периоды времени, некоторая часть переданных данных может не потребоваться для оценки. Однако передача данных, которые не потребуются, создаёт ненужный трафик в канале передачи и занимает некоторый объем памяти на центральном компьютере.
В дополнение к передаче полных архивов долгосрочного хранения, аварийные регистраторы SHERLOG предоставляют возможность открытия и загрузки сегментов записей из поступающих архивов длительного хранения, момент времени и длина сегментов может выбираться индивидуально (см. рис. 4). Таким образом, требования к памяти и передаче данных могут быть значительно снижены.
Рисунок 4. Сегментированная передача данных.
Таким образом, пользователь получает данные измерений, которые были им предварительно выбраны или разделены на сегменты для требуемых периодов анализа, без необходимости использования дополнительной памяти или производства дополнительной работы, в которой нет острой необходимости.
Альтернативная прямая передача существующих записей
Если по техническим причинам или из соображений безопасности возникает необходимость сбора записанных данных в короткий срок, то необходимо предоставить возможности для этого при минимальных затратах времени и усилий. Описанная выше возможность работы на локальном ПК, на стороне аварийного регистратора с целью автоматического сбора данных - один из способов удовлетворения этим требованиям. Все соответствующие аварии и записи долгосрочного хранения, собранные на месте, копируются оттуда для ручной передачи, если прямая передача данных по сети невозможна или возможна только в ограниченном объёме. Однако должна оставаться возможность предварительного предоставления информации о наличии новых записей. Если бы был доступен ограниченный доступ к связи с внешними данными, автоматическая отправка электронных сообщений по поводу поступления новых записей была бы оптимальным решением для задачи оповещения. SHERLOG CRX предлагает возможность отправки такого типа электронных сообщений непосредственно с самого устройства, без посредничества ПК. Это обеспечивает большую избирательность и гибкость в классификации новых данных.
SHERLOG CRX также предлагает возможность загрузки новых данных на месте, непосредственно с устройства, без установления подключения к ПК. Это достигается с помощью USB-накопителя и может включать дополнительные меры безопасности, заключающиеся в вводе оператором пароля или идентификации. В таком случае все процессы, необходимые для оповещения и передачи новых данных, выполняются только на используемом аварийном регистраторе, что устраняет необходимость полагаться на посреднические исполнительные компоненты, такие как ПК с рабочим программным обеспечением.
Резюме и выводы
Эффективный и надёжный канал передачи данных необходим для оптимальной реализации растущей потребности в строительстве, расширении и эксплуатации интеллектуальных электросетей. Мониторинг и управление удалёнными составляющими сети требуют полной доступности данных измерений и информации для обеспечения общей надёжной работы. Чтобы адаптировать поток данных такого рода, для обеспечения его оптимизации с необходимыми процессами, часто может быть полезным вмешательство в управление и распределение определённых процессов передачи или их соответствующее регулирование. Сбор и запись информации о нарушениях в работе сети и её свойствах - существенный элемент в производстве и распределении электроэнергии. Однако поскольку соответствующие записи не всегда должны быть доступны незамедлительно, представляется широкий диапазон различных подходов по адаптации передачи и распространения записей к общему трафику данных.
Описанные здесь подходы для улучшения и регулирования трафика данных между аварийными регистраторами и центральным компьютером могут быть также использованы в различных сочетаниях для обеспечения очень хороших методов предоставления необходимого доступа к записям об авариях и данным долгосрочного хранения. Кроме того, благодаря выбору частоты дискретизации, времени записи и критериев запуска в ходе настройки самого аварийного регистратора, число и размер записей могут быть заранее адаптированы к той или иной ситуации.
© ООО «Евротест», 2020 г. Копирование, распространение или любое иное использование материалов настоящей статьи допускается только с разрешения правообладателя. Нарушители будут привлечены к ответственности в соответствии с законодательством Российской Федерации.
© ООО «Евротест», 2020 г. Копирование, распространение или любое иное использование материалов настоящей статьи допускается только с разрешения правообладателя. Нарушители будут привлечены к ответственности в соответствии с законодательством Российской Федерации.