Електроенергетика · автоматизація підстанцій (IEC 61850)
Скомпільована підстанція
Наш файл IEC 61850-6 для репрезентативної підстанції 110/20 kV перетворюється на її топологію, оперативне блокування, потокорозподіл і 3D-модель відкритого розподільного пристрою.
Огляд
Ми написали файл SCL для нашої власної репрезентативної підстанції. Вона має дві системи шин 110 kV із двома лініями, шиноз’єднувальним вимикачем і двома трансформаторами 40 MVA, а також ряд шаф КРУ 20 kV, і файл проходить валідацію за офіційною схемою IEC 61850-6. Наш парсер перетворює файл на граф node-breaker. З цього графа компілятор виводить оперативне блокування для кожного комутаційного апарата: булеві рівняння лише від положень апаратів, ніколи — від струму. Роз’єднувач може перемикатися лише тоді, коли одна з його сторін знеструмлена або коли існує замкнений паралельний шлях. Заземлювальний ніж може вмикатися лише на ділянці, відокремленій розімкненими роз’єднувачами. Шиноз’єднувальний вимикач не може вимкнутися, поки будь-яке приєднання підключене до обох систем шин. Проміжне або недостовірне положення не вважається ні розімкненим, ні замкненим, тож воно може лише блокувати. Це загальні правила, які ми написали самі, а не схема якоїсь енергокомпанії. Компілятор записує рівняння назад у файл разом із GOOSE-підписками кожного контролера приєднання. Кожен контролер підписується саме на ті положення, які зчитують його рівняння.
Наш файл SCL не містить імпедансів, тому їх задає окремий файл. У ньому для ліній, трансформаторів і кабелів використано стандартні типи pandapower. Довжини й навантаження ми обрали самі, а мережа 110 kV за двома лініями — це простий еквівалент. Кожна комбінація 36 вимикачів і роз’єднувачів, за якої кожна лінія або під напругою, або заземлена, відповідає одній із 2 965 різних електричних топологій, і для кожної топології заздалегідь розраховано потокорозподіл змінного струму. Тому підстанція реагує миттєво. Потім символьний верифікатор охопив усі досяжні стани комутації — усі 1,17 × 10¹³ — і підтвердив чотири речі:
- жодна дозволена операція роз’єднувачем не з’єднує й не роз’єднує частини під напругою: роз’єднувач лише перемикає струм під час переведення приєднання на іншу систему шин або перемикається на знеструмленій ділянці;
- заземлена ділянка залишається відокремленою від решти підстанції;
- дві системи шин ніколи не з’єднуються лише роз’єднувачами;
- з будь-якого стану можна повернутися до початкового.
Протилежний кінець лінії лежить поза файлом, тому лінію заземлюють лише після того, як її протилежний кінець вимкнуто згідно з процедурою. Після цього наша модель вважає лінію знеструмленою.
ВРП згенеровано зі структури самого файлу, у порядку елементів у файлі. Єдине світло — це струм, і ширина світної лінії пропорційна струму в амперах. У фільмі спробу вимкнути шинний роз’єднувач лінії 2 відхилено, і на екрані з’являється виведена умова. Потім лінію під навантаженням переводять на шину 2 у порядку, який дозволяє блокування: спершу шиноз’єднувальний вимикач, потім Q2, потім Q1. Лінійний вимикач жодного разу не перемикається. У нашій моделі кожен вивід увесь час залишається на тому самому електричному вузлі, тому розрахований струм лінії на кожному кроці той самий — 233 A.
Що ми створили
- Файли SSD і SCD за IEC 61850-6 (SCL 2007B4) для нашої власної репрезентативної підстанції 110/20 kV з 56 комутаційними апаратами та 14 контролерами приєднань.
- Парсер SCL і компілятор, який виводить із топології блокування лише за положеннями (один CILO на кожен апарат). Він записує рівняння та потрібні для них GOOSE-підписки в SCD.
- Вичерпна перевірка блокування в усіх досяжних станах комутації. Її підкріплюють 3,4 мільйона рандомізованих перехресних перевірок і сім написаних нами послідовностей перемикань, і всі вони поводяться так, як очікується.
- Заздалегідь розрахована решітка потокорозподілів змінного струму — по одному на кожну електричну топологію, яку можуть утворити апарати, — і топологічний процесор у браузері, що перетворює будь-який стан апаратів на струми.
- Нічна 3D-модель ВРП, згенерована з файлу й освітлена лише розрахованим струмом, а також інтерактивна візуалізація, у якій можна керувати будь-яким апаратом.
Стек технологій
IEC 61850-6 SCL (схема 2007B4), Python, lxml і xmlschema, pandapower (метод Ньютона–Рафсона для змінного струму), бінарні діаграми рішень (dd), three.js із власним шейдером світних ліній, Playwright для детермінованого захоплення кадрів.
Цифри
| Показник | Як ми це виміряли |
|---|---|
| 3 076 елементів SCL | у нашому SCD. І SSD, і SCD проходять валідацію за офіційною схемою IEC 61850-6 2007B4 з 0 помилок у двох незалежних валідаторах. |
| 112 рівнянь блокування | (EnaOpn і EnaCls для 56 апаратів), виведених із топології. 85 із них нетривіальні; решта 27 — дозволи для вимикачів, які завжди істинні. Кожен CILO зчитує свої положення разом з їхньою якістю: 478 входів, 256 із них — через GOOSE від інших приєднань. |
| 1,17 × 10¹³ досяжних станів комутації | , вичерпно перевірених бінарними діаграмами рішень на чотири властивості, наведені вище. Навмисно зіпсований набір правил цієї самої перевірки не проходить. |
| 3 392 988 перехресних перевірок | рівнянь із готового файлу проти незалежного обчислення правил — 0 розбіжностей. |
| 2 965 електричних топологій | охоплюють усі комбінації вимикачів і роз’єднувачів, зокрема із заземленими лініями. Усі 2 965 розрахунків потокорозподілу зійшлися в pandapower, загалом за 33,9 s. |
| 233 A | на лінії 2 на кожному кроці переведення на іншу систему шин під навантаженням. Значення отримано з розрахунку потокорозподілу з прийнятими нами еквівалентом мережі, довжинами ліній і навантаженнями, з РПН трансформаторів у нейтральному положенні. |
Кадри
Спробуйте наживо
Інтерактивна візуалізація, що працює у вашому браузері. Нічого не завантажується, доки ви її не відкриєте.
