CN101432947A - 智能电子设备配置检查 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变电站自动化测试工具，其将变电站的SCL(变电站配置语言)文件(变电站配置描述)或IED的SCL文件(IED能力描述)中发现的信息与从变电站通信网络流量中提取的变电站相关数据结合起来。利用作为连接至变电站通信网络的消息拦截器的标准膝上型计算机，来获取和分析IEC 61850相关数据。因此，本发明使得不需要修正处理即可进行一致性验证并实现减少对变电站安装进行调试或测试所需时间和精力。

Description

智能电子设备配置检查
技术领域
本发明涉及具有标准化配置代表的变电站自动化系统领域。更具体地，本发明涉及检查变电站自动化(SA)系统中的智能电子设备的配置的方法。
背景技术
用于高电压和中电压电网中的电力配送的变电站包括一次或现场设备，例如布置在开关站和/或架中的电缆、线路、母线、开关、断路器、电力变压器和仪表互感器(instrument transformer)等。这些一次设备经由负责变电站的控制、保护和监测的变电站自动化(SA)系统而以自动方式工作。SA系统包括可编程二次设备、即所谓智能电子设备(IED)，其在SA通信网络中相互连接并经由处理接口与一次设备交互。IED通常被分配有三个层级式级别之一：即，电站级别，其中操作员地点包括人机界面(HMI)以及到网络控制中心(NCC)的网关；架(bay)级别，其架单元用于保护和控制；以及处理级别。处理级别单元包括例如：用于电压、电流和气体密度测量的电子传感器，以及用于对开关和变压器抽头变换器位置进行感测的接触探头，或对电路断路器或分离器的致动器或驱动进行控制的断路器IED。智能致动器或断路器IED可集成在各智能一次设备中，并经由串行链路或光学处理总线而连接至架单元。架单元彼此连接并经由架或电站总线而连接至电站级别上的IED。
目前的SA系统需要有在所有变电站设备之间独立于制造商的互操作性。因此，已引入了用于变电站的IED之间通信的国际认可通信标准。IEC标准61850“communication networks and systems in substation(变电站中的通信网络和系统)”将变电站特有的应用功能从变电站通信特有的问题分离，并为此定义了用于兼容型变电站的抽象对象模型，以及如何在网络上经由抽象通信服务接口(ACSI)来访问这些对象的方法。这使得比如操作员工作站(OWS)的变电站特有应用能够以标准对象来工作，而变电站中实际的IED特有对象可由IED的制造商不同地来实现。符合标准的抽象数据模型包含就逻辑节点而言的SA功能，所述逻辑节点被分组为逻辑设备并作为物理设备而分配给IED。通信特有的问题是经由ISO/OSI通信堆栈来处理的，该通信堆栈目前包括带有MMS/TCP/IP/以太网和光学物理层的堆栈。尽管包括像时间戳等属性或有效性指示在内的数据模型是由通信堆栈的应用层来实现的，但用于时间紧迫或安全相关通信的消息即比如跳闸和闭锁等面向普通对象的变电站事件(GOOSE)、以及用于模拟采样值的消息皆直接映射至通信堆栈的以太网链路层。
上述互操作性需求的一个影响是：必须由系统集成器使来自不同供应商的设备结合在一个SA系统中，并且在调试处理期间必须在不同供应商的专用工程或SA配置工具之间交换工程数据。因此，必须以工程处理中的正式方式来描述带有其整个设备和通信链路的完整系统。这是通过作为标准的一部分的、用于遵守IEC61850的系统的综合性的基于XML的变电站配置描述语言(SCL)来实现的。
SCL语言用来在IED能力描述(ICD)中描述特定IED或IED类型的能力。它枚举例如由I/O端口的数量划分的物理设备的通信和应用功能。SCL语言中的变电站配置描述(SCD)文件描述特定变电站的模型、就逻辑节点而言的IED功能、以及通信连接。SCD文件包括：(1)开关站命名和拓扑描述，(2)IED配置描述(就逻辑节点而言的功能)，(3)开关站和IED功能之间的关系，(4)通信网络描述。因而，如果在SA系统内使用特定IED，则基于其ICD类型描述而将IED的对象事例插入对应的SCD文件。SCL语言于是允许为由事例携带并与特定IED相关的数据属性指定典型或单个值，例如用于配置属性和设置参数的值。通过将逻辑节点附属于一次设备的元件，以SCL语言描述电力处理和SA系统之间的连接。一般地，将开关控制逻辑节点附属于开关设备，而将测量逻辑节点或保护功能逻辑节点分配给架单元。
在变电站工程处理中，从顾客需求导出SA配置(拓扑、IED配置和通信建立)并将其存储在SCD文件中。对于实际安装和调试，需要将以前工程化的配置信息的全部或部分传送至物理设备，并需要适当地配置IED本身。由于SA系统是分布式系统，因而这是顺序发生的：即一个接一个地使IED被加载来自SCD文件的变电站特有的配置数据并投入运行。此外，可以由不同的供应商以他们自己专有的工具来分别地加载不同的IED。该处理的一部分是自动的，但大多数步骤仍需要调试或测试工程师所做的人工作用。所有这些活动都易于出错。SCD文件和单个IED的实际配置之间的不一致性的其它来源是由所使用的SCL文件的不同版本而导致的，或由这一情况导致：即IED允许在本地也即在设备自身处改变其配置。
如上述，最初工程化并存储在对应的SCL文件中的配置和在物理设备上发现的配置，即设备功能的适当配置和/或对于IED的逻辑节点的适当分配，这两者会有不同。这种不一致会在SA系统的调试期间或之后表现出来。测试或调试工程师于是会面临以下症状：在两台设备之间无通信，或(根据某协议的)数据错误或缺失，并可能试图识别IED被不当地配置。另一方面，尽管测试不能保证在复杂情况中没有错误，但该工程师的目标是证明所有部分在最有可能且重要(所意图)的应用场景中正确协调地工作。
为了保证根据全球标准IEC 61850的互操作性、使系统集成的风险最小化并确保分布式SA系统在启动时以及在配置变化期间的正确工作，IEC 61850引入这一概念：即用于抽象数据模型和通信相关定义的配置修正信息。该信息可以，并且在类似GSE(普通变电站事件)和采样值等与安全相关的实时服务的情况下必须，在接收方处被检查，以确保他对消息内容的假设与发送方的实际配置状态一致。实际使用的关于修正的信息即使在所发送的各电报中也可以为实时服务在线获得。接收方通过将该在线修正信息与其基于配置的预期修正信息进行比较，从而检测出修正不匹配，对发送方数据模型的变化、数据集布局或通信定义做出结论，并采取适当的措施。
在由作者Wolfgang Wimmer于2005年8月22至26日在Liege举办的PSCC会议上呈交的、标题为《IEC61850-more than interoperabledata exchange between engineering tools》一文中，任何SCL文件都包括版本和修正处理相关的信息。文件标题包含文档参考、以及用于跟踪比如IED能力描述的不同版本的变化的版本/修正历史。然而，这种信息本身在构成IED时也可能丢失，或者更新信息可能无意中被忽略。
美国专利申请2002/0173927涉及基于使用测试系统和被测试的IED之间的数字通信的数据交换而对智能电子设备(IED)的保护和控制进行的测试。测试设备(虚拟IED)在模拟信号线路上提供模拟电流和电压波形以对被测IED所看到的二次电流和电压进行仿真。此外，在通信线路上将包含在仿真的电力系统故障期间与一次或二次变电站设备的状态相关的状态信息的数据包发送至IED。焦点在于测试，即对所配置的设备功能或所分配的逻辑节点的适当工作进行验证，也即对由测试设备的输出所触发的预期的正确动作进行验证。然而，上述专利申请并未过问被测IED的配置，即设备功能的适当配置和/或逻辑节点向IED的适当分配。
随着对IED和变电站中的其它设备之间的以太网通信的更多依赖，已开发了这种工具：其能够分析在SA网络中交换的网络流量，即基本以太网和例如相关的TCP/IP流量。这些之中的少数(mms-ethereal、KEMA分析器)允许进一步分析标准以太网流量，并从消息中提取比如采样值、GOOSE、MMS等61850相关数据包。然而，操作员不可能理解该提取的数据的上下文，即不可能给予其正确的意义。如果所述数据是二进制格式(比特序列)则更是如此。
发明内容
因此，本发明的目的是避免由上述错误或不一致的来源出现的困难。该目的是通过用于对根据权利要求1和5的变电站自动化系统中的智能电子设备的配置进行检查的方法和消息拦截器来实现的。更多优选实施例可从附属的专利权利要求而变得明显可见。
本发明说明了一种变电站自动化测试工具，其将变电站的SCL(变电站配置语言)的文件(变电站配置描述)或IED的SCL文件(IED能力描述)中发现的信息与从变电站通信网络流量中提取的变电站相关数据结合起来。利用作为连接至变电站通信网络的消息拦截器的标准膝上型计算机，来获取和分析IEC 61850相关数据。因此，本发明使得不需要修正处理即可进行一致性验证并实现减少对变电站安装进行调试或测试所需时间和精力。
附图说明
在下文将参照在附图中图示的优选的示例性实施例而对本发明的主题进行更详细的解释，在附图中：
图1示出了变电站的单线图的概要；
图2是处理的示例性实施例的流程图；
图3示出了从所拦截的信息中提取的原始信息；以及
图4示出了为了向终端用户显示而生成的增强信息。
在附图中使用的附图标记及其意义以概述形式而列在附图标记的列表中。原则上，在图中相同的部分被标以同一附图标记。
具体实施方式
图1示出了在例如110kV的假设的电压水平下的示例性变电站与一些通信链路和SA或二次设备的部分或一段的单线图。单线水平的开关站的模型包含一次设备之间的拓扑上各自的电气连接。变电站包括带有两条母线10、10’的双母线配置，两条母线各自经由分离器QB1～QB4而馈入两个架11、11’。各架包括电路断路器QA1、分离器QC1和接地开关QE1。SA系统的对应概要图以粗线绘出了连接至IED 21、22的通信网络20，该IED 21、22都容纳类别CSWI(开关控制)的逻辑节点。如点划线所示，各逻辑节点被分配给上述电路断路器QA1之一。变电站特有SCL文件23包括包含IED 21、22的变电站的变电站配置描述(SCD)，或第一IED21的IED能力描述(ICD)。
图2绘出了包括以下步骤的处理的示例性实施例的流程图。
在步骤1.1中，例如在变电站的调试期间，在策略性位置处将作为消息拦截器的膝上型计算机24连接至SA通信网络20或架之间的总线。合适的或策略性位置包括包含IED21的对应架的以太网交换机附近，或多数网络流量汇合处的操作员工作站的附近。
在步骤1.2中，由第一IED 21发出至作为目的接收方的第二IED 22的消息被拦截器24拦截。从所拦截的消息提取或过滤标准化变电站特定数据、例如与变电站的操作相关的数据或关系到SA系统中的通信的数据。在遵循标准IEC 61850的变电站中，这种数据容易在网络流量中被识别，并易于获得此用途的工具。然而，在缺乏进一步信息的情况下，只能以原始形式来显示该提取的数据的重要片断。在图3中，显示从特定的网络数据包提取的数据，其中术语“DataSetMissing_#”代表留待解释的原始数据。
在步骤1.3中，凭借存储在例如变电站配置描述(SCD)和IED能力描述(ICD)文件23中的变电站配置信息的帮助来解释或分析变电站相关的数据。SCL文件23的相应概要如下：
<ConductingEquipment name＝＂QA1＂desc＝＂Circuit Breaker＂type＝＂CBR＂sxy:x＝＂9＂sxy:y＝＂8＂sxy:dir＝＂vertical＂>
<LNode iedName＝＂AA1 D1Q10A1＂ldlnSt＝＂C1＂prefix＝＂QA1_1＂lnClass＝＂GGIO＂lnlnst＝＂2＂/>
<LNode iedName＝＂AA1D1Q10A1＂ldlnst＝＂C1＂prefix＝＂QA1_1＂lnClass＝＂CSWI＂lnlnst＝＂1＂/>
<LNode iedName＝＂AA1D1Q10A1＂ldlnst＝＂C1＂prefix＝＂QA1_1＂lnClass＝＂XCBR＂lnlnst＝＂1＂/>
为了实现解释的意图目的，将所述文件载入拦截器24或由拦截器24询问。所提取数据的分析包括在SCD或ICD文件中所发现的描述的帮助下的解释，并生成关于IED 21的增强信息。这一信息涉及例如所提取的一项数据的特有数据类型或格式，即特定的数字是否表达为整数、字符串或16进制格式。该信息还可表明数字的语义的含义并指示例如开关位置或变电站自动化系统的适当操作所必须知道或设置的其它任何属性。
对于与上述图3中相同的网络数据包，在图4中显示了相关信息。现在可正确地对带有先前丢失的关于数据集的信息的线路进行解释。作为举例，所解释的线路A和B都是指IED“AA1D1Q10A1”上带前缀“QA1_1”的逻辑设备事例中、类别“XCBR”(电路断路器)的逻辑节点的第一事例“1”。在线路A上，“Pos.q”表示比如好(编码为“000000000”)或坏的品质。在线路B上，“Pos.st Val”表示开(编码为“01”)、关或中间的电路断路器的状态。
最终，在步骤1.4中，拦截器24向终端用户即测试、工程或调试人员以及关注变电站自动化系统的研发工程师显示增强信息，该增强信息如图4所示是先前生成并显示SCD/ICD信息和在IEC61850数据包中发现的数据的组合。
附图标记
10：母线
11：架
20：通信网络
21：第一智能电子设备(IED)
22：第二IED
23：SCL文件
24：拦截器/分析器

Claims (5)

1.一种检查变电站自动化(SA)系统中的智能电子设备(IED)(21)的配置的方法，其中关于所述SA系统和关于所述IED(21)的配置信息分别包含在变电站配置描述(SCD)或IED能力描述(ICD)中，并且其中所述IED(21)在SA通信网络(20)上发送消息，所述方法包括：
-拦截由所述IED(21)在所述SA通信网络(20)上发送的消息并从所述消息提取标准化变电站特有数据，其特征在于，所述方法包括：
-利用关于所述SA系统或关于所述IED(21)的配置信息来分析所提取的数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
-向终端用户显示所分析的提取的数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
-在策略性位置处将消息拦截器(24)连接至所述SA通信网络(20)以拦截所述消息。
4.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述标准化变电站特有数据是根据标准IEC 61850来描述的。
5.一种用于检查变电站自动化(SA)系统中的智能电子设备(IED)(21)的配置的消息拦截器(24)，其中关于所述SA系统和关于所述IED(21)的配置信息分别包含在变电站配置描述(SCD)或IED能力描述(ICD)中，并且其中所述IED(21)在SA通信网络(20)上发送消息，所述消息拦截器(24)包括：
-用于拦截由所述IED(21)在所述SA通信网络(20)上发送的消息并从所述消息中提取标准化变电站特有数据的装置，
-用于利用关于所述SA系统或关于所述IED(21)的配置信息来分析所提取的数据的装置。
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