CN101971456B - 用于识别孤立网络并且传送该孤立网络的标准化描述到另一个配电控制器的方法和配电控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明关注于用于控制电力在指派的第一配电区(1)中的分配的配电控制器(19)。该控制器适用于连接到过程装置(21)，其进而与指派的第一区的一次装置(5、7、9、11、13)交互。对该配电控制器提供第一区的标准化机器可读网络描述并且包括识别在网络重新配置后不再连接到第一区的孤立网络区段(23)的范围的部件。该配电控制器进一步适用于传送该孤立网络区段的描述到第二配电控制器(19’)，其控制该孤立区段由于网络重新配置的结果而连接到的第二或相邻配电区(1’)。由于传送易主的网络区段的描述的该能力，没有需要在配电系统的每个控制器中保持并且更新整个网络的描述。
Description
技术领域
本发明涉及电力分配的领域，更具体地，涉及用于控制电力分配的配电控制器。
背景技术
配电系统是在输电网和电的最终用户之间的接口。典型地配电系统包括许多通过电力线和开关连接到二次变电站的一次变电站。该一次变电站包含将电压从输电网或次输电网(sub-transmission grid)的HV水平减小到适合于区域输电的MV水平的变压器。配电水平网络控制牵涉多件与变电站和电力线的一次设备交互作用的二次设备，即开关、抽头变换器、电容器组等。配电区域、区或单元指派给一个单一次变电站并且由明确电连接的一次设备(树或馈线结构)限定。然而，配电区域在网络拓扑重新配置期间易变化，有可能导致配电区域和关联的二次设备的虚拟域之间不一致。另外，在配电系统的较低电压水平上的分布式发电产生用于配电水平网络控制的一些重要的协调任务。
通过示例的方式，Per Lund的名为“The Danish Cell Project-Part1：Background and General Approach”，IEEE2007，Power Engineering Society General Meeting，June2007的论文描述一种单元控制器的试验性项目，其旨在开发用于在丹麦西部中存在的大量分布式发电的最优管理和主动电网利用的新技术方案。为了该目的，在一次变电站低于每个150／60kV变压器以下的60千伏(kV)网络部分被作为径向网络操作，其中通过在选择的变电站中断开足够数量的60kV线路断路器 并且从而切分60kV配电系统的另外的网状网络。这些径向操作的60kV网络中的每个然后限定60kV配电单元，其由具有许多功能和链接到位于配电网络运营商(DNO)的网络控制中心(NCC)处的监控与数据采集(SCADA)系统的单元控制器控制。
单元或配电控制器(也称为智能变电站控制系统(ISCS))可包括一个或若干物理装置并且一般位于配电区域的一次变电站中。ISCS能够通过提供用于在用于保护和控制的二次设备和更高等级系统之间映射信号的网关功能而用作到NCC的变电站网关。特别地，能够将过程数据从各种主协议内部转换为标准协议，例如IEC61850标准数据模型，并且能够将数据从标准数据模型转换为常见从协议中的一个。
通过示例的方式，ISCS通过现有通信基础设施连接到NCC，这两者通过主-从类型的远程控制协议通信(例如IEC60870-5-101)。例如SPA、LON-LAG和IEC60870-5-103等许多其他协议用于连接ISCS到用于保护、控制和监测目的的二次或过程装置，该过程装置位于一次装置的附近并且执行本地决策逻辑。在另一方面，IEC61850标准协议是基于客户端-服务器的，其允许若干客户端从相同服务器或过程装置访问数据。他们采用标准化面向对象的方式限定变电站内的数据的语义，并且提供标准化方法以采用标准化格式在不同工程设计工具之间转移数据。
典型地，ISCS包括OPC(用于Process Control的Obj ect-Linking and Embedding(OLE)，也称为“OPen Connectivity”)Data Access客户端和服务器部件。OPC Data Access是一组标准，其提供用于连续地从数据采集装置传送实时数据到过程或接口装置并且用于使过程测量与在OPC服务器的镜像条目同步的规范。OPC还允许客户端应用程序用一个单请求访问若干数据项目。OPC客户端用于从／服务器协议堆栈以使外部系统能够访问在OPC服务器上可用的数据。在ISCS中的OPC服务器主要用于主／客户端协议堆栈以便提供对在通过特定协 议连接的数据采集或过程装置中的数据的访问。一般来说，不同类型的OPC服务器实例取决于连接的过程装置和／或用于与过程装置通信的协议(LON、SPA或IEC61850)而在ISCS中例示。
发明内容
本发明的目的是便于在具有多个配电区域或单元的电力分配系统中的配电控制。上述目的可以通过根据本发明的实施例的配电控制器和根据本发明的实施例的控制电力在配电网络上的分配的方法来实现。
根据本发明，用于控制电力在指派的第一配电区中的分配的配电控制器适用于连接到过程装置，其进而与指派的第一区的一次装置交互。对该配电控制器提供第一区的标准化机器可读网络描述，并且包括部件以识别在网络重新配置后不再连接到第一区的孤立网络区段(network section)的范围。该配电控制器进一步适用于传送该孤立网络区段的描述到第二配电控制器，其控制第二或相邻配电区，该孤立区段由于网络重新配置的结果而连接到该第二或相邻配电区。由于传送易主的网络区段的描述的该能力，没有需要在配电系统的每个控制器中保持并且更新整个网络的描述。这进而减少对配电控制器的存储器分派和配电控制器的计算能力的要求。
在本发明的优选实施例中，配电控制器适用于容纳第一区的过程装置的主表示，其包括它的功能性，或在IEC61850兼容智能电子装置的情况下包括它的个体逻辑节点(LN)。该表示可是公共数据模型(CDM)的对象，其通过它的属性固有地链接到所表示的过程装置并且例如由控制器的OPC服务器实例主管或容纳。配电控制器进一步适用于传送信息到第二配电控制器，其目的是在第二配电控制器处产生主CDM对象的别名或镜像副本。
在本发明的有利变化形式中，对配电控制器提供第一区的标准化描述，其包括形成到相邻配电区的边界或链接的开关装置，以及相应相邻配电区的对于这些开关装置中的每个的标识。当孤立区段转移到第二配电区域时该信息更新并且与它的邻居共享。因此，如果随后网络重新配置，根据本发明的程序的重复使用将重新指派或转移任何另外的孤立区段到正确的相邻区域。
在配电网络上控制电力分配的方法中，该配电网络包括许多指派给至少两个非重叠配电区的一次装置和连接到过程或二次装置(其进而与相应配电区的一次装置交互)的两个配电控制器，执行下列步骤。(i)在网络重新配置后，识别从第一区断开并且连接到第二区的孤立网络区段，以及(ii)由第一配电控制器传送该孤立网络区段的标准化描述到第二配电控制器。优选地，该孤立网络区段的过程装置的别名表示然后在第二配电控制器处产生。
在另外的优选实施例中，别名对象和主表示通过重复读/写或刷新操作而同步。这使第二控制器能够访问由主CDM对象表示的来自过程装置的数据并且代表它自己发出控制命令。因此，在第二控制器处的别名对象和主表示的操作行为之间没有差别。
在另外的优选实施例中，并且在配电网络的第二重新配置后，之前转移的包括一次设备的孤立区段可从第二配电区重新指派到第三配电区域。在该情况下，与所述一次设备交互的过程装置的第二代别名在第三控制器处形成。该第二代别名然后直接与在第一控制器处的主表示同步，绕过在大多数情况下可以擦除的第二控制器处的别名。然而，如果在第一和第三控制器之间没有直接通信链路，在第二控制器处的别名可仍然作为到第一控制器处的原始CDM对象的桥而由第三控制器使用。网络区段的重复继承从而由并且仅由通向/来自重复延伸的配电区的电力线的物理容量限制。
本发明还涉及包括计算机程序代码部件的计算机程序，用于控制连接到电力分配区的过程装置的配电控制器的一个或多个处理器。该计算机程序可存储在例如集成在控制器中的存储器或可以插入控制器的数据载体等计算机可读介质上，并且该计算机程序当执行时使配 电控制器根据本发明操作。
附图说明
本发明的主旨将在下列正文中参照在附图中图示的优选示范性实施例更加详细地说明，其中：
图1描绘配电系统的两个配电区域，
图2示出配电控制器的一些部件，
图3描绘在重新配置后的配电系统。
在附图中使用的标号和它们的含义采用总结形式列在标号列表中。原理上，对图中相同的部件提供相同的标号。
具体实施方式
图1图示包括第一和第二配电区、区域或单元1、1’的示范性配电系统。每个配电区域1、1’指派给唯一第一或第二一次变电站3、3’并且由明确电连接的一次设备(树或馈线结构)限定。每个一次变电站3、3’包含将电压从输电网或次输电网(没有示出)的HV水平减小到适合于区域输电的MV水平的变压器，并且通过电力线和开关连接到二次变电站13、13’。在二次变电站中，抽头变换器5、5’进而连接用户或LV馈线(没有示出)到MV水平。该系统包括多个一次装置，例如受控变压器5、5’、电路断路器7、7’、开关9、9’(断开)和11、11’(闭合)、用于分布式发电的电源15’和受控电容器17、17’等。许多选择的开关11、11’指明在两个相邻配电区域1、1’之间的边界，其中每个配电区域可具有对另外相邻配电区域(没有示出)的附加边界。
配电水平网络控制牵涉与前述变电站3、3’、13、13’、电力线和其他一次装置15’、17’交互的二次设备或过程装置21、21’。通过定义，配电区1、1’中的每个被指派适用于执行如下文详细描述的各种控制、优化和管理功能的配电控制器19、19’或智能变电站控制系统 (ISCS)。
图2示意地描绘指派给配电区或区域的示范性配电控制器或智能变电站控制系统(ISCS)19的一些元件。作为示范性主协议翻译器25的OPC服务器提供根据由过程装置21使用的各种通信协议(用于数据转移)接收的数据的翻译而将其翻译为标准协议或公共数据模型(CDM)。后者是网络和关联装置的抽象模型。在非IEC 61850通信协议和对应OPC服务器的情况下，CDM对象或软件元素可根据IEC61850标准组合个体OPC变量或数据项。因此并且不考虑使用的通信协议，CDM对象采用IEC 61850兼容方式表示过程装置21，这些对象由控制器的OPC服务器实例主管或容纳并且形成抽象数据空间27。通过示例，例如涉及电路断路器7的示范性逻辑节点XCBR等根据IEC61850的个体逻辑节点(LN)由抽象CDM对象21b、7b表示。该CDM对象然后包含例如与配电控制器19关联的过程装置21提供的各种LN的属性值等必要数据的镜像副本。根据CDM表示的同步“读/写”或“刷新”方面，每当命令任何控制操作或做出决定时，对应的CDM对象21b更新并且自动通知并且命令关联的过程装置21执行操作。同样地，每当新的数据在过程装置可用时，例如作为逻辑节点XCBR的改变的属性值可用时，新的数据自动发送到控制器19或由控制器19流传输以便更新相关CDM对象7b。
通过使用通信基础设施，配电控制器19可以采集并且发送来自/到在它的指派的控制域中的过程装置21的数据、来自/到网络控制中心(NCC)的数据和来自/到位于其他一次变电站中的其他配电控制器的数据。过程装置21收集来自一次装置的数据并且将它发送到配电控制器19。配电控制器然后适用于执行各种控制、优化和管理功能。网络控制功能的示例是电压控制、网络恢复和网络重新配置，而网络管理功能的示例是发电约束管理、线路容量约束管理、网络损耗降低和资产管理。提到的功能由处理部件29结合协调器31执行，两者可通信地连接到抽象数据空间27用于访问相关数据。抽象CDM模型使 控制功能性独立于在各种网络中使用的通信模型和协议。不是基于与在一次和二次变电站中的物理IED直接通信实现这些控制和优化功能，而是这些功能在配电控制器中的抽象CDM上操作。
配电控制器19还包括用于识别由于重新配置网络拓扑的结果产生的任何孤立区段的地理范围的孤立区段识别部件33。部件33还识别形成孤立区段的边界的开关装置并且保持对其的跟踪，并且同时识别到之前的“母”配电区域(孤立区段曾经是其中一部分)和之后的相邻或邻近区域(孤立区段被重新指派给其中之一)二者的链路并保持对其的跟踪。
图3描绘在通过断开之前闭合的开关11、11’和闭合之前断开的开关9’重新配置网络后图1的配电系统。结果，并且鉴于上文的定义，在下文中称为孤立区段的配电系统的部分或区段23从第二配电区域1’隔离或断开，并且加入或连接到第一配电区域1。例如对配电网络的图形表示的连通性测试等已知方法允许对分离的孤立区段1”以及后者必须指派给其中的配电区1两者的识别。
配电控制器19、19’通过标准通信链路连接到与在相应配电区域中的一次装置交互的过程装置21、21’。网络控制的通信链路一般不受网络重新配置影响，因此控制域与配电区域相反保持稳定。在图3中描绘的情况下，通信链路(点划线)必须设置成用于第一配电控制器19和与之前是第二配电区1’的一部分的一次装置13’、17’交互的过程装置21’之间。该通信链路是第一配电控制器19控制现在扩大的第一配电区1的整体的先决条件，该现在扩大的第一配电区1包括指派给孤立区段23的一次装置13’、17’的过程装置21’。
如上文陈述的，当网络已经重新配置并且电力网的电连通性不再对应于通信系统的连通性或域时发生错综复杂的问题。在这样的情况下，由特定配电控制器执行的控制和协调算法可需要访问存在于其他并且典型地相邻配电控制器中的CDM对象。也就是说，当网络已经重新配置使得之前是第一配电区域的部分的网络的孤立区段现在电 连接到第二配电区域，对应于在该区段中的设备的逻辑节点优选地由第二配电区域的配电控制器控制。结果是，这些LN不再包含在它们的母配电控制器中的网络管理应用中。
如连同图3描述的，每个过程装置或物理IED与表示该IED并且存在于母配电控制器(物理IED通过通信链路连接到该母配电控制器)中的主CDM对象关联。该母配电控制器通过物理IED控制母配电区域(如根据最初或公认网络配置限定的)中的一次装置。在孤立区段的重新指派后，主CDM对象的别名副本在控制孤立区段已经重新指派到的配电区域的第二配电控制器上形成。必需的交叉控制器访问基于同步代理，其负责管理在一个或多个配电控制器上的主CDM对象的别名副本和/或同步别名和源CDM对象中的数据，这通过同步读/写或刷新操作(与在主CDM对象和真IED或它表示的LN之间可用的那些相似)。
每个配电控制器保持多件指派的配电区域的设备和内部连通性的标准化描述或详细模型。该描述可根据使用61850SCL文件中的IEC 61850变电站区段或专用区段(包括到逻辑节点的链接)的公共信息模型(CIM)，该逻辑节点进而包含到物理和逻辑装置的索引。当孤立网络区段形成时，孤立区段的描述然后发送到现在负责该孤立区段的第二配电控制器。尽管这排除需要在配电系统的每个控制器中保持整个网络的完整描述的事实，在配电控制器中的每个上存储仅包括最初限定的配电区域之间的链路或连接(大部分开关和线路)的共享或有限网络模型可是有利的。这样的信息然后可便于主CDM对象对在任意控制器上形成的第二代别名的定位。
部件列表
1、1’配电区 19、19’配电控制器或ISCS
3、3’一次变电站 21 过程装置
5、5’受控变压器 23 孤立区段
7、7’ 电路断路器 25主协议翻译器
9、9’ 开关(断开) 27抽象数据空间
11、11’开关(闭合) 29处理部件
13、13’二次变电站 31协调部件
15’ 分布式发电 33识别部件
17、17’受控电容器
Claims (9)
1.一种用于控制电力在第一配电区(1)中的分配的配电控制器(19)，其中所述控制器(19)适用于连接到进而与所述第一配电区(1)的一次装置(5、7、9、11、13)交互的第一二次装置(21)，并且其中对所述控制器(19)提供所述第一配电区(1)的标准化描述，其特征在于
-所述配电控制器(19)包括用于在网络重新配置后识别从所述第一配电区(1)断开并且连接至第二配电区(1’)的孤立网络区段(23)的部件(33)，以及在于
-所述配电控制器(19)适用于传送所识别的孤立网络区段(23)的标准化描述到连接到进而与所述第二配电区(1’)的一次装置(5’、7’、9’、11’、13’)交互的第二二次装置(21’)的另一个配电控制器(19’)。
2.如权利要求1所述的配电控制器，特征在于，它适用于容纳所述孤立网络区段(23)的二次装置(21)的主表示(21b)，以及在于，它适用于为了产生所述主表示(21b)的别名而传送信息到所述另一个配电控制器(19’)，其中所述主表示包含由所述孤立网络区段的所述二次装置提供的各种逻辑节点的必要数据。
3.如权利要求1所述的配电控制器，特征在于，所述孤立网络区段(23)的标准化描述包括关于所述孤立网络区段(23)的所有相邻配电区的信息。
4.如权利要求1所述的配电控制器，特征在于，它适用于在包括所述第一配电区(1)的电力分配系统中操作，其中所述配电控制器不具有所述电力分配系统的整个配电网络的描述。
5.一种电力分配系统，其具有如权利要求1至3中任一项所述的两个配电控制器(19、19’)和两个配电区(1、1’)。
6.一种在配电网络上控制电力分配的方法，所述配电网络包括第一配电区和第二配电区(1；1’)以及连接到进而与相应第一配电区和第二配电区(1；1’)的一次装置(5、7、9、11、13；5’、7’、9’、11’、13’)交互的二次装置(21；21’)的第一配电控制器和第二配电控制器(19；19’)，其中对所述第一配电控制器(19)提供所述第一配电区(1)的标准化描述，其特征在于，所述方法包括
-在网络重新配置后，识别从所述第一配电区(1)断开并且连接到所述第二配电区(1’)的孤立网络区段(23)，
-通过所述第一配电控制器(19)传送所述孤立网络区段(23)的标准化描述到所述第二配电控制器(19’)。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一配电控制器(19)适用于容纳所述孤立网络区段(23)的二次装置(21)的主表示(21b)，其中所述主表示包含由所述孤立网络区段的所述二次装置提供的各种逻辑节点的必要数据，其特征在于，它包括
-为了产生所述主表示(21b)的别名而传送信息到所述第二配电控制器(19’)。
8.如权利要求7所述的方法，特征在于，它包括
-使所述别名和所述第一配电控制器(19)处的所述主表示(21b)同步。
9.如权利要求8所述的方法，特征在于，它包括，当随后网络重新配置时，
-在第三配电控制器(19”)处，产生与再次重新指派的最初指派给所述第一配电区(19)的一次装置(5)交互的二次装置(21)的别名，以及
-使所述别名和所述第一配电控制器(19)处的所述二次装置(21)的主表示(21b)同步。
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