CN102598629A - 用于从智能电子装置发布数据的方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于但不限于仅用于从IED发布数据(来源于IED的数据)的方法、变电所自动化设备以及智能电子装置(IED)。该方法包括将唯一标识符指配给一个或多个数据字段，其中所述一个或多个数据字段与来源于智能电子装置的数据中的短地址属性相关联。IED包括功能列表；(每一个功能都被表示为逻辑节点；以及，每一个逻辑节点都包含数据对象)；以及用于配置数据对象以及发布来自IED的数据但不限于仅来源于IED的数据的灵活编址方案。

Description

用于从智能电子装置发布数据的方法与系统
技术领域
本发明一般涉及变电所自动化领域，并且更具体地，涉及部署在变电所中的智能电子装置。
背景技术
电气或功率变电所包括电力传送和分配系统，其中利用变压器将电压从高转变成低，或者从低转变成高。电力在发电厂与消耗装置之间会流经多个变电所，并且可能在多个步骤中改变电压。
变电所一般包括一个或多个变压器，以及开关设备、保护设备、控制设备、计量设备和接地设备。取决于变电所是传输变电所、子传输变电所、还是配电变电所，选取适当的设备用于这些功能。当前不同类型的智能电子装置(IED)被用于变电所中，以适应不同的变电所功能。IED是电力系统设备的、基于微处理器的控制器，比如断路器、发电机、变压器、电源线、电缆、反应器(reactor)、电机、电容器组等。通常，IED从传感器和电源设备接收数据，并且能发出控制命令，比如使断路器跳闸(如果它们感测到电压、电流或者频率异常)，或者升高/降低电压水平以维持所需水平。普通类型的IED包括继电保护装置、有载分接开关(load tap changer)控制器、断路器控制器、重合器(recloser)控制器、稳压器等。这些都是有利的，因为利用可用的微处理器技术，单个单元可以同时执行多个保护功能、计量功能、监视功能和控制功能。
对于在变电所内涉及不同过程的不同设备的维护和控制来说，变电所自动化形成一个重要且复杂的方面。存在多个协议用于变电所自动化，其包括许多具有自定义通信链路的专有协议。然而，来自不同供应商的装置的互操作对于简化变电所自动化装置的实现和使用来说是非常需要的。
来自国际电工委员会(IEC)的IEC61850标准主张来自不同厂家的、使用共同工程模型、数据格式和通信协议的智能电子装置(IED)之间的互操作性。近来的IED因此设计为支持IEC61850标准用于变电所自动化，其提供了互操作性和先进的通信能力。
IEC61850特征包括数据建模，其中，完整的变电所功能被建模为各种符合IEC61850的逻辑节点，这些逻辑节点被分组并设置在不同的逻辑装置下。逻辑节点是交换数据的功能的最小组成部分，并且这些逻辑节点是由它的数据和方法定义的对象。逻辑装置是虚拟装置，其存在是为了使逻辑节点和数据集能够聚合以用于通信目的。
存在逻辑节点用于与逻辑装置(LD)和物理装置(LPHD)相关的数据/功能。数据可以通过不同的方案来源于IED，比如GOOSE(通用的面向对象的变电所事件)事件、报告、采样值和测量值(SMV)。IED可以从客户端或对等IEC 61850系统接收命令。关于数据存储，定义有SCL(变电所配置语言)以用于以特定格式对变电所的配置数据进行完整存储。
定义在IEC61850中的抽象数据模型可以被映射到多个协议。该标准中目前的映射是到MMS(制造消息规范)、GOOSE(通用的面向对象的变电所事件)、SMV(样本测量值)，并且不久将会映射到web服务。这些协议可以运行在TCP/IP网络上，和/或变电所LAN(局域网)，利用高速交换以太网以获得小于4分钟的必要响应时间以用于继电保护。
IEC61850标准也规定了IED内的数据编址，其一般由相应的IED工程/配置工具编址。该编址概念被调整以适应这样的哲学，其适用于任何在IED的硬件部件之间传递的内部变量的数据。
IEC61850标准支持两种不同的用于编址的属性，这取决于数据是否来源于IED或者换言之从IED发布(使用GOOSE/SMV/MMS简档)，或者IED是否从其他对等IED接收数据(使用GOOSE/MMS通信简档)。当IED工程启动时，经由GOOSE终止到IED中的信息总需要是灵活的，因为人们事前不知道该IED从其他对等节点IED预订的信号数量。
对于支持预定义的或者固定的配置超集的IED，内部编址一般是恒定的。基于所选择的配置，IED工具生成所需的ICD/CID文件(IED配置描述文件/已配置IED描述文件)用于发布信息。然而，对于像过程控制器或者“智能”远程I/O系统，或者“I/O可配置”保护和控制继电器的IED(其允许部分或完全灵活的任意配置)，恒定的编址方案限制了功能性。除非编址方案是灵活的方案，否则，需要从所提到的IED类型(过程控制器或者“智能”远程I/O系统，或者“I/O可配置”保护和控制继电器)发布到其他的接收方IED的信息可能不是唯一的。
因此，需要开发灵活的编址技术，该技术利用了IED按照用户或者变电所需求而被配置的能力。
发明内容
根据一个方面，提供一种用于发布来源于智能电子装置(IED)的数据的方法。该方法包括将标识符指配给一个或多个数据字段，其中一个或多个数据字段与来源于智能电子装置的数据中的短地址属性相关联。
根据另一个方面，提供一种用于控制和监视变电所处操作的变电所自动化设备。变电所自动化系统包括智能电子装置(IED)，其中每一个IED都具有不同的能力，而该不同的能力被表示为功能列表。来自该功能列表中的每个功能都被表示为逻辑节点；并且每个逻辑节点包含一个或多个数据对象，其中，一个或多个数据对象采用灵活编址方案以发布来源于IED的数据。该系统还包括应用配置工具，用于基于变电所的需求来配置来自IED所提供的功能列表中的功能子集；其中，应用配置工具配置成利用灵活编址方案来动态更新一个或多个数据对象。
附图说明
当参考附图阅读下文的详细描述时，本发明的这些和其他的特征、方面和优点将会被更好地理解；在全部附图中，相似的字符代表附图中的相似部分，其中：
图1是智能电子装置(IED)的框图表示，以及其功能、数据和配置工具。
图2是用于从IED发布数据的方法的示例性步骤流程图表示。
图3是描述分布式控制系统(DCS)过程控制器的一个示例性实施例中将灵活编址方案用于从IED发布数据的快照；
图4是描述在保护和控制继电器作为切换对象的另一个示例性实施例中将灵活编址方案用于从IED发布数据的快照表示；
图5是描述在保护和控制继电器作为切换对象的另一个示例性实施例中将灵活编址方案用于从IED发布数据的快照表示；
图6是描述在保护和控制继电器作为切换对象的另一个示例性实施例中将灵活编址方案用于从IED发布数据的快照表示；
图7是描述在保护和控制继电器作为切换对象的另一个示例性实施例中将灵活编址方案用于从IED发布数据的快照表示；
图8是描述在保护和控制继电器作为通用输入输出的另一个示例性实施例中将灵活编址方案用于从IED发布数据的快照表示；以及
图9是描述在智能分布式输入/输出系统的另一个示例性实施例中将灵活编址方案用于从IED发布数据的快照表示。
具体实施方式
公开了一种用于使用灵活编址概念从智能电子装置(IED)发布数据的方法和系统，运行其以便动态填充由IED发布的数据或者信息中的编址字段，该IED工作在IEC 61850环境中。该功能性在相应的IED配置工具中被实现。该上下文中提到的灵活性相当于具有唯一的标识符用于从IED中流出数据(从IED中发布)和预订到IED中的数据。
现在参考图1，变电所自动化系统概括地被显示为附图标记12。该系统12包括多个智能电子装置(IED)(由附图标记14，14’，14”…14n-1来示出)。IED表示为物理装置，它包括多个逻辑装置。每一个IED都有不同的能力，该不同的能力通常表示为功能列表，显示为f1…fn，由附图标记16指示。这些功能的一些例子包括电力系统设备保护(基于过电流或欠电流、过电压或欠电压、过频率或欠频率、功率，阻抗等)、控制、计量和监视。来自这个功能列表中的每个功能都表示为逻辑节点(LN)，显示为L1…Ln，由附图标记18指示。每一个逻辑节点进一步地包含若干′数据对象例示′(DOI)20，表示为DOI1…DOIn。依照本技术的方面，一个或多个数据对象使用灵活编址方案以用于从IED发布数据(源自IED的数据)，概括地由附图标记22示出。如同本领域的技术人员所知道的，利用与逻辑节点关联的每个DOI来定义短地址属性(sAddr)，逻辑节点代表在IED中实现的功能。该短地址属性的表示因IED而异，这取决于内部编址方案(在IED中是普遍的)。本文所描述的该灵活编址方案包括：将标识符分配给一个或多个DOI，在对DOI编址时提供灵活性，并用于适当地映射从IED发布的信息，其通过MMS/GOOSE/SMV。
系统12还包括传感器28用于收集现场数据，现场数据作为SMV(采样测量值)传至一个或多个IED，由附图标记30所标示。本领域技术人员将认识到传感器可能也是IED。不同的IED使用GOOSE/MMS彼此通信(由附图标记26示出)，并且IED也发布数据，要利用MMS将该数据发送到用户显示器监视器或者如本文下面所述的IED配置工具24(由附图标记22标示)。
系统12包括IED配置工具24(如图1所示)，用于配置来自IED所提供的功能列表中的功能子集(如上文所述)，这基于变电所的需求。对于本领域技术人员来说显而易见的是，用户可以通过利用IED配置工具24按照在变电所处需要的最后应用来混合并匹配不同的功能，从而配置IED。此外，按照本技术方面，IED配置工具24被用于动态地(“动态出现(on the fly)”，在配置工具中没有任何预先类型定义或者用户干涉)更新一个或多个DOI，通过利用灵活编址方案更新标识符。由IED配置工具基于配置信息动态地更新上文所述的短地址属性。已配置信息的更新可能基于用户特定的配置数据，或者来自应用配置工具中的自动配置数据，或者响应于从IED的应用逻辑接收的虚拟(计算的)信号。
除此之外，附加的属性，例如LN前缀(LN前缀给出更多关于LN对其被建模的应用的信息)和实例编号(此类LN类型的实例)也能按照本技术方面基于用户/自动配置被动态更新。描述以上内容的例子在下面给出，利用IEC61850-变电所配置语言(SCL)：
Figure BPA00001505330300061
以上是基于通用I/O功能的逻辑节点的例子。在IED中(基于一些过程条件)生成警告条件的应用功能需要在IEC61850上发布。该功能被映射到GGIO LN。警告条件输出信息被映射到GGIO LN节点下的DOI“Alm”。本领域技术人员将认识到的是，“Alm”DOI至少由两个数据属性组成。“数据属性例示”(DAI)之一是短地址，其需要按照主IED中的内部编址规则利用动态值得到更新。短地址的更新是基于选择条件的，其包括数据类型，该数据类型是IED的关于寄存器通信地址寄存器的内部参考，或者对它的内部应用逻辑的参考，等等。可能被包含在短地址定义中的其他信息可能是数据处理标准，例如最小值和最大值，死区等。
图2是示例性的流程图32，其描述发布来源于IED的数据的方法的示例性的步骤。该方法包括在步骤34处将标识符指配给一个或多个数据字段，其中一个或多个数据字段与来源于智能电子装置的数据中的短地址属性相关联。在步骤36处，利用来自用户特定的配置数据或者自动配置数据的已配置数据信息对标识符进行动态更新。并且在步骤38处，由IED发布数据。
本领域技术人员将认识到的是，当功能或者输入/输出(I/O)的数量对于应用来说是未知的时候，本文所描述的方法提供了灵活的方式来配置IEC 61850配置文件。本技术对通用I/O、工作在不同数量的I/O上的电力控制应用特别有利。在IED给用户或者顾客的供应期间，这种I/O的数量通常不能被预先确定。因此，利用基于标识符的灵活编址方案，用户能够利用应用配置工具隐式且轻松地配置61850配置文件。
图3是计算机屏幕快照40，其中标识符与智能电子装置中的虚拟输出卡的信道相关联以实现过程控制器，比如分布式控制系统(DCS)处理器控制器。本文档中提到的DCS过程控制器是实时嵌入式装置，该实时嵌入式装置被用于电力自动化功能的实现，并且是符合IEC61850的。
快照40是通过利用过程控制器配置工具创建的。附图标记42指示过程控制器配置工具树视图(在导入SCD文件后创建)，其中重点在于“虚拟输出”模块PC GAPC。附图标记44是对应于PC GAPC的过程控制器配置工具的编辑器视图，其中具有由附图标记46指示的信道“Str”(开始)。附图标记48是集成有过程控制器配置工具的SCL文件视图，在附图标记50处示出对应的逻辑节点LN PCGAPC，并且在附图标记52处示出DOI“Str”。由附图标记54标示标准XML编辑器中的SCL文件的视图。
本领域技术人员将认识到的是，如上文示出的过程控制器配置工具树视图的创建完全取决于SCD文件内容，其又取决于运行在控制器中的过程逻辑。因此，树中的内容是完全灵活的。在这种情况下，如果短编址也是自适应的，这是有利的，如下文所述。
从图3可以看出，在附图标记44处，“Str”信道id是1.1.3.1。IED工具将该“Str”信道id转化成十六进制的当量01010301，其十进制当量是16843521，如附图标记56处所示。该地址或者标识符56被指配给“Str”DOI下的所有属性。本领域技术人员会认识到，标识符可被用于指示一般属性或者质量和时间戳。
本文描述的DCS过程控制器中，动态创建的“虚拟输出”单元与逻辑节点相关。利用基于在控制器中已配置的功能性而更新的标识符创建虚拟输出单元或者虚拟输出卡，控制器例如是电压控制、同步、减负载等(如同在模拟输出卡或数字输出卡中完成的那样)。这些虚拟输出单元具有与DOI相关的信道。信道标识符或者地址作为短地址属性的一部分基于变量的数据类型被更新。
图4是计算机屏幕快照58，其中标识符与智能电子装置的输入/输出(I/O)节点关联，以实现保护和控制继电器。切换对象指的是基本设备(例如由附图标记60示出的断路器CB)，从IED对其进行控制。这里，I/O可配置的保护基于用户配置数据。根据上述两方面更新短地址，除了基于用于该数据点的实际信号指配的信息之外。如图4中的上部所示，由附图标记62指示的断路器CBl(在64指示为切换对象)配置有信号指配“9”(由附图标记66指示)，其中来自用户接口(由68指示)的附加信息导致输出，如下文所述。
再一次参考图4，与切换对象2-2关联的逻辑节点CILO(由附图标记70指示)，与LN实例“9”一起，依照描述中的CB指定和对象类型而更新前缀，如上文所述。类似地，分别由附图标记72和74指示的逻辑节点CSWI和XCBR也被更新。参考图5-7更详细地描述关于70，72和74的进一步更新方面。
现在参考图5，快照76，参考图3描述的LN CILO具有两个DOI，即EnaOpn(由附图标记78指示)和EnaCls(由附图标记80指示)，它们的短地址被更新为具有与由附图标记82指示的信号指配以及分别用于自发传输的事件号84，86同样的数据。
在另一个例子中，如图6所示，快照88用于逻辑节点CSWI(也显示在图4中)，具有由附图标记82指示的LN实例9，按照描述中的CB指定和对象类型进行前缀更新，如附图标记90处所示。
在另一个例子中，如图7所示，快照92用于逻辑节点XCBR(也显示在图4中)，具有由附图标记82指示的LN实例9，按照描述中的CB指定和对象类型进行前缀更新，如附图标记94，96和100所示。
在另一个例子中，用于通用的输入和输出的快照102显示在图8中。由附图标记104指示的组合二进制输出和输入功能性被更新，从用户接口用附加的IEC61850定义对每一个功能性进行配置，并且导致带有下列关系的GGIO LN。分别由附图标记106和108指示的信号指配“1”和“2”被更新为LN/DOI短地址属性和DO描述属性，如附图标记110，112，114和116所示。信号描述被更新为DO(SPCSO)“d”属性值，如快照118所示。可以看出：OpCnt，Pos，BlkOpn和BlkCls DOI的短地址字段被更新为具有与信号指配同样的数据。同样，Pos DOI的短地址字段被更新为具有与信号指配同样的数据。
图9是另一个例子的计算机屏幕快照120，其中标识符与模拟/数字输入板的信道号和位置相关联，其中利用应用配置工具对模拟/数字输入板进行配置以实现智能分布式I/O IED。取决于信道号和模块的位置，短地址属性被更新。举例来说，在位置“3”(由附图标记126指示)处的数字输入板124的第5个信道(由附图标记122指示)配置成警告(由附图标记128指示)。与以上关联的LN实例是3(由附图标记130指示)。已更新的简档概括地由附图标记132示出，并且已更新的属性由附图标记134-142示出。
可以利用GOOSE/SMV/MMS通信简档将模拟/数字输入板所收集的现场数据发送到其他的IED。相似地，在同一板中的其他信道可以配置成事件，通过将它映射为“Ind”DOI。通过模拟输入板收集的数据可以被映射为MV或SAV DOI。
因此，按照本技术方面，可以使用来自现场的信号或者来自来源于IED的应用逻辑的虚拟信号、用灵活的方式对可配置的/模块化的装置进行编址。在配置文件被IED接受之前，利用标识符的短地址可被用于从IED中获取数据，并且也能够被用于验证实际的硬件配置。因此，本文描述的方法也提供了关于实际的装置配置/装置能力来验证(通过在在线配置机制情况下(但不限于在线配置机制)的IED配置工具，或者通过离线配置机制情况下的IED)IEC61850配置文件(ICD/CID)的方式。验证步骤是增加的特征，以确保配置的正确性。同样，基于应用，逻辑节点和功能的分配可以被分组，并且数据模型可以被设置以映射实际的产品。
此处可能也需要注意的是，尽管说明书提到IEC 61850标准，但以上描述的方法和系统也可以转换成其他标准，并且IEC 61850标准是以上提到的技术和系统的示例性的非限制实施。
虽然本文仅显示和描述了本发明的某些特征，本领域技术人员仍然可以想到许多修改和改变。因此，需要理解，所附的权利要求意在覆盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和变化。

Claims (10)

1.一种用于发布来源于智能电子装置(IED)的数据的方法，该方法包括：
将标识符指配给一个或多个数据字段，其中所述一个或多个数据字段与来源于所述智能电子装置的数据中的短地址属性相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将应用配置工具用于基于用户特定的配置数据来动态更新所述标识符。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述动态更新基于来自所述IED配置工具的自动配置数据。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述动态更新响应于从所述智能电子装置的应用逻辑接收的虚拟信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标识符与所述IED中虚拟输出卡的信道相关联，或者与所述智能电子装置的输入/输出(I/O)节点相关联，或者与两者均关联。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标识符与模拟/数字输入板的信道号和位置相关联，其中，利用IED配置工具来配置所述模拟/数字输入板。
7.一种用于控制和监视变电所处的操作的变电所自动化设备，所述变电所自动化设备包括：
多个智能电子装置(IED)，所述多个IED中的每一个都具有不同的能力，该不同的能力被表示为功能列表；来自该功能列表中的每一个功能都被表示为逻辑节点；每一个逻辑节点包含多个数据对象，其中，来自所述多个数据对象中的一个或多个数据对象采用灵活编址方案以用于发布来源于所述IED的数据；以及
应用配置工具，以用于基于所述变电所的需求来配置来自所述IED所提供的功能列表中的功能子集，其中，所述应用配置工具配置成利用所述灵活编址方案来动态更新所述一个或多个数据对象。
8.根据权利要求7所述的变电所自动化设备，其中，所述灵活编址方案包括：
指配给所述一个或多个数据对象的标识符，所述标识符能够进行动态更新，其中，所述一个或多个数据对象与来源于所述智能电子装置的数据中的短地址属性相关联。
9.一种用于监视和控制变电所中操作的智能电子装置(IED)，所述IED包括：
功能列表；每一个功能都被表示为逻辑节点；每一个逻辑节点都表示多个数据对象；以及
灵活编址方案，以用于配置来自所述多个数据对象中的一个或多个数据对象以及从所述IED发布数据。
10.根据权利要求9所述的IED，其中，所述灵活编址方案包括：
指配给所述数据对象的标识符，其中所述标识符被动态更新，并且其中所述数据对象与从所述IED发布的数据中的短地址属性相关联。
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