CN102713772A - 用于变电站自动化系统的工程的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于变电站自动化系统中的功能的一个或多个IED的工程和配置的方法。还公开的是一种用于实现该方法的配置向导。该方法包括为应用功能创建预定义类型定义，提供用于相对于应用来选择适当参数的可选择菜单。使用这些参数和预定义类型定义，该方法包括为应用功能创建过程配置输出，并且基于过程配置输出来配置一个或多个IED。

Description

用于变电站自动化系统的工程的方法和系统
一般来说，本发明涉及电力自动化系统领域，更具体来说，涉及加工工业和电力公司的变电站自动化系统中的过程控制器和智能电子装置的配置工具。
背景技术
在大多数情况下，所有加工工业涉及大的能量消耗，并且通常包括专用发电和配电系统来满足他们的能量需求。除了电力公司等之外，加工工业的示例包括但不限于水泥、制浆和造纸、化肥厂、矿业金属公司、水和废水处理工厂、炼油厂和化工厂。
这些加工工业包括：开关场，促进电网连接；发电厂，促进自备发电(captive generation)；以及变电站，用于电力疏散(power evacuation)以及对分布于各种加工领域的不同负载中心的供电和配电。变电站一般包括多个电力变压器和配电变压器、布线(cabling)、开关、无功功率(reactive power)和接地设备。各种加工领域中的电气设备包括电动机、变速驱动器，变速驱动器又驱动例如泵、压缩机等各种加工设备。需要保护这些电气设备免受例如电流和电压浪涌或功率摆动、内部故障、过程过载等电力系统异常的影响，并且这个目标通过智能电子装置(IED)来实现，该IED提供不同的变电站保护、控制、监测和计量功能。IED是基于微处理器的设备，它们与诸如断路器、发电机、变压器、电力线、电力电缆、电抗器、电动机、电容器组等电力系统设备关联。通常，IED从传感器接收例如电压和电流等主要电力系统信息，以便执行各种保护和监测功能。
普通类型的IED包括保护中继装置、负载抽头变换开关控制器(load tap changer controller)、断路器控制器、重合器控制器(reclosercontroller)、电压调节器、馈送管理器等。单个IED能够并发地执行若干保护、计量、监测和控制功能。但是，一些保护和自动化功能需要多个IED的同时参与。
来自国际电工委员会(IEC)的IEC61850标准提倡使用公共工程模型(例如使用逻辑节点的IEC61850公共工程模型)、数据格式和通信协议在来自各种制造商的智能电子装置(IED)之间实现互操作性。因此，近来的IED设计成支持用于变电站自动化的IEC61850标准，这提供互操作性和高级通信能力，例如GOOSE(通用面向对象变电站事件)和MMS(制造消息系统)通信简档。
基于IEC 61850的当代变电站自动化(SA)系统一般由下列组件来组成：保护和控制(P&C)IED、SA过程控制器IED(各IED具有其自己的本地人机接口(LHMI))、变电站级人机接口和变电站(到控制中心的)网关。
所有上述设备在作为工作SA系统的一部分被部署之前都需要进行大量的离线配置/工程，并且执行其单独功能。例如，最接近该过程的IED使它们记录/处理的数据传递到其它类别用于各种目的。SA过程控制器IED实现复杂自动化变电站范围控制/电力管理算法，对于这些算法SA过程控制器IED需要来自P&C IED的模拟和数字数据。它们还会需要将(来自这些算法的)激活命令信息继续传递回到P&CIED。LHMI需要用于显示用于执行由IED所控制的电气设备操作的、例如单线图等信息的配置数据、可设置IED参数、相应变电站间隔测量和状态信息等。变电站级HMI还需要用于显示用于执行变电站上的所有P&C IED所控制的电气设备操作的、例如单线图等信息的配置数据、单独IED的可设置参数、变电站范围(substation-wide)间隔测量和状态信息等。变电站网关也需要来自P&CIED的配置信息被传递给远程控制中心。
另外，每一个IED还需要配置它自身用于各种保护、测量、监测和控制功能。这至少由手动地和/或以半自动方式进行的下列步骤组成：
-硬件配置
-应用逻辑配置(功能块及它们之间的连接)
-IEC 61850通信和数据配置
-LHMI的所需配置
-来自外部IED的每一个信号到应用逻辑中的映射和连接
上述步骤/目标集合中的大多数或所有还可应用于SA过程控制器IED。
由于执行SA设备的配置信息的上述步骤的大多数实质上是分立的且复杂的，所以配置工程师必须花费大量时间和工作量来最终部署或调试SA设备和系统。另一方面在于，配置工程师需要在SA工程的所有方面经过训练以无误地正确执行任务。高的手动配置要素使整个过程易于出错以及易于错误，由此使它低效并且生产率低。
因此，这些多个手动任务意味着IED/过程控制器/HMI系统的工程和配置的大工作量，由此引起较高成本和较低工程效率。此外，配置的任何更改或应用功能的修改涉及暗示花费相当大量时间和工作的相当多的手动活动。
因此，需要开发一种技术，该技术允许过程控制器和IED应用的有效且节省时间的配置。
发明内容
按照一个方面，公开变电站自动化系统中的应用功能、通常为涉及多个IED的例如甩负载(load shedding)等电力管理功能的符合IEC61850的IED/过程控制器的工程和配置的方法。该方法除了提供用于构建由用户选择的应用功能的互连以及相对于所述应用功能的适当参数之间的互连的关键字之外，还包括为应用功能创建预定义类型定义。适当参数与IEC 61850通信、IED或过程控制器版本、网络配置和指令码检测关联。
由于它是本领域的技术人员已知的，所以IED或过程控制器版本用于使用工程工具来传达IED/控制器支持的电力管理功能能力或应用类型的变体。另外，指令码检测用于自动地检测IED/控制器的实际硬件配置或者还用于检验应用配置是否能够由所选硬件使用工程工具来照管。工程工具的网络配置方面还包括配置例如汇流条的选择、汇流条的添加或去除、如发电机等电源或电网连接和可甩负载的选择、向汇流条指配电源和负载、将电源、负载和网络断路器元件关联到IED、电源和可甩负载的添加或去除以及耦合器配置等的甩负载电力管理功能中涉及的元件的特征。
使用这些参数和预定义类型定义，该方法包括自动创建多过程配置输出，例如自动创建功能块、自动执行它们之间的连接、自动创建IED/过程控制器的IEC61850IED配置描述(ICD)文件、基于IEC61850GOOSE和MMS来自动预处理将要基于正在配置的应用发送给其它IED或者从其它IED接收的信息、自动检查硬件配置适合性、自动创建本地HM和中央HMI显示并且链接到IEC61850变量。
按照另一方面，配置向导用于实现上述方法。配置向导包括配置用于经由可被选择以用于应用功能(例如将要在IED/过程控制器中实现的甩负载)的菜单来接收适当参数的输入模块。配置向导还包括其中包含应用功能的预定义类型定义并且配置用于处理适当参数以及用于创建那个应用功能的多个过程配置输出的处理模块。显示模块也由配置向导来提供，并且显示模块配置用于基于过程配置输出来显示IED/过程控制器的配置数据。
附图说明
参照附图阅读以下详细描述时，将会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，附图中，相似符号在附图中通篇表示相似部件，其中：
图1是由示范配置向导提供的用于通过示范方法来配置IED/过程控制器的不同过程配置输出的示意表示；
图2是用于变电站自动化系统中的功能的一个或多个IED的工程和配置的方法的示范流程图的流程图表示；以及
图3是包括用于实现图2所示方法的配置向导的变电站自动化系统的图解表示。
具体实施方式
本文所述的系统和技术包括用于涉及一个或多个IED/过程控制器的任何应用功能的IED/过程控制器的工程和配置的单步配置方法。单个或多个IED/过程控制器的应用功能的一些非限制性示例包括保护、计量、控制、监测、电力管理等。
图1是由示范配置向导提供的用于通过本文所述示范方法来配置IED/过程控制器的不同过程配置输出的示意表示。在示范实现中按照IEC 61850与应用功能和IED相关的、能够通过本文所述的系统和方法来配置的不同字段(field)如图1所示，并且概括地由参考标号10来表示。该技术包括提供过程配置输出，其中包含IED/过程控制器硬件12(IED/控制器中配置应用功能所需的硬件)的配置、通过IEC 61850GOOSE和MMS的IED/过程控制器通信14、应用功能块例示16(与正在配置的功能有关的操作参数的集合)、功能块之间的连接18、IEC61850配置(SCL文件，即，变电站配置语言文件)20，其中IEC61850SCL文件配置用于IED/控制器连同配置为对于正在配置的应用功能被感知的IEC61850数据流(在所涉及IED/控制器与其它符合IEC61850的IED之间)；IEC 61850配置20包括来自通信配置14的附加信息；本地HMI显示和信息配置22、HMI显示和信息配置24以及IEC61850通信工程和映射(来自其它IED/过程控制器的)GOOSE入局信息到应用逻辑中26。
基于用户提供给配置向导的简单过程配置输入并且基于内置于配置向导的预定义类型定义，来自配置向导的配置输出与对变电站自动化系统的其它方面自动生成的(输出)信息有关。输入可能是对工厂或变电站的电力系统配置的描述以及与它们配置用于的功能性的上下文中的电力系统设备有关的细节。上文针对图1说明了(基于输入的)这些自动配置的输出。
图2是用于产生如图1所示的单个窗口综合能力的变电站自动化系统中的应用功能的IED/过程控制器的工程和配置的方法的示范流程图。图2中的流程图28中所述的方法包括在步骤29为通过功能块和适当参数所实现的应用功能创建预定义类型定义。这些预定义类型定义允许下列关联：
-IED/过程控制器的IEC61850通信
-基于应用功能将例如断路器、隔离开关、变压器、汇流条、发电机、电网连接、负载馈电等变电站设备与IED/过程控制器关联
-根据应用功能将IED/过程控制器与其它IED/过程控制器(若有的话)和HMI关联
-识别其它IED/过程控制器是否通过IEC 61850GOOSE或者经由硬连线I/O向正在配置的IED/过程控制器发送过程信息。
-将要在IED/过程控制器中使用的硬件组件的选择
预定义类型定义还包括单线图(SLD)的定义。SLD示出所有组件(断路器、变压器、电容器、汇流条、发电机和导体)并且对于理解作为总体系统的一部分的各种组件中每个组件的功能是有用的，SLD通常为本地和中央HMI系统查明在任何时间点变电站或者过程的状态，也就是，过程显示的内容。备选地，SLD定义还能够包含在来自配置向导的对IED/过程控制器所生成的IEC61850配置文件中。
该方法还包括基于预定义类型定义来执行从其它IED/过程控制器所接收/将要接收的GOOSE输入信息到应用逻辑中的相应功能块的内部映射。
该方法还包括在步骤30通过用于相对于应用功能来选择适当参数的可选择菜单从可提供的多个参数中选择适当参数。该方法还规定从用户接口访问可选择菜单。在一个示例中，用户接口是与相应一个或多个IED关联的本地HMI。在另一个示例中，用户接口是对于多个IED而言共同的中央HMI。
在示范实现中，可选择菜单包括不同字段。这些可实现为下拉菜单或请求窗口或者任何类似图形，以便从用户接收输出。可选择菜单允许选择适当参数，例如但不限于：
-IEC 61850通信协议，
-例如用于甩负载功能性的电力管理控制器等应用功能的IED/过程控制器版本，
-变电站设备关联，包括汇流条、例如发电机和电网连接的电源和可甩负载、源和可甩负载的添加/删除以及总线耦合器配置。
-例如发电机和公共电网连接等电源和可甩负载，
-与IED的变电站设备关联和通信关联，
-一个或多个IED的硬件配置
可选择菜单还可提供如“下一步”和“完成”的提示窗口，以便提示用户进行必要动作。
一旦选择适当参数，该方法包括基于将要在IED/过程控制器中配置的应用功能来处理这些参数。在一个示例中，对于IED/过程控制器的IEC61850配置(ICD文件)，处理步骤包括得出：
-逻辑装置(LD)和逻辑节点(LN)实例的所需数量
-切换和传导设备信息连同关联的LD和LN
该方法还规定IEC61850通信工程的配置
-包含IED/过程控制器与HMI之间的IEC61850MMS信号的传递
-基于正在配置的应用功能和其它IED/过程控制器中完成的IEC61850配置，包括正在配置的IED/过程控制器与其它IED/过程控制器之间交叉流动的IEC61850GOOSE信号的传递
再次参照图2，该方法在步骤32包括：使用预定义类型定义基于适当参数的选择并且在上文中所述的处理步骤之后为该应用创建不同过程配置输出(如图1所示)。
由于以上所述，方法在步骤34包括基于不同过程配置输出来配置预期应用功能的一个或多个IED。
该方法还有利地规定基于一个或多个新过程要求来重新配置一个或多个IED。本领域的技术人员将会理解，一个或多个新过程要求包括添加或去除电力系统组件。
另外，通过使用基于IED/过程控制器所支持的功能超集的可配置方式或者用于IED/过程控制器的工程的基于模板的标准解决方案(通过使用可选择菜单和上述步骤)方式的组合，自动地配置其应用功能、IEC61850本征和系统特定配置、本地和中央HMI配置、通信和硬件配置。因此，对于进行最新(fresh)配置/工程或变化的引入实际上不存在超前时间。因此，IED/过程控制器的变化的加载是最小的，并且由此实际上没有引起所涉及功能的停机时间。
一旦完成，完成的配置能够作为模板来存储，并且在以后的时间点再用于同一应用类型的不同配置。
下面提供上述方法的非限制性说明性示例。用户选择汇流条的数量，并且识别负载或电源是否连接到汇流条。基于预定义类型定义以及来自用户的输入，配置向导对于连接有负载的每一汇流条在SCL文件中例示用于测量的一个逻辑装置以及用于跳闸命令的另一个逻辑节点。在(需要定义的)逻辑环境中，配置向导例示一个测量和甩负载跳闸命令相关功能块以及在逻辑环境中可查看的功能块间连接。
用于实现快速配置的方式和方法包括例如与其相应作用一致地分类变电站自动化过程控制器IED中的每个功能块：
-输入接口功能块：指定为从外部源(IEC 61850GOOSE上的其它变电站自动化过程控制器IED和P&C IED或者作为来自现场设备的硬连线信号)收集变电站范围控制或电力管理功能的输入信息，并且将它继续传递到核心功能块。
-核心功能块：在一个或多个功能块中基于由输入接口功能块向其传递的实时信息来运行变电站范围控制或电力管理算法
-输出接口功能块：来自核心功能块的输出或判定信息需要使用IEC 61850传递到其它保护和控制IED或HMI上或者作为硬连线信号传递给现场设备。信息的这些集合在逻辑上分为一系列功能块。
在将功能块分类之后，这些功能块中的每个功能块与变电站自动化过程控制器IED中实现的变电站范围控制或电力管理应用的IEC61850模型关联。这通过后端映射以将一个功能块关联到单个IEC61850逻辑节点、将一个功能块关联到多个IEC 61850逻辑节点以及将多个功能块关联到单个IEC 61850逻辑节点来实现。
此外，各功能块的输入和输出引脚信息(如名称、数据类型等)连同这些功能块引脚之间的连接规则被描述为后端信息。然后对输入接口功能块和核心功能块以及核心功能块和输出接口功能块定义连接规则。
此外，在后端将各功能块描述为某种类型，使得同一类型的许多实例是可能的。
在这里可注意，基于可取决于产品边界(product boundary)、性能限制等等的IED的解决方案覆盖来对能够例示的功能块的数量设置极限。
基于变电站范围控制或电力管理应用要求，来自外部IED的标准输入信息的预定集合也在后端对于下列项被定义：
-输入信号在输入接口功能块的其相应输出引脚处的可用性
-接口功能块与核心功能块之间的连接
-来自保护和控制IED的外部信号的IEC 61850建模
类似地，对硬件配置进行后端定义，例如，在后端预先定义变电站自动化过程控制器IED所支持的硬件模块。这些定义基于硬件机架(hardware rack)、基于将要从外部现场设备接收的硬件输入、基于将要发送给外部现场设备的硬件输出、基于通信能力、基于处理器能力、基于电力供应要求。
基于可取决于产品边界、性能限制等等的IED的解决方案覆盖来对能够例示的硬件模块的数量也设置极限。
也对单线图配置进行类似的后端定义。这些定义基于变电站范围或电力管理功能要求，并且对例如发电机、变压器、负载、汇流条和联络线(tie line)等不同对象进行单线图定义。
在这里也基于可取决于产品边界、性能限制等等的IED的解决方案覆盖来对能够例示的对象的数量设置极限。
后端处的这些定义使配置向导能够获取选择性用户输入，并且提供IED和/或过程控制器的配置。
上文所述的方法通过如图3所示的示范实施例来实现。图3是包括用于一个或多个IED/过程控制器46、48的工程和配置的配置向导42的变电站自动化系统40的图解表示。配置向导42包括输入模块50，输入模块50配置用于经由可选择菜单(用户接口)相对于应用来接收适当参数。
配置向导42还包括处理模块52，其中包括应用功能的预定义类型定义。处理模块52使用预定义类型定义来处理适当参数，并且为该应用创建多个过程配置输出。
能够在配置工具表面中查看所有过程配置输出。这一般表示为通用显示模块54。
一旦经由可选择菜单选择了适当参数，配置向导进行这些参数的处理用于配置一个或多个IED。如果在选择参数时存在差错或者选择了不充分的参数，则在用户接口处闪烁适当消息。
本领域的技术人员应当理解，本文所述的技术和系统有利地降低过程控制器和IED的工程和配置时间，并且因而增强作为自动化系统的一部分的这些装置的安装和调试期间的效率和生产率水平。该技术也是简单的，并且因此能够由具有SA系统的普通知识/背景的工程师来使用。
虽然本文仅说明和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将会想到多种修改和变更。因此要理解，所附权利要求书预计涵盖落入本发明的真实精神之内的所有这类修改和变更。

Claims (10)

1.一种用于变电站自动化系统中的应用功能的一个或多个IED和/或过程控制器的工程和配置的方法，所述方法包括：
为所述应用功能创建预定义类型定义；
相对于所述应用功能从多个参数选择适当参数；
基于所述适当参数的选择和所述预定义类型定义来为所述应用功能创建多个过程配置输出；以及
基于所述多个过程配置输出来配置所述一个或多个IED。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定义类型定义还包括：
例示所述应用功能的一个或多个逻辑功能块以及所述一个或多个逻辑功能块之间的必要互连；
例示所述应用功能的可用于选择的所述适当参数；以及
为所述一个或多个IED和/或过程控制器创建配置数据以便在与所述应用功能关联的用户接口处显示。
3.如权利要求1所述的方法，其中，从包括如下项中的至少一项的群组中选取所述适当参数：IEC 61850通信、所述应用功能的IED/过程控制器版本、网络配置或者指令码检测或者其组合。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述网络配置还包括汇流条的选择、汇流条的添加或去除、电源和可甩负载的选择、电源和可甩负载的添加或去除以及耦合器配置。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个过程配置输出包括功能块间连接、GOOSE映射、一个或多个IED的IEC配置文件、应用逻辑块例示、通信配置、本地HMI配置、中央HMI配置、硬件配置以及它们的组合。
6.一种用于变电站自动化系统中的应用功能的一个或多个IED的工程和配置的配置向导，所述配置向导包括：
输入模块，配置用于经由所述IED所实现的所述应用功能的可选择菜单来接收多个适当参数；以及
处理模块，包括所述应用功能的预定义类型定义，并且配置用于处理所述适当参数以及用于为所述应用功能创建多个过程配置输出。
7.如权利要求6所述的配置向导，还包括显示模块，所述显示模块配置用于基于所述多个过程配置输出来显示所述一个或多个IED的配置数据。
8.如权利要求6所述的配置向导，其中，所述显示模块配置用于显示可选择菜单，所述可选择菜单用于相对于所述应用功能来选择所述适当参数。
9.如权利要求7所述的配置向导，还包括用于访问所述显示模块的人机接口(HMI)。
10.如权利要求6所述的配置向导，其中，所述过程配置输出包括功能块间连接、GOOSE映射、一个或多个IED的IEC配置文件、应用逻辑块例示、通信配置、本地HMI配置、中央HMI配置、硬件配置以及它们的组合。
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