CN104412543B - 自动配置智能电子设备的通信能力的配置模块 - Google Patents

自动配置智能电子设备的通信能力的配置模块 Download PDF

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Abstract

一种配置模块，用于自动配置电力分配网络的变电站自动化系统的智能电子设备的通信能力。该配置模块包括：第一计算机化装置，配置为获得第一数据，所述第一数据指示所述智能电子设备和一个或多个其它智能电子设备之间的逻辑电力/数据流；第二计算机化装置，配置为基于所述第一数据生成所述智能电子设备的配置描述文件，所述配置描述文件包括通信描述数据集，该通信描述数据集包括基于描述所述智能电子设备和所述其它智能电子设备之间的逻辑电力/数据流的第一数据生成的信息；第三计算机化装置，被配置为在所述智能电子设备中存储所述配置描述文件，使得所述智能电子设备使用所述配置描述文件来代替之前存在的配置描述文件。

Description

自动配置智能电子设备的通信能力的配置模块
技术领域
本发明涉及电力分配网络中的变电站自动化系统领域。
更具体地，本发明涉及一种配置模块，用于自动配置用于低压或中压电力分配网络的变电站自动化系统的智能电子设备的通信能力。
背景技术
本发明的原理中的术语“低压”涉及低于1kV AC和1.5kV DC的电压，而术语“中压”是涉及低于72kV AC和100kV DC的电压。
众所周知，电力分配网络包括各种所谓的“主设备”，如变压器、电抗器、电容器组、断路器、隔离开关等。
所述主设备通过变电站自动化(SA)系统来操作，其包括各种“次级设备”，配置用于管理所述主设备的操作。一个典型的例子中，所述的次级设备由所谓的智能电子设备(IED)来表示。
这些电子设备被配置为对电力分配网络的一个或多个主设备执行保护、控制和/或监视功能。它们可以包括：中继设备、负载抽头变换器控制器、断路器控制器、电容器组开关、重合器控制器、电压调节器、等等。
通常情况下，各IED设置有控制单元，包括微处理器，它能够并发地执行若干保护、测量、监视和控制功能。
SA系统还可以包括其它类型的次级设备，例如，用于提供IED和更高级别的控制系统间的连接功能的自动化设备，或用于IED间的协调的自动化设备。
SA系统的次级设备可通过包括一个或多个在不同的级别的通信总线(例如一个或多个过程级总线，间隔层和站级总线)的通信网络进行彼此通信。
各种协议用于管理SA系统中的通信，其包括许多专有通信协议。
对于SA系统的次级设备之间通信的标准已由IEC 61850规定引入。
对于垂直的通信消息，IEC 61850标准提供了被称为“制造消息规范(MMS)”协议的通信协议，它基本上基于传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)协议。
对于水平的基于事件的消息，IEC 61850标准提供了被称为“面向通用对象的变电站事件(GOOSE)”协议的通信协议。
根据该通信协议，发送的数据被嵌入到以太网数据包中，并且被分配为对等的多播或广播消息。
数据包基本上是使用发布者-订阅者机制来传输的。由此，使得每一个次级设备能够接收通过选定发布者，例如通过选定的次级设备，所发送的消息，其通过存储在所述次级设备存储器中的MAC(媒体访问控制)地址列表来标识。另一方面，由每个次级设备发送的消息仅由选定的用户接收，即，由选定的次级设备接收，所述选定的次级设备的MAC地址包括在次级设备MAC地址列表中。
对于通过通信网络的涉及非常快速周期性变化信号的数据多播传输(例如，有关测量的模拟电压或电流的数据)，IEC 61850规定了采样值(SV)服务协议，根据该协议，发送的数据被嵌入到以太网数据包，对于GOOSE协议也是如此。
IEC 61850预见到SA系统的各IED的功能通过基于XML的标准系统配置描述语言(SCL)来描述。
描述IED的功能的信息被收集在配置描述文件(SCL文件)中，它在后者的工作期间存储在IED的存储器中。
在一般情况下，IED的SCL文件包括描述在SA过程中通过IED执行的功能的信息。
SCL文件包括通信描述数据集，它包括描述IED的通信能力的信息。
特别地，所述通信描述数据集包括描述IED和SA系统中其它IED之间逻辑电力/数据流的信息。
通信描述数据集可以包括其它数据，例如，用于发送/接收GOOSE数据包的MAC地址列表、GOOSE信息通信量的相关数据等。
如已知的，普通SA系统功能是要设法尽快(通常在毫秒范围内)隔离在电力分配网络中的故障，从而避免产生向电力分配网络馈电的主变电站的保护干预措施。
在电力分配网络中的故障事件由此被SA系统作为时间关键事件来处理。
因此，通常采用IED之间的GOOSE消息传递来协调IED的保护干预措施。
尽管如此，SA系统被配置成协调IED的保护干预措施，以避免在电力分配网络不受该故障事件影响的部分产生不必要的服务中断。
因此，仅在根据逻辑电力/数据流，没有收到来自相邻IED和/或主设备，尤其是直接位于在IED之间的逻辑电力/数据流的上游和下游的IED，的阻塞/许可消息时，使得IED能够进行干预以隔离故障(例如，命令电路断路器中断沿电力分配网络的一个部分流动的电流)。
当前的SA系统已被证明对于限制在电力分配网络中的故障事件后续的服务中断的蔓延是相当有效的。
尽管如此，有关缺点也必须表明，这些缺点基本上与对通信网络的逻辑结构中可能的变化的较差管理能力相关。
如果IED之间的逻辑电力/数据流随时间保持不变，则所描述的故障管理模型的工作正常，这是因为IED总能根据存储在其自身的SCL文件的通信描述数据集中的信息来区分由相邻的IED发送的许可消息。
如果通信网络的逻辑配置因为一些原因被修改，则一个IED将不再能够确认其最近的相邻IED。
因此，通信网络的逻辑配置的任何变化需要更新IED的受所述变化影响的SCL文件的通信描述数据集。
通信网络的逻辑配置的变化通常由电力分配网络的拓扑的变形来确定。
不幸的是，电力分配网络在其工作期间一般都会经历大量的拓扑变化。作为一个例子，一个相对扩展的电力分配网络可能会经历每年超过200次的拓扑变化。
作为结果，对IED的通信能力的重新配置或更新活动通常意味着SA系统相关的维护成本，因为，目前IED的SCL文件的重新配置需要一个熟练的技术人员的现场干预。
在市场中，上述缺点，至少部分缺点，都急需技术解决方案。
发明内容
为了应对这种需要，本发明提供了一种根据下面的权利要求1和相关的从属权利要求所述的配置模块，用于自动配置IED的通信能力。
在一般的定义中，根据本发明的配置模块的特征在于，包括以下特征的事实：
-第一计算机化装置，配置为获得第一数据，所述第一数据指示IED和一个或多个其它IED之间的逻辑电力/数据流的配置，其中其它IED通过SA系统的通信网络和所述IED通信；
-第二计算机化装置，配置为在所述第一数据的基础上生成所述IED的配置描述文件，所述配置描述文件包括通信描述数据集，所述通信描述数据集包括在描述所述IED和连接到通信网络的其它IED之间的逻辑电力/数据流的所述第一数据的基础上生成的信息；
-第三计算机化装置，被配置为将所述配置描述文件存储到所述IED中，使所述配置描述文件替代之前存在的配置描述文件被所述智能电子设备使用。
配置模块，根据本发明，特别适合于在该通信网络的逻辑配置变化之后，特别是在电力分配网络的物理布局改变之后，重新配置IED的通信能力。
配置模块，根据本发明，优选地嵌入到所述SA系统的IED中，但它也可以被嵌入SA系统的其它次级设备中。
优选地，所述配置模块，根据本发明，是一种计算机程序产品，它存储或上传到IED的存储器中(和/或根据程序嵌入的位置存储在其它次级设备的存储器中)，并且通过后者的数字处理装置执行。
可替换地，配置模块，根据本发明，可以是可操作地关联或集成在IED的控制单元(和/或关联或集成在另一次级设备的控制单元)中的物理设备。
附图说明
通过仅在附图中以非限制性示例的方式示出的优选实施例的详细描述，本发明进一步的特征和优点将变得更加清楚：
图1-2是方框图，其示意性地示出了具有两个不同的物理布局的电力分配网络；以及
图3是方框图，其示意性地示出了智能电子设备；以及
图4是方框图，其示意性地示出了根据本发明的配置模块；以及
图5-8是方框图，其示意性地示出了根据本发明的配置模块的操作。
具体实施方式
参见所引用的附图，本发明涉及一种配置模块1，用于自动配置低压或中压电力分配网络100的SA系统10的IED 12A的通信能力。
电力分配网络100包括主设备102A、102B、102C、102D、102E、102F、102G，这些主设备由电力导体101馈电或可操作地连接。
有利地，电力分配网络100通过一个或多个主变电站200，例如一个或多个发电设施或电力传输网络，被馈电，。
SA系统10包括多个次级电子设备，其有利地包括IED 12A和其它IED 12B、12C、12D、12E、12F、12G，其可操作地关联至所述主设备102A-102G。
SA系统10优选地还包括至少一个自动化设备13。
自动化设备13可以是任何配置用于提供自动化功能的自动化设备，所述自动化功能用于实现由SA系统10所进行的自动化过程。
例如，自动化设备13可以是一个控制平台，其能够提供通信网关、控制和/或用户接口功能，或者可以是配置以提供IED 12A-12G的控制/协调功能的控制服务器。
SA系统10还包括通信网络11，其优选包括形成以太网LAN(局域网)或WAN(广域网)的一个或多个通信总线。
IED 12A-12G通过通信网络11连接，并且被配置成能够通过后者相互通信。
因此，IED 12A能够有利地通过通信网络11与任何其它的IED 12B-12G交换数据包。
根据通信网络11的逻辑配置，特别是根据IED 12A和其它IED 12B-12G之间的逻辑电力/数据流，发生数据包的交换。
优选地，根据符合IEC 61850标准的广播或多播通信协议，尤其是根据GOOSE通信协议，所述IED 12A能够与IED 12B-12G交换数据包。
IED 12A包括控制单元122，其优选地设置有数字处理设备，例如微处理器。
有利地，IED 12A是被构造成符合IEC 61850标准的电子设备。
IED 12A包括存储了描述IED 12A的操作功能(例如，通过标准SCL语言)的配置描述文件(例如，SCL文件)124的存储位置122。
为简单起见，现在将参考该配置描述文件为SCL文件的情况描述本发明。这种选择并不旨在作为本发明范围的限制。配置描述文件，如文件124，也可以是与SCL文件不同的其它类型的文件。
SCL文件124包括一个部分，其中存储了通信描述数据集1240，其包含描述了1ED12A的通信能力的信息。
通信描述数据集1240有利地包括涉及所述通信网络11的逻辑配置，特别是IED12A和其它IED 12B-12G之间的逻辑电力/数据流，的信息。
通信描述数据集1240还可以包括其它数据，例如，用于GOOSE数据包的发送/接收的MAC地址列表、与GOOSE消息发送业务量相关的数据等。
配置模块1包括计算机化装置，用于自动配置IED 12A的通信能力。
在本发明的框架中，术语“计算机化装置”涉及软件模块、例程和/或指令，其可以通过微控制器或其它数字处理设备存储或上传以及执行。
根据本发明，所述配置模块1包括第一计算机化装置1A，其被配置为获取指示所述SA系统的IED 12A-12G之间的逻辑电力/数据流的第一数据DATA1。
特别地，所述第一数据DATA1指示SA系统10中IED 12A和最邻近的IED之间的逻辑电力/数据流。
配置模块1包括第二计算机化装置1B，其被配置为在第一数据DATA1的基础上为智能电子设备12A生成新的配置描述文件(例如，新的SCL文件)124NEW。
新的SCL文件124NEW包括通信描述数据集1240NEW，其包括在第一数据DATA1的基础上生成的信息，所述信息描述了智能电子设备12A和其它的智能电子设备12B-12G之间的逻辑电力/数据流。
配置模块1包括第三计算机化装置1C，其被配置为在智能电子设备12A，特别是在存储器位置123中，存储新的SCL文件124NEW。
以这种方式，新的SCL文件124NEW有利地取代了智能电子设备12A之前存在的SCL文件124以描述IED 12A的可操作功能，特别是后者的通信能力。
新的SCL文件124NEW因此代替了之前已有的配置描述文件124在IED 12A中使用。
当因任何原因，特别是由于在电力分配网络100的物理布局改变，引起所述通信网络11的逻辑配置改变时，计算机化模块1特别有用。
在图1-2中示出了其中物理配置发生改变的电力分配网络100的示意性表示。
它可以被理解成，物理布局的改变涉及1ED 12A-12E。
根据图1所示的物理布局，IED 12A占据了通用的位置X，而IED 12B，12C分别占据通信网络11的逻辑配置中的位置X-1和X+1。
由此，设备12B、12C是位于所述IED 12A上游和下游的最邻近的IED。
为了干预以隔离故障，IED 12A因此需要从IED 12B、12C接收阻塞/许可消息。
根据图2的物理布局，所述IED 12A占据一般位置XNEW，而IED 12D、12E分别占据通信网络11的新逻辑配置中的位置X-1NEW和X+1NEW。
设备12D、12E从而成为位于所述IED 12A上游和下游最邻近的IED。
为了干预以隔离故障，IED 12A现在需要从IED 12D、12E接收阻塞/许可消息。
IED 12A的SCL文件因此必须被重新配置以保证IED 12A可确认最邻近的其它IED并正常工作。
在电力分配网络100的物理布局发生改变后，配置模块1被激活。
计算机化装置1A获取数据DATA1，所述DATA1表示通信网络的变化，特别是SA系统10中IED 12A和其它IED 12B-12E之间的逻辑电力/数据流的变化，这种变化受所述物理布局变化的影响。
在如此获得的DATA1的基础上，所述计算机化装置1B生成新的SCL文件124NEW，其中的通信描述数据集1240NEW包括描述了SA系统10中IED 12A和其它IED 12B-12E之间的新的逻辑电力/数据流的信息。
计算机化装置1C存储新的SCL文件124NEW替换先前存在的SCL文件124。
由于配置模块1的介入，给装置12A提供了一个新的更新过的SCL文件，该更新后的文件考虑到了通信网络11的逻辑电力/数据流的变化。
以这种方式，IED 12A可以一直确认最邻近的其它IED并且正常工作，这是由于在SCL文件中描述的逻辑电力/数据流和通信网络11的实际逻辑电力/数据流之间的任何可能产生的偏差被自动纠正。
优选地，所述配置模块1被嵌入在智能电子设备12A中。
优选地，所述配置模块1以计算机程序产品的形式存储在控制单元122的一个存储器位置中，并且由所述控制单元的微处理器执行。
作为替代，配置模块1可以是物理设备(例如电子电路)，其与控制单元122集成或操作性地相关联。
计算机化装置1A可以被配置为从IED 12A的人机接口121获取第一数据DATA1.
计算机化装置1A还可以被配置为从SA系统10的任何设备，例如自动化设备13，获取第一数据DATA1。在这种情况下，数据DATA1可以经由通信网络12下载到IED 12A。
计算机化装置1A也可以被配置为基于从邻近IED 12A的其它IED(例如，从图2的IED 12B-12E)获取的第二数据DATA2来获取第一数据DATA1。
在这种情况下，计算机化装置1A有利地通过通信网络11询问一个或多个所述相邻的IED 12B-12E。
然后，计算机化装置1A从后者获取包含在它们的SCL文件的通信描述数据集中的第二数据DATA2。
数据DATA2可以包括涉及所述相邻的IED 12B-12E的标识的信息和涉及它们在通信网络11的逻辑电力/数据流中的位置的信息。
一旦数据DATA2已经获取，所述计算机化装置1A通过处理如此获取的数据DATA2来获得第一数据DATA1。
配置模块1还可以嵌入在所述SA系统10的自动化设备13中，例如，在能够提供通信网关、控制和/或用户界面功能的控制平台中，或在配置为提供控制/协调功能的控制服务器中。
优选地，所述配置模块1以计算机程序产品的形式存储在自动化设备13的控制单元(未示出)的存储器位置中，并且由所述控制单元的数字处理设备执行。
作为替代，配置模块1可以是物理设备(例如，电子电路)，其与自动化设备13的控制单元集成或操作性地相关联。
在这种情况下，计算机化装置1A可以被配置为从包括在自动化设备13中的人机界面131获取第一数据DATA1。
计算机化装置1A的也可以被配置为从监控系统14(例如，SCADA系统)，或与SA系统10相关联的控制和管理系统获取第三数据DATA3，并通过处理该数据DATA3获取第一数据DATA1，其中，第三数据DATA3指示电力分配网络的拓扑结构。
如果计算模块1被嵌入在自动化设备12中，计算机化装置1C有利地构造成将SCL文件124NEW下载到IED 12A，使得SCL文件124NEW被存储在存储器位置123，以取代现有的SCL文件124。
为简单起见，本发明参照IED 12A进行说明。
当然，SA系统10的其它IED(如IED 12E)，特别是那些受通信网络11的逻辑配置的变化影响的IED，可以布置成如IED 12A那样操作。
根据本发明的配置模块1提供了相关的优点。所述IED可以在电力分配网络100的物理布局发生了任何变化后容易地和自动地重新配置。
这能够显著简化SA系统10的管理，同时在降低维护成本方面有相关优势。
因为在通信网络的逻辑配置的任何变化可以以快速和有效的方式来自动管理，无需技术人员的干预，所以使用该SA系统10的灵活性显著提高。
由于重配置过程以自动方式进行，因此重新配置IED的同时产生错误或缺陷的概率显著地降低。
配置模块1可以容易地实现为计算机程序产品存储在存储介质(例如，所述IED的存储器位置)中，或者实现为物理设备(例如电子电路)集成在IED或SA系统10的自动化装置的控制单元中。
配置模块1因此在工业水平实现和现场的实际实现中能比较容易和成本有效。

Claims (14)

1.一种配置模块(1)，用于自动配置电力分配网络(100)的变电站自动化系统(10)的智能电子设备(12A)的通信能力，所述智能电子设备能够通过所述变电站自动化系统的通信网络(11)与所述变电站自动化系统的一个或多个其它智能电子设备(12B，12C，12D，12E，12F，12G)交换数据包，所述配置模块(1)的特征在于包括：
-第一计算机化装置(1A)，配置为响应于所述电力分配网络的物理布局的改变获得第一数据(DATA1)，所述第一数据指示所述智能电子设备和所述一个或多个其它智能电子设备之间的逻辑电力和数据流，其中所述一个或多个其他智能电子设备直接位于在所述逻辑电力和数据流中相对于所述智能电子设备的上游和下游；
-第二计算机化装置(1B)，配置为基于所述第一数据生成所述智能电子设备的配置描述文件(124NEW)，所述配置描述文件包括通信描述数据集(1240NEW)，该通信描述数据集包括基于描述所述智能电子设备和所述其它智能电子设备之间的逻辑电力和数据流的所述第一数据生成的信息；
-第三计算机化装置(1C)，配置为在所述智能电子设备中存储所述配置描述文件(124)，以代替所述智能电子设备的之前已有的配置描述文件，
其中所述智能电子设备被配置为基于在存储的所述配置描述文件中的所述通信描述数据集，区分或确认由直接位于在所述逻辑电力和数据流中相对于所述智能电子设备的上游和下游的所述一个或多个其他智能电子设备传送的消息。
2.根据权利要求1所述的配置模块，其特征在于，所述智能电子设备(12A)能够根据符合IEC 61850标准的广播或多播通信协议与所述其它智能电子设备(12B，12C，12D，12E，12F，12G)交换数据包。
3.根据权利要求2所述的配置模块，其特征在于，所述智能电子设备(12A)能够根据GOOSE通信协议与所述其它智能电子设备(12B，12C，12D，12E，12F，12G)交换数据包。
4.根据在前权利要求中的任一项所述的配置模块，其特征在于，所述第一计算机化装置(1A)被配置为，在所述电力分配网络的物理布局改变之后获得所述第一数据(DATA1)并产生所述配置描述文件(124NEW)。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的配置模块，其特征在于，所述配置模块嵌入在所述智能电子设备(12A)中。
6.根据权利要求5所述的配置模块，其特征在于，所述第一计算机化装置(1A)被配置为从所述智能电子设备的人机接口(121)获取所述第一数据(DATA1)。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的配置模块，其特征在于，所述第一计算机化装置(1A)被配置为从所述变电站自动化系统的设备(13)获取所述第一数据(DATA1)。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的配置模块，其特征在于，所述第一计算机化装置(1A)被配置为：
-询问邻近所述智能电子设备(12A)的一个或多个其它智能电子设备(12B，12C，12D，12E)；以及
-获取包括在被询问的所述其它智能电子设备的SCL文件的通信描述数据集中的第二数据(DATA2)；
-从所述第二数据(DATA2)获得所述第一数据(DATA1)。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的配置模块，其特征在于，所述配置模块被嵌入在所述变电站自动化系统的自动化设备(13)中。
10.根据权利要求9所述的配置模块，其特征在于，所述第一计算机化装置(1A)被配置为从所述自动化设备的人机接口(123)获取所述第一数据(DATA1)。
11.根据权利要求1-3中的任一项所述的配置模块，其特征在于，所述第一计算机化装置(1A)被配置为从监控系统(14)或控制和管理系统获取第三数据(DATA3)，并且从所述第三数据获得所述第一数据(DATA1)，所述第三数据指示所述电力分配网络的拓扑结构，所述监控系统(14)或控制和管理系统操作性地与所述变电站自动化系统相关联。
12.根据权利要求1-3中的任一项所述的配置模块，其特征在于，所述第三计算机化装置(1C)被配置为将所述配置描述文件(124NEW)下载到所述智能电子设备(12A)。
13.一种用于变电站自动化系统的智能电子设备，其特征在于，所述智能电子设备包括根据权利要求1-12中的任一项所述的配置模块。
14.一种用于变电站自动化系统的自动化设备，其特征在于，所述自动化设备包括根据权利要求1-12中的任一项所述的配置模块。
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