CN107637017A - 用于ied的自动配置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将配置数据加载到变电站自动化SA系统中的第一智能电子装置IED的方法，其中SA系统包括经由通信网络连接到第一IED的第二IED。该方法包括以下步骤：a）借助于邻近关系确定第一IED的第一SID，其中邻近关系是预定义的并且指示通信网络中的第一和第二IED的相对布置;b）将第一SID分配到第一IED;以及c）获得与第一SID对应的第一配置数据，以及将第一配置数据加载到第一IED。优选地，可以从通信网络确定第一IED的全球标识GID，并且第一SID能够与第一IED的GID链接。根据上面提到的方法，本发明还涉及用于在变电站系统中配置新的或替换的IED的活动IED。

Description

用于IED的自动配置的方法

技术领域

本发明涉及工业自动化与控制系统（IACS）（例如变电站自动化（SA）系统）的领域。本发明特别涉及一种在SA系统中配置智能电子装置IED以及在系统安装或备件替换时自动将正确的配置数据加载到控制系统的装置，或者在IED的限制的范围中自动加载到属于此IED的替换模块的方法。

背景技术

IACS通常包括通信IED集合，每个IED可以具有其特定目的，其能够在IED上的基本软件或固件中定义，与IED类型以及系统/项目特定配置数据相关。此IED特定配置数据在其能够在系统中被激活以前需要被设计，并且然后加载到IED上。在系统内，应确保在系统中每个IED具有针对其任务的唯一身份，以及允许完成其任务的唯一配置数据。因此，不应存在具有相同身份和配置数据的两个IED，特别是在相同变电站系统中。如今，大多数IED是标准符合的，并且能够使用以下术语来描述：

全球标识，GID：作为唯一字符串值或作为唯一通信地址的IED的世界范围唯一标识。这能够是制造商序列号，以及例如在基于以太网的通信系统中的以太网MAC地址，并且唯一地标识一件硬件，例如IED。连同制造商名称或通信协议标识一起所采用的此IED通常是“世界范围”唯一的，与存储技术中的世界范围名称WWN类似。

IED类型：IED的类型定义了IED的基本功能性和能力，以及能够如何配置IED的方法和协议等。连同制造商标识一起的类型唯一定义能力的此集合。如果应替换IED并采用预定义的配置数据加载IED，则新IED应具有相同的IED类型。详细地，这可以是类型标识字符串，可能连同版本号一起。

系统标识，SID：系统内IED的位置和/或角色的标识。系统内每个IED具有系统范围的唯一标识，并且与其绑定（tie）的是一个或多个通信级别标识。为系统中IED设计的配置数据主要取决于其在系统中的角色。 SID通常是IED名称，与至少一个通信级别地址耦合，允许采用其角色特定配置数据加载IED。

配置应用，CA：持有系统的所有或一些IED的配置数据的应用。配置数据与SID绑定，并且经由IED类型，CA '知道'如何主要将此数据加载到正确类型的IED。

在IED失效的情况下，它可能需要通过相同类型的IED来替换、向其给予正确的系统身份以及加载正确的配置数据。在许多情况下，人类手动执行与第一系统启动以及替换失效装置（例如，IED或IED的模块）相关的这些任务。这需要时间，并且容易出错。

US 2004/083278描述了具有多个节点的网络，其中用于参数化和/或配置节点的第一节点的节点特定数据被存储在网络的节点的第二节点中。

US 2013/0275566描述了一种用于在基于以太网的通信网络中配置至少一个装置的方法，所述基于以太网的通信网络包括具有以太网能力的多个装置，其中确定通信网络中要配置的相应装置的拓扑位置（其与装置类型关联），从包含至少一种装置类型的多个拓扑位置和至少一种装置类型的多个配置数据的数据库发送对应于其装置类型以及对应于其确定的拓扑位置的配置数据到相应装置，并且然后基于所传送的配置数据配置相应的装置。

US 2005/0163118描述了一种用于将IP地址分配到装置的方法，包括以下步骤：将装置连接到交换机的端口，将该端口的标识码从交换机传送到装置，将该端口的标识码从装置传送到地址服务器，基于端口的标识码将IP地址分配到装置。

发明内容

因此，本发明的目标是要提供一种用于使用SA系统中的现有组件和信息的新的或替换的IED的自动配置过程的方法。此目标通过根据独立权利要求的方法和装置实现。优选的实施例根据从属专利权利要求是显然的。

本发明提供一种用于将配置数据加载到SA系统中的第一IED（例如，新的或替换IED）的方法。SA系统包括第二IED，即正常运行的（up and running）现有IED，其经由通信网络连接到第一IED。该方法包括以下步骤：a）借助于邻近关系确定第一IED的第一系统标识SID，其中邻近关系在存储在第二IED中的关系表中被预定义，并指示通信网络中的第一和第二IED的相对布置; b）将第一SID分配到第一IED;以及c）获得与第一SID对应的第一配置数据，以及将第一配置数据和关系表加载到第一IED。邻近关系包含通信网络中的第一和第二IED的相对布置以及在替换或重新安装之前用在原始第一IED中的SID。例如，当旧的IED已经由新的IED替换时，靠近旧的IED连接的IED知道在旧的IED中已经使用哪个SID，因此也知道应当在新的IED中使用的SID。邻近关系可以在变电站的IED的安装之前例如，在网络拓扑规划中被定义。

通常，SA系统包括多个IED。任何IED具有包括分别指示每个IED及其两个邻居IED的相对布置的邻近关系的关系表。换言之，所有IED都知道整个SA系统中的邻近关系（即诸如来自所有其它IED的身份和SID的配置），并且知道所有的邻居。因此，在启动时不存在预先配置任何IED的需要。系统将SID加载到一个IED，并取决于邻近，其它SID将被自动确定和配置。因此，IED的整个配置过程能够以传播的方式执行。

第一IED的配置以自动的方式执行，并且在第一次安装它时也工作，因为也能够从网络拓扑规划检索SID。在安装的初始阶段，根据网络拓扑规划，所有IED都能够手动预先配置有正确的SID。备选地，仅手动配置一个初始IED，并且它包含邻近关系。根据本发明，其它IED能够以自动方式配置。

优选地，根据本发明的方法还包括以下步骤：从通信网络收集第一IED的全球标识GID，并将第一SID与第一IED的GID关联。换言之，SID与GID链接或捆绑（bind）到GID。在分配第一SID并与GID关联之后，变电站中的其它IED能够使用其GID解决（addressee）到第一IED的通信。

第一和第二IED能够彼此靠近地（鉴于它们的交换机端口而作为虚拟邻居或作为物理邻居（即直接在网络中连接，而其间没有其它IED））连接。特别地，通信网络能够是根据高可用性无缝冗余HSR协议的以太网环。在此情况下，第一IED经由以太网环根据物理网络拓扑与第二IED相邻而连接。第一和第二IED仍然能够离彼此几百米而定位，但它们靠近彼此地连接，因为它们之间不存在其它IED。

物理上使用标识的装置之间的点对点连接的通信系统能够以这样的方式排序，以致于每个IED在其之前和之后具有另一个IED，即能够确定邻居或“虚拟”邻居。

仅具有双工连接的基于交换机的以太网系统对于每个连接的IED具有借助于交换机的SID（例如其IP地址）的唯一标识以及在交换机处的硬件端口的端口ID，IED连接到该硬件端口。链路层发现协议LLDP允许确定哪个IED连接到个别交换机的哪个硬件端口。这能够例如用来检查交换机配置的正确性。

根据本发明的方法也能够在调试之后使用以确定应用IED（而不仅仅是以太网交换机）的GID（例如交换机ID和交换机端口ID）与SID（例如IEC 61850中的IED名称和IP地址）之间的当前关系。如果稍后例如借助于LLDP在某个交换机端口（例如，分配到SID的特定交换机ID /端口ID）处检测到新IED，其具有错误配置或仅仅是基本配置，但是有正确的IED类型，能够将其分配到对应的SID并且其正确的配置数据从某一CA加载。

此CA能够自然地位于SA系统的中央，或者分散地分布到所有邻居。如上面已经描述的，也可以对于基于交换机的树网络定义“虚拟邻居”，例如总是在相同交换机处具有下一较高和下一较低端口地址的IED，以及如果邻居端口号低于1或在最大端口号之上，则在下一较低交换机处的最高端口和/或在下一较高交换机处的最低端口用作邻居。因此，SID和GID之间的关系是分散但是冗余地存储在系统中，允许自动地将SID分配到新IED，并且关于对于环所说的所有CA位置也是有效的。

第一和第二IED之间的邻近关系能够在设计时间预先配置并加载到CA IED中，或者能够使用链路层发现协议LLDP在第一次调试之后从现有的SA系统，例如从第二IED或从配置应用程序CA检索或确定。邻近关系描述第一IED应该在SA系统内提供哪些功能。因此，能够确定第一IED的SID。此外，第一SID能够与第一IED的GID关联，这实现到通信网络内的第一IED的通信。

优选地，第一SID能够包括第一IED的角色定义，并且该方法还包括以下步骤：确定第一IED的类型信息以验证第一IED是否符合角色。这能够避免第一IED接管角色但其不能够接管该角色。能够进行检查第一IED的IED类型的验证，其中出于安全原因，能够采用证书签名IED的信息。在验证之后，能够采用第一配置数据激活或配置第一IED。

优选地，第二IED还能够包括对应于第二IED的第二SID的第二配置数据，并且第一IED能够存储第二配置数据。在在第一IED被激活之后需要替换第二IED的情况下，这能够由第一个IED完成，因为它具有针对第二IED的SID和配置数据。

根据另一方面，本发明还提供在变电站自动化SA系统中的激活的IED，其中所述激活的IED适合于将配置数据加载到需要被配置的新IED。激活的和新的IED经由通信网络彼此连接（例如，根据HSR协议经由以太网环相邻而连接）。备选地，鉴于端口编号，激活的和新的IED能够分别经由相邻的交换机端口连接。激活的IED适合于：从通信网络收集新IED的全球标识GID;确定新IED的系统标识SID，其中邻近关系是预定义的并且指示通信网络中第一和第二IED的相对布置;通过将第一IED的SID与第一IED的GID关联来将SID分配到新的IED;获得与第一IED的SID对应的第一配置数据，并且将第一配置数据加载到新的IED。

当变电站系统中的IED都未被配置或激活时，例如在变电站的初始或安装阶段，存在例如使用以下步骤中的一个进行初始配置加载的需要：

（a）SID能够手动加载到每个IED中。在物理布线后，从系统读取特定物理位置处的每个IED的SID和GID之间的关系，并将其存储到IED中，使得所有邻居IED知道邻居之间的SID邻近关系。此信息能够稍后用来根据前面介绍的方法自动加载替换或备用的IED。

（b）SID和物理位置和/或邻居之间的关系能够在设计阶段预定义，并且在安装时应保持此关系以及预期的物理连接。在这种情况下，只需要手动配置初始IED和CA（也可能在初始IED上）。由于初始IED具有本身与其它邻居之间的邻近关系信息（即其邻居的SID），它能够然后自动地触发其邻居IED的加载。调试时的正常信号测试还将确保正确的物理邻居连接。

根据本发明的方法不太容易出错，并且能够提供备件的更快替换。完全自引导系统，即自动加载系统，能够减少安装和调试工作。此外，如果属于某个系统配置版本的所有IED配置数据在一个或多个CA内可用，则系统将本身保持在一致的配置状态中。

附图说明

将参考附图中所图示的优选示范实施例在下文中更详细地解释本发明的主题，其中：

图1示意性地示出经由HSR环彼此靠近地连接的第一IED 21、22和第二IED 10;

图2示意性地示出经由交换机连接的第一IED 21、22和第二IED 10，其中交换机端口（IED连接到其）彼此靠近地连接;以及

图3示出使用HSR环网络的实现示例。

附图中使用的参考符号及其主要含义在指示列表中以总结形式列出。原则上，同一部分在附图中提供有相同的参考符号。

具体实施方式

图1示出基于以太网的HSR环30内的简单邻近关系。IED 10是变电站系统50中的配置和激活的IED，而IED 21或22是需要被配置的新安装的备用IED。备用IED 21或22靠近IED10而连接，即它们是邻居。 IED 10能够检索备用IED 21、22的GID。此外，IED 10能够基于邻近关系信息确定备用IED 21、22应在其'左'和'右'侧连接哪个SID 。换言之，IED 10知道在左边和右边的其邻居IED应该具有哪个SID。因此，基于此邻近关系信息，IED 10能够检查邻居IED 21、22是否具有正确的SID。如果SID不正确，则IED 10能够将正确的SID分配给备用IED 21、22。当SID的分配成功时，能够触发加载对应的配置数据。这能够由激活的IED 10或者通过在具有对于适当SID的配置数据的系统中通知CA而完成。

为了将正确的系统角色特定配置数据加载到仅具有GID的“通用”备用IED 21或22上，能够确定IED 21或22的SID，并分别捆绑到其GID。能够使用协议LLDP检索IED 21和22的GID。以下方法能够通过这样做将手动工作最小化：

- 对于LON总线，IED具有按钮，其将其GID发送到总线。因此，CA能够通过等待此GID消息而被带入用于配置某个SID的状态，并且如果按下按钮并且消息到达，则其将此GID捆绑到SID，并且然后下载配置数据。

- 对于CAN总线，总线上的物理位置由硬件确定SID通信地址，即GID不是通信地址，但SID由系统硬件给出。

- CA经由IED的'本地'接口物理上直接连接到需要被配置的IED 21、22。GID和SID之间的关系能够由本地物理缆线链路确定。自然地，此IED需要在配置加载之前或之后布线到过程中的其预期位置。

SID能够从IED的物理放置导出，例如类似于通过绑定到某个机架、机架位置的某一物理地址，或通过将SID链接到地理位置的GPS坐标的CAN总线。

本发明为此目的附加地引入了邻域的概念：

邻居IED 21、22的SID能够与通过探索邻居IED确定的邻居IED 21、22的GID关联，其中GID是世界范围唯一的。当IED配置有配置数据并被激活时，变电站系统50中的其它IED能够使用IED 21、22的GID与IED 21、22进行通信。

HSR端口A和B能够明确地定义邻近关系左/右，并且链路层发现协议LLDP允许从邻居IED获取所需要的数据，例如所需要的信息，例如GID。

一旦已确定了新的IED 21、22的正确的SID，则可以使用以下方法自动分配：通过放置在总线系统中或在物理机柜中,SID相关通信地址，例如，GID自动被给出;或通过相关过程设备处的像GPS或机器可读标签的方式，IED确定其与该过程的关系和/或物理位置，并且因此根据可能的SID和预配置的地理和/或过程位置之间的已知关系来确定其SID。

在将正确的SID分配到新的IED 21、22之后，能够触发配置数据的加载。一种可能性是要在中央布置CA。在这种情况下，在将SID分配给新的IED之后，其能够询问CA关于其配置数据。备选地，如果所有IED都具有SID，则CA能够扫描具有SID的IED，并且检查它们的配置是否对应于预期状态并且如果情况不是这样的，则采用该预期状态加载IED。另一种可能性是所有装置都包含所有系统角色的所有配置数据，并仅激活与其SID对应的那部分。这可能是IED内的配置其模块的优选解决方案。如果新的IED具有SID，则这些过程可以自动运行。

可选地，为了确保安全规程并确定可能不同的加载过程，IED能够可选地例如通过在分配SID之前读取其IED类型或软件/硬件版本检查其邻居的能力。

此外，由于能够使用自动过程例如，通过引入被篡改的IED来危及系统，为了安全性原因IED能力字符串（像其类型）可能需要通过此IED类型的制造商的证书或通过系统集成商或系统所有者证书进行认证。如果由于某种原因，不使用IED类型，例如因为所有IED具有相同的能力，则对于IED的使用需要单独的认证过程。

此基本通信能够使用GID通信地址（其中在以太网情况下此为MAC地址），或物理邻近作为LLDP支持。

在IED初始化规程已经在系统启动时的情况下，只需要手动配置一个IED。然后，此IED能够确定其邻居的SID并触发其配置数据的加载。

另外，对于此加载，若干变体是可能的，如上面已经指示的：

- IED包含环中所有IED的配置数据。新IED在具有其SID之后，加载有配置数据的此完全集合，然而只激活属于其SID的那部分。

- IED仅包含其左和右IED的配置数据。因为任何IED具有两个邻居，所以在替换IED的情况下存在某一冗余。然而，在系统启动时，必须手动或从中央CA供应（不同的）配置集合，并且在重新配置时，新的IEDF必须检索其邻居的配置数据以支持稍后替换它们。

- 具有分配的SID的IED只知道其邻居应具有的SID。在具有GID的新IED已经从其一个或多个邻居获取其SID之后，它能够由某一CA加载，或者从某一CA触发加载，或者甚至通过自身从某一CA加载其配置。这些CA可能每IED（如果模块需要配置）、每子系统存在或一个用于整个系统（可能冗余）。

图2示出IED的虚拟邻近关系，其中第一IED 10是变电站系统50中的配置和激活的IED，并且经由在通信网络中的交换机S1和S2（特别地，经由交换机S1的交换机端口p8和p7）与第二IED 21连接。因此，鉴于端口编号拓扑，交换机端口号8和7彼此相邻地定位。换言之，根据端口编号，交换机端口彼此并置。根据本发明，第二IED 21被认为是第一IED10的虚拟邻居。

如针对图1所解释的，也能够为图2中的网络连接确定SID。特别地，如果存在IED的物理标识，例如， IED连接到的端口号和交换机ID，能够在调试后从系统中读出SID与此物理标识的关系，并且稍后能够用来将SID分配给连接到相同交换机和交换机端口的新的或替换的IED

例如，第二IED 22连接到具有交换机S2的第一号pi的交换机端口。由于端口号8（第一个IED连接到其）是交换机S1的最后端口，所以鉴于端口编号拓扑，第二交换机S2的交换机端口p1能够被认为靠近交换机S1的交换机端口8或与其相邻。因此，根据本发明，第二IED22也是第一IED 10的虚拟邻居。

类似于图2中所示的连接，第一IED 10具有关于邻居IED 21、22的邻近关系信息。基于此信息，第一IED 10能够检查邻居IED 21、22，并且在需要的情况下分配正确的SID到邻居IED 21、22。在分配之后，对应于IED的SID的配置数据能够被传输到IED 21、22。

该方法的剩余步骤例如确定加载配置数据和触发加载以及向IED 21、22分配正确的配置数据与上面针对图1解释的类似。

图3示出实现示例，其中在HSR环30上，每个IED'知道'其左邻居（例如，IED连接端口A）以及右邻居（例如IED连接端口B）的SID。图3中所示的IED或IED模块可以是被配置成执行特定功能的通用IED，这在其后缀中是显而易见的，例如 DC、CB或ES。通过LLDP，每个IED能够检查当前邻居是否具有正确的SID。如果情况不再是这样的，则设置警报，能够检查邻居IED类型，并且如果OK，则分配正确的SID到其。在此之后，开始从CA的配置加载过程。每环可能存在一个CA，或者对于整个系统存在一个CA，或者每个IED是其邻居的CA。

特别地，每个IED可以已存储IED的配置数据。因此，每个运行的IED都能够配置新的或替换的IED。特别地，每个IED基于与主过程的连接来标识自身和IED配置中的相关部分。在IEC 61850系统内，可以基于LDname，例如，xxxYYYQB2来完成标识。在IED QC1失效并应当被交换的情况下，则能够安装优选相同类型的备用IED或IED模块。邻居IED QB2或QA1L1能够检测交换并将IED配置数据传输到备用IED或IED模块。换言之，能够自动配置和激活备用IED，即再次正常运行。

如前面所解释的，包含每个IED及其邻居的邻近关系的关系表存储在每个IED中。例如，包括图3中所有IED的相邻关系的关系表能够如下：

左	第一	右
			QC1	QA1 L1	QA1 L2
QA1 L1	QA1 L2	QA1 L3
			QA1 L2	QA1 L3	BI1
Qa1 L3	BI1	QC2
			BI1	QC2	QB9
QC2	QB9	QC9
			BU1	QC9	QB9
QC9	BU1	TS
			QB1	TS	BU1
TS	QB1	QB2
			QB1	QB2	QC1
QA1 L1	QC1	QB2

例如，节点QC2知道具有SID的完整表。它能够向左和右邻居分配其SID并加载完整的表。节点BI1和QB9能够进行相同的操作，并且因此配置通过整体系统传播。

虽然已经在附图和前面的描述中详细描述了本发明，但是此种描述被认为是说明性的或示范的并且不是限制性的。对于所公开的实施例的变化能够由本领域熟练并且实施所要求保护的发明的人员根据对附图、公开和所附权利要求的研究来理解和实现。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。起码在不同的权利要求中陈述某些元件或步骤的事实并不指示这些元件或步骤的组合不能有利地使用，具体地说，除了实际的权利要求从属性之外，还应当考虑公开任何进一步有意义的权利要求组合。

Claims (15)

1.一种用于将配置数据加载到变电站自动化SA系统（50）中的第一智能电子装置IED（21,22）的方法，其中所述SA系统包括经由通信网络（30）连接到所述第一IED（21,22）的第二IED（10），其中所述方法包括以下步骤：

a）借助于邻近关系确定所述第一IED的第一系统标识SID，其中所述邻近关系在存储在所述第二IED中的关系表中被预定义，并且指示所述通信网络中的所述第一和第二IED的相对布置，

b）将所述第一SID分配到所述第一IED（21,22），以及

c）获得与所述第一SID对应的第一配置数据，并将所述第一配置数据和所述关系表加载到所述第一IED（21,22）。

2. 根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

b1）从所述通信网络（30）收集所述第一IED（10）的全球标识GID，以及

b2）将所述第一SID与所述第一IED的所述GID关联。

3. 根据权利要求1或2所述的方法，

其中所述第一IED分别经由所述通信网络中的第一和第二交换机端口连接到所述第二IED，以及

其中，鉴于端口编号拓扑，所述第一和第二交换机端口（p7，p8）彼此相邻。

4.根据权利要求1或2所述的方法，

其中所述通信网络是根据高可用性无缝冗余HSR协议的以太网环，并且其中所述第一IED经由所述以太网环相邻于所述第二IED而连接。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中使用链路层发现协议LLDP收集所述第一IED的所述GID。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述第一配置数据从所述SA系统中的配置应用CA获得。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，从所述第二IED获得所述第一配置数据。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一SID包括所述第一IED的角色定义，并且所述方法还包括以下步骤：

a2）确定所述第一IED的类型信息，以验证所述第一IED是否符合角色。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述类型信息采用证书签名。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

e）使用所述第一配置数据激活所述第一IED。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二IED还包括对应于所述第二IED的第二SID的第二配置数据，其中所述方法还包括以下步骤：

d1）将所述第二配置数据存储到所述第一IED。

12.一种变电站自动化SA系统（50）中的激活的智能电子装置IED（10），其适合用于将配置数据加载到经由通信网络（30）连接到所述激活的IED的新IED（21,22），其中所述激活的以及所述新IED（21,22）根据高可用性无缝冗余HSR协议经由以太网环（30）彼此相邻而连接，或者鉴于端口编号经由相邻交换机端口（p7，p8）彼此连接，其中所述激活的IED（10）适合于：

从所述通信网络（30）收集所述新IED的全球标识GID，

借助于邻近关系确定所述新IED（21,22）的第一系统标识SID，其中所述邻近关系在存储在所述第二IED中的关系表中被预定义，并且指示所述通信网络中的所述第一和第二IED的相对布置，

通过将所述第一SID与所述第一IED（10）的所述GID关联，将所述第一SID分配到所述新IED（21,22），以及

获得与所述第一SID对应的第一配置数据，并将所述第一配置数据和所述关系表加载到所述新IED（21,22）。

13.根据权利要求12所述的激活的IED（10），其中使用链路层发现协议LLDP收集所述GID。

14.根据权利要求12至14中任一项所述的激活的IED（10），其中，所述第一配置数据从所述SA系统中的配置应用CA或从所述激活的IED（10）获得。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的激活的IED（10），还包括与所述激活的IED（10）的第二SID对应的第二配置数据，其中所述激活的IED（10）适合于存储所述第二配置数据到所述新IED（21,22）。