CN108696412B - 用于数字变电站中的网络失效转移的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于数字变电站中的网络失效转移的系统和方法。一种方法包括通过智能电子装置（IED）而从过程接口单元（PIU）并行地接收经由点对点连接的预先配置的数据流和经由以太网网络的一个或多个其它数据流。该方法进一步包括确定满足以下的失效条件中的至少一个：预先配置的数据流中的帧丢失或延迟；数据流中的帧中的数据的质量低于第一阈值；与数据流中的帧中的数据相关联的时间的周期低于第二阈值；或与PIU相关联的健康指示符低于第三阈值。该方法还允许识别一个或多个其它数据流中的至少一个冗余帧。如果冗余帧中的数据的质量令人满意，则该方法继续使用冗余帧，以便进行进一步的处理。

Description

用于数字变电站中的网络失效转移的系统和方法
相关申请
本申请是提交于2016年7月28日的标题为“用于数字变电站中具有架构冗余的无配置过程总线的系统和方法”的美国序列号15/222484的部分连续案并且申请对其的优先权，通过引用而将该申请的内容合并于本文中。
技术领域
本公开涉及数字变电站，且更具体地，涉及用于数字变电站中的网络失效转移的系统和方法。
背景技术
数字变电站的使用持续增长。数字变电站与常规的变电站之间的差异能够包括变电站的构件（诸如，变压器、断路器、保护式继电器等）之间的布线减少，以及在多厂商装置之间共享信息，以提供装置的互操作性。
能够使用合并单元（MU）或过程接口单元（PIU）和智能电子装置（IED）来使数字变电站的构件的操作自动化。能够对IED进行编程，以监测、控制并保护变电站构件。能够使用过程总线（诸如，以太网网络）来组织IED与MU/PIU之间的通信。
常规标准能够包括对数字变电站的开关站中的装备的物理安全和网络安全的要求。满足这些要求可能需要用于配置IED和过程总线的某一工程过程。数字变电站的装备的任何重新配置或维护都可能昂贵且耗时。
可能需要附加措施来确保IED与变电站构件之间的通信的可靠性。用于提供通信的可靠性的常规的解决方案可以基于并行冗余协议（PRP）或高可用性无缝冗余（HSR）协议。然而，可以使用类似的以太网交换网络来提供针对PRP或HSR的并行冗余，其可能易于遭遇与分组交换技术相关联的类似的失效模式。
发明内容
本公开涉及用于数字变电站中的网络失效转移的系统和方法。本公开的某些实施例能够增强数字变电站的网络安全、工程、可靠性以及维护。
根据本公开的一个实施例，提供一种用于提供网络失效转移的方法。该方法能够包括提供至少一个过程接口单元（PIU）。该方法能够进一步包括提供至少一个智能电子装置（IED），至少一个智能电子装置以通信方式耦合到至少一个PIU。该方法可以进一步包括提供以太网网络，该以太网网络配置成在PIU与IED之间传输数据。该方法可以允许通过IED而从PIU经由PIU与IED之间的点对点连接而并行地接收预先配置的数据流且经由以太网网络而接收一个或多个其它数据流。该方法进一步包括通过IED而确定满足失效条件中的至少一个。失效条件中的至少一个包括以下项中的一个或多个：预先配置的数据流中的至少一个帧丢失或延迟；预先配置的数据流中的至少一个帧中的数据的质量低于第一阈值；与预先配置的数据流中的至少一个帧中的数据相关联的时间的周期低于第二阈值，以及，与PIU的行为和操作模式之一相关联的健康指示符低于第三阈值。响应于该确定，该方法可以包括通过IED而识别一个或多个其它数据流中的至少一个冗余帧。该方法还能够包括通过IED而确定冗余帧中的数据的质量高于第一阈值且冗余帧中的时间的周期高于第二阈值。如果该确定的结果是肯定的，则该方法可以继续通过IED而处理冗余帧，其中，处理包括至少变换数据。另一方面，如果该确定的结果是否定的，则该方法可以包括通过IED而确定对于其而满足失效条件的预先配置的数据流中的帧的数量。如果帧的数量低于公差阈值，则该方法可以继续通过IED而将至少一个帧标记为具有不良质量，以及，发送该帧以进一步的处理。如果该数量高于公差阈值，则该方法继续通过IED而发出至少一个警报。
在一些实施例中，该方法可以进一步包括基于预定的标准，通过IED而确定预先配置的数据流是否包括质量数据。
在一些实施例中，PIU包括由工厂设置或产品代码指令之一定义的至少一个预先配置的通信端口。
在一些实施例中，预先配置的数据流和一个或多个其它数据流中的至少一个包括至少一个数据集。该至少一个数据集可以包括用于唯一标识符（UID）的至少一个字段。在某些实施例中，该方法可以进一步包括由IED基于UID而将数据集映射到用户定义的源。在一些实施例中，该方法可以进一步包括由IED基于用户定义的变换因子而变换数据集，以避免通过PIU的配置。
在一些实施例中，数据集包括面向通用对象的变电站事件。在某些实施例中，数据集包括采样值。采样值能够包括从电流变换器直接地测量的电流输出和从电压变换器直接地测量的电压输出中的至少一个。
根据结合以下的附图而考虑的以下的描述，其它实施例、系统、方法、特征以及方面将变得明显。
本发明提供一组技术方案，如下：
1．一种用于网络失效转移的系统，所述系统包含：
至少一个过程接口单元（PIU）；
至少一个智能电子装置（IED），以通信方式耦合到所述至少一个PIU；以及
以太网网络，配置成在所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间传输数据；
其中，所述至少一个IED可操作以从所述至少一个PIU并行地接收：
经由所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间的点对点连接的预先配置的数据流；以及
经由所述以太网网络的一个或多个其它数据流；以及，
其中，所述至少一个IED进一步可操作以：
确定满足失效条件中的至少一个，所述失效条件包括：
所述预先配置的数据流中的至少一个帧丢失或延迟；
所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据的质量低于第一阈值；
与所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据相关联的时间的周期低于第二阈值；以及
与所述至少一个PIU的行为和操作模式之一相关联的健康指示符低于第三阈值；
响应于所述确定，识别所述一个或多个其它数据流中的至少一个冗余帧；
确定所述至少一个冗余帧中的所述数据的所述质量高于所述第一阈值，以及所述至少一个冗余帧中的所述时间的所述周期高于所述第二阈值；以及
基于所述确定，如果结果是肯定的，则使用所述至少一个冗余帧以进行处理，所述处理包括至少变换所述数据。
2．根据技术方案1所述的系统，其中，所述至少一个IED进一步可操作以：
如果所述确定的结果是否定的，则确定对于其而满足所述失效条件的所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧的数量；
如果所述数量低于公差阈值，则将所述至少一个帧标记为具有不良质量，以及发送所述至少一个帧，以进行进一步的处理；以及，
如果所述数量高于所述公差阈值，则发出至少一个警报。
3．根据技术方案1所述的系统，其中，所述至少一个IED进一步可操作以确定具有良好质量的数据在所述预先配置的数据流中是否可用。
4．根据技术方案1所述的系统，其中，所述至少一个PIU包括由工厂设置或产品代码指令之一定义的至少一个预先配置的通信端口。
5．根据技术方案1所述的系统，其中，所述预先配置的数据流和所述一个或多个其它数据流中的至少一个包括至少一个数据集，所述至少一个数据集包括用于唯一标识符（UID）的至少一个字段。
6．根据技术方案5所述的系统，其中，所述至少一个IED进一步可操作以基于所述UID而将所述至少一个数据集映射到用户定义的源。
7．根据技术方案6所述的系统，其中，所述至少一个IED进一步可操作以基于用户定义的变换因子而变换所述至少一个数据集，以避免通过所述至少一个PIU的配置。
8．根据技术方案5所述的系统，其中，所述至少一个数据集包括面向通用对象的变电站事件。
9．根据技术方案5所述的系统，其中，所述至少一个数据集包括采样值，所述采样值包括从电流变换器直接地测量的电流输出和从电压变换器直接地测量的电压输出中的至少一个。
10．根据技术方案1所述的系统，其中，至少基于IEC 61850格式或IEC 61869格式之一，使所述预先配置的数据流和所述一个或多个其它数据流中的至少一个格式化。
11．一种用于失效转移网络的方法，所述方法包含：
提供至少一个过程接口单元（PIU）；
提供至少一个智能电子装置（IED），其以通信方式耦合到所述至少一个PIU；
提供以太网网络，其配置成在所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间传输数据；
由所述至少一个IED从所述至少一个PIU并行地接收：
经由所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间的点对点连接的预先配置的数据流；以及
经由所述以太网网络的一个或多个其它数据流；
由所述至少一个IED确定满足失效条件中的至少一个，所述失效条件包括：
所述预先配置的数据流中的至少一个帧丢失或延迟；
所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据的质量低于第一阈值；
与所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据相关联的时间的周期低于第二阈值；以及
与所述至少一个PIU的行为和操作模式之一相关联的健康指示符低于第三阈值；
响应于所述确定，由所述至少一个IED识别所述一个或多个其它数据流中的至少一个冗余帧；
由所述至少一个IED确定所述至少一个冗余帧中的所述数据的所述质量高于所述第一阈值，以及所述至少一个冗余帧中的所述时间的所述质量高于所述第二阈值；以及
基于所述确定，如果结果是肯定的，则由所述至少一个IED处理所述至少一个冗余帧，其中，所述处理包括至少变换所述数据。
12．根据技术方案11所述的方法，还包含：
如果所述确定的结果是否定的，则由所述至少一个IED确定对于其而满足所述失效条件的所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧的数量；
如果所述数量低于公差阈值，则由所述至少一个IED将所述至少一个帧标记为具有不良质量，以及发送所述至少一个帧，以进行进一步的处理；以及，
如果所述数量高于所述公差阈值，则由所述至少一个IED发出至少一个警报。
13．根据技术方案11所述的方法，还包含由所述至少一个IED基于预定的标准而确定可在所述预先配置的数据流中可用的数据是否为良好质量。
14．根据技术方案11所述的方法，其中，所述至少一个PIU包括由工厂设置或产品代码指令之一定义的至少一个预先配置的通信端口。
15．根据技术方案11所述的方法，其中，所述预先配置的数据流和所述一个或多个其它数据流中的至少一个包括至少一个数据集，所述至少一个数据集包括用于唯一标识符（UID）的至少一个字段。
16．根据技术方案15所述的方法，还包含由至少一个IED基于所述UID而将所述至少一个数据集映射到用户定义的源。
17．根据技术方案16所述的方法，还包含由所述至少一个IED基于用户定义的变换因子而变换所述至少一个数据集，以避免通过所述至少一个PIU的配置。
18．根据技术方案15所述的方法，其中，所述至少一个数据集包括面向通用对象的变电站事件。
19．根据技术方案15所述的方法，其中，所述至少一个数据集包括采样值，所述采样值包括从电流变换器直接地测量的电流输出和从电压变换器直接地测量的电压输出中的至少一个。
20．一种用于网络失效转移的系统，所述系统包含：
一个或多个电气变电站构件，包括至少一个电流变换器（CT）和至少一个电压变换器（VT）；
至少一个过程接口单元（PIU），与所述至少一个CT和所述至少一个VT连线，其中，所述至少一个PIU包括由工厂设置和产品代码指令之一定义的至少一个预先配置的通信端口，所述至少一个PIU可操作以传输和接收数据流，所述数据流包括使用预先配置的IED实例化的描述（IID）文件来定义的至少一个数据集，所述至少一个数据集包括至少一个字段，以用于：
从所述至少一个CT和所述至少一个VT之一测量的采样值；
面向通用对象的变电站事件（GOOSE），所述GOOSE包括针对包括至少一个开关设备的过程换能器中的至少一个而直接测量的状态和模拟信息中的至少一个；
唯一标识符（UID），由所述工厂设置或所述产品指令代码之一预先配置；
至少一个智能电子装置（IED），以通信方式耦合到所述至少一个PIU；以及
以太网网络，配置成在所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间传输数据；
其中，所述至少一个IED可操作以从所述至少一个PIU并行地接收：
经由所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间的点对点连接的预先配置的数据流；以及
经由所述以太网网络的一个或多个其它数据流；以及
其中，所述至少一个IED进一步可操作以：
确定满足失效条件中的至少一个，所述失效条件包括：
所述预先配置的数据流中的至少一个帧丢失或延迟；
所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据的质量低于第一阈值；
与所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据相关联的时间的周期低于第二阈值；以及
与所述至少一个PIU的行为和操作模式之一相关联的健康指示符低于第三阈值；
响应于所述确定，识别所述一个或多个其它数据流中的至少一个冗余帧；
确定所述至少一个冗余帧中的所述数据的所述质量高于所述第一阈值，以及所述至少一个冗余帧中的所述时间的所述质量高于所述第二阈值；
基于所述确定，如果结果是肯定的，则使用所述至少一个冗余帧以进行处理，所述处理包括至少变换所述数据；
如果所述确定的结果是否定的，则确定对于其而满足所述失效条件的所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧的数量；
如果所述数量低于公差阈值，则将所述至少一个帧标记为具有不良质量，以及发送所述至少一个帧以进行进一步的处理；
如果所述数量高于所述公差阈值，则发出至少一个警报；以及
基于预定的标准，确定所述预先配置的数据流是否包括质量数据。
附图说明
图1是图示根据本公开的某些实施例的示例数字变电站的框图。
图2是图示根据本公开的某些实施例的示例无配置过程总线的框图。
图3是图示根据本公开的某些实施例的具有架构冗余的示例无配置过程总线的框图。
图4是图示根据本公开的某些实施例的用于无配置过程总线的示例方法的流程图。
图5是图示根据本公开的某些实施例的用于提供网络失效转移的示例方法的流程图。
图6是图示根据本公开的实施例的用于处理数据的示例控制器的框图。
以下的详细描述包括对附图的参考，附图形成详细描述的部分。这些图根据示例实施例而描绘图示。足够详细地描述这些示例实施例（在本文中也称作“示例”），以使得本领域技术人员能够实践本主题。在不脱离要求保护的主题的范围的情况下，可以将示例实施例组合，可以利用其它实施例，或者，可以进行结构、逻辑和电气的改变。因此，并非以限制性意义来理解以下的详细描述，以及，由所附权利要求及其等效物定义本范围。
具体实施方式
本公开的某些实施例能够包括用于数字变电站中的网络失效转移的系统和方法。在某些实例中，系统和方法的一些实施例能够通过消除或以其它方式最小化对物理安全的需要，且通过提供数字变电站中的装备的网络安全，从而增强数字变电站的安全性和稳定性。本公开的某些实施例可以通过允许消除或最小化冗余通信信道中的失效的共同的模式，从而提供通信网络的架构冗余。
在本公开的某些实施例中，提供用于网络失效转移的系统。系统能够包括至少一个过程接口单元（PIU）。PIU可以包括由工厂设置或产品代码指令（product code order）之一定义的至少一个预先配置的通信端口。PIU可以可操作以传输和接收数据流。数据流可以包括至少一个预先配置的数据集。来自PIU的预先配置的数据集可以包括用于至少在一个源处测量的采样值的至少一个字段。该源可以包括电流变换器（CT）或电压变换器（VT）中的至少一个。预先配置的数据集可以进一步包括用于与该源相关联的唯一标识符的字段。系统可以包括至少一个智能电子装置（IED），该智能电子装置以通信方式耦合到PIU。IED可以可操作以从PIU接收数据流，并基于用户定义的变换因子而变换采样值，且从而避免PIU中的配置。
在本公开的一些实施例中，系统可以包括以太网网络，该以太网网络可操作以采用以太网冗余协议（诸如，基于IEC 62439的并行冗余协议（PRP）或高可用性无缝冗余（HSR）或介质冗余协议（MRP）等），或不采用以太网冗余协议，而在PIU与IED之间传输数据流。在一些实施例中，IED还可以可操作以并行地从PIU接收：经由点对点连接的可预先配置的数据流和经由以太网网络的一个或多个其它数据流。在某些实施例中，IED还能够可操作基于网络失效转移机制，使用一个或多个其它数据流来调整预先配置的流中的数据的质量。
在本公开的某些实施例中，网络失效转移机制能够包括确定满足失效条件中的至少一个：预先配置的数据流中的至少一个帧丢失或延迟；数据流中的至少一个帧中的数据的质量低于第一阈值；与数据流中的至少一个帧中的数据相关联的时间的质量低于第二阈值；或与至少一个PIU的行为或操作模式之一相关联的健康指示符低于第三阈值。响应于该确定，网络失效转移机制能够提供识别一个或多个其它数据流中的至少一个冗余帧。网络失效转移机制能够包括确定冗余帧中的数据的质量是否高于第一阈值，且至少一个冗余帧中的时间的质量是否高于第二阈值。如果该确定的结果是肯定的，则网络失效转移机制可以使用至少一个冗余帧，以进行处理。另一方面，如果该确定的结果是否定的，则网络失效转移机制可以确定对于其而满足失效条件的数据流中的帧的数量。如果该数量低于公差阈值，则网络失效转移机制能够将帧标记为具有不良质量，以及，发送帧以进行进一步的处理。如果该数量高于公差阈值，则网络失效转移机制可以继续发出至少一个警报。
本公开的某些实施例的技术效果可以包括提供对基础设施保护要求的依从性，而不需要数字变电站的开关站中的合并单元的物理安全。本公开的某些实施例的另外技术效果可以允许减少针对顾客或项目组的过程总线的配置中的工程工作量。本公开的某些实施例的某些技术效果还可以提供过程总线的提高的可靠性，因而改进过程总线的功能性。
现在转到附图，图1是图示根据本公开的某些实施例的示例数字变电站100的框图。数字变电站100可以包括开关站105。开关站105可以包括主要装备，诸如（但不限于）CT115、VT 120、保护式继电器125、断路器130、开关设备以及数字变电站100的操作中所涉及的其它装置。CT 115和VT 120能够可操作以经由主要电力线110而接收高压电流，以及，将低压电流转移到次要电力线140。在一些实施例中，开关站105能够包括过程接口单元/合并单元（PIU/MU）135。PIU/MU 135能够可操作以测量来自CT 115和VT 120的电流和电压，以及，将控制命令提供至保护式继电器125。响应于接收控制命令，保护式继电器125可以配置成使断路器130跳闸。在一些实施例中，PIU/MU 135能够经由铜线而连接至CT 115、VT 120和/或保护式继电器125。
在一些实施例中，由PIU/MU 135测量的数据能够提供至一个或多个IED 145。IED145可以可操作以分析从PIU/MU 135获得的数据，基于分析而作出决策，以及，将控制命令发送返回到PIU/MU 135。数据可以包括一个或多个采样值（SV）和相关联的事件数据，诸如，格式化为面向通用对象的变电站事件（GOOSE）数据的数据。SV能够包括从CT 115和VT 120接收由PIU/MU 135转换为数字格式的电气测量。GOOSE数据可以双向流动。GOOSE数据可以包括由PIU/MU 135从过程获得且发送至IED 145的数字化状态或模拟信息。GOOSE数据可以进一步包括从IED 145到PIU/MU 135的输出或功能。在本公开的各种实施例中，IED 145和PIU/MU 135可以包括用于数据处理的控制器（硬件和软件的组合）。下文参考图6而描述适合用于数据处理的示例控制器。
能够使用过程总线160（特定的通信布置）来组织PIU/MU 135与IED 145之间的通信。在一些实施例中，过程总线可以包括IED 145与PIU/MU 135之间的点对点通信。在一些实施例中，过程总线150可以包括基于以太网的局域网（LAN）230，其配置成提供PIU/MU 135与IED 145之间的连接。LAN 230可以包括光导线（optical wire）和以太网交换机。
图2是图示根据本公开的某些实施例的用于无配置过程总线的示例系统200的框图。系统200能够包括IED 145、PIU/MU 135、LAN 230以及工程计算机220。PIU/MU 135包括通信端口225。PIU/MU 135可以支持与个体逻辑装置和时间同步时钟一起的四个或更多个通信端口225。
在本公开的一些实施例中，IED 145可以包括从PIU/MU 135中的至少一个接收的数据的可预先配置的处理205。在一些实施例中，IED 145可以包括从PIU/MU 135中的至少一个接收的数据集的可预先配置且可配置的处理210。个体PIU/MU 135可以经由点对点连接而将数据提供至特定的IED 145。在一些实施例中，可预先配置的处理205可操作以处理经由点对点连接而获得的数据集。在一些实施例中，个体配置或预先配置的PIU/MU 135可以将数据集发布至LAN 230，从而允许IED 145订阅以从PIU/MU 135接收数据。在一些实施例中，可预先配置且可配置的处理210可以处理经由LAN 230而获得的数据。
在本公开的一些实施例中，使用主要装备和PIU/MU 135的产品指令代码和/或工厂设置来预先配置用于过程总线的系统200的构件。在一些实施例中，PIU/MU 135可以可操作以将数据以数据集形式转移至IED 145。数据集可以包括唯一标识符（UID）和数字化SV。数字化SV可以包括从可用的CT 115、VT 120测量的次要值和时间戳或采样计数。所转移和接收的数据集还可以包括GOOSE数据（基于用于到保护式继电器125的接触输入（CI）的可用硬件）以及其它逻辑/装置状态。在一些实施例中，PIU/MU 135可以接收预先配置的数据集，其包括对于来自保护式继电器125的接触输出（CO）的GOOSE数据以及其它相关的命令和状态。在一些实施例中，基于IEC 61850或IEC 61869格式，使PIU/MU 135与IED 145之间的数据流格式化。
在本公开的一些实施例中，PIU/MU 135可以配置成流传送带有UID的所测量的SV。所测量的SV可以包括次要值中来自CT 115和VT 120的电流和电压的原始样本。PIU/MU 135能够使用IID来指定固定的（工厂提供的）预先配置（包括UID）。PIU/MU 135可能不需要配置的IED描述（CID）文件以用于配置。因此，PIU/MU 135可能不要求安装地点处的任何配置。
在本公开的一些实施例中，通过使用PIU/MU 135的预先配置的IID（工厂提供的）文件，LAN 230的交换机和IED 145可配置有CID文件。在一些实施例中，IED 145能够接收带有UID的二次值的SV的流。在接收SV之后，IED 145可以应用用户可配置的变换因子（TF）（例如，CT比率和VT比率、比率或角度误差等），以便将所接收的SV转换成其它格式（例如，主要值），以执行进一步的处理。
在本公开的一些其它实施例中，如果工厂在PIU/MU 135中对格式因子进行硬编码，则PIU/MU 135能够应用从工厂传送的TF或其它格式因子，以作为指令代码或工厂服务设置的部分。在这些实施例中，PIU/MU 135能够发送带有工厂配置的ID（代替UID）的工厂配置的流和针对主要值中的SV流的工厂配置的TF，以代替在IED 145中将用户可配置的TF应用于次要值。
在某些实施例中，可能需要工程计算机220对IED 145和LAN 230进行初始配置。在第一次使用系统200时，例如，在数字变电站100的试运转时，可以使用工程计算机220来读取PIU/MU 135的预先配置的IID文件。然后，能够使用PIU/MU 135的预先配置的IID文件来以CID文件配置LAN 230的网络交换机和IED 135。在数字变电站100的常规操作期间，可能不需要工程计算机220，以及，能够从系统200移除工程计算机220。
图3是图示根据本公开的某些实施例的用于具有架构冗余的无配置过程总线的示例系统300的框图。系统300能够包括IED 145、PIU/MU装置135和LAN 230。PIU/MU 135能够包括通信端口225。除了IED 145，系统300的元件的功能性与图2中所描述的系统200的对应的元件的功能性相似。在图3的示例中，IED 145包括架构式冗余处理235。
在本公开的一些实施例中，IED 145的两个备选的网络端口可以配置成单独地从PIU/MU 135接收数据集的两个数据流。两个备选的网络端口中的第一（或主要的）网络端口可以配置成用于IED 145与PIU/MU 135之间的专用的点对点连接240。在一些实施例中，点对点连接240能够是预先配置的。两个备选的端口中的第二（或次要的）端口可以连接至LAN230的共享的以太网交换机，以提供IED 145与PIU/MU 135之间的可配置的网络连接245。因而，IED可以经由点对点连接245而从PIU/MU 135接收第一数据流，以及，经由以太网网络连接245而从PIU/MU 135接收第二数据流或者一个或多个其它数据流。架构式冗余处理235可以包括分析两个数据流，以及，调整两个数据流，以便增强所接收的数据的质量。
在本公开的一些实施例中，IED可以基于到达时间而识别SV流。在一些实施例中，IED可以检查质量和健康指示符，诸如，SV数据和时间戳的质量。时间的质量可以与数据流中的帧的延迟和缺失的时间戳有关。在一些实施例中，如果第一数据流中的一些SV数据缺失或以降级的质量被接收，则IED可以在第二数据流或一个或多个其它数据流中寻找缺失的SV数据。如果第二数据流或一个或多个其它数据流中的对应的SV数据的质量在预定公差内，则能够使用来自第二数据流或一个或多个其它数据流的SV数据来进行进一步的处理，诸如，将对于电流和电压的次要值变换成主要值。在一些实施例中，在数据流中存在识别的故障的情况下，IED可以提供事件日志和其它通知。由于第一数据流和第二数据流或一个或多个其它数据流中是经由不同类型的两个连接而获得的，因而该途径可以提供网络连接的增强的可靠性，因为两个连接具有不同的失效模式。
图4是图示根据本公开的实施例的用于无配置过程总线的示例方法400的流程图。例如，能够在数字变电站100中实现方法400。方法400的一些操作可以嵌入IED 145和PIU/MU 135的控制器的程序指令中。
在框402中，方法400可以以提供至少一个PIU开始。PIU可以包括由工厂设置或产品代码指令之一定义的至少一个预先配置的通信端口。
在框404中，方法400可以由PIU传输并接收可预先配置的数据流。可预先配置的数据流可以包括至少一个数据集。该数据集能够包括由电流变换器或电压变换器测量的采样值。数据集还可以包括GOOSE数据。数据集还可以包括与PIU关联的唯一标识符。
在框406中，方法400可以提供至少一个智能电子装置（IED），该智能电子装置以通信方式耦合至PIU。在框408中，方法400可以由IED从PIU接收可预先配置的数据流。在框410中，方法400可以可选地由IED使用网络连接来接收第二数据流或者一个或多个其它数据流。在框412中，方法400可以可选地由IED基于网络失效转移机制的执行而使用第二数据流或者一个或多个其它数据流来调整数据流。在框414中，方法400可以由IED使用UID来将预先配置的数据流映射到用户定义的源。在框416中，方法400还可以由IED使用UID和用户定义的变换因子来变换包括采样值和/或GOOSE的预先配置的数据流。
图5是图示根据本公开的实施例的用于网络失效转移机制的示例方法500的流程图。例如，能够使用在上文参考图3而描述的系统300的IED 145来实现方法500。方法500可以提供对于方法400的框412的更多细节。方法500的操作可以嵌入IED 145的控制器的程序指令中。
在框502中，方法500可以以检测由于(第一)数据流中的帧的丢失或延迟而导致的失效开始，或者，以确定时间或数据的质量已降级到低于阈值质量值开始。数据可以包括采样值和/或GOOSE数据。对于采样值、GOOSE数据和时间，阈值质量值可以是独立的。在本公开的一些实施例中，检测失效可以包括确定健康指示低于健康阈值。健康指示可以与发送第一数据流的PIU的行为和/或操作模式关联。在框504中，方法500可以从第二数据流或者一个或多个其它数据流识别冗余帧。冗余帧可以表示缺失或具有降级的质量的数据流的帧。在框506中，方法 500可以确定冗余帧中的采样值和时间戳的质量是否在阈值内。
如果冗余帧中的时间和数据的质量在阈值内，则在框508中，方法500可以继续以发送来自第二数据流或者一个或多个其它数据流的冗余帧以用于进一步的处理和从第一数据流获得的采样值的质量调整。
如果冗余帧中的数据和时间的质量不在阈值内，则在框510中，方法500可以记录采样数据和时间戳的条件，以及，检查受失效影响的帧的数量。在框512中，方法500可以确定受失效影响的帧的数量是否在公差内。如果受失效影响的帧的数量不在公差内，则在框514中，方法500可以发出警报。在框516中，方法500可以将受影响的帧标记为具有不良质量，以及，发送对于受影响的帧的数据，以进行进一步的处理。在框518中，方法500可以确定具有良好质量的数据在(第一)数据流中是否可用。
图6描绘图示根据本公开的实施例的用于处理数据流的示例控制器600的框图。控制器600可以包括存储器610，存储器610存储编程逻辑620（例如，软件），以及可以存储数据630（诸如，变电站的几何数据和操作数据、动态模型、性能度量等）。存储器610还可以包括操作系统640。
处理器650可以利用操作系统640来执行编程逻辑620，以及，在这样的操作下也可以利用数据630。数据总线660可以提供存储器610与处理器650之间的通信。用户可以经由至少一个用户接口装置670（诸如，键盘、鼠标、控制面板或能够与控制器600来回传送数据的任何其它装置）而与控制器600接口对接。控制器600可以在操作时与变电站在线进行通信，以及，在不操作时经由输入/输出（I/O）接口680而与变电站离线进行通信。更具体地，控制器600中的一个或多个可以实行基于模型的控制系统的执行，以便（但不限于）：接收与变电站的构件关联的几何数据和操作数据；基于几何数据和操作数据，针对构件而创建变电站的动态模型；基于动态模型，针对特定性能度量生成代理模型；将代理模型合并到优化规程中；以及，在优化目标下行使优化规程，以针对特定性能度量优化变电站的操作，从而实现。另外，应当理解，其它外部装置或多个其它变电站可以经由I/O接口680而与控制器600通信。而且，控制器600和由此实现的编程逻辑620可以包括软件、硬件、固件或其任何组合。还应当理解，可以使用多个控制器600，由此，可以在一个或多个不同的控制器600上执行本文中所描述的不同特征。
对根据示例实施例的系统、方法、设备和计算机程序产品的框图进行参考。将理解到，可以至少部分地由计算机程序指令实现框图的至少一些框和框图中的框的组合。这些计算机程序指令可以被加载到通用计算机、专用计算机、专用的基于硬件的计算机或其它可编程数据处理设备上，以产生机器，使得在计算机或其它可编程数据处理设备上运行的指令创建用于实现所讨论的框图的至少一些框或框图中的框的组合的功能性的部件。
这些计算机程序指令还可以存储在非暂时性计算机可读存储器中，其能够引导计算机或其它可编程数据处理设备以具体方式运作，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生一种制品，该制品包括实现在一个框或若干框中指定的功能的指令部件。计算机程序指令还可以被加载到计算机或其它可编程数据处理设备上，以促使一系列操作步骤将在计算机或其它可编程设备上执行，从而产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在一个框或若干框中指定的功能的操作。
可以通过在计算机的操作系统上运行的应用程序而实现本文中所描述的系统的一个或多个构件和方法的一个或多个要素。还可以用其它计算机系统配置来实现这些系统构件和方法要素，包括手持装置、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费者电子装置、迷你计算机、大型计算机等。
作为本文中所描述的方法和系统的构件的应用程序可以包括实现某些抽象数据类型并执行某些任务或动作的例程、程序、构件、数据结构等。在分布式计算环境下，应用程序（整体地或部分地）可以位于本地存储器或其它存储装置中。另外或备选地，应用程序（整体地或部分地）可以位于远程存储器或存储装置中，以允许其中由通过通信网络而链接的远程处理装置执行任务的情形。
得益于在前面的描述和相关联的附图中提出的教导的本领域技术人员将想到与本文中所陈述的示例描述有关的这些描述的许多修改及其它实施例。因而，将理解，本公开可以按许多形式来实施，以及不应当限于上述的示例实施例。因此，将理解到，本公开不限于所公开的特定实施例，以及修改及其它实施例旨在被包括于所附权利要求的范围内。虽然在本文中采用特定术语，但这些术语仅仅在通用和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。
零件表
图1
100 – 数字变电站
105 – 开关站
110 – 一次电力线
115 –（若干）电流变换器（CT）
120 –（若干）电压变换器（VT）
125 –（若干）保护式继电器
130 –（若干）断路器
135 – 过程接口单元/合并单元（PIU/MU）
140 – 二次电力线
145 –（若干）智能电子装置（IED）
150 – 铜线
160 – 过程总线
230 – 局域网（LAN）
图2
135 – 过程接口单元/合并单元（PIU/MU）
145 –（若干）智能电子装置（IED）
200 – 用于无配置过程总线的系统
205 – 可预先配置的处理
210 – 可预先配置且可配置的处理
220 – 工程计算机
225 – 通信端口
230 – 局域网（LAN）
图3
135 – 过程接口单元/合并单元（PIU/MU）
145 –（若干）智能电子装置（IED）
205 – 可预先配置的处理
210 – 可预先配置且可配置的处理
225 – 通信端口
230 – 局域网（LAN）
235 – 架构式冗余处理
240 – 点对点连接
245 – 可配置的网络连接
300 – 用于无配置过程总线的系统
图4
400 – 方法
402 – 方法框
404 – 方法框
406 – 方法框
408 – 方法框
410 – 方法框
412 – 方法框
414 – 方法框
416 – 方法框
图5
500 – 方法
502 – 方法框
504 – 方法框
506 – 方法框
508 – 方法框
510 – 方法框
512 – 方法框
514 – 方法框
516 – 方法框
518 – 方法框
图6
600 – 控制器
610 – 存储器
620 – 编程逻辑
630 – 数据
640 – 操作系统
650 – 处理器
660 –数据总线
670 – 用户接口装置
680 – 输入/输出（I/O）接口。

Claims (20)

1.一种用于网络失效转移的系统，所述系统包含：
至少一个过程接口单元（PIU）；
至少一个智能电子装置（IED），以通信方式耦合到所述至少一个PIU；以及
以太网网络，配置成在所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间传输数据；
其中，所述至少一个IED可操作以从所述至少一个PIU并行地接收：
经由所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间的点对点连接的预先配置的数据流；以及
经由所述以太网网络的一个或多个其它数据流；以及，
其中，所述至少一个IED进一步可操作以：
确定满足失效条件中的至少一个，所述失效条件包括：
所述预先配置的数据流中的至少一个帧丢失或延迟；
所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据的质量低于第一阈值；
与所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据相关联的时间的周期低于第二阈值；以及
与所述至少一个PIU的行为和操作模式之一相关联的健康指示符低于第三阈值；
响应于所述确定，识别所述一个或多个其它数据流中的至少一个冗余帧；
确定所述至少一个冗余帧中的所述数据的所述质量高于所述第一阈值，以及所述至少一个冗余帧中的所述时间的所述周期高于所述第二阈值；以及
基于所述确定，如果结果是肯定的，则使用所述至少一个冗余帧以进行处理，所述处理包括至少变换所述数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个IED进一步可操作以：
如果所述确定的结果是否定的，则确定对于其满足所述失效条件的所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧的数量；
如果所述数量低于公差阈值，则将所述至少一个帧标记为具有不良质量，以及发送所述至少一个帧，以进行进一步的处理；以及，
如果所述数量高于所述公差阈值，则发出至少一个警报。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个IED进一步可操作以确定具有在阈值内的质量的数据在所述预先配置的数据流中是否可用。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个PIU包括由工厂设置或产品代码指令之一定义的至少一个预先配置的通信端口。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述预先配置的数据流和所述一个或多个其它数据流中的至少一个包括至少一个数据集，所述至少一个数据集包括用于唯一标识符（UID）的至少一个字段。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述至少一个IED进一步可操作以基于所述UID将所述至少一个数据集映射到用户定义的源。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述至少一个IED进一步可操作以基于用户定义的变换因子变换所述至少一个数据集，以避免通过所述至少一个PIU的配置。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述至少一个数据集包括面向通用对象的变电站事件。
9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述至少一个数据集包括采样值，所述采样值包括从电流变换器直接地测量的电流输出和从电压变换器直接地测量的电压输出中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，至少基于IEC 61850格式或IEC 61869格式之一，使所述预先配置的数据流和所述一个或多个其它数据流中的至少一个格式化。
11.一种用于失效转移网络的方法，所述方法包含：
提供至少一个过程接口单元（PIU）；
提供至少一个智能电子装置（IED），其以通信方式耦合到所述至少一个PIU；
提供以太网网络，其配置成在所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间传输数据；
由所述至少一个IED从所述至少一个PIU并行地接收：
经由所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间的点对点连接的预先配置的数据流；以及
经由所述以太网网络的一个或多个其它数据流；
由所述至少一个IED确定满足失效条件中的至少一个，所述失效条件包括：
所述预先配置的数据流中的至少一个帧丢失或延迟；
所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据的质量低于第一阈值；
与所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据相关联的时间的周期低于第二阈值；以及
与所述至少一个PIU的行为和操作模式之一相关联的健康指示符低于第三阈值；
响应于所述确定，由所述至少一个IED识别所述一个或多个其它数据流中的至少一个冗余帧；
由所述至少一个IED确定所述至少一个冗余帧中的所述数据的所述质量高于所述第一阈值，以及所述至少一个冗余帧中的所述时间的所述质量高于所述第二阈值；以及
基于所述确定，如果结果是肯定的，则由所述至少一个IED处理所述至少一个冗余帧，其中，所述处理包括至少变换所述数据。
12.根据权利要求11所述的方法，还包含：
如果所述确定的结果是否定的，则由所述至少一个IED确定对于其满足所述失效条件的所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧的数量；
如果所述数量低于公差阈值，则由所述至少一个IED将所述至少一个帧标记为具有不良质量，以及发送所述至少一个帧，以进行进一步的处理；以及，
如果所述数量高于所述公差阈值，则由所述至少一个IED发出至少一个警报。
13.根据权利要求11所述的方法，还包含由所述至少一个IED基于预定的标准确定可在所述预先配置的数据流中可用的数据是否为在阈值内的质量。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个PIU包括由工厂设置或产品代码指令之一定义的至少一个预先配置的通信端口。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预先配置的数据流和所述一个或多个其它数据流中的至少一个包括至少一个数据集，所述至少一个数据集包括用于唯一标识符（UID）的至少一个字段。
16.根据权利要求15所述的方法，还包含由至少一个IED基于所述UID将所述至少一个数据集映射到用户定义的源。
17.根据权利要求16所述的方法，还包含由所述至少一个IED基于用户定义的变换因子变换所述至少一个数据集，以避免通过所述至少一个PIU的配置。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个数据集包括面向通用对象的变电站事件。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个数据集包括采样值，所述采样值包括从电流变换器直接地测量的电流输出和从电压变换器直接地测量的电压输出中的至少一个。
20.一种用于网络失效转移的系统，所述系统包含：
一个或多个电气变电站构件，包括至少一个电流变换器（CT）和至少一个电压变换器（VT）；
至少一个过程接口单元（PIU），与所述至少一个CT和所述至少一个VT连线，其中，所述至少一个PIU包括由工厂设置和产品代码指令之一定义的至少一个预先配置的通信端口，所述至少一个PIU可操作以传输和接收数据流，所述数据流包括使用预先配置的IED实例化的描述（IID）文件来定义的至少一个数据集，所述至少一个数据集包括至少一个字段，以用于：
从所述至少一个CT和所述至少一个VT之一测量的采样值；
面向通用对象的变电站事件（GOOSE），所述GOOSE包括针对包括至少一个开关设备的过程换能器中的至少一个而直接测量的状态和模拟信息中的至少一个；
唯一标识符（UID），由所述工厂设置或所述产品指令代码之一预先配置；
至少一个智能电子装置（IED），以通信方式耦合到所述至少一个PIU；以及
以太网网络，配置成在所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间传输数据；
其中，所述至少一个IED可操作以从所述至少一个PIU并行地接收：
经由所述至少一个PIU与所述至少一个IED之间的点对点连接的预先配置的数据流；以及
经由所述以太网网络的一个或多个其它数据流；以及
其中，所述至少一个IED进一步可操作以：
确定满足失效条件中的至少一个，所述失效条件包括：
所述预先配置的数据流中的至少一个帧丢失或延迟；
所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据的质量低于第一阈值；
与所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧中的所述数据相关联的时间的周期低于第二阈值；以及
与所述至少一个PIU的行为和操作模式之一相关联的健康指示符低于第三阈值；
响应于所述确定，识别所述一个或多个其它数据流中的至少一个冗余帧；
确定所述至少一个冗余帧中的所述数据的所述质量高于所述第一阈值，以及所述至少一个冗余帧中的所述时间的所述质量高于所述第二阈值；
基于所述确定，如果结果是肯定的，则使用所述至少一个冗余帧以进行处理，所述处理包括至少变换所述数据；
如果所述确定的结果是否定的，则确定对于其满足所述失效条件的所述预先配置的数据流中的所述至少一个帧的数量；
如果所述数量低于公差阈值，则将所述至少一个帧标记为具有不良质量，以及发送所述至少一个帧以进行进一步的处理；
如果所述数量高于所述公差阈值，则发出至少一个警报；以及
基于预定的标准，确定所述预先配置的数据流是否包括质量数据。
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