[发明专利]分析过程控制或者分站自动化系统中的数据通信

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制大规模工业过程的过程控制系统的领域，以及具体来说涉及用于操作高压和中压电力网络中的分站的分站自动化系统。更具体来说，本发明涉及一种评估过程控制或分站自动化系统的智能电子装置之间的数据流的方法。

背景技术

过程控制或者工业自动化系统广泛地用来保护、控制和监测用于例如制造商品、转化物质或者生成电力的工业工厂中的工业过程，以及监测和控制分布式一次系统(primary system)、例如电力、水或气供应系统或者电信系统(包括其相应分站)。工业自动化系统一般具有分布在工业工厂中或者分布于分布式一次系统并且经由通信系统在通信上互连的大量过程控制器。

高压和中压电力网中的分站包括一次装置(primary device)，例如电缆、线路、汇流条、开关、电力变换器和仪表变换器，其一般设置在开关站和/或间隔中。这些一次装置经由分站自动化(SA：Substation Automation)系统以自动化方式来操作。SA系统包括负责一次装置的保护、控制和监测的二次装置(secondary device)，即所谓的智能电子装置(IED)。可将IED指配给分层级，即站级、间隔级（bay level）和过程级，后者通过所谓的过程接口与间隔级分离。SA系统的站级包括具有人机界面(HMI)的操作员工作站(OWS)以及到网络控制中心(NCC)的网关。间隔级上的IED也称作间隔单元，它们又相互连接以及经由间隔或站间母线连接到站级上的IED，主要用于交换命令和状态信息。

过程级上的IED包括用于电压(VT)、电流(CT)和气体密度测量的电子传感器、用于感测开关和变换器抽头变换器位置的接触探针和/或用于控制例如断路器或隔离开关等开关设备的智能致动器(I/O)。示范过程级IED、例如非常规电流和电压变换器包括用于模拟信号的取样的模数(AD)转换器。过程级IED经由过程总线(其能够被认为是替代常规硬连线过程接口的过程接口)连接到间隔单元。后者经由专用铜线将开关站中的常规电流或电压变换器连接到间隔级设备，在这种情况下，仪表变换器的模拟信号由间隔单元来取样。

由国际电工委员会(IEC)作为标准IEC 61850的一部分(标题为“分站中的通信网络和系统”)引入了分站的二次装置之间的通信的通信标准。对于非时间关键消息，IEC 61850-8-1基于简化开放系统互连(OSI)协议栈来规定制造消息规范(MMS，ISO/IEC 9506)协议，其中具有分别在传输和网络层中的传输控制协议(TCP)和因特网协议(IP)以及作为物理介质的以太网。对于基于时间关键事件的消息，IEC 61850-8-1规定直接在通信栈的以太网链路层上的通用面向对象分站事件(GOOSE)。对于在过程级的极快周期变化信号、例如测量模拟电压或电流，IEC 61850-9-2规定取样值(SV)服务，其像GOOSE一样直接建立于以太网链路层。因此，标准定义作为工业以太网上的多播消息发布来自过程级的电流或电压传感器的基于事件的消息和数字化测量数据的格式。SV和GOOSE消息通过过程总线来传送，其中过程总线可具体在节省成本介质或低压分站中延伸到相邻间隔，即超出向其指配传感器的间隔。在后一种情况下，除了过程数据之外，过程总线还传送原本经由专用站总线所交换的命令和/或状态相关消息。

通过标准化配置表示或者称作分站配置描述(SCD)的正式系统描述来配置和描述基于IEC61850的SA系统。SCD文件包括基于消息类型或数据集、即对于每一个消息源的目标或接收方IED的列表、按照数据集定义的消息大小以及例如GOOSE、SV和完整性报告等的所有周期业务的消息发送速度的、IED之间的逻辑数据流。SCD文件同样包括IED之间的关系以及IED代表分站过程或开关站来运行的功能性。