具有动态组播过滤器的变电站自动化系统技术方案

本发明专利技术涉及一种变电站自动化系统，尤其涉及电力传输或分配网络中的高压或中压变电站的操作。变电站自动化系统包括多个二次设备，这些二次设备通过组播分组向彼此传送和从彼此接收数据。该二次设备包括分组过滤器，其适于在变电站自动化系统的运行时间期间被动态设置，以便更新规则用于将来自站母线系统的组播分组转发至二次设备上运行的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种变电站自动化系统，尤其涉及电力传输或分配网络中的高压或中压变电站的操作。变电站自动化系统包括多个二次设备，这些二次设备通过组播分组向彼此传送和从彼此接收数据。该二次设备包括分组过滤器，其适于在变电站自动化系统的运行时间期间被动态设置，以便更新规则用于将来自站母线系统的组播分组转发至二次设备上运行的应用。【专利说明】具有动态组播过滤器的变电站自动化系统
本专利技术涉及变电站自动化（SA)系统领域，尤其涉及操作在一个电力传输或分配 网络中的高压或中压变电站的SA系统。
技术介绍
高压或中压电力网络中的变电站包括一次设备，如电缆、线路、母线、开关、电力变 换器和仪表变换器，这些通常设置在开关站和/或间隔处。通过一个变电站自动化（SA)系 统自动地控制这些一次设备。该SA系统包括基于微处理器的、可编程的二次设备，被称为 智能电力设备（IED)的设备负责保护、控制和监控所述一次设备。IED通常被分配在三个 等级层中的一层中，即站层、间隔层或应用层之一，过程接口将过程层从间隔层分离出来。 SA系统的站层包括操作员工作站（0WS)，该操作员工作站具有连接至一个网络控制中心 (NCC)的一个人机接口（HMI)和一个网关。间隔层上的IED，也叫做间隔单元，通过一个光 学间隔或站间母线轮流与彼此和站层上的IED连接。 过程层上的IED包括例如用于电压、电流和气体密度测量的非常规或电子传感 器，用于感测开关和变换器抽头切换开关位置的接触探测器，或者用于控制如电路断路器 或分离器的开关装置的智能调节器。如果屏蔽了电磁干扰，断路器IED甚至可以直接集成 在开关装置或相关智能一次设备中。将过程层IED通过过程母线连接至间隔单元，优选光 学母线，其可以被认为是替代硬接线过程接口的过程接口，该硬接线过程接口通常连接开 关站和间隔层设备。 在作为标准IEC 61850的一部分"变电站中的通信网络和系统"中，国际电工委员 会（IEC)已经介绍了用于变电站的二次设备之间通信的通信标准。对于非时间紧急消息， IED之间的通信由一个制造业消息规范（MMS)应用层协议和传输与网络层中具有传输控 制协议（TCP)和一个网络协议（IP)简化的开放式系统互联（0SI)协议栈处理，其中，以太 网作为物理媒介。另一方面，对于，被称为面向通用对象变电站事件（G00SE，部分标准IEC 61850-8-1)的时间紧急消息直接建立在通信栈的以太网链接层。过程层上的时间非常紧 急信号，例如跳闸命令和测量的类似电压或电流，采用被认为是采样值的GOOSE简化变量 (SV，标准IEC 61850-9-2的一部分），其也可以直接建立在以太网链接层上。 由此，以太网交换系统通常用于过程控制系统，即通过虚拟局域网络（VLAN)和基 于多播地址的过滤器与二次设备互连，以避免消息冲突，也限制了与二次设备往来的广播 消息数据流。原则上，如果网络互连设备或二次设备上没有设置特定过滤器，以太网交换系 统中的以太网多播消息被发送至LAN或WLAN中的网络互连设备的所有输出端口，例如交换 机，以及所有接收器，即二次设备。这些过滤器基于VLAN配置和多播地址过滤器，例如可以 在交换机中静态配置这些过滤器。 IEC 61850多播消息被周期性地发送，并以大于等于4kHz的采样率采样。这不仅 在以太网中导致高负载，尤其也会在应用设备，即二次设备上导致高负载，因为每个所接收 的分组都占用二次设备的空间，例如网络栈将二次设备连接至以太网需要处理时间，处理 器或中央处理单元和二次设备运行的相应应用需要处理时间。通过静态VLAN和/或交换 机或与IED连接的网络互连设备中的多播过滤器，或者通过IED上的静态过滤器，实现对以 太网和/或应用IED的负载限制。典型地，在IED初始化期间设置静态过滤器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工业自动化系统，尤其是提供一种变电站自动化系统， 以及一种在该系统中建立分组过滤器中的规则的方法，该方法会减低由在系统二次设备中 运行的应用的多播分组造成的处理负载。依据其独立权利要求，该目的由一个自动化系统 和一个方法实现。进一步地，从从属权利要求和说明书中可以明显地得到优选的实施例。 依据本专利技术的第一方面，一种操作工业过程的工业自动化系统，尤其是一种操作 一个电力传输或分配网络中的一个高压或中压变电站的自动化系统，该自动化系统包括： 通信母线系统和多个二次设备或IED，该二次设备被配置成通过母线系统在多播模式中发 送和/或接收组播消息，以及二次设备被配置成控制所述过程或变电站的一次设备。自动 化系统包括一个分组过滤器，基于分组过滤器的规则或参数过滤通过母线系统所发送的数 据分组或消息。该分组过滤器被配置成通过提供一个分组过滤器的规则，选择或识别组播 分组。将所选择的组播消息从母线系统转发至多个二次设备中的目标二次设备的应用。提 供一种规则适配器，用于在自动化系统运行时间期间，基于应用状态的变化，动态地调整和 更新分组过滤器的规则。应用的状态依次取决于程序或变电站的电路状态，尤其取决于所 有切换单元的电流状态所确定的动态变电站拓扑结构，或者实际的超额发电量和/或消 耗。 分组过滤器可以被配置成如果多播分组满足分组过滤器的第一规则，转发该多播 分组。分组过滤器还可以被配置成另外一种方式即如果分组满足分组过滤器的第二规则， 则不转发，即拒绝或丢弃分组。因此，依据所谓的白名单（只有分组满足分组过滤器的第一 规则转发分组）或所谓的黑名单（如果分组满足分组过滤器的第二规则丢弃或拒绝分组） 配置该分组过滤器。通过分组的特定属性例如源设备、目标设备、源应用、目标应用或分组 类型的报头字段指示确定分组是否满足分组过滤器的规则。依据特定分配方法，将这些属 性编码成数值，例如将应用或分组类型分配成特定数值。 变电站自动化的典型应用包括同步检查母线图像和母线保护功能。事实上，自适 应过滤器可有效地减少将新来的多播分组流数目，例如，从10个降至1个特定分组流，实际 上，同步检查应用需要给出变电站的现有状态或拓扑结构。 依据本专利技术的一个具体实施例，规则适配器实现或装载于得益于分组过滤器的适 配规则来执行应用的二次设备中；尤其是，规则适配器是应用的一部分。为此，基于应用感 应到的程序或变电站的状态在二次设备中评估应用状态。每个二次设备适配其专用过滤器 比一个二次设备在自动化系统以集中方式建立多个分组过滤器的规则要更好，尤其是在处 理功率和通信延迟的情况下。 依据本专利技术的一个具体实施例，多个二次设备的每个二次设备都包括一个分组过 滤器，其中每个分组过滤器被配置成，如果多播分组满足分组过滤器的至少一个规则，通过 母线系统转发所接收的多播分组。在毫秒范围内，从设备内部规则适配器中更新位于二次 设备的分组过滤器。相反地，任一位于交换机或其它网络互连设备中的过滤器将承受将调 整过滤器参数设置发送至交换机造成的额外时间延迟。 依据本专利技术的另一个进一步的具体实施例，在二次设备协议栈的硬件层实现该分 组过滤器，在该硬件层过滤器决定是否将消息转发至更高的栈层和应用。尤其是，分组过滤 器由硬件实现，即硬接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作工业过程的工业自动化系统，尤其是用于操作电力传输或分配网络的高压或中压变电站(200)的变电站自动化系统(100)，所述自动化系统包括：母线系统(120)和多个二次设备(110)，这些二次设备适于通过所述母线系统发送和/或接收组播消息，以及这些二次设备适于操作所述过程或变电站的一次设备(210)，分组过滤器(113)，其适于基于所述分组过滤器的规则来选择组播消息，并适于将所选择的组播消息从所述母线系统转发至二次设备的应用，规则适配器，用于在所述自动化系统运行时间期间并基于所述应用的状态，动态地调整所述分组过滤器的规则。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·奥布里斯特，W·温默，G·希佩特，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH