專利名稱：確定過(guò)程控制系統(tǒng)的基于交換的通信網(wǎng)絡(luò)的vlan-id的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過(guò)程控制系統(tǒng)，并且特別地涉及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，其具有標(biāo)準(zhǔn)化配置表示以及基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
過(guò)程控制或工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)廣泛地用于保護(hù)、控制并且監(jiān)視例如制造貨品、轉(zhuǎn)化物質(zhì)或發(fā)電的工廠中的工業(yè)過(guò)程以及監(jiān)視和控制擴(kuò)展的一次系統(tǒng)，如電力、水或氣供應(yīng)系統(tǒng)或電信系統(tǒng)，其包括它們相應(yīng)的變電站。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)一般具有分布在工廠中或擴(kuò)展的一次系統(tǒng)上并且經(jīng)由通信系統(tǒng)而通信地互連的大量過(guò)程控制器。
高和中壓電力網(wǎng)絡(luò)中的變電站包括一次裝置,例如電纜、線路、母線、開(kāi)關(guān)、電力變壓器和儀表變壓器，其一般設(shè)置在開(kāi)關(guān)站和/或間隔中。這些一次裝置經(jīng)由變電站自動(dòng)化(SA)系統(tǒng)以自動(dòng)化的方式操作。該SA系統(tǒng)包括二次裝置，所謂的智能電子裝置(IED)，負(fù)責(zé)保護(hù)、控制和監(jiān)視一次裝置?？蓪?duì)IED分配分級(jí)等級(jí)，例如站級(jí)、間隔級(jí)和過(guò)程級(jí)，其中過(guò)程級(jí)與間隔級(jí)由所謂的過(guò)程接口分開(kāi)。SA系統(tǒng)的站級(jí)包括具有人機(jī)界面(HMI)的操作者工作站(OWS)和到網(wǎng)絡(luò)控制中心(NCC)的網(wǎng)關(guān)。間隔級(jí)(其也可稱為間隔單元)上的IED進(jìn)而經(jīng)由起到交換命令和狀態(tài)信息目的的間隔間或站總線而連接到彼此以及連接到站級(jí)上的IED。過(guò)程級(jí)上的IED可以包括(i)用于電壓(VT)、電流(CT)和氣體密度測(cè)量的電子傳感器，(ii)用于感測(cè)開(kāi)關(guān)和變壓器抽頭變換器位置的接觸探頭，和/或(iii)用于改變變壓器抽頭位置或用于控制類似斷路器或切斷器的開(kāi)關(guān)設(shè)備的智能致動(dòng)器(I/o)。例如非常規(guī)的電流或電壓變壓器等示范性過(guò)程級(jí)IED包括用于模擬信號(hào)采樣的模數(shù)(Α/D)轉(zhuǎn)換器。過(guò)程級(jí)IED經(jīng)由可視為代替常規(guī)硬接線過(guò)程接口的過(guò)程接口的過(guò)程總線連接到間隔單元。常規(guī)硬接線過(guò)程接口經(jīng)由專用銅線使開(kāi)關(guān)站中的常規(guī)電流或電壓變壓器連接到間隔級(jí)設(shè)備，在該情況下儀表變壓器的模擬信號(hào)由間隔單元采樣。用于變電站的二次裝置之間通信的通信標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)引入作為名為“變電站中的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)(communication networks and systems insubstations)”的標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850的一部分。對(duì)于非時(shí)間苛刻報(bào)文，IEC 61850-8-1基于精簡(jiǎn)的開(kāi)放式系統(tǒng)互連(OSI)協(xié)議棧(分別在傳輸和網(wǎng)絡(luò)層中具有傳輸控制協(xié)議(TCP)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)上)以及作為物理介質(zhì)的以太網(wǎng)規(guī)定制造報(bào)文規(guī)范(MMS，IS0/IEC 9506)。對(duì)于時(shí)間苛刻的基于事件的報(bào)文，IEC 61850-8-1直接在通信棧的以太網(wǎng)鏈路層上規(guī)定面向通用對(duì)象變電站事件(G00SE)。對(duì)于在過(guò)程級(jí)非?？斓刂芷谛宰兓男盘?hào)(例如測(cè)量的模擬電壓或電流)IEC 61850-9-2規(guī)定采樣值(SV)服務(wù)，其與G00SE類似直接建立在以太網(wǎng)鏈路層上。因此，該標(biāo)準(zhǔn)限定公布的格式，如在工業(yè)以太網(wǎng)上的多播報(bào)文、基于事件的報(bào)文和來(lái)自過(guò)程級(jí)上的電流或電壓傳感器的數(shù)字化測(cè)量數(shù)據(jù)。SV和G00SE報(bào)文在過(guò)程總線上傳輸，其可(特別在成本有效介質(zhì)或低壓變電站中)延伸到相鄰間隔，即傳感器所分配到的間隔之夕卜。在后者情況下，除過(guò)程數(shù)據(jù)外，過(guò)程總線還傳輸與另外經(jīng)由專用站總線交換的命令和/或狀態(tài)相關(guān)報(bào)文。在下面，SA系統(tǒng)中的過(guò)程與站總線之間的區(qū)別可去除。基于IEC61850的SA系統(tǒng)通過(guò)稱作變電站配置描述(SCT)的形式系統(tǒng)描述或標(biāo)準(zhǔn)化配置表示來(lái)配置和描述。SCD文件包括在報(bào)文型或數(shù)據(jù)集合基礎(chǔ)上(即對(duì)于每一個(gè)報(bào)文源)IED之間的邏輯數(shù)據(jù)流、目的地或接收方IED的列表、從數(shù)據(jù)集合定義方面的報(bào)文大小以及對(duì)類似G00SE、SV和完整性報(bào)告的全部周期性流量的報(bào)文發(fā)送速率。SCD文件同樣包括IED之間的關(guān)系以及IED代表變電站過(guò)程或開(kāi)關(guān)場(chǎng)所執(zhí)行的功能性。除用于高和中壓電力網(wǎng)絡(luò)中的變電站的SA系統(tǒng)外，用于例如水力發(fā)電廠、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和分布式能源(DER)的其他過(guò)程控制系統(tǒng)可同樣由至少部分等同于IEC61850的形式系統(tǒng)描述來(lái)描述。在一般的通信系統(tǒng)技術(shù)中，在通過(guò)將多個(gè)計(jì)算機(jī)或其他智能裝置連接在一起而構(gòu)造的局域網(wǎng)(LAN)內(nèi)，稱作“虛擬LAN” (VLAN)的概念采用用于任意以及邏輯分組的終端或節(jié)點(diǎn)(其連接到網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī))的功能性。根據(jù)IEEE 802.1Q的以太網(wǎng)VLAN允許限制對(duì)連接到VLAN內(nèi)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的終端的訪問(wèn)以及限制到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的預(yù)定部分(其中連接的接收方終端屬于相同的VLAN)的多播以太網(wǎng)報(bào)文的數(shù)據(jù)流。在當(dāng)前技術(shù)水平的如用于辦公和商業(yè)應(yīng)用的基于以太網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)中，VLAN定義在以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)處理，因此后者必須配置成或用別的方式知曉相關(guān)的VLAN。具體地，對(duì)于交換機(jī)的每個(gè)端口，該交換機(jī)必須知道特定的入局VLAN (多播)報(bào)文是否應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)到該端口，即是否該端口還作為輸出端口屬于入局報(bào)文的VLAN。此外，在當(dāng)前技術(shù)水平的基于以太網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)中，假設(shè)任何單連接終端或端節(jié)點(diǎn)僅屬于一個(gè)特定VLAN。該終端然后可僅與屬于相同VLAN的其他終端交談。當(dāng)配置交換機(jī)時(shí)，到這些通信終端的端口因此稱作訪問(wèn)端口，并且這些訪問(wèn)端口僅被允許屬于一個(gè)VLAN，而通信系統(tǒng)內(nèi)部的其他端口(主干端口)必須屬于幾個(gè)VLAN。最終，還假設(shè)所有IFD自發(fā)地在它們的VLAN內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。與此相反，在過(guò)程控制實(shí)時(shí)應(yīng)用中，IED典型地在不同的VLAN內(nèi)發(fā)送不同的實(shí)時(shí)報(bào)文用于不同目的。因此，這里無(wú)法應(yīng)用通常的訪問(wèn)端口概念；然而，邊緣端口的概念(即在物理網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中不必被RSTP環(huán)路避免算法所考慮的端口)，對(duì)于IED (在該注釋中，連接到分配給一個(gè)單VLAN的IED的邊緣端口對(duì)應(yīng)于訪問(wèn)端口)仍有效。這使交換機(jī)上的VLAN配置復(fù)雜化。此外，VLAN的報(bào)文的接收方不在相同的VLAN內(nèi)發(fā)送它們接收的報(bào)文(即，它們不發(fā)送任何VLAN報(bào)文，或在另一個(gè)VLAN內(nèi)發(fā)送)，這阻止了由交換機(jī)的自動(dòng)VLAN檢測(cè)。限制多播報(bào)文在交換的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)流動(dòng)的另一個(gè)機(jī)制對(duì)不同的報(bào)文源采用不同的多播地址，并且基于多播地址依靠以太網(wǎng)交換機(jī)支持報(bào)文過(guò)濾。這里存在管理協(xié)議，如果接收方在它們與交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接或邊緣端口處向需要的多播地址預(yù)訂，則該管理協(xié)議允許交換機(jī)以優(yōu)化方式自動(dòng)管理任何多播數(shù)據(jù)流。該方法不需要交換機(jī)的手動(dòng)配置；然而，它限制報(bào)文流的有效性取決于在GOOSE和SV報(bào)文的情況下在工程化/配置期間手動(dòng)進(jìn)行的到報(bào)文源的多播地址分配。對(duì)于具有提高的實(shí)時(shí)關(guān)鍵通信需求的大型過(guò)程控制系統(tǒng)，由于多播通信穿過(guò)整個(gè)系統(tǒng)并且包括到站級(jí)的垂直通信，通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷在控制系統(tǒng)內(nèi)以及接收應(yīng)用IED處變得關(guān)鍵。這例如對(duì)于根據(jù)IEC 61850的GOOSE和SV報(bào)文(其基于以太網(wǎng)多播報(bào)文)和站級(jí)IED(例如操作者工作站和網(wǎng)關(guān)，其一般不適于每秒處理超出200至1000個(gè)報(bào)文)是這樣的。 在該背景下，在僅需要的報(bào)文被路由到接收方的意義上獲得最佳數(shù)據(jù)流的直接方法是對(duì)每個(gè)報(bào)文源分配其自身的(多播或VLAN或兩者)標(biāo)識(shí)。然而，對(duì)于具有大約300個(gè)IED (每個(gè)具有至少兩個(gè)不同的GOOSE報(bào)文源)的過(guò)程控制系統(tǒng)，這共計(jì)至少600個(gè)不同的報(bào)文源和標(biāo)識(shí)，而對(duì)GOOSE多播地址推薦的標(biāo)識(shí)范圍僅允許512個(gè)不同的標(biāo)識(shí)。另外，交換機(jī)必須考慮的用于過(guò)濾的地址越多，它們需要的存儲(chǔ)器和CPU越多，并且配置它們并使它們保持一致所需要的工作越多。專利申請(qǐng)EP 2157732公開(kāi)了在過(guò)程控制(PC)或變電站自動(dòng)化(SA)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)生成交換機(jī)的VLAN配置數(shù)據(jù)的方法。對(duì)于每個(gè)發(fā)送方IED或?qū)ε渲贸捎伤霭l(fā)送方IED傳輸?shù)拿總€(gè)報(bào)文，從系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化配置表示中檢索報(bào)文·所去往的接收方IED以及虛擬局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)符VLAN ID。對(duì)于每個(gè)接收方IED，去往該接收方IED的所有報(bào)文的VLANID然后分配給該接收方IED所連接的交換機(jī)的邊緣端口。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是在過(guò)程控制(PC)或變電站自動(dòng)化(SA)系統(tǒng)的交換通信網(wǎng)絡(luò)中最小化由虛擬局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)符(VLAN ID)所表示的數(shù)據(jù)流網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量以選擇性地由交換通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文。該目的由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的確定PC系統(tǒng)的基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)中的VLAN-1D的方法、PC系統(tǒng)的基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)以及用于配置PC系統(tǒng)的基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)的配置工具實(shí)現(xiàn)。另外的優(yōu)選實(shí)施例從從屬專利權(quán)利要求中顯而易見(jiàn)。根據(jù)本發(fā)明，確定PC系統(tǒng)、特別是SA系統(tǒng)(其包括連接到基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)并且定期或持續(xù)發(fā)送多播報(bào)文(其進(jìn)而由交換機(jī)選擇性地轉(zhuǎn)發(fā))的多個(gè)智能電子裝置(IED))的基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)中的VLAN-1D的方法包括以下步驟
一從包括邏輯數(shù)據(jù)流定義的PC系統(tǒng)的形式系統(tǒng)描述或標(biāo)準(zhǔn)化配置表示中檢索對(duì)于多個(gè)IED中的每個(gè)發(fā)送方IED以及對(duì)于配置成由所述發(fā)送方IED傳輸?shù)拿總€(gè)報(bào)文的該報(bào)文所去往的接收方或目的地IED，
一識(shí)別作為多個(gè)IED的子集合的第一報(bào)文的接收方IED的第一完備集合(即，從第一發(fā)送方IED接收第一報(bào)文的所有IED)和全部都接收來(lái)自第二發(fā)送方IED的第二報(bào)文的接收方IED的第二完備集合，
-如果接收方IED的第一和第二集合至多有兩個(gè)發(fā)送方IED不同，則將相同的VLAN-1D分配給第一和第二報(bào)文兩者，或分配給相應(yīng)的報(bào)文源控制框一也就是說(shuō)，如果除兩個(gè)源IED自身外所有目的地IED相同(即，作為相互目的地的源從比較中排除)則賦予相同的VLAN-1D,同時(shí)將不同的VLAN-1D分配給所有的第三報(bào)文，對(duì)于這些第三報(bào)文，接收方IED的集合與接收方IED的第一和第二集合不匹配，以及
一寫入并且存儲(chǔ)分配的VLAN-1D作為形式系統(tǒng)描述的一部分用于后續(xù)的自動(dòng)配置任務(wù)。確定的VLAN ID可以用于標(biāo)準(zhǔn)VLAN配置以及作為多播地址的一部分用于交換以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的多播地址過(guò)濾，并且對(duì)于該目的，被配置到并且存儲(chǔ)在相應(yīng)的多播報(bào)文的報(bào)文源控制框中。根據(jù)配置的報(bào)文源控制框發(fā)送的每個(gè)報(bào)文實(shí)例插入特定報(bào)文的VLAN-1D和/或多播地址，其由交換機(jī)估計(jì)以用于選擇性轉(zhuǎn)發(fā)。在標(biāo)準(zhǔn)VLAN配置中，確定的VLAN-1D在工程化期間分配給通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)，并且在調(diào)試期間裝載到交換機(jī)內(nèi)，并且從而配置交換機(jī)和它們與IED的邊緣端口，如例如在EP 2157732中詳述的。在多播地址過(guò)濾器配置中，通過(guò)在GOOSE和SV報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化IEC 61850多播地址前綴末端添加計(jì)算的VLAN-1D而將它們用于具體的多播地址標(biāo)識(shí)符。如果通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)能夠同時(shí)處理標(biāo)準(zhǔn)VLAN配置和多播過(guò)濾兩者，前面提到的兩個(gè)機(jī)制甚至可同時(shí)使用。特別地，可基于超出本公開(kāi)范圍的考慮而手動(dòng)定義標(biāo)準(zhǔn)VLAN，并且可基于根據(jù)本發(fā)明確定的標(biāo)識(shí)符在這樣的VLAN內(nèi)進(jìn)行多播過(guò)濾。從而，即使VLAN靜態(tài)地用于確保網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，自動(dòng)計(jì)算的多播標(biāo)識(shí)符可以經(jīng)由動(dòng)態(tài)建立或靜態(tài)配置的多播地址過(guò)濾而開(kāi)發(fā)以優(yōu)化接收IED上的負(fù)荷。在優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)例如變電站自動(dòng)化中的互鎖、反向阻斷或斷路器故障保護(hù)等特定分布式過(guò)程控制應(yīng)用識(shí)別通信或數(shù)據(jù)流集群。對(duì)于多個(gè)IED中的每個(gè)發(fā)送方IED以及對(duì)于配置成由所述發(fā)送方IED傳輸?shù)拿總€(gè)報(bào)文，報(bào)文源控制框配置并且生成報(bào)文。如果由報(bào)文源控制框配置并且屬于特定應(yīng)用的報(bào)文未被尋址到非集群成員并且被專門發(fā)送到其他集群成員中的一些或全部，則報(bào)文源控制框有資格作為集群成員。對(duì)有資格的集群成員和/或局限在集群內(nèi)的相應(yīng)報(bào)文分配相同的VLAN-1D。
在另外優(yōu)選的實(shí)施例中，在報(bào)文源控制框與接收方IED之間，經(jīng)由對(duì)于特定分布式應(yīng)用所識(shí)別的集群連接而定義通信集群。如果根據(jù)相應(yīng)的第一報(bào)文源控制框而發(fā)送發(fā)送方IED的第一報(bào)文到第二或接收方IED并且另外到至少一個(gè)第三IED (進(jìn)而第二 IED也發(fā)送關(guān)于特定分布式應(yīng)用的報(bào)文到該至少一個(gè)第三IED)，第一報(bào)文源控制框與第二 IED之間的連接視為集群連接。僅具有集群連接并且另外包括相應(yīng)的目的地IED之間的其他報(bào)文的發(fā)送方IED的兩個(gè)報(bào)文源控制框被分配給相同的通信集群。也就是說(shuō)，通信集群識(shí)別為由集群連接而互相互連的IED上的一定數(shù)量的報(bào)文源控制框，其中到接收方IED的報(bào)文也由第三IED接收，其中第三IED同樣接收來(lái)自接收方IED的另一個(gè)報(bào)文。最后，對(duì)集群成員和/或局限在集群內(nèi)的相應(yīng)報(bào)文分配相同的集群VLAN-1D。另一方面，對(duì)具有至少一個(gè)非集群連接的報(bào)文源控制框分配與集群VLAN-1D不同的VLAN-1D，其中這樣的“弱”或“非集群”報(bào)文源可進(jìn)一步經(jīng)歷如上文描述的VLAN-1D確定算法。概括起來(lái)，根據(jù)本發(fā)明，在具有基于VLAN-1D (作為建立的通信子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符)的適合的報(bào)文過(guò)濾的PC或SA系統(tǒng)中，在接收方IED僅接收計(jì)劃的報(bào)文的意義上優(yōu)化數(shù)據(jù)流，而子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符的數(shù)量降低至最大程度。以這樣的方式限制實(shí)時(shí)流量將確保系統(tǒng)的正確操作，以及特別地確保根據(jù)IEC 61850-9-2采用采樣值(SV)協(xié)議使傳感器連接以及使用GOOSE用于互鎖的大型SA系統(tǒng)的正確操作。同時(shí)，具有上文描述的功能性的配置工具將允許也為不知曉交換機(jī)的人設(shè)置該類系統(tǒng)、進(jìn)一步降低更復(fù)雜系統(tǒng)的工程化時(shí)間并且降低工程化錯(cuò)誤。后者進(jìn)而將使調(diào)查由臨時(shí)通信系統(tǒng)過(guò)載產(chǎn)生的問(wèn)題的需要減小。本發(fā)明還涉及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用于控制配置工具的一個(gè)或多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)程序代碼。


本發(fā)明的主旨將在下列正文中參照在附圖中圖示的優(yōu)選示范性實(shí)施例更加詳細(xì)地說(shuō)明，其中
圖1是具有兩個(gè)GOOSE控制框的IED的S⑶描述片段，
圖2描繪具有兩個(gè)電壓水平的變電站以及相應(yīng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的IED，以及 圖3圖示與圖2的變電站的間隔控制器之間的站互鎖應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)流。
具體實(shí)施例方式作為示范性形式系統(tǒng)描述，在該說(shuō)明書(shū)中稱為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的IEC61850符合性描述，包括通信段，其具有識(shí)別VLAN相關(guān)報(bào)文的所有發(fā)送方的實(shí)時(shí)相關(guān)控制框(G00SE和SAV)。SCD文件另外描述邏輯數(shù)據(jù)流，從而在位于SCD描述的IED段內(nèi)的報(bào)文控制框處定義計(jì)劃的目的地IED。圖1是采用變電站配置語(yǔ)言SCL的形式變電站配置描述S⑶的片段，其針對(duì)具有向總共四個(gè)接收方IED發(fā)送的兩個(gè)GOOSE控制框的IED “P2KA1”。圖1a)是通信段的片段，其中IED “P2KA1”的訪問(wèn)點(diǎn)“SI”列出，接著其IP地址有識(shí)別為“interlock”和“ProtTrip”的兩個(gè)GOOSE控制框(CB)。由于下文詳述的程序，已經(jīng)對(duì)這兩個(gè)CB分配截然不同的VLAN (VLAN-1D-101,102)并且同時(shí)分配截然不同的多播地址(01-0C-CD-01-01，01-0C-⑶-01-01-02)。在該情況下，以太網(wǎng)交換機(jī)可依靠VLAN定義或多播過(guò)濾，或兩者。關(guān) 于GOOSE報(bào)文和計(jì)劃的接收方(P2KA2或P2KA5)的細(xì)節(jié)在IED段的報(bào)文控制框中指定，并且部分在圖1b)中示出。通過(guò)考慮以下一些規(guī)則或指導(dǎo)原則，從邏輯數(shù)據(jù)流(包括例如在S⑶文件中描述的VLAN相關(guān)報(bào)文的發(fā)送方和計(jì)劃的目的地IED)最小化報(bào)文源的優(yōu)化(在排除不需要報(bào)文的IED接收?qǐng)?bào)文的意義上)VLAN-1D數(shù)量
規(guī)則1:對(duì)報(bào)文的所有接收方IED分配相同的VLAN-1D。規(guī)則2 :對(duì)發(fā)送到完全相同的接收方IED集合的所有報(bào)文(不管或排除報(bào)文的相應(yīng)發(fā)送方IED)分配相同的VLAN-1D。如果兩個(gè)報(bào)文的接收方IED集合在相應(yīng)發(fā)送方方面不同，這些報(bào)文應(yīng)該具有不同的VLAN ID。圖3圖示與如在圖2中描繪的具有兩個(gè)電壓水平(El，Kl)的變電站的間隔控制器之間的站互鎖應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)流。每個(gè)電壓水平包括四個(gè)母線(W1-W4)，并且這些電壓水平經(jīng)由四個(gè)變壓器(TR1-TR4)連接。示范性間隔控制器(AA1K1Q2KA1，AA1K1Q4KA1，AA1E1Q2KA1)負(fù)責(zé)一次設(shè)備件，如由虛線指示的。在圖3中，每個(gè)線路代表由如在圖1中示出的控制框定義的具體報(bào)文。在該特定情況下，一個(gè)電壓水平的所有控制器發(fā)送它們的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息到相同電壓水平的所有其他控制器，同時(shí)僅對(duì)于連接電壓水平的四個(gè)變壓器，將互鎖相關(guān)信息從處于一個(gè)電壓水平的變壓器間隔控制器(AA1K1Q2KA1)發(fā)送到處于另一個(gè)電壓水平的對(duì)應(yīng)變壓器間隔控制器(AA1E1Q2KA1)。圖3清楚地展現(xiàn)出兩個(gè)電壓水平中的每個(gè)上的數(shù)據(jù)流或通信集群，因此兩個(gè)電壓水平中的每個(gè)的截然不同的VLAN-1D可足以分開(kāi)這些集群。此外，可以對(duì)電壓水平之間的連接分配相同的VLAN-1D，從而導(dǎo)致一個(gè)電壓水平的所有控制器接收與在另一個(gè)電壓水平的變壓器互鎖有關(guān)的所有報(bào)文，或可以對(duì)它們每個(gè)分配專有VLAN。在后者情況下，假設(shè)接收方上的最小負(fù)荷是以作為在六個(gè)非變壓器間隔控制器中的每個(gè)上的輸入需要五個(gè)VLAN-1D(即，四個(gè)來(lái)自四個(gè)變壓器間隔控制器以及用于該電壓水平的公共VALN-1D)為代價(jià)。如果變壓器間隔信息將被發(fā)送兩次一在公共VLAN內(nèi)一次、在特別變壓器相關(guān)VLAN內(nèi)一次，該數(shù)量可以降低至每個(gè)控制器一個(gè)接收的VLAN。然而，相同的信息發(fā)送兩次對(duì)公共通信設(shè)施增添一些額外的負(fù)荷。由于反復(fù)發(fā)送相同的信息，接收方IED處的最小化VLAN-1D數(shù)量與最小負(fù)荷之間的整體選擇由項(xiàng)目工程師通過(guò)在工程化數(shù)據(jù)流時(shí)對(duì)適當(dāng)?shù)目刂瓶蛱峁┻m當(dāng)?shù)慕邮辗蕉x而采取。隨后，并且不管工程師將什么手動(dòng)指定為單獨(dú)邏輯數(shù)據(jù)流和/或報(bào)文接收方，根據(jù)本發(fā)明的方法提供具有最小VLAN-1D數(shù)量的更新的VLAN指派。在幾個(gè)IED發(fā)送到彼此而不是所有其他IED的情況下，識(shí)別(如在圖3中的相關(guān)電壓水平)數(shù)據(jù)流集群以及集群間連接或從集群到一些單接收方的連接的方法在下面提出。為了使集群的識(shí)別自動(dòng)化，在應(yīng)用級(jí)上進(jìn)行“集群連接”與“弱連接”的區(qū)分。也就是說(shuō)，并且為了節(jié)省處理時(shí)間，在下面單獨(dú)探討基本分布式應(yīng)用互鎖、反向阻斷和斷路器故障。通過(guò)在控制框處具有相同的AppID值或?qū)λ械膱?bào)文具有相同的數(shù)據(jù)集合名稱，其他或進(jìn)一步完善的公共應(yīng)用可以在形式上在例如根據(jù)IEC 61850的標(biāo)準(zhǔn)化配置表示中定義?！?br> 在下面，理解，連接的意思是源報(bào)文從第一或發(fā)送方IED到第二接收方或目的地IED (如由相應(yīng)的報(bào)文控制框定義的)的單向數(shù)據(jù)流配置。如果源報(bào)文也發(fā)送到第三IED，并且如果屬于相同應(yīng)用的另一個(gè)報(bào)文配置成從第二 IED發(fā)送到第三IED，這樣的到第二 IED的連接視為集群連接。另一方面，如果不存在這樣的第三IED，發(fā)送方與接收方IED之間的連接視為弱連接(例如，圖3中的四個(gè)電壓水平間連接)。具有至少一個(gè)弱連接的任何報(bào)文控制框有資格作為集群成員并且被隔離，如下文詳述的。無(wú)論如何，在確認(rèn)集群連接的情況下，從第一 IED到第三IED的連接同樣有資格作為集群連接、單獨(dú)步驟中必須被確定并且依靠由第三IED發(fā)送的報(bào)文的目的地IED。必須對(duì)在第二 IED發(fā)起的任何連接進(jìn)行相同的調(diào)查。最后，如果第一 IED的報(bào)文控制框和第二或接收方IED的報(bào)文控制框?qū)ｉT具有到它們相應(yīng)目的地IED的集群連接，并且如果另外第二IED的報(bào)文控制框的目的地IED包括第一 IED，對(duì)兩個(gè)報(bào)文控制框分配相同的VLAN-1D。也就是說(shuō)，如果第一與第二 IED之間的數(shù)據(jù)流是兩個(gè)方向上的集群連接，牽涉的兩個(gè)報(bào)文控制框變成相同通信集群的集群成員。規(guī)則3:對(duì)由單個(gè)通信集群的成員發(fā)送的特定應(yīng)用的所有報(bào)文分配相同的“集群”VLAN-1D，而對(duì)具有至少一個(gè)弱連接(S卩，目的地IED中的一個(gè)與報(bào)文的源控制框未“聚集”)的任何報(bào)文分配專有的“弱” VLAN-1D。“弱” VLAN-1D是每報(bào)文源唯一的，除非上文的規(guī)則2適用(幾個(gè)弱連接指向相同的接收方集合，例如對(duì)于反向阻斷保護(hù)功能是這樣的情況)。與規(guī)則2相反，規(guī)則3允許由集群中的非計(jì)劃目的地IED接收一些報(bào)文。另一方面，規(guī)則3比單獨(dú)的規(guī)則2具有明顯更少的處理開(kāi)銷，其可以由項(xiàng)目工程師由于適當(dāng)?shù)膽?yīng)用定義而進(jìn)一步降低。如果多播報(bào)文具有到一些IED的弱連接同時(shí)它具有到一些其他IED的集群連接，由于一個(gè)報(bào)文可以具有僅一個(gè)VALN-1D這一事實(shí)，弱連接的規(guī)則適用。因此“弱”源控制框不屬于包括相同應(yīng)用的其他報(bào)文源控制框的集群，這暗指需要該報(bào)文的那些集群IED必須接收或預(yù)訂兩個(gè)VLAN-1D，即對(duì)在集群內(nèi)發(fā)送的其他報(bào)文預(yù)訂集群VLAN-1D，以及對(duì)所述多播報(bào)文預(yù)訂專有“弱” VLAN-1D。這些定義和運(yùn)算方法降低了需要接收方所屬的VLAN的數(shù)量，并且確保接收方僅得到它真正需要的報(bào)文一只要在集群內(nèi)每一個(gè)發(fā)送方實(shí)際上發(fā)送到每個(gè)其他集群成員(這可能并不總是這樣)。然而，當(dāng)決定哪些報(bào)文屬于應(yīng)用時(shí)，提出的方法的結(jié)果還可以受項(xiàng)目工程師影響。例如，工程師可引入截然不同的互鎖應(yīng)用InterlockHV和InterlockMV來(lái)代替一個(gè)單互鎖應(yīng)用，然后可對(duì)其分配截然不同的VLAN-1D。在任何情況下，類似互鎖、反向阻斷、斷路器故障保護(hù)的典型分布式應(yīng)用全部通過(guò)對(duì)多播報(bào)文源應(yīng)用上文的VLAN識(shí)別生成和指派的規(guī)則得到優(yōu)化VLAN指派。在具有基于GOOSE互鎖功能(其產(chǎn)生如在圖3中示出的邏輯數(shù)據(jù)流)的系統(tǒng)的下列示例中，說(shuō)明指派VLAN的該算法的效應(yīng)。下文的表列出如果未配置VLAN (即，使用默認(rèn)VLAN 000)使得多播報(bào)文去往全部的IED，則在接收方IED上所得的正常和突發(fā)負(fù)荷。
權(quán)利要求
1.一種在包括多個(gè)智能電子裝置IED的過(guò)程控制PC系統(tǒng)、特別是變電站自動(dòng)化SA系統(tǒng)的基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)中確定虛擬局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)符VLAN-1D的方法，所述多個(gè)智能電子裝置IED連接到所述基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)，其中IED配置成定期發(fā)送多播報(bào)文，并且其中所述交換機(jī)適應(yīng)于基于報(bào)文特定的VLAN-1D選擇性地轉(zhuǎn)發(fā)多播報(bào)文，所述方法包括一從包括邏輯數(shù)據(jù)流定義的所述PC系統(tǒng)的形式系統(tǒng)描述中對(duì)所述多個(gè)IED中的每個(gè)發(fā)送方IED以及對(duì)配置成由所述發(fā)送方IED傳輸?shù)拿總€(gè)報(bào)文檢索所述報(bào)文去往的接收方 IED,一識(shí)別第一報(bào)文的接收方IED的第一完備集合和第二報(bào)文的接收方IED的第二完備集八 I=I，一如果接收方IED的所述第一和第二集合在至多發(fā)送方IED方面不同，則對(duì)所述第一和第二報(bào)文兩者分配相同的VLAN-1D，以及一將分配的VLAN-1D存儲(chǔ)在所述PC系統(tǒng)的形式系統(tǒng)描述中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括一在所述第一和第二報(bào)文的接收方IED所連接的所述通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)的連接或端口處采用分配的VLAN-1D用于多播地址過(guò)濾。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括一識(shí)別包括一定數(shù)量的報(bào)文源的通信集群，每個(gè)所述報(bào)文源的報(bào)文源控制框配置待由所述集群的發(fā)送方IED傳輸?shù)膱?bào)文，其中由所述集群的發(fā)送方IED發(fā)送并且與所述PC或SA 系統(tǒng)的特定應(yīng)用有關(guān)的所有報(bào)文被專門發(fā)送到所述集群的其他發(fā)送方IED中的一些或全部，以及一對(duì)所述通信集群的所有報(bào)文源分配相同的VLAN-1D。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括一識(shí)別包括一定數(shù)量的報(bào)文源的通信集群，每個(gè)所述報(bào)文源的報(bào)文源控制框配置待由所述集群的發(fā)送方IED傳輸?shù)膱?bào)文，其中所述集群的每個(gè)報(bào)文源經(jīng)由集群連接而連接到所述集群的所有發(fā)送方IED，其中如果配置成從報(bào)文源傳輸?shù)浇邮辗絀ED的第一報(bào)文也去往第三IED并且如果涉及與所述第一報(bào)文相同應(yīng)用的第二報(bào)文配置成從所述接收方IED傳輸?shù)剿龅谌齀ED，則從該報(bào)文源到該接收方IED的連接是集群連接，以及一對(duì)所述通信集群的所有報(bào)文源分配相同的VLAN-1D。
5.一種包括多個(gè)智能電子裝置IED的過(guò)程控制PC系統(tǒng)、特別是變電站自動(dòng)化SA系統(tǒng)的基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)，所述多個(gè)智能電子裝置IED連接到所述基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)，其中IED配置成定期發(fā)送多播報(bào)文，并且其中所述交換機(jī)適應(yīng)于基于根據(jù)如權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述方法確定的報(bào)文特定的虛擬局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)符 VLAN-1D選擇性地轉(zhuǎn)發(fā)多播報(bào)文。
6.一種用于配置包括多個(gè)智能電子裝置IED的過(guò)程控制PC系統(tǒng)、特別是變電站自動(dòng)化SA系統(tǒng)的基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)的配置工具，所述多個(gè)智能電子裝置IED連接到所述基于以太網(wǎng)交換機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)，其中IED配置成定期發(fā)送多播報(bào)文，并且其中所述交換機(jī)適應(yīng)于基于根據(jù)如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述方法確定的報(bào)文特定的虛擬局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)符VLAN-1D選擇性地轉(zhuǎn)發(fā)多播報(bào)文，所述配置工具包括一用于檢索的部件，用于從所述PC系統(tǒng)的形式系統(tǒng)描述中對(duì)所述多個(gè)IED中的每個(gè)發(fā)送方IED以及對(duì)配置成由所述發(fā)送方IED傳輸?shù)拿總€(gè)報(bào)文檢索所述報(bào)文去往的接收方IED， 以及分配的VLAN-1D，以及 一用于分配的部件，用于對(duì)于每個(gè)接收方IED將去往該接收方IED的所有報(bào)文的 VLAN-1D分配給該接收方IED所連接的所述通信網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)的邊緣端口。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有基于作為通信子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符的虛擬局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)符VLAN-ID的適當(dāng)?shù)膱?bào)文過(guò)濾的過(guò)程控制(PC)或變電站自動(dòng)化(SA)系統(tǒng)。確定VLAN-ID以便在接收方IED僅接收計(jì)劃報(bào)文的意義上優(yōu)化數(shù)據(jù)流，而同時(shí)子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符的數(shù)量降低至最大程度。以這樣的方式限制實(shí)時(shí)流量將確保系統(tǒng)的正確操作，以及特別地確保根據(jù)IEC61850-9-2使傳感器與采樣值(SV)協(xié)議連接以及使用GOOSE用于互鎖的大型SA系統(tǒng)的正確操作。
文檔編號(hào)H04L12/46GK103026664SQ201180032872
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者W.維默爾 申請(qǐng)人:Abb 技術(shù)有限公司