用於識別孤立網絡並且傳送該孤立網絡的標準化描述到另一個配電控制器的方法和配電...的製作方法

2023-05-26 23:36:26 3

專利名稱：用於識別孤立網絡並且傳送該孤立網絡的標準化描述到另一個配電控制器的方法和配電 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力分配的領域。它來自如在權利要求1的序言中描述的用於控制電 力分配的配電控制器。
背景技術：
配電系統是在輸電網和電的最終用戶之間的接口。典型地配電系統包括許多通過 電力線和開關連接到二次變電站的一次變電站。該一次變電站包含將電壓從輸電網或次輸 電網(sub-transmission grid)的HV水平減小到適合於區域輸電的MV水平的變壓器。配 電水平網絡控制牽涉多件與變電站和電力線的一次設備交互作用的二次設備，即開關、抽 頭變換器、電容器組等。配電區域、區或單元指派給一個單一次變電站並且由明確電連接的 一次設備(樹或饋線結構)限定。然而，配電區域在網絡拓撲重新配置期間易變化，有可能 導致配電區域和關聯的二次設備的虛擬域之間不一致。另外，在配電系統的較低電壓水平 上的分布式發電產生用於配電水平網絡控制的一些重要的協調任務。通過示例的方式，Per Lund 的名為 「The Danish Cell Project-Part 1 Background and General Approach，，， IEEE 2007, Power EngineeringSociety General Meeting, June 2007的論文描述一種單元控制器的試驗性項目，其旨在開發用於在丹麥西 部中存在的大量分布式發電的最優管理和主動電網利用的新技術方案。為了該目的，在一 次變電站低於每個150/60kV變壓器以下的60千伏(kV)網絡部分被作為徑向網絡操作，其 中通過在選擇的變電站中斷開足夠數量的60kV線路斷路器並且從而切分60kV配電系統的 另外的網狀網絡。這些徑向操作的60kV網絡中的每個然後限定60kV配電單元，其由具有 許多功能和連結到位於配電網絡運營商(DNO)的網絡控制中心(NCC)處的監控與數據採集 (SCADA)系統的單元控制器控制。單元或配電控制器(也稱為智能變電站控制系統(ISCS))可包括一個或若干物理 裝置並且一般位於配電區域的一次變電站中。ISCS能夠通過提供用於在用於保護和控制的 二次設備和更高等級系統之間映射信號的網關功能而用作到NCC的變電站網關。特別地， 能夠將過程數據從各種主協議內部轉換為標準協議，例如IEC 61850標準數據模型，並且 能夠將數據從標準數據模型轉換為常見從協議中的一個。通過示例的方式，ISCS通過現有通信基礎設施連接到NCC，這兩者通過主-從類型 的遠程控制協議通信(例如IEC 60870-5-101)。例如SPA、L0N_LAG和IEC 60870-5-103等 許多其他協議用於連接ISCS到用於保護、控制和監測目的的二次或過程裝置，該過程裝置 位於一次裝置的附近並且執行本地決策邏輯。在另一方面，IEC 61850標準協議是基於客 戶端_伺服器的，其允許若干客戶端從相同伺服器或過程裝置訪問數據。他們採用標準化 面向對象的方式限定變電站內的數據的語義，並且提供標準化方法以採用標準化格式在不 同工程設計工具之間轉移數據。典型地，ISCS包括 OPC (用於 Process Control 的 Object-Linking
3andEmbedding(OLE)，也稱為 「OPen Connectivity」)Data Access 客戶端和伺服器部件。 OPC Data Access是一組標準，其提供用於連續地從數據採集裝置傳送實時數據到過程或 接口裝置並且用於使過程測量與在OPC伺服器的鏡像條目同步的規範。OPC還允許客戶端 應用程式用一個單請求訪問若干數據項目。OPC客戶端用於從/伺服器協議堆棧以使外部 系統能夠訪問在OPC伺服器上可用的數據。在ISCS中的OPC伺服器主要用於主/客戶端 協議堆棧以便提供對在通過特定協議連接的數據採集或過程裝置中的數據的訪問。一般來 說，不同類型的OPC伺服器實例取決於連接的過程裝置和/或用於與過程裝置通信的協議 (LON、SPA 或 IEC 61850)而在 ISCS 中例示。

發明內容
本發明的目的是便於在具有多個配電區域或單元的電力分配系統中的配電控制。 該目的通過根據權利要求1的配電控制器和根據權利要求4的控制電力在配電網絡上的分 配的方法實現。另外的優選實施例從附屬專利權利要求是明顯的。根據本發明，用於控制電力在指派的第一配電區中的分配的配電控制器適用於連 接到過程裝置，其進而與指派的第一區的一次裝置交互。對該配電控制器提供第一區的標 準化機器可讀網絡描述，並且包括部件以識別在網絡重新配置後不再連接到第一區的孤立 網絡區段(network section)的範圍。該配電控制器進一步適用於傳送該孤立網絡區段的 描述到第二配電控制器，其控制第二或相鄰配電區，該孤立區段由於網絡重新配置的結果 而連接到該第二或相鄰配電區。由於傳送易主的網絡區段的描述的該能力，沒有需要在配 電系統的每個控制器中保持並且更新整個網絡的描述。這進而減少對配電控制器的存儲器 分派和配電控制器的計算能力的要求。在本發明的優選實施例中，配電控制器適用於容納第一區的過程裝置的主表示， 其包括它的功能性，或在IEC 61850兼容智能電子裝置的情況下包括它的個體邏輯節點 (LN)。該表示可是公共數據模型(CDM)的對象，其通過它的屬性固有地連結到所表示的過 程裝置並且例如由控制器的OPC伺服器實例主管或容納。配電控制器進一步適用於傳送信 息到第二配電控制器，其目的是在第二配電控制器處產生主CDM對象的別名或鏡像副本。在本發明的有利變化形式中，對配電控制器提供第一區的標準化描述，其包括形 成到相鄰配電區的邊界或連結的開關裝置，以及相應相鄰配電區的對於這些開關裝置中的 每個的標識。當孤立區段轉移到第二配電區域時該信息更新並且與它的鄰居共享。因此， 如果隨後網絡重新配置，根據本發明的程序的重複使用將重新指派或轉移任何另外的孤立 區段到正確的相鄰區域。在配電網絡上控制電力分配的方法中，該配電網絡包括許多指派給至少兩個非重 疊配電區的一次裝置和連接到過程或二次裝置(其進而與相應配電區的一次裝置交互)的 兩個配電控制器，執行下列步驟。(i)在網絡重新配置後，識別從第一區斷開並且連接到第 二區的孤立網絡區段，以及(ii)由第一配電控制器傳送該孤立網絡區段的標準化描述到 第二配電控制器。優選地，該孤立網絡區段的過程裝置的別名表示然後在第二配電控制器 處產生。在另外的優選實施例中，別名對象和主表示通過重複讀/寫或刷新操作而同步。 這使第二控制器能夠訪問由主CDM對象表示的來自過程裝置的數據並且代表它自己發出控制命令。因此，在第二控制器處的別名對象和主表示的操作行為之間沒有差別。 在另外的優選實施例中，並且在配電網絡的第二重新配置後，之前轉移的包括一 次設備的孤立區段可從第二配電區重新指派到第三配電區域。在該情況下，與所述一次設 備交互的過程裝置的第二代別名在第三控制器處形成。該第二代別名然後直接與在第一控 制器處的主表示同步，繞過在大多數情況下可以擦除的第二控制器處的別名。然而，如果在 第一和第三控制器之間沒有直接通信鏈路，在第二控制器處的別名可仍然作為到第一控制 器處的原始CDM對象的橋而由第三控制器使用。網絡區段的重複繼承從而由並且僅由通向 /來自重複延伸的配電區的電力線的物理容量限制。本發明還涉及包括電腦程式代碼部件的電腦程式，用於控制連接到電力分配 區的過程裝置的配電控制器的一個或多個處理器。該電腦程式可存儲在例如集成在控制 器中的存儲器或可以插入控制器的數據載體等計算機可讀介質上，並且該電腦程式當執 行時使配電控制器根據本發明操作。


本發明的主旨將在下列正文中參照在附圖中圖示的優選示範性實施例更加詳細 地說明，其中圖1描繪配電系統的兩個配電區域，圖2示出配電控制器的一些部件，圖3描繪在重新配置後的配電系統。在附圖中使用的標號和它們的含義採用總結形式列在標號列表中。原理上，對圖 中相同的部件提供相同的標號。
具體實施例方式圖1圖示包括第一和第二配電區、區域或單元1、1』的示範性配電系統。每個配電 區域1、1』指派給唯一第一或第二一次變電站3、3』並且由明確電連接的一次設備(樹或饋 線結構)限定。每個一次變電站3、3』包含將電壓從輸電網或次輸電網(沒有示出)的HV 水平減小到適合於區域輸電的MV水平的變壓器，並且通過電力線和開關連接到二次變電 站13、13』。在二次變電站中，抽頭變換器5、5』進而連接用戶或LV饋線(沒有示出)到MV 水平。該系統包括多個一次裝置，例如受控變壓器5、5』、電路斷路器7、7』、開關9、9』(斷 開)和11、11』(閉合)、用於分布式發電的電源15』和受控電容器17、17』等。許多選擇的 開關11、11』指明在兩個相鄰配電區域1、1』之間的邊界，其中每個配電區域可具有對另外 相鄰配電區域(沒有示出)的附加邊界。配電水平網絡控制牽涉與前述變電站3、3』、13、13』、電力線和其他一次裝置15』、 17』交互的二次設備或過程裝置21、21』。通過定義，配電區1、1』中的每個被指派適用於執 行如下文詳細描述的各種控制、優化和管理功能的配電控制器19、19』或智能變電站控制系 統(ISCS)。圖2示意地描繪指派給配電區或區域的示範性配電控制器或智能變電站控制系 統(ISCS) 19的一些元件。作為示範性主協議翻譯器25的OPC伺服器提供根據由過程裝置 21使用的各種通信協議(用於數據轉移)接收的數據的翻譯而將其翻譯為標準協議或公共數據模型(CDM)。後者是網絡和關聯裝置的抽象模型。在非IEC 61850通信協議和對應 OPC伺服器的情況下，CDM對象或軟體元素可根據IEC61850標準組合個體OPC變量或數據 項。因此並且不考慮使用的通信協議，CDM對象採用IEC 61850兼容方式表示過程裝置21， 這些對象由控制器的OPC伺服器實例主管或容納並且形成抽象數據空間27。通過示例，例 如涉及電路斷路器7的示範性邏輯節點XCBR等根據IEC61850的個體邏輯節點(LN)由抽 象CDM對象21b、7b表示。該CDM對象然後包含例如與配電控制器19關聯的過程裝置21 提供的各種LN的屬性值等必要數據的鏡像副本。根據CDM表示的同步「讀/寫」或「刷新」 方面，每當命令任何控制操作或做出決定時，對應的CDM對象21b更新並且自動通知並且命 令關聯的過程裝置21執行操作。同樣地，每當新的數據在過程裝置可用時，例如作為邏輯 節點XCBR的改變的屬性值可用時，新的數據自動發送到控制器19或由控制器19流傳輸以 便更新相關CDM對象7b。
通過使用通信基礎設施，配電控制器19可以採集並且發送來自/到在它的指派的 控制域中的過程裝置21的數據、來自/到網絡控制中心(NCC)的數據和來自/到位於其他 一次變電站中的其他配電控制器的數據。過程裝置21收集來自一次裝置的數據並且將它 發送到配電控制器19。配電控制器然後適用於執行各種控制、優化和管理功能。網絡控制 功能的示例是電壓控制、網絡恢復和網絡重新配置，而網絡管理功能的示例是發電約束管 理、線路容量約束管理、網絡損耗降低和資產管理。提到的功能由處理部件29結合協調器 31執行，兩者可通信地連接到抽象數據空間27用於訪問相關數據。抽象CDM模型使控制功 能性獨立於在各種網絡中使用的通信模型和協議。不是基於與在一次和二次變電站中的物 理IED直接通信實現這些控制和優化功能，而是這些功能在配電控制器中的抽象CDM上操 作。配電控制器19還包括用於識別由於重新配置網絡拓撲的結果產生的任何孤立區 段的地理範圍的孤立區段識別部件33。部件33還識別形成孤立區段的邊界的開關裝置並 且保持對其的跟蹤，並且同時識別到之前的「母」配電區域(孤立區段曾經是其中一部分) 和之後的相鄰或鄰近區域(孤立區段被重新指派給其中之一)二者的鏈路並保持對其的跟
S示ο圖3描繪在通過斷開之前閉合的開關11、11』和閉合之前斷開的開關9』重新配置 網絡後圖1的配電系統。結果，並且鑑於上文的定義，在下文中稱為孤立區段的配電系統的 部分或區段23從第二配電區域1』隔離或斷開，並且加入或連接到第一配電區域1。例如對 配電網絡的圖形表示的連通性測試等已知方法允許對分離的孤立區段1」以及後者必須指 派給其中的配電區1兩者的識別。配電控制器19、19』通過標準通信鏈路連接到與在相應配電區域中的一次裝置交 互的過程裝置21、21』。網絡控制的通信鏈路一般不受網絡重新配置影響，因此控制域與配 電區域相反保持穩定。在圖3中描繪的情況下，通信鏈路(點劃線)必須設置成用於第一配 電控制器19和與之前是第二配電區1』的一部分的一次裝置13』、17』交互的過程裝置21』 之間。該通信鏈路是第一配電控制器19控制現在擴大的第一配電區1的整體的先決條件， 該現在擴大的第一配電區1包括指派給孤立區段23的一次裝置13』、17』的過程裝置21』。如上文陳述的，當網絡已經重新配置並且電力網的電連通性不再對應於通信系統 的連通性或域時發生錯綜複雜的問題。在這樣的情況下，由特定配電控制器執行的控制和協調算法可需要訪問存在於其他並且典型地相鄰配電控制器中的CDM對象。也就是說，當 網絡已經重新配置使得之前是第一配電區域的部分的網絡的孤立區段現在電連接到第二 配電區域，對應於在該區段中的設備的邏輯節點優選地由第二配電區域的配電控制器控 制。結果是，這些LN不再包含在它們的母配電控制器中的網絡管理應用中。如連同圖3描述的，每個過程裝置或物理IED與表示該IED並且存在於母配電控 制器(物理IED通過通信鏈路連接到該母配電控制器)中的主CDM對象關聯。該母配電控 制器通過物理IED控制母配電區域(如 根據最初或公認網絡配置限定的)中的一次裝置。 在孤立區段的重新指派後，主CDM對象的別名副本在控制孤立區段已經重新指派到的配電 區域的第二配電控制器上形成。必需的交叉控制器訪問基於同步代理，其負責管理在一個 或多個配電控制器上的主CDM對象的別名副本和/或同步別名和源CDM對象中的數據，這 通過同步讀/寫或刷新操作(與在主CDM對象和真IED或它表示的LN之間可用的那些相 似)。每個配電控制器保持多件指派的配電區域的設備和內部連通性的標準化描述或 詳細模型。該描述可根據使用61850SCL文件中的IEC 61850變電站區段或專用區段(包 括到邏輯節點的連結)的公共信息模型(CIM)，該邏輯節點進而包含到物理和邏輯裝置的 索引。當孤立網絡區段形成時，孤立區段的描述然後發送到現在負責該孤立區段的第二配 電控制器。儘管這排除需要在配電系統的每個控制器中保持整個網絡的完整描述的事實， 在配電控制器中的每個上存儲僅包括最初限定的配電區域之間的鏈路或連接(大部分開 關和線路)的共享或有限網絡模型可是有利的。這樣的信息然後可便於主CDM對象對在任 意控制器上形成的第二代別名的定位。部件列表1、1，配電區19、19，配電控制器或ISCS3、3』 一次變電站21 過程裝置5、5，受控變壓器23孤立區段7、7，電路斷路器 25主協議翻譯器9、9』開關(斷開)27抽象數據空間11、11，開關(閉合)29處理部件13、13』 二次變電站 31協調部件15』 分布式發電 33識別部件17、17，受控電容器
權利要求
一種用於控制電力在第一配電區(1)中的分配的配電控制器(19)，其中所述控制器(19)適用於連接到過程裝置(21)，其進而與所述第一區(1)的一次裝置(5、7、9、11、13)交互並且其中對所述控制器(19)提供所述第一區(1)的標準化描述，其特徵在於所述配電控制器(19)包括用於在網絡重新配置後識別從所述第一區(1)斷開的孤立網絡區段(23)的部件(33)，以及在於所述配電控制器(19)適用於傳送所述孤立網絡區段(23)的標準化描述到另一個配電控制器(19』)。
2.如權利要求1所述的配電控制器，特徵在於，它適用於容納所述孤立區段(23)的過 程裝置(21)的主表示(21b)，以及在於，它適用於為了產生所述主表示(21b)的別名而傳送 信息到所述另一個配電控制器(19』)。
3.如權利要求1所述的配電控制器，特徵在於，所述孤立網絡區段(23)的標準化描述 包括關於所述孤立區段(23)的所有相鄰配電區的信息。
4.一種在配電網絡上控制電力分配的方法，所述配電網絡包括第一和第二配電區(1 ； 1』)以及連接到過程裝置(21;21』)的第一和第二配電控制器(19;19』)，所述過程裝置 (21 ；21，)進而與相應第一和第二配電區(1 ；1，)的一次裝置(5、7、9、11、13 ；5，、7，、9，、 11』、13』)交互，其中對所述第一控制器(19)提供所述第一區(1)的標準化描述，其特徵在 於，所述方法包括-在網絡重新配置後，識別從所述第一區(1)斷開並且連接到所述第二區(1』)的孤立 網絡區段(23)，-通過所述第一配電控制器(19)傳送所述孤立網絡區段(23)的標準化描述到所述第 二配電控制器(19，)。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述第一配電控制器(19)適用於容納所述孤立區段 (23)的過程裝置(21)的主表示(21b)，其特徵在於，它包括-為了產生所述主表示(21b)的別名而傳送信息到所述第二配電控制器(19』)。
6.如權利要求5所述的方法，特徵在於，它包括-使所述別名和所述第一配電控制器(19)處的所述主表示(21b)同步。
7.如權利要求6所述的方法，特徵在於，它包括，當隨後網絡重新配置時，-在第三配電控制器(19」)處產生與再次重新指派的最初指派給所述第一配電區(19) 的一次設備(5)交互的過程裝置(21)的別名，以及_使所述別名和所述第一配電控制器(19)處的所述過程裝置(21)的主表示(21b)同步ο
8.一種具有兩個配電區域(1、1』)和兩個如權利要求1至3中任一項所述的配電控制 器(19;19，)的配電系統。
全文摘要
本發明關注於用於控制電力在指派的第一配電區(1)中的分配的配電控制器(19)。該控制器適用於連接到過程裝置(21)，其進而與指派的第一區的一次裝置(5、7、9、11、13)交互。對該配電控制器提供第一區的標準化機器可讀網絡描述並且包括識別在網絡重新配置後不再連接到第一區的孤立網絡區段(23)的範圍的部件。該配電控制器進一步適用於傳送該孤立網絡區段的描述到第二配電控制器(19』)，其控制該孤立區段由於網絡重新配置的結果而連接到的第二或相鄰配電區(1』)。由於傳送易主的網絡區段的描述的該能力，沒有需要在配電系統的每個控制器中保持並且更新整個網絡的描述。
文檔編號H02J13/00GK101971456SQ200980109309
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月9日 優先權日2008年3月10日
發明者A·蒂姆布斯, C·弗賴, C·袁, M·拉森 申請人:Abb研究有限公司