过程控制系统中的通信配置分析的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及过程控制领域，以及具体来说，涉及分站自动化。具体来说，它涉及采 用标准化配置表示对过程控制系统的通信配置的分析。
【背景技术】
[0002] 高压和中压电力网中用于配电的分站包括一次或现场装置，例如电缆、线路、汇流 条、开关、断路器、电力变压器和仪表变压器，其设置在开关场和/或间隔中。这些一次装置 经由分站自动化（SA)系统（其负责分站的控制、保护和监测）以自动化方式来操作。SA系 统包括可编程二次装置、即所谓的智能电子装置（IED)，其结合在SA通信网络中，并且经由 过程接口与一次装置进行交互。
[0003] SA系统要求与制造商无关的所有IED之间的互通。因此，引入了 IEC标准61850"分 站中的通信网络和系统"。按照该标准的抽象数据模型根据编组为逻辑装置并且分配给作 为物理装置的IED的逻辑节点来结合SA功能性。通信特定问题经由ISO/OSI通信栈（其 中包括具有MMS/TCP/IP/Ethernet的栈和光、无线或其他介质类型的物理层）来操控。虽 然包括例如时间戳或有效性指示等的属性的数据模型通过通信栈的应用层来实现，但是对 于时间关键或安全相关的通信、即通用面向对象的分站事件（GOOSE)(例如跳闸和阻断）以 及对于模拟取样值（SV)的消息直接映射到通信栈的以太网链路层。
[0004] 可通过符合IEC 61850的系统的综合基于XML的分站配置描述语言（SCL)，在工程 过程中正式地描述具有其整体装置和通信链路的完整SA系统。SCL语言用来描述IED能力 描述（ICD)中的特定IED类型的能力。它列举如通过I/O端口的数量所界定的物理装置的 通信和应用功能性。SCL语言中的分站配置描述（SCD)文件是SA系统的标准化配置表示， 并且描述特定分站的模型、逻辑节点方面的IED功能和通信连接。
[0005] S⑶文件包括采取控制块形式的IED之间的逻辑数据流，以对于各消息类型或者 对应消息源/服务类来指定接收方或预计目标IED、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率。基于这个信息，并且通过对 基于事件的报告添加正常状态数据变化率、例如每秒一个改变值和控制块以及突发变化大 小、例如每事件相关控制块五个消息，能够对各接收方IED计算平均正常负荷以及负荷峰 值。
[0006] 以上所述在专利申请EP-A 2157731中是有益的。从作为SA系统的标准化配置表 示的一部分并且包括采取控制块形式的、每一个消息的正式信息的逻辑数据流描述，来检 索或确定接收方IED。对于每个所检索的接收方IED，例如考虑到数据流的后续网络负荷分 析、虚拟局域网指配或图形显示，来评估或处理预计指向或定向到这个特定接收器IED的 所有网络消息的全体。该过程适用于所设计的SA系统，并且因而不能检测硬件故障，其在 先前设计的配置信息被传递给IED时可引起仅在安装或调试期间引入的过度消息速率或 者配置误差的广播。SCD文件与单独IED的实际配置之间的硬件故障和配置不一致在SA系 统的调试期间或之后应当被识别和矫正。
[0007] 纯粹的尺寸方面增加上述配置不一致问题。对于因穿过整个系统的多播通信而具 有增加的实时关键通信需要的大过程控制系统，通信网络负荷成为关键。此外，来自不同团 体、单独配置数据服务器的工程师可能不知道相应客户端的通信需要和限制，并且一般没 有集中于完整系统通信负荷。对于按照IEC 61850的多播GOOSE和SV消息，情况尤其是这 样，并且这具有对整个通信系统以及对单独消息接收方具有影响。因此，特别是在具有相互 进行通信的多达500个IED的过程控制系统中的数据流定义的完整性和/或正确性不易检 验。在这个上下文中，以下发明的原理和方法决不是局限于分站自动化中的使用，而是同样 可适用于具有标准化配置描述的其它过程控制系统。具体来说，必须注意，IEC 61850也是 水力发电厂、风力发电厂和分布式能量资源（DER)的公认标准。
[0008] 如所述，除了基于以太网的标准化通信之外以及对于TCP/IP上的一些服务类型， 基于IEC 61850的过程控制系统还提供基于SCL的所有服务器IED内部的数据模型和通信 定义的标准化描述。此外，标准化描述还允许将所有IP地址与客户端IED相关，即使后者 不支持数据模型的目录服务和逻辑服务名称发现。另一方面，在这些种类的通信系统中，客 户端冒着在某种程度上过负荷的风险，从而防止它们处理任何其他入局数据。
[0009] 其原因可能是多样的，并且包括生成过度消息的系统中的硬件故障以及最突出的 是涉及客户端功能性的服务器的不一致或错误配置。虽然在接收方处的通信过负荷所引起 的影响能够立即观测到，但是不易诊断原因。如果通信问题出现，则可启用各客户端中实现 的特殊通信诊断设施。但是，后者是客户端特定的，并且依靠客户端IED类型的特定知识。 [0010] 备选地，协议分析器可用来收集和分析通信业务。随着对IED与分站中的其他装 置之间的以太网通信的增长相关性，已经开发了工具，其允许在SA网络中交换的网络业 务、g卩基本以太网和相关TCP/IP业务的分析。这些（mms-ethereal、KEMA分析器）中的几 个允许进一步分析标准以太网业务，并且从消息中提取61850相关数据分组，例如取样值、 G00SE、MMS等。但是，不存在使操作员了解所提取数据的上下文、即给予它正确含意的可能 性。
[0011] 专利申请EP-A 1850447描述一种分站自动化测试工具，其将分站（分站配置描 述）或IED(IED能力描述）的SCL(分站配置语言）中存在的协议语义信息与从分站通信 网络业务所提取的分站相关数据相结合。通过作为连接到分站通信网络的消息截取器的标 准膝上型计算机，检索和分析IEC 61850相关数据，从而允许一致性检验而无需修订操控。
[0012] 专利申请EP-A 2288080涉及SA系统的通信网络中的IED的通信栈性能的分析。 与IED上的高通信负荷对应的多个应用级情形通过消息合成器来运行。在情形执行期间所 截取的所有网络消息之中，识别预计指向IED并且由IED作为响应所发送的那些网络消息。 同样地确定所识别消息的IED本征处理时间，基于其，计算特定通信服务的IED处理时间模 型的参数值。
【发明内容】
[0013] 本发明的一个目的是降低具有多个智能电子装置（IED)的过程控制（PC)或分站 自动化（SA)系统的通信网络的调试和测试的时间和工作量。这个目的通过如独立权利要 求所述的方法和装置来实现。通过从属专利权利要求，优选实施例是显而易见的。
[0014] 按照本发明，分析包括客户端或接收方IED和多个服务器或发送方IED (其连接到 以太网通信网络）的PC系统。连接到通信网络中在客户端IED附近的战略位置的协议分析 器工具捕获或截取指向客户端IED的消息，并且从包括逻辑数据流定义的PC系统的标准化 配置表示将服务器或源IED指配给每个所捕获和可识别的消息。分析器确定由客户端IED 从特定服务器IED所接收的每单位时间的消息的当前或已更新数量。分析器然后将这个时 间平均与每单位时间的消息的预计或基本数量进行比较，以便在两个数量之间的显著差异 的情况下将特定服务器IED识别为因服务器IED配置和/或硬件异常引起的过度