本发明涉及一种用于在能量自动化网络中传输根据标准 IEC 61850 （GOOSE）的消息的方法，所述能量自动化网络包括多个变电站。本发明还涉及用于能量自动化网络的能量自动化部件以及变电站。
背景技术：
GOOSE（Generic Object Oriented Substation Events：面向对象的通用变电站事件）是用于通过以太网网络控制设备的有实时能力的网络协议。它在标准IEC 61850中详细说明。GOOSE定期地以固定的间隔发送关于设备的状态的消息，例如每隔一秒钟。GOOSE-消息通过组播来发送，也即可以同时通知多个接收方关于发送方的状态。
GOOSE的一个典型的应用情况是，能量自动化部件的状态变化——例如开关设备的开关位置（开/关）——或者能量自动化部件的其他状态讯息到其他能量自动化部件上的自发传输。为了交换GOOSE-消息，能量自动化部件通过以太网相互连接。通过以太网控制能量自动化部件相对于传统的直接的设备到设备接线的优点在于连接到该网络上的设备的自由配置。对于新的发送和接收关系不必敷设新的线缆。以太网的散布和以太网用于其他业务的可能性是应用该技术的原因。
据此，在OSI-参考模型的层2（Layer 2）上传输GOOSE-消息。在此，GOOSE-消息在以太网数据包中设置以太类型字段，由此能够实现GOOSE-消息相对于其他以太网消息的优先权。通过优先权，相对于网络中的IP-包优选处理GOOSE-消息，使得在网络内的延迟尽可能小并且接收方在保持时间窗的情况下收到GOOSE-消息。该协议结构能够实现GOOSE的实时能力。
能量自动化网络具有多个变电站，其中所述变电站中的每一个包括至少一个如上所述的自动化部件和通常基于以太网的通信网络，能量自动化部件通过所述通信网络可以交换根据GOOSE的消息。为了控制能量自动化网络，部分需要的是，一个变电站的能量自动化部件的状态也传送到其他变电站中的能量自动化部件上。为此通常可以不使用原始印象中的GOOSE，因为连接变电站的通信网络（以太网）的公共网络通常不具有组播支持或者仅仅以相对高的成本提供组播支持。典型基于互联网协议的公共网络通常是WAN（Wide Area Network：广域网），在所述广域网中，在利用路由算法的情况下实现在OSI-参考模型的层3（Layer 3）上的数据传输。
为了仍然能够将GOOSE-消息越过一个变电站的网络边界地传送到另一个变电站的通信网络中，可以匹配至公共网络的接入节点的基础设施。由此可能的是，公共网络也可以在OSI-参考模型的层2上传输消息。这例如可以如在规范“IEC 61850 GOOSE over WiMax for fast isolation and restoration of faults in distribution networks：用于在分布式网络中错误的快速隔离和恢复的、WiMax上的IEC 61850 GOOSE”中描述那样地实现。
在IEC 61850-90-5中提出，通过IP-组播和UDP进行GOOSE-消息。这也已知为“可路由的GOOSE”。
另一种替代方案基于，在至公共网络的接入节点、也即公共网络的路由器中建立层-2-隧道。
上面提出的解决可能性的一个缺点在于，一方面需要在至公共网络的接入点处的经修改的硬件。另一方面，各个能量自动化部件的配置是麻烦的。
技术实现要素：
本发明的任务是，说明一种用于在能量自动化网络中传输根据标准IEC 61850的消息的方法，所述能量自动化网络能够通过较简单的方式和尤其在无硬件修改的情况下实现。另一个任务在于，说明一种适合于此的能量自动化部件以及相应地设置的变电站。
所述任务通过根据权利要求1的特征的方法、根据权利要求14的特征的能量自动化部件和根据权利要求17的特征的变电站解决。
根据第一方面，提出一种用于在能量自动化网络中传输根据标准IEC 61850（GOOSE）的消息的方法，所述能量自动化网络包括多个变电站。变电站中的每一个包括至少一个能量自动化部件和通信网络，通过所述通信网络，所述至少一个能量自动化部件能够交换根据第一通信协议的消息。第一通信协议特别是以太网。总的来说，第一通信协议可以是基于OSI-参考模型的层2的每一个协议。
所述变电站的通信网络通过基于第二通信协议、尤其互联网协议的、无组播支持的公共网络相互连接用于交换消息。所述公共网络例如可以是互联网或者全球企业网、工业网或者公用事业网。
所述能量自动化部件中的每一个包括用于所述能量自动化部件的控制的至少一个应用。在属于一个组并且布置在至少两个变电站的能量自动化部件中的应用之间可以交换根据标准IEC 61850（GOOSE）的消息。
所述能量自动化部件中的每一个包括通信单元，所述通信单元被构造用于处理根据标准IEC 61850（GOOSE）的消息。所述通信单元可以以软件或硬件实现。所述通信单元可以考虑为虚拟交换机。
在所述方法中，通过进行发送的能量自动化部件的第一应用发送根据标准IEC 61850的消息，其中所述第一应用属于应用的确定的组。通过所述进行发送的能量自动化部件的通信单元接收、处理所述消息并且通过变电站的通信网络和/或所述公共网络将所述消息传输到相同组的至少一个第二应用上，其中所述进行发送的能量自动化部件布置在所述变电站中。由包括相应的第二应用的进行接收的能量自动化部件的一个或者多个通信单元接收、处理所述消息并且将所述消息转发到所分配的第二应用上。
通过所述方法可能的是，通过层-3-单播-网络传输利用OSI-参考模型的层2的应用的消息，例如GOOSE，由此在无层-3组播支持的分布式IP-网络中也能够传输GOOSE-消息。尤其不需要在公共网络（也即WAN）上的端到端层-2-基础设施。
与通过公共网络的接入节点提供的层-2-VPN-网络不同，所提出的方法实现一种特殊的应用网络，在所述应用网络中分布根据第一通信协议的消息。所述特殊的应用网络在本说明书中也称作“覆盖网络”。GOOSE-消息可以传输到预先定义的接收方上，与所述接收方是否位于与发送方相同的网络中或者位于通过无组播支持的IP-网分离的其他网络中无关。
另一个优点在于，可以直接地在能量自动化部件上或者中实施对于传输所需的配置。由此不需要的是，进行尤其在公共网络的部件上的硬件改变。因此，结果是，对在数据技术上连接变电站的公共网络不提出特殊的要求。
根据所述方法的一个构型，配置相应的能量自动化部件的通信单元，其方式是，对于在所涉及的能量自动化部件中包含的每一个应用作为第一应用产生以下信息，所述信息包括与所涉及的第二应用所属的组相同的组的进行接收的能量自动化部件的相应地址信息。换言之，进行应接收待发送的GOOSE-消息的其他能量自动化部件的地址的配置。
所产生的信息可以是转发表格。所述信息例如可以存储在通信单元中。所述信息也可以存储在能量自动化部件的存储器中。易于理解的是，对于能量自动化部件的每个应用配置并且存储所分配的信息或者转发表格。
同时对于所有能量自动化部件在所述能量自动化网络的投入使用之前可以通过中央计算机产生所述信息。例如，所述信息可以由中央计算机传输到能量自动化网络的全部能量自动化部件上。
替代地，可以响应于从所述能量自动化部件之一获得问询-消息地实现：尤其在所述能量自动化网络的持续运行中产生所述信息。为此，例如可以在通过能量自动化部件——所述能量自动化部件的应用发送GOOSE-消息——的通信单元接收GOOSE-消息的情况下，对于在所述通信单元中不存在信息的情况将问询-消息传输到中央计算机上。然后，中央计算机创建相应的信息并且将所述信息传输到通信单元或者能量自动化部件上，所述问询-消息来源于所述能量自动化部件。该做法当例如添加新的能量自动化部件至变电站的网络时是符合目的的。
可以在SCL（System Configuration description Language：系统配置描述语言）-配置文件中详细说明并且提供分配给相应应用的信息。
所述信息可以包含所述进行接收的能量自动化部件的静态IP地址。这例如当可以在公共网络中使用静态IP地址时是符合目的的。在进行发送的能量自动化部件和一个或多个进行接收的能量自动化部件之间的通信连接的配置可以与在变电站中类似地实现。
在所述能量自动化网络的运行时间中能够改变每个能量自动化部件的信息。这由以下状况得出，即配置数据不包含在公共网络的部件中，而是包含在能量自动化部件中，所述能量自动化部件在能量自动化网络的运行商的控制和访问下。
为了借助于所述进行接收的能量自动化部件的地址信息传输来自于所述进行发送的能量传输部件的消息，可以通过所述公共网络建立至所述进行接收的一个或多个能量自动化部件的隧道。通过所述一个或者多个隧道，能够实现上面提到的“覆盖网络”，所述覆盖网络用于通过无组播支持的公共网络传输GOOSE-消息。
所述消息可以根据IEC 61850通过所述进行发送的能量传输部件的通信单元封装成所述公共网络的根据互联网协议的消息。
待发送的GOOSE-消息到所有接收方上的传输可以通过不同的方式实现。在第一种变型方案中，所述进行发送的能量传输部件n次发送待发送的消息，其中n相应于在所述信息中分配给所述进行发送的第一应用的进行接收的能量自动化部件的数目。在这种情况下，通信单元n次为待发送的GOOSE-消息建立到所有n个包含在信息中的接收方、也即能量自动化部件的通道。
在一种替代方案中，所述进行发送的能量自动化部件一次发送待发送的消息，其中进行接收的第一能量自动化部件将所述消息转发给另外的、进行接收的第二能量自动化部件。所述转发根据接收方的数目被重复直至所有接收方已经获得该消息。在这种情况下，每一个接收方、也即每一个进行接收的能量自动化部件表现为对等（P2P）网络中的所谓的对等物并且将该消息转发给其他接收方，也即能量自动化部件。这引起，进行发送的能量自动化部件不需要n次发送GOOSE-消息，而是仅仅唯一一次地发送给进行接收的能量自动化部件，所述能量自动化部件然后转发该消息。可以优化所述转发，使得消息的运转遵循通信架构并且因此产生小的延迟。这例如在将能量传输网络实现为环的情况下是符合目的的。于是，GOOSE-消息可以沿着环“逐跳”传输。
在另一种构型中，每一个接收消息的能量自动化部件将所接收的消息在变电站的通信网络中作为组播转发，在所述变电站中布置有所述能量自动化部件。
根据另一个方面，提出一种用于变电站的能量自动化部件。所述能量自动化部件包括用于所述能量自动化部件的控制的至少一个应用，其中每一个应用被设置用于处理根据标准IEC 61850的消息并且属于以下应用的组，所述应用布置在至少两个变电站的相应能量自动化部件中。所述能量自动化部件还包括通信单元，所述通信单元被构造用于处理根据标准IEC 61850的消息并且能够将所述消息封装成公共网络的消息，所述公共网络基于所述互联网协议并且不支持组播。
所述能量自动化部件具有与在上面结合根据本发明的方法描述的优点相同的优点。
在一种构型中，所述能量自动化部件可以包括信息或者可以访问所述信息，所述信息包括与以下组相同的组的进行接收的能量自动化部件的相应地址信息，所述能量自动化部件的所涉及的应用属于该组。
进行发送的能量自动化部件的通信单元可以被构造用于建立至所述进行接收的能量自动化部件的隧道，对于所述能量自动化部件存储了地址信息。
根据另一个方面，提出一种用于能量自动化网络的变电站，所述能量自动化网络包括如上所述类型的至少一个能量自动化部件。
附图说明
下面根据附图中的实施例详细阐述本发明。
图1示出具有在多个变电站中的根据本发明构造的能量自动化部件的能量自动化网络的示意图。
具体实施方式
图1示出能量自动化网络1的示意图。能量自动化网络1示例性地包括三个变电站100、200和300。变电站100、200和300在空间上彼此分离地布置。变电站——也称作变电所——是供电网的部分并且用于不同的电压水平的连接。以对于本领域技术人员而言已知的方式，变电站除了功率变压器之外还包括用于测量与控制技术的开关设备和装置。
对于本发明的理解，对于不同电压水平的连接所需的部件具有次要意义。因为对于本领域技术人员而言为此所需的部件和接线是已知的，所以在此放弃深入的描述。在接下来的描述中，因此仅仅探讨对于能量自动化网络1的控制所需的通信部件。
为此目的，变电站100、200、300中的每一个包括一个或者多个能量自动化部件和通信网络，通过所述通信网络，变电站的相应能量自动化部件能够交换消息。
仅仅示例性地，变电站100包括三个能量自动化部件110、120、130。为了交换消息而将所述能量自动化部件110、120、130连接的通信网络未明确示出。该通信网络基于以太网，使得在OSI-参考模型的层（Layer-2）上交换消息。
能量自动化部件110、120、130中的每一个具有多个应用。示例性地，在能量自动化部件110上设置有唯一的应用112。在能量自动化部件120上示例性地设置有两个应用122、123。在能量自动化部件130上示例性地设置有唯一的应用132。
相应地，变电站200示例性地仅仅具有唯一的能量自动化部件210。在能量自动化部件210上又仅仅示例性地布置有两个应用212、213。
仅仅出于说明的目的，变电站300包括两个能量自动化部件310、320。能量自动化部件310、320中的每一个包括两个应用。两个应用312、313布置在能量自动化部件310上。同样地，两个应用322、323布置在能量自动化部件320上。
为简单起见，对于变电站200、300也未明确地示出相应的通信网络，所述通信网络能够实现包含在相应的变电站200、300中的能量自动化部件的相互通信。
在能量自动化部件相互之间的消息传输基于标准IEC 61850（GOOSE）、用于通过以太网通信网络（简称：以太网网络或者以太网）控制能量自动化部件的有实时能力的网络协议，所述能量自动化部件连接到所述以太网通信网络上。根据规范，GOOSE定期地以固定间隔发送关于能量自动化部件的状态的消息。所述消息由其他能量自动化部件接收并且处理，这同样可能导致进行接收的能量自动化部件的状态变换。
因为一个变电站的能量自动化部件的开关状态或者状态变换可能不仅对于相同变电站的其他自动化部件而且对于一个或多个其他变电站的能量自动化部件是重要的，所以相应变电站100、200、300的通信网络通过基于互联网协议的、无组播支持的公共网络相互连接以用于交换消息。变电站100、200、300的通信网络的连接通过分配给变电站的网络节点410、420、430，例如路由器实现。因此，例如对于变电站100的能量自动化部件可能的是，与在变电站200或300中的能量自动化部件交换消息。
出于技术原因和/或出于成本原因，在公共网络400——所述公共网络例如是互联网或者是全球网络——内消息的传输通常在OSI-参考模型的层3上实现。这意味着，消息应从公共网络400的第一通信节点传输到公共网络400的第二通信节点，因此，为此创建路由和端到端连接。所述路由在OSI-参考模型的层3（Layer-3）上实现。因为这本来不支持组播，这对于借助GOOSE发送的消息的应用而言是必需的，所以提出一种做法，该做法在分布式路由网络中也允许层-2-消息传输，而不必以通过公共网络400的端到端的层-2基础设施为前提。
为此，能量自动化部件110、120、130、210、310、320中的全部具有分配给它们的通信单元111、121、131、211、311、321。通过所述通信单元不需要的是，在公共网络400中应用特殊的网络部件。所需的网络智能通过通信单元111、121、131、211、311、321以虚拟交换机的形式在所分配的能量自动化部件110、120、130、210、310、320自身上实现。这例如可以借助于OpenvSwitch实现。
通信单元111、121、131、211、311、321接管虚拟化的交换机（通信单元）之间的隧道建立的功能、GOOSE-消息的辨识以及GOOSE-消息通过相应的隧道接口的转发。对于隧道可以使用不同的封装协议。对此例如可以使用“Stateless Transport Tunneling Protocol for Network Virtualization （STT）：用于网络虚拟化的无状态传输隧道协议”。
通信单元111、121、131、211、311、321的配置可以通过中央计算机500来实现，所述通信单元可以以软件或硬件的形式构造。中央计算机500为此包括工程工具510和所谓的SDN（软件定义网络）控制器520。借助工程工具510实现全部变电站100、200、300的能量自动化部件110、120、130、210、310、320的配置。在配置范围内实现全部能量自动化部件的参数化。这意味着，确定了哪些能量自动化部件逻辑上关联。该逻辑关联性通过能量自动化部件的相应应用到相应组的分配来建立。
在图1的实施例中，设置有三个逻辑组10、20、30。因此，示例性地，能量自动化部件110的应用112、能量自动化部件120的应用122、能量自动化部件210的应用212和能量自动化部件310的应用312属于第一组10应用。能量自动化部件120的应用123、能量自动化部件210的应用213、能量自动化部件310的应用313和能量自动化部件320的应用322属于第二组20应用。能量自动化部件130的应用132和能量自动化部件320的应用322分配给第三组30应用。
应用的逻辑分组与分配给相应的能量自动化部件的通信单元结合引起，例如在通过第一组10的应用122（进行发送的应用AS）发送GOOSE-消息时，GOOSE-消息通过分配给第一组10的逻辑通信网络1000仅仅向能量自动化部件110、210和310（进行接收的能量自动化部件EAE1、EAE2、EAE3）传输，所述能量自动化部件包括属于第一组10的应用112、212、312（进行接收的应用AE1、AE2、AE3）。尽管GOOSE-消息由能量自动化部件120或者其通信单元121根据GOOSE规范作为组播来发送，但这引起，包括不属于第一组10应用的应用的能量自动化部件130不获得该GOOSE-消息。由此使变电站100的通信网络免于不必要的通信。
对于应用的其他逻辑分组中的每一个，也即组20、30中的每一个，以上述方式产生各自的逻辑通信网络2000、3000。
能量自动化部件110、120、130、210、310、320的配置和参数化以及因此在各个能量自动化部件之间的通信连接在规划阶段，例如根据IEC 61850在所谓的变电站配置语言（SCL）中详细说明。为了配置通信单元111、121、131、211、311、321，例如可以使用静态的IP地址，只要它们受公共网络400支持。在此，在每个可能的进行发送的能量自动化部件和每个所分配的进行接收的能量自动化部件之间根据逻辑分组来配置通信连接。所涉及的应用获得以SCL详细说明的配置。在通信单元中例如手动配置隧道并且定义相应的转发规则。工程工具510存储并且管理相应的SCL-配置文件并且可以向相应的网络部件传送所述文件或者所述文件的部分。
替代地可以实现通信单元111、121、131、211、311、321的集中化配置。所述配置通过中央计算机的SDN-控制器520来实现。SDN-控制器520可以配置和激活各个通信单元之间的隧道。为此，在通信单元中配置转发表格。对于能量自动化部件110、120、130、210、310、320的每个应用111、121、131、211、311、321配置一个这样的转发表格。
例如假设，能量自动化部件120的应用122是进行发送的应用AS，能量自动化部件120是进行发送的能量自动化部件EAS。应用122属于第一组10应用。因此，在用于应用122的转发表格中存储全部剩余的属于第一组10应用的应用的地址。在该示例中，应用112是进行接收的应用AE1，应用212是进行接收的应用AE2并且应用312是进行接收的应用AE3。进行接收的应用AE1布置在能量自动化部件110上，使得该能量自动化部件的地址被保存在转发表格中。进行接收的应用AE2和AE3包含在能量自动化部件210或者310（EAE2或者EAE3）中，使得所述能量自动化部件的地址被保存在转发表格中。相应地对于所有其他应用——它们可以是进行发送的应用——相应地实施该做法。转发表格的配置类型可以前摄性地、也即最初在能量自动化网络1的投入使用之前实现。
替代地，所述配置也可以反应地实现。在这种情况下，例如进行发送的应用AS（能量自动化部件120上的应用122）的GOOSE-消息通过通信单元121接收。通信单元121检查，对于应用的组10是否存在转发表格。如果在通信单元121的转发表格中不存在记录，则通信单元121联系中央计算机500或者SDN-控制器520。中央计算机或者SDN-控制器创建转发记录或者转发表格并且将所述转发记录或者转发表格传输到通信单元121上，使得现在存在转发表格。所述转发表格然后被用于待创建的通信连接。
SDN-控制器520可以作为工程工具510的部件实现或者与其分离地实现。
所述方法将网络配置与GOOSE的自动化功能紧密关联并且因此能够实现整个能量自动化网络的简单管理。
在布置在不同变电站100、200、300中的能量自动化部件110、120、130、210、310、320之间GOOSE-消息的传输的流程如下。在此又从以下出发：应用122作为进行发送的应用AS想要发送GOOSE-消息，所述GOOSE-消息应传输到属于其组10应用的、作为进行接收的应用AE1、AE2、AE3的应用112、212、312上。
应用122作为进行发送的应用AS在变电站100的通信网络中发送根据IEC 61850的GOOSE-消息。进行发送的能量自动化部件EAS的通信单元121（也即虚拟交换机）从通信网络接收GOOSE-消息。在通信单元121中如上所述地产生转发表格，所述转发表格包含进行接收的能量自动化部件110、210、310（EAE1，EAE2，EAE3）的对于GOOSE-消息相应的目标记录。至所述能量自动化部件110、210、310中的每一个的隧道已经被建立并且因此构成对于该GOOSE服务专用的覆盖网络。由转发表格确定以下的一个或多个接口：GOOSE-消息在所述一个或多个接口上被转发。所述接口应理解为下一跳（Hop），GOOSE-消息应被传输到该下一跳上。这例如可以是图1中的公共网络400的路由器410。根据隧道机制，GOOSE-消息通过通信单元121封装成例如IP-单播-包并且通过公共网络传输。
在一种替代方案中，通信单元121可以n次地、也即在当前情况下三次相继发送GOOSE-消息到在转发表格中详细说明的进行接收的能量自动化部件110、210、310上。通常，n是GOOSE-消息的在转发表格中包含的接收方的数目。
在一种替代的构型中，进行接收的能量自动化部件EAE1、EAE2、EAE3表现为在P2P网络中的对等物并且转发GOOSE-消息到另一进行接收的能量自动化部件上。例如，进行接收的能量自动化部件EAE1从进行发送的能量自动化部件EAS接收GOOSE-消息并且将该消息自身转发到进行接收的能量自动化部件EAE2上。然后，进行接收的能量自动化部件EAE2将GOOSE-消息转发到进行接收的能量自动化部件EAE3上。
进行发送的能量自动化部件EAS或者其通信单元121因此仅仅必须发送唯一的一次。可以优化所述转发机制，使得该转发机制遵循例如通信架构，由此产生小的延迟。例如，对于分布式网络中的FLISR使用GOOSE。中电压网络或低电压网络通常以环形形式实现。作为通信技术使用电力线通信（PLC）。GOOSE-应用-组播-服务于是被配置成，使得GOOSE-消息沿着环逐跳（hop-by-hop）传输。
消息通过进行接收的通信部件EAE1、EAE2、EAE3的相应通信单元111、211、311接收。通信单元在变电站的相应通信网络中将所述消息作为以太网-组播转发。替代地，GOOSE-接收方也可以直接是相应的能量自动化部件。在能量自动化部件EAE1、EAE2、EAE3内将消息转发到属于第一组应用的应用AEl、AE2、AE3上，所述应用然后处理所述消息。
与层-2-VPN——其要求在公共网络的路由器中VPN（Virtual Private Network：虚拟专用网络）的配置——不同，所提出的方法实现GOOSE-特殊的应用覆盖网络。这意味着，仅仅GOOSE-消息分布在覆盖网络中。这些GOOSE-消息仅仅被发送到在相应的系统配置中详细说明的进行接收的能量自动化部件上。
该做法具有以下优点：能够实现集中配置。此外，不需要干预公共网络400的软件或硬件。