专利名称：存储特别是用于监控能量传输系统的测量值的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种设备，其包括控制装置、由控制装置控制的存储装置和至 少两个测量装置，这些测量装置与控制装置相连并在时间上分别与同 一测量时 刻相关地记录测量值并传输到控制装置。
背景技术：
这样的设备例如被用在保护技术的领域之中。其例如用于采集并且分析在 能量传输导线中或其上或者在能量传输系统中的电流和电压，以便采集不允许 的或者危险的运行状态并且必要时尽可能快地断开设备部分，目的是保持小的 损坏或者(尽可能地)避免损坏。
因为要确定故障或干扰，部分地不仅必须考虑各个当前测量值，而且此外 还必须考虑时间上在前的、旧的测量值，所以要求至少对于一定的时间间隔将 测量值进行中间存储。考虑到对干扰情况的事后分析，在此通常期望，存储时 间间隔尽可能大并且例如为数天。但是，存储时间间隔越大，必须被管理的测 量值数量就越大，并且对包含在或者(直观地说)隐含在测量值数量内的单个 测量值的访问时间也就越大。尽管市场上可获得的标准数据库系统允许容易地 处理极大的数据量，但是对于例如在用于能量传输设备的保护技术的领域中的 应用来说，如发明者方面所确定的那样，在大的测量值数量情况下其访问时间 通常太长。
发明内容
相应地，本发明要解决的技术问题是，提供一种设备，其允许大的存储时 间间隔并且尽管如此还允许对存储的测量值的最小访问时间。
按照本发明，上述技术问题从本文开始部分所述类型的设备出发通过权利 要求1的特征部分解决。本发明的优选实施方式在从属权利要求中给出。
按照本发明，这样构造控ij装置，其将至少两个测量装置的测量值按照具有行和列的逻辑矩阵的形式存储在存储装置中，其中，它为每个测量装置分配 一个单独的列，在该列中存储相应的测量装置的测量值，其中每个测量装置的 新的测量值分别被记录到相应的列的下一行中，并且其中通过将与同一测量时 刻有关的不同测量装置的测量值存储在同 一行中，按照行相关地对不同测量装 置的测量值进行存储。
本发明设备的主要优点是，可以相对快速地访问所存储的测量值。这归因 于，测量值被结构上与测量时刻相关地存储。也就是说，如果作为按照硬件的 分析装置或者按照软件的分析应用程序的分析模块采用时间上在前面的测量 值，则其通常不是检索最不同的测量时刻的单个测量值，而是检索来自特定时 间间隔的具有不同测量装置的测量值的测量值组。因为由于根据本发明设置的 对测量值的结构上的存储，源自于同一测量时刻或源自于一个特定的测量间隔 的所有测量值被逻辑地直接并排或互相存储在存储装置中，所以为了检索测量
值不需要考虑和搜索整个可用测量值数据量；而是^f义仅将相关的存储片段传输
到中间存储器中、例如控制装置的中间存储器中并且仅仅继续使用这些相关的 存储片段就足够了。由此，明显地减少了对被查询的或者所需的测量值的访问 时间。换言之，本发明使用这样的知识，在实践中，特别是在保护和控制技术 的领域中，不是任意地检索数据组，而是通常根据与测量时刻有关的预定的模 式进行。本发明从这点出发，通过在存储数据时已经考虑了期望的或者非常可
能的检索模式，由此力o速了随后的检索过程。
优选地，对为存储测量值而允许的或者开启的存储区域进行限制，以便保 证，其它装置(如分析模块等)在存储器装置内保持有足够的存储区域可用。 相应地，按照该设备的优选实施方式，矩阵的行数被限制到固定预先给出的最 大行数，并且控制装置在写入矩阵的每列的最后一行之后跳回到相应列的第一 行，并且相应的测量装置的各个下一测量值被记录到相应列的第 一行。
虽然各个测量装置应该并且将始终在同一个时刻记录其测量值，使得这些 测量值始终与相同的时刻有关，但是这些测量值不能同时到达控制装置。也就 是说，如果测量装置中的一个被设置为明显比另一个测量装置更靠近控制装置， 则空间上更靠近的测量装置的测量值通常比远离的测量装置更快到达控制装 置。为了按照筒单的方式并且由此具有优势地实现，到达控制装置的测量值始 终在正确的矩阵位置或者作为正确的矩阵元素被存储，按照该设备的优选实施 方式，这样构造控制装置，其首先访问相量字段，在该相量字段中对每个测量装置和由此对矩阵的每个列记录一个信息，该信息间接或直接给出，各个下一 测量值要记录在哪行中。
因为测量值是在时间上以行方式被存储的，所以测量值采集的绝对测量时 刻的存储或者时间的存储对每个单独的测量值来说是不需要的。更确切地，按 照一个优选的变形，这样构造控制装置就足够了，其仅对行的子集，但是至少 对矩阵的一行(例如，对第i行)，分别存储一个绝对时间指示，该时间指示给 出在该行中存储的测量值的测量时刻。例如对矩阵的每列固定一个唯一的绝对 时间指示。然后通过将行号的差与测量值采集的时间间隔相乘并且加上绝对时
间指示ZA，简单地确定在矩阵的其它行中的其余测量值的测量时刻tj,例如按 照
tj = (Zj-Zi) x T + ZA 或者
tj = (Zj-Zi)x 1/f+ZA 其中，Zj表示矩阵的第j行，Zi表示矩阵的第i行，为该行存储了绝对的时间 指示ZA， T表示为测量装置预定的在两个依次跟随的测量时刻之间的时间间 隔，以及f表示为测量装置预定的测量时钟。
优选地，这样构造控制装置，使得只要具有相比所存储的时间指示为更当 前的测量时刻的测量值被记录到该行中，则该控制装置分别用新的绝对时间指 示覆盖所存储的绝对时间指示。
特别优选地，在相量字段中分别列独立地用间接的或直接的指示来记录下 列内容行，在该行中将记录矩阵的相应的列的或者说相应的测量装置的各个 下一测量值；以及绝对时间指示，该时间指示说明相应的列的最近记录的测量 值的测量时刻。在此，间接的指示被理解为这样的指示，从该指示可以导出行 和/或时间指示例如可以这样说明最后一行，在该行中已经输入最后的测量值， 或者取而代之说明新的行，在该行中将输入新的测量值。
此外，本发明还涉及一种用于存储至少两个测量装置的测量值的方法。
为了在这种方法中实现，允许大的存储时间间隔并且尽管如此还达到对所 存储的测量值的最小访问时间，根据本发明，测量装置的测量值在时间上相关 地被记录并且按照具有行和列的逻辑矩阵的形式被存储在存储装置中，其中为 每个测量装置分配一个单独的列并且在该列中存储相应的测量装置的测量值， 其中每个测量装置的新的测量值分别被记录在相应的列的下一行中，并且其中
通过将不同测量装置的与同 一测量时刻有关的测量值存储在同 一行中，按照行相关地对不同测量装置的测量值进行存储。
关于本发明方法的优点和关于该方法的优选实施方式，参见关于本发明设 备的上述实施方式。
此外，控制装置也净皮视为发明。
鉴于这样的控制装置，按照本发明这样构造控制装置，使得其将至少两个 测量装置的测量值按照具有行和列的逻辑矩阵的形式存储在存储装置中，其中 它为每个存储装置分配一个单独的列，在该列中存储了相应的测量装置的测量 值，其中每个测量装置的新的测量值分别被记录在相应的列的下一行中，并且 其中通过将不同测量装置的与同 一 测量时刻有关的测量值存储在同 一行中，按 照行相关地对不同测量装置的测量值进行存储。
有关按照本发明的控制装置的优点和该控制装置的优选实施方式参见关 于按照本发明的设备的上述实施方式。
下面结合实施例对本发明作进一步说明；在此示例性地
图1示出了本发明设备的第一实施例，其中分析模块由按照硬件实现的分
离的分析装置构成，其与控制装置相连；根据该实施例也将示例性地解释按照
本发明的方法，
图2示意性示出了矩阵结构，根据图1的设备的测量值按照该矩阵结构被 存储，以及对应的相量字段，
图3示意性示出测量值存储的时间上的过程，
图4示出相量字段的另一个实施方式，
图5示出了相量字段的再一个实施方式，以及
图6示出了按照本发明的设备的第二实施例，其中该设备的分析模块由用 于控制装置的软件应用程序构成。
在图1至图6中为清楚起见对相同或类似的组件始终采用相同的附图标记。
具体实施例方式
在图1中可以看到控制装置10，其经过数据传输网络20与三个测量装置 PMU1、 PMU2和PMU3相连。三个测量装置PMU1、 PMU2和PMU3例如是相量测量装置(所谓的相量测量单元)，其测量在图1中没有进一步示出的能量 传输导线中的电流值和电压值，并且产生对应的相量测量值。相量测量值与相
应的测量时刻ti一起按照数据组Dl、 D2和D3的形式经过数据传输网络20被 传输到控制装置10。
以下示例性地假设，测量装置PMU1在其数据组D1中将电压相量测量值 (以下简称为电压相量)Vll以及对应的电流测量值(以下称为电流相量测量 值)111传输到控制装置10。第二测量装置PMU2的数据组D2分别包含电压 相量V21和电流相量121。第三测量装置PMU3在其数据組D3中发送两个电 压相量V31和V32以及电流相量131 。
两个分析模块60和70与控制装置IO相连，其作为分离的、按照硬件实 施的分析装置经过电连接导线80与控制装置IO相连。
此外，具有数据库110的存储装置100与控制装置IO相连，控制装置10 将三个测量装置PMU1、 PMU2和PMU3的测量值、即电压和电流相量存储在 该数据库110中。
按照图1的设备例如可以如下被运行
控制装置10分析由三个测量装置PMU1、 PMU2和PMU3接收的数据组 D1、D2和D3并且由此接收电压相量Vll、 V21、 V31和V32以及电流相量Ill、 121和131。因为在数据组Dl、 D2和D3中还分别包含相应的测量时刻ti,所 以控制装置10可以为每个相量测量值也确定相应的测量时刻。
控制装置10将对应的相量测量值直接提供给两个分析模块60和70，从而 这些分析模块在对应的测量值被存储于存储装置100中之前就可以立即访问这 些测量值；通过该过程可以实现极大的速度收益，这是因为分析模块60和70 可以直接进一步处理当前的相量测量值而不必相对费时地首先从存储装置100 中读出这些相量测量值。
但是，控制装置10不仅将相量测量值提供给分析模块60和70，而且随后 还将它们存储在数据库110中。在此，按照结构化的方式进行数据在数据库110 中的存储。具体来说，与同一测量时刻ti有关的所有相量测量值被逻辑地存储 在存储矩阵文件(以下简称矩阵)的同一行中。在此，矩阵的相应的列说明， 相应的测量值来自哪个测量装置PMU1、 PMU2或PMU3。优选地，不仅逻辑 地而且物理地以矩阵形在对应的存储段中进行矩阵的存储。
在图2中详细示出并且以附图标记200标出矩阵的结构。可以看出，测量装置PMU1的电压相量V11被记录在矩阵200的第一列Sl中。测量装置PMU1 的电流相量Ill被记录在第二列S2中。
按照对应的方式，第二测量装置PMU2的相量测量值被存储在列S3和S4 中以及第三测量装置PMU3的相量测量值V31 、 V32和131被存储在列S5、 S6 和S7中。
在此，相量测量值在矩阵200中的存储保-〖正了 ，与同一测量时刻ti有关的 所有测量值4i存储在同一行中。可以看出，在第i行Zi中存储时刻ti的相量测 量值并且在第(i+l )行Zi+l存储时刻ti+l的测量值。相应地对第(i+2)时刻 也适用，其被存储在第Zi+2行中，等等。
此外，在图2中还示出一维的相量字段210，其具有与矩阵200恰好一样 多的列。在相量字段210的字段中对矩阵200的每个列(即列独立地)分别存 储，下一测量值要记录在矩阵200的哪行Zj中。由此相量字段210使得可以保 证，到达的与不同测量时刻ti有关的相量测量值仍然在矩阵200内的正确的位 置上被记录。这点在以下结合例子详细解释
如果假设第一测量装置PMU1被设置为特别靠近控制装置10,则相量测量 值VI1和II1在其余的测量装置PMU2和PMU3的对应的相量测量值之前到达。 图3示例性示出了这点，在图3中当前到达的相量测量值通过垂直延伸的线条 表示。在根据图3的实施例中第一测量装置PMU1的相量测量值Vll和111已 经直到测量时刻t6到达。
第三测量装置PMU3离控制装置IO较远，从而其相量测量值V31、 V32 和131比第一测量装置PMU1的对应的相量测量值稍后输入到控制装置10中。 在#4居图3的实施例中相量测量值V31、 V32和I31直到时刻t5出现，而对测 量时刻t6还没有相量测量值到达控制装置10。
在根据图3的实施例中，第二测量装置PMU2离控制装置IO特别远，从 而该测量装置的相量测量值V21和121仅仅直到测量时刻t4出现。
为了尽管相量测量参数在时间上错开到达但是还能够保证每个相量测量 值始终在矩阵200内的正确位置上被记录，首先读出相量字段210。由此，控 制装置10在每个新的相量测量值到达时首先在相量字段210中检查，各个下一 相量测量值必须被记录在哪一行。例如，如果第一测量装置PMU1的新的相量 测量值到达，则控制装置10在读出相量字段210之后确定，下一相量测量值 Vll和Ill必须被记录在第7行中，因为该测量值与第7时刻t7有关。如果第二测量装置PMU2的新的相量测量值V21和121纟皮接收，则控制装 置10以对应的方式读出相量字段210:在这种情况下，控制装置10确定，各 个新的相量测量值必须被存储在第5行Z5中，因为其与第5测量时刻有关。
第三测量装置PMU3的新的相量测量值以对应的方式被存储在第6行Z6 中，因为其与第6测量时刻t6有关。
如在图2中可以看出的那样，在矩阵200中测量时刻tl至t6本身不被存 储，以节省存储空间。测量时刻ti的这样的存储由于矩阵结构的原因也是不必 要的，因为测量值连续结构化地被存储在矩阵200中。因为在每一行Zi中仅存 储同一测量时刻ti的各个测量值，所以如果已知用于至少一行的测量的记录的 绝对测量时刻或者绝对时间并且如果三个测量装置PMU1、 PMU2和PMU3的 测量值在时间上相关地以预定的时钟或者时间上相等地被记录，就可以计算对 于矩阵200的所有测量值的测量时刻。这点结合以下的例子来解释
如果测量装置PMU1 、 PMU2和PMU3每隔25 ms采集新的测量值，则通 过根据下式分析各个行值，对矩阵200的每行和由此对每个测量值算出测量值 采集的绝对测量时刻tj或者时间
tj = (Zj陽Zi) x T + ZA
tj = (Zj-Zi) x 25ms + ZA 其中，Zj表示矩阵的第j行，Zi表示矩阵的第i行，T表示对测量装置PMU1、 PMU2和PMU3预定的在两个依次跟随的测量时刻之间的25ms的时间间隔， 以及ZA表示所存储的绝对测量时刻。
结果表明，按照图1的设备使得可以对数据组D1至D3进行非常快速的处 理，因为一方面控制装置10立即提供相量测量值给分析模块60和70供使用， 以便允许快速或者及时的分析，另一方面相量测量值在存储装置100中的存储 以矩阵形地进行，由此可以快速访问在相同测量时间间隔中被记录的所有测量 值。通过在矩阵200内部以块方式或者打包存储时间上互相相关的测量值，可 以为数据库检索而在中间存储器中(例如在控制装置10中实现的中间存储器 中)复制数据库的相关的段或者矩阵的相关的段，以便可以快速访问位于对相 应的分析来说相关的范围中的所有相量测量值。因此，不需要打开整个数据库 110或者整个矩阵200，而是仅打开数据库110的部分或者矩阵的部分，由此明 显加快了对各个期望的数据组或者相量测量值的访问。
如果测量值在数据库中不是矩阵形的，而是任意分布的，则必须访问整个数据库，这在大数据库情况下是非常费时的；以下的数字例子显示了这一点 例如，如果测量值以IO比特格式被存储并且测量值由1000个测量装置每隔100 ms采集并且保存30天，则文件大小为2.59TB。如果测量值在该文件中不是结 构化地分布，则在分析的范围内必须考虑整个文件，这要求极大的中间存储器 以及极大的读出时间。然而，由于测量值的逻辑矩阵形的存储，因此确切知道， 在哪个文件段中查找来自相关时间段的测量值，从而只有该感兴趣的、相对小 的文件段必须在中间存储器中被复制并且被分析。
由于测量值的矩阵形的存储，通过进行"环形"的存储，此外还实现了对 文件大小或者数据库110的大小的非常简单的限制这意味着，在达到最大行 数时又从按照图2的矩阵200的第一行开始，并且其中存储的旧的内容被覆盖。 由此，循环地进行测量值的存储，其中每个在前的测量循环的测量值由相应的 当前的测量循环的测量值覆盖。
此外，在旧数据被覆盖的情况下相量字段210的功能在于，指示直到矩阵 200的哪行测量值是当前的或者属于当前循环，并且从矩阵的哪行开始是存储 了在前的循环的测量值。
考虑到简单地检查一个测量时刻的测量值是否已经被存储，按照相量字段 210的一个替换实施方式，除了当前的行数之外还可以存储最近测量值的时刻； 图4示例性示出了这点可以看出，除了用于下一测量值的行数外还给出最近 记录的测量值的时刻。
数据的存储可以在一维的相量字段中进行，如在图2和4中所示；作为替 换，也可以使用二维或三维的相量字段，如图5示例性所示的那样。
在图6中示出了设备的第二实施例。在该实施例中两个分析;漠块60和70 不是作为分开的组件来实施，而是作为在控制装置10中的处理器单元10'上可 执行的软件模块或者软件应用程序。对该软件模块的功能来说，该软件模块物 理地存储在哪里是不重要的；其例如可以存储在控制装置IO的内部、在存储装 置IOO的分开的存储区域中或者在该设备的任意其它存储器中。
权利要求
1. 一种设备，其包括控制装置(10)、由该控制装置控制的存储装置(100)和至少两个测量装置(PMU1，PMU2，PMU3)，这些测量装置与该控制装置相连并在时间上分别与同一测量时刻相关地记录测量值(V11，I11，V21，I21，V31，V32，I31)并传输到该控制装置，其特征在于，如下构造所述控制装置其将所述两个测量装置的测量值按照具有行(Zi)和列(S1-S7)的逻辑矩阵(200)的形式存储在所述存储装置中，-其中，它为每个测量装置分配一个单独的列，在该列中存储相应的测量装置的测量值，-其中，每个测量装置的新的测量值分别被记录到相应的列的下一行中，并且-其中，通过将与同一测量时刻有关的不同测量装置的测量值存储在同一行中，按照行相关地对不同测量装置的测量值进行存储。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述矩阵的行数被限制到固定预先给出的最大行^t,并且所 述控制装置在写入矩阵的每列的最后 一行之后跳回到相应的列的第 一行，并且 相应的测量装置的各个下一测量值被记录到相应的列的第 一行。
3. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于，如下构造所述控制装置其访问相量字段(210),在该相量 字段中对每个测量装置和由此对矩阵的每个列记录一个信息，该信息给出各个下一测量值要记录在哪行中。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，如下构造所述控制装置其对矩阵的至少一行存储一个绝对 时间指示，该时间指示给出在该行中存储的测量值的测量时刻。
5. 根据权利要求4所述的设备，其特征在于，如下构造所述控制装置只要具有相比所存储的时间指示为 更当前的测量时刻的测量值被记录到该^f亍中，则所述控制装置分别用新的绝对 时间指示覆盖所存储的绝对时间指示。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，如下构造所述控制装置在相量字段(210)中分别列独立 地记录至少一个指示，从该指示间接或直接地产生-行，在该行中将记录矩阵的相应的列的各个下一测量值；和/或-绝对时间指示，该时间指示说明相应的列的最近记录的测量值的测量时刻。
7. —种用于存储至少两个测量装置(PMU1， PMU2， PMU3)的测量值 (VII, 111， V21， 121, V31， V32, 131)的方法，其特征在于，所述测量装置的测量值在时间上相关地被记录并且在存储装 置(100)中按照具有行(Zi)和列(Sl-S7)的逻辑矩阵(200)的形式被存储，-其中，为每个测量装置分配一个单独的列并且在该列中存储相应的测量 装置的测量值，-其中，每个测量装置的新的测量值分别被记录在相应的列的下一行中，并且-其中，通过将不同测量装置的与同一测量时刻有关的测量值存储在同一 行中，按照行相关地对不同测量装置的测量值进行存储。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述矩阵的行数被限制到固定预先给出的最大行数，并且在 写入矩阵的每列的最后一行之后跳回到相应的列的第一行，并且相应的测量装 置的各个下一测量值被记录到相应的列的第 一行。
9. 根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，访问相量字段(210)，在该相量字段中对每个测量装置和由 此对矩阵的每个列记录一个信息，该信息给出各个下一测量值要记录在哪行中。
10. 根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，对矩阵的至少一行存储一个绝对时间指示，该时间指示给出在该行中存储的测量值的测量时刻。
11. 根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，只要具有相比所存储的时间指示为更当前的测量时刻的测量 值被记录在该行中，则分别用新的绝对时间指示覆盖所存储的绝对时间指示。
12. 根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，在所述相量字段(210)中分别列独立地用间接的或直接的指示来记录下列内容-行，在该行中将记录矩阵的相应的列的各个下一测量值；和/或-绝对时间指示，该时间指示说明相应的列的最近记录的测量值的测量时刻。
13. —种用于根据权利要求1至6中任一项所述的设备的控制装置，其特征在于，如下构造该控制装置其将两个测量装置的测量值按照具有 行和列的逻辑矩阵的形式存储在存储装置中，-其中，该控制装置为每个存储装置分配一个单独的列，在该列中存储了 相应的测量装置的测量值，-其中，每个测量装置的新的测量值分别被记录在相应的列的下一行中，并且-其中，通过将不同测量装置的与同一测量时刻有关的测量值存储在同一 行中，按照行相关地对不同测量装置的测量值进行存储。
全文摘要
本发明涉及一种设备，其包括控制装置(10)、由该控制装置控制的存储装置(100)和至少两个测量装置(PMU1，PMU2，PMU3)，这些测量装置与该控制装置相连并在时间上分别与同一测量时刻相关地记录测量值(V11，I11，V21，I21，V31，V32，I31)并传输到该控制装置。根据本发明，这样构造该控制装置，其将所述两个测量装置的测量值按照具有行(Zi)和列(S1-S7)的逻辑矩阵(200)的形式存储在该存储装置中，其中它为每个测量装置分配一个单独的列，在该列中存储相应的测量装置的测量值，其中每个测量装置的新的测量值分别被记录到相应的列的下一行中，并且其中通过将与同一测量时刻有关的不同测量装置的测量值存储在同一行中，按照行相关地对不同测量装置的测量值进行存储。
文档编号G05B23/02GK101484855SQ200680055304
公开日2009年7月15日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者安德烈亚斯·利特金格 申请人:西门子公司