專利名稱：電力系統(tǒng)保護(hù)繼電器之間對(duì)輸出狀態(tài)指示進(jìn)行通信的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及電力系統(tǒng)中保護(hù)繼電器之間的數(shù)據(jù)通信，并且更具體地涉及這種繼電器之間以數(shù)據(jù)位為形式的輸出操作狀態(tài)信息的通信。
電力系統(tǒng)一般包括傳輸線、配電線(distribution bus)和饋線的互連布局。這種系統(tǒng)需要多個(gè)位于整個(gè)系統(tǒng)的幾個(gè)位置上的、與不同的電力線連接的保護(hù)繼電器(relay)，以便提供全面的和可靠的故障保護(hù)。這種全面保護(hù)確保當(dāng)在系統(tǒng)的一個(gè)部分里發(fā)生故障時(shí)，在修復(fù)該故障之前整個(gè)系統(tǒng)中只有一小部分不能提供服務(wù)。準(zhǔn)確的故障指示以使不能服務(wù)的時(shí)間最短是保護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)重要目標(biāo).
全面、可靠的保護(hù)系統(tǒng)要求各個(gè)繼電器相互通信它們各自的監(jiān)視操作的狀態(tài)。在一種例子里，對(duì)于涉及到本地站和遠(yuǎn)程站的單根傳輸線，當(dāng)本地站的繼電器識(shí)別出故障時(shí)，本地站處的繼電站必須能夠和遠(yuǎn)程站處的繼電器進(jìn)行通信。為了做到這一點(diǎn)，利用表示本地站繼電器產(chǎn)生的故障狀態(tài)的作用狀態(tài)信號(hào)設(shè)定本地繼電器的輸出觸點(diǎn)，常規(guī)的通信設(shè)備感測(cè)輸出觸點(diǎn)的設(shè)定，從而沿?cái)?shù)據(jù)鏈路對(duì)遠(yuǎn)程站處的類似通信設(shè)備提供一種指示，例如信號(hào)頻率的變化。
遠(yuǎn)程站處的通信設(shè)備繼而設(shè)定輸出觸點(diǎn)，其狀態(tài)由遠(yuǎn)程繼電器的輸入感測(cè)能力識(shí)別。遠(yuǎn)程繼電器接著利用該輸入觸點(diǎn)信息以及其它的輸入信息(例如電力線上的電壓值和電流值)進(jìn)行它自己的計(jì)算。然后遠(yuǎn)程繼電器適當(dāng)?shù)卦O(shè)置輸出觸點(diǎn)，并且通過通信設(shè)備把這些觸點(diǎn)的狀態(tài)通信回送給本地繼電器。授于Cookson等人的美國(guó)4,551,718號(hào)專利中展示了這種站的一個(gè)例子。這種通信系統(tǒng)具有許多種商業(yè)實(shí)現(xiàn)方法。上述例子中在兩個(gè)繼電器之間往返通信的目的是為了識(shí)別和這兩個(gè)繼電器有關(guān)的故障的位置。這種良好保護(hù)所需的通信處理是耗時(shí)的并且需要大量昂貴的通信設(shè)備。
上述和特定故障條件有關(guān)的本地繼電器及遠(yuǎn)程繼電器通信的例子在用于和電力系統(tǒng)有關(guān)的各種控制及監(jiān)視操作的繼電器之間的其它幾種不同的一對(duì)一(雙向)、單向或三向通信要求中具有對(duì)應(yīng)的相似情況。這種電力傳輸系統(tǒng)中保護(hù)繼電器之間的通信結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是其造價(jià)昂貴，以及觸點(diǎn)輸出確定、感測(cè)及通信所需要的時(shí)間；總的來說，如果能夠減小或者進(jìn)而消除這些缺點(diǎn)，對(duì)于電力保護(hù)系統(tǒng)是有好處的。
因此，本發(fā)明是一種在電力系統(tǒng)中從第一保護(hù)繼電器向第二保護(hù)繼電器對(duì)輸出位的狀態(tài)進(jìn)行通信的系統(tǒng)，其中繼電器的輸出位是在該第一繼電器里的故障確定計(jì)算處理的結(jié)果，該結(jié)果可常規(guī)地用于設(shè)定所述第一繼電器的輸出觸點(diǎn)，該系統(tǒng)包括第一繼電器處把要發(fā)送的輸出狀態(tài)位格式化成數(shù)據(jù)包的裝置；用于沿通信鏈路直接把該數(shù)據(jù)包發(fā)送到所述第二繼電器的裝置；第二繼電器處接收所述數(shù)據(jù)包、驗(yàn)證所述數(shù)據(jù)包的有效性以及然后把該數(shù)據(jù)包里的所述輸出位用作為其自身的故障確定計(jì)算處理中的輸入位的裝置。


圖1是電力系統(tǒng)中現(xiàn)有技術(shù)的繼電器至繼電器的數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖2是本發(fā)明的繼電器至繼電器的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
圖3表示圖2的通信系統(tǒng)中用于在電力系統(tǒng)的保護(hù)繼電器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。
圖4表示圖2的通信系統(tǒng)中所使用的完全數(shù)據(jù)包。
圖5是圖2的通信系統(tǒng)的軟件流程圖。
圖1表示用于和傳輸線10一起使用的電力系統(tǒng)保護(hù)繼電器的現(xiàn)有通信系統(tǒng)，其包括兩個(gè)保護(hù)繼電器12和14，繼電器12和本地源16關(guān)聯(lián)而繼電器14和遠(yuǎn)程源18關(guān)聯(lián)。電路斷路器20和22分別和這兩個(gè)繼電器關(guān)聯(lián)。每個(gè)繼電器各具有它自己的相關(guān)通信設(shè)備21和23，另外一個(gè)觸點(diǎn)輸入/輸出電路通過相關(guān)的通信設(shè)備和各個(gè)繼電器連接。這些電路分別示意性地在25和27處表示，盡管它們可以是繼電器的一部分或者是通信設(shè)備的一部分。通信鏈路29連接這兩個(gè)通信設(shè)備。
為了確定線路10上出現(xiàn)的故障的位置，兩個(gè)繼電器12和14之間的通信是重要的。例如，如果故障位于兩個(gè)繼電器之間兩個(gè)繼電器最終會(huì)釋放(它們應(yīng)該釋放)，然而如果故障位于本地繼電器12的后面則繼電器14不應(yīng)該釋放它的電路斷路器22。為了實(shí)現(xiàn)這種所需的結(jié)果，當(dāng)繼電器12識(shí)別出在其保護(hù)區(qū)域內(nèi)的線路10上的故障時(shí)，它向遠(yuǎn)程繼電器14發(fā)送該識(shí)別的指示。繼電器14在它自己的各邏輯計(jì)算操作中使用該指示，各邏輯計(jì)算操作中包括著所測(cè)量到的和它自己的保護(hù)區(qū)域有關(guān)的線路電壓及電流。
這種雙向通信產(chǎn)生電力系統(tǒng)的可靠和安全保護(hù)。此外，這種通信結(jié)構(gòu)對(duì)于以微處理器為基的繼電器是常見的。在這種繼電器里，計(jì)算造成產(chǎn)生輸出函數(shù)位或變量，其中位用于確定指示特定狀態(tài)(例如出現(xiàn)故障)的存在的選定輸出觸點(diǎn)。繼電器上通常數(shù)量為幾個(gè)的各個(gè)輸出觸點(diǎn)的狀態(tài)由和該繼電器相關(guān)的通信設(shè)備監(jiān)視；當(dāng)識(shí)別出繼電器12的一個(gè)輸出觸點(diǎn)21的狀態(tài)改變時(shí)，通信設(shè)備25沿通信鏈路29把指示該輸出觸點(diǎn)的狀態(tài)的信號(hào)發(fā)送給與其姐妹繼電器14相關(guān)的通信設(shè)備27。
典型通信設(shè)備的例子是釋放及保護(hù)聲頻音調(diào)信道設(shè)備。通信鏈路29可以是微波、音頻、光纖或者某種其它鏈路。對(duì)應(yīng)地，遠(yuǎn)程繼電器14中產(chǎn)生的輸出操作指示用于設(shè)定它自己的輸出觸點(diǎn)組，其自身的通信設(shè)備27對(duì)該設(shè)定做出響應(yīng)并且進(jìn)而把這些指示通信到本地繼電器的通信設(shè)備25，后者接著相應(yīng)地感測(cè)其輸入觸點(diǎn)組21的落實(shí)。
上述的例子涉及二個(gè)保護(hù)繼電器之間的雙向通信。如果通信布局涉及到三個(gè)繼電器，則設(shè)備必須提供三個(gè)繼電器中每個(gè)繼電器之間的通信。
應(yīng)該理解，在電力系統(tǒng)中二個(gè)或三個(gè)繼電器之間的雙向、三向以及某些情況下的單向繼電器通信具有廣泛的不同用途。具體的例子包括允許地過延伸(over-reaching)轉(zhuǎn)接釋放(POTT)、允許欠延伸(under-reaching)轉(zhuǎn)接釋放(PUTT)、方向比較接通(DCUB)、方向比較阻斷(DCB)以及直接轉(zhuǎn)接釋放應(yīng)用等。可能還有電力線上幾個(gè)保護(hù)繼電器之間的單向通信，所有的這些單向通信都饋送到保護(hù)配電線的一個(gè)繼電器上。這種配電線結(jié)構(gòu)允許配電線上的該保護(hù)繼電器有效地分析其整個(gè)配電系統(tǒng)里的各繼電器的狀態(tài)和作用。
從而，在典型的電力系統(tǒng)里，為了實(shí)現(xiàn)上述的通信作用必須提供大量的數(shù)據(jù)通信設(shè)備和數(shù)據(jù)鏈路。但是，如上面指出的那樣，這種通信設(shè)備是昂貴的，并且還在繼電器處理操作中造成時(shí)間延遲。這種時(shí)間延遲是顯著的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)固態(tài)、以微處理器為基礎(chǔ)的保護(hù)繼電器以線路電壓及電流的周期的1/4、1/8或者1/16為基礎(chǔ)實(shí)時(shí)地處理和監(jiān)視電力信號(hào)。例如，如果電力系統(tǒng)以60Hz的頻率運(yùn)行，一個(gè)周期的1/16約為1.08微秒。因此，大約每一微秒進(jìn)行一次計(jì)算以及其它的監(jiān)視操作。需要一種通信系統(tǒng)其在速度上是和繼電器的采樣及計(jì)算操作的速度相差不大的。
圖2簡(jiǎn)單化地說明本發(fā)明的繼電器至繼電器的通信系統(tǒng)。在圖2中，部分地顯示兩個(gè)繼電器30和32，它們分別帶有釋放部件34和36。這些釋放部件的輸出是一個(gè)輸出操作狀態(tài)位或一個(gè)變量，其在各個(gè)繼電器內(nèi)的電容器38和40上表現(xiàn)為一個(gè)輸出位。在圖1的現(xiàn)有系統(tǒng)中，如果繼電器30在圖2中所示的結(jié)構(gòu)下已經(jīng)產(chǎn)生釋放指示位，該輸出狀態(tài)位應(yīng)該用于設(shè)定繼電器30里的一個(gè)輸出觸點(diǎn)。接著如為圖1所解釋的那樣該設(shè)定得到使用。
但是，在本發(fā)明的系統(tǒng)里，來自繼電器30的原始輸出狀態(tài)指示或位經(jīng)繼電器30里的發(fā)送模塊42沿通信信道42直接發(fā)送給遠(yuǎn)程繼電器32里的接收模塊46。然后接收到的位和其它的數(shù)據(jù)輸入由繼電器32直接用到它自己的邏輯運(yùn)算中，以確定是否應(yīng)該發(fā)出繼電器32處的本地釋放。相反地，遠(yuǎn)程繼電器32生成的輸出狀態(tài)操作位由它的發(fā)送模塊48發(fā)送給繼電器30里的接收模塊50，接著繼電器30利用該信息以及其它的輸入進(jìn)行邏輯運(yùn)算。
這樣，在本發(fā)明中，具有上述通信能力的每個(gè)繼電器利用來自電力系統(tǒng)信號(hào)的以電壓及電流數(shù)據(jù)為形式的自身的輸入信息以及接收到來自其姐妹繼電器和可能來自其它繼電器與其它設(shè)備的其它輸入信息進(jìn)行連續(xù)計(jì)算并且產(chǎn)生保護(hù)操作。如果指示對(duì)它相關(guān)的電路斷路器進(jìn)行釋放，則產(chǎn)生一個(gè)操作狀態(tài)位或輸出位，并接著把該位直接發(fā)送給它的姐妹繼電器，后者把該信息作為自己的一種輸入從執(zhí)行它自己的連續(xù)運(yùn)算及監(jiān)視操作，并且當(dāng)指示時(shí)產(chǎn)生釋放信號(hào)。前面系統(tǒng)中各個(gè)繼電器處所存在的輸出觸點(diǎn)組、輸入觸點(diǎn)組以及通信設(shè)備在本發(fā)明的系統(tǒng)里已全部取消。在本系統(tǒng)里，由兩個(gè)繼電器直接使用各個(gè)繼電器產(chǎn)生的輸出操作狀態(tài)位。
圖3表示所述實(shí)施方式中兩個(gè)繼電器之間通信使用的數(shù)據(jù)位的結(jié)構(gòu)。發(fā)送的數(shù)據(jù)包括八個(gè)可能的連續(xù)位，各位用TMB1至TMB8表示，用于發(fā)送“鏡象”位1-8。這些連續(xù)位中的各個(gè)位表示給定繼電器的一種輸出操作的輸出狀態(tài)。在前面的系統(tǒng)里，例如，則應(yīng)該存在八個(gè)輸出觸點(diǎn)，每個(gè)輸出觸點(diǎn)代表繼電器的一種獨(dú)立操作的邏輯輸出狀態(tài)。經(jīng)過連接這兩個(gè)繼電器的一條數(shù)據(jù)信道傳送該位序列。數(shù)據(jù)信道可以具有不同的實(shí)現(xiàn)方式，例如，包括微波、光纖或者射頻信道。每個(gè)繼電器進(jìn)而還具有一個(gè)常規(guī)的接口部件，對(duì)繼電器和數(shù)據(jù)信道進(jìn)行接口。
為了接收“鏡象”位1-8，在另一繼電器處接收到的八個(gè)數(shù)據(jù)位稱為RMB1至RMB8。使用術(shù)語(yǔ)“鏡象”以表示接收端的位和發(fā)送端的位相同。不過，TMB和RMB命名是任意的并且可以改變。此外，盡管本發(fā)明采用總數(shù)為8個(gè)的輸出狀態(tài)數(shù)據(jù)位或變量，根據(jù)采用的特定繼電器以及通信要求，可以使用不同的數(shù)量。
典型地，在雙繼電器通信布局中，實(shí)際需要二位或者也許三位。例如，對(duì)于雙端，A、B和C相位需要單個(gè)極釋放輸出狀態(tài)操作即“關(guān)鍵”位，該位代表輸出操作狀態(tài)。在這種應(yīng)用中從而不使用剩余的位空間。特定結(jié)構(gòu)中所需的位數(shù)取決于繼電器提供的具體功能并取決于把和這些操作相關(guān)的輸出狀態(tài)通信到姐妹繼電器的要求。
因?yàn)楸景l(fā)明使用的繼電器通常是以微處理器為基礎(chǔ)的繼電器，這種繼電器可以存在用于繼電器操作設(shè)定的可編程能力。繼電器的可編程特性可允許操作者配置或者設(shè)定每個(gè)輸入或輸出元件/操作的用途，從而配置或者設(shè)定與繼電器的監(jiān)視能力有關(guān)的各輸入和輸出位的用途。例如，一個(gè)繼電器可以編程為其輸出狀態(tài)變量組遵循用于確定該繼電器操作的已編程的組選擇設(shè)定，而另一個(gè)繼電器可以把它的組選擇設(shè)定對(duì)應(yīng)于來自第一個(gè)繼電器的具體接收位。從而另一個(gè)繼電器將改變?cè)O(shè)定組以和第一繼電器中選定的設(shè)定組匹配，對(duì)于在運(yùn)行期間系統(tǒng)以一種已知的方式監(jiān)視狀態(tài)變化的情況，這樣做是有好處的。
從而，當(dāng)繼電器具有可編程能力時(shí)，可以為上述的通信結(jié)構(gòu)以及為繼電器運(yùn)行的其它方面采用可編程邏輯。典型地，設(shè)定命令是經(jīng)過終端或個(gè)人計(jì)算機(jī)的串行端口提供的，或者可以經(jīng)過前面板控制鍵提供，也可以通過這兩種方式的組合提供。
上述所述的通信系統(tǒng)的另一個(gè)重要方面是傳送數(shù)據(jù)的可靠性，即傳送數(shù)據(jù)的安全性。典型的數(shù)據(jù)傳送中將帶有各種有效性校驗(yàn)。在圖4中表示有效性校驗(yàn)系統(tǒng)的一個(gè)例子。在圖4中，傳送數(shù)據(jù)的八位劃分成二個(gè)獨(dú)立的字節(jié)62和64，它們一起形成單個(gè)數(shù)據(jù)包。每個(gè)字節(jié)總共由八位組成，每個(gè)字節(jié)的前兩位是一個(gè)標(biāo)志，它指示存在正在傳送的數(shù)據(jù)包。從而，字節(jié)62的前二位是字節(jié)標(biāo)志63。第一字節(jié)62的剩余六位是實(shí)際數(shù)據(jù)的前六位。第二字節(jié)的前二位構(gòu)成第二字節(jié)標(biāo)志65(它指示第二字節(jié)的存在)，之后跟著傳送數(shù)據(jù)的第七位和第八位，然后再跟著四位，它們構(gòu)成來自循環(huán)冗余檢驗(yàn)(CRC)功能66的循環(huán)冗余檢驗(yàn)。
必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)部接收到的具有各自字節(jié)標(biāo)志以及具有循環(huán)冗余檢驗(yàn)的兩個(gè)字節(jié)62、64的組合為數(shù)據(jù)包的傳送提供所需的安全性。但是，應(yīng)該理解，可以采用其它的數(shù)據(jù)傳送安全技術(shù)。安全性提供對(duì)于錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的抗擾性，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)可能來源于噪聲突發(fā)的形式或者來源于其它干擾。
圖5表示用于控制輸出狀態(tài)變量組(位)通信的基本軟件流程圖。通信是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，該處理具有一個(gè)起點(diǎn)，如塊60處所示。塊62表示對(duì)從電力系統(tǒng)得到的電壓和電池?cái)?shù)據(jù)的收集及初步處理。塊64表示從其它硬件收集輸入數(shù)據(jù)，而塊66表示從姐妹繼電器收集輸入位，這些位已由接收繼電器的接收模塊存儲(chǔ)。這些位根據(jù)其它位變換或者設(shè)置。
接著接收繼電器利用收集的模擬數(shù)據(jù)以及包括來自其姐妹繼電器的輸入位在內(nèi)的其它輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行它的保護(hù)臨視以及計(jì)算操作，如塊68中所示。另外，如上面所說明的那樣，根據(jù)繼電器中建立的可編程邏輯可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的邏輯方程推算，如塊70中所示。接著把以輸出位為形式的計(jì)算結(jié)果發(fā)送給該繼電器的發(fā)送模塊，如塊72中所示。如果如塊74中所示，現(xiàn)在為發(fā)送的恰當(dāng)時(shí)間，則如塊76中所示把數(shù)據(jù)發(fā)送到其姐妹繼電器。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時(shí)，重新開始處理。這是按固定的規(guī)定間隔發(fā)生的，例如做為例子每電力系統(tǒng)周期的1/16一次。
這樣，公開電力傳輸系統(tǒng)中保護(hù)繼電器之間一種新的通信結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)取消了大量的常規(guī)硬件，從而明顯地降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。這種通信系統(tǒng)可以用于二個(gè)或更多的繼電器之間的雙向布局，或者可以用于多個(gè)繼電器和另一個(gè)繼電器之間的單向布局，例如多個(gè)保護(hù)繼電器和單個(gè)總線繼電器的通信。
盡管出于說明的目的公開了本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，應(yīng)該理解在不違背后面的權(quán)利要求書中所規(guī)定的本發(fā)明的精神的前提下可以對(duì)該實(shí)施方式引入不同的修改、改進(jìn)及替換。
權(quán)利要求
1.一種用于在電力系統(tǒng)中把第一保護(hù)繼電器的輸出位的狀態(tài)通信到第二個(gè)保護(hù)繼電器的系統(tǒng)，其中繼電器的輸出位是在該第一繼電器處的故障確定運(yùn)算處理的結(jié)果，常規(guī)中該結(jié)果用于設(shè)置所述第一繼電器的輸出觸點(diǎn)，該系統(tǒng)包括第一繼電器處的用于把所述輸出位格式化為數(shù)據(jù)包的裝置；用于把所述數(shù)據(jù)包沿通信鏈路發(fā)送到所述第二繼電器的裝置；以及第二繼電器處的用于接收所述數(shù)據(jù)包、驗(yàn)證所述數(shù)據(jù)包的有效性以及接著在其自己的故障確定運(yùn)算處理中把所述輸出位作為輸入位的裝置。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中通信為電力傳輸線上兩個(gè)繼電器之間的雙向通信。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述第一繼電器位于電力線上而通信是單向的朝向位于電力系統(tǒng)的上游部分的第二繼電器。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，包括被發(fā)送數(shù)據(jù)包內(nèi)的裝置，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)的有效性。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中數(shù)據(jù)的有效性是以內(nèi)部位的形式表達(dá)的，其可用在繼電器所運(yùn)行的邏輯方程中。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中發(fā)送裝置包括發(fā)送模塊，并且其中接收裝置包括接收及存儲(chǔ)發(fā)送數(shù)據(jù)的接收模塊。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，包括用于對(duì)和特定的繼電器操作有關(guān)的各個(gè)輸出位及輸入位進(jìn)行編程的設(shè)備。
全文摘要
該通信系統(tǒng)包括把來自電力系統(tǒng)的以微處理器為基礎(chǔ)的第一保護(hù)繼電器的指示該繼電器的操作的輸出狀態(tài)位直接發(fā)送到以微處理器為基礎(chǔ)的第二姐妹繼電器。每個(gè)繼電器具有通過通信鏈路連接的發(fā)送模塊和接收模塊,在各自的繼電器計(jì)算中借助發(fā)送模塊和接收模塊可利用各個(gè)繼電器產(chǎn)生的邏輯輸出位和輸入位。
文檔編號(hào)H02H1/00GK1171714SQ9711305
公開日1998年1月28日 申請(qǐng)日期1997年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月29日
發(fā)明者埃德蒙德·O·斯維則二世, 蓋里·W·斯切爾 申請(qǐng)人:斯維則工程實(shí)驗(yàn)室公司