МНОГООБЪЕКТНЫЕ ЗАЩИТА, УПРАВЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ В ОДНОМ И ТОМ ЖЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОМ ЭЛЕКТРОННОМ УСТРОЙСТВЕ Российский патент 2012 года по МПК H02J13/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к передаче и распределению электроэнергии, а также к защите, управлению и/или контролю элементов, составляющих систему передачи и распределения энергии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Элементы системы для передачи и распределения электричества, такие как электрические шины питания, шины управления, трансформаторы, автоматические выключатели, а также и другие устройства, обычно управляются, контролируются и защищаются с помощью интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ). Эти ИЭУ собирают информацию, касающуюся элементов, и обнаруживают события и нарушения в системе. Подобные контроль, защита и управление необходимы для поддержания надежного снабжения электроэнергией. Авария в системе подачи электроэнергии может нанести вред как бизнесу, так и людям.

Традиционно ИЭУ управляет только одним защищаемым и управляемым первичным объектом энергосистемы. Более того, традиционным является также требование к ИЭУ обеспечить только защиту или только управление. В некоторых случаях передача и распределение электроэнергии высокого напряжения осуществляются и с защитой, и с управлением для одного первичного объекта энергосистемы, управляемого одним ИЭУ. В других случаях распределение электроэнергии может быть осуществлено при интеграции в одном ИЭУ и защиты и управления. Тем не менее, это по-прежнему реализуется только для одного первичного объекта энергосистемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение заключается в том, что одно ИЭУ может выполнять, по меньшей мере, одно из защиты, управления или контроля для множества первичных объектов энергосистемы.

Вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает ИЭУ, содержащее модуль ввода/вывода, включающий в себя множества аналоговых и цифровых входных соединений и выходных соединений, конфигурированных для соединения ИЭУ с множеством первичных объектов энергосистемы. Модуль ввода/вывода получает входные сигналы от множества первичных объектов энергосистемы и выдает выходные сигналы на множество первичных объектов энергосистемы. Модуль записи нарушений записывает множество нарушений из множества каналов. Модуль обработки оперативно соединен с модулем ввода/вывода и модулем записи нарушений. Модуль обработки включает в себя процессор, предназначенный для анализа входных сигналов от множества первичных объектов энергосистемы для выполнения, по меньшей мере, одного из интегрированных защиты, управления или контроля множества первичных объектов энергосистемы.

Варианты осуществления настоящего изобретения также относятся к системе, которая включает в себя ИЭУ. Способ, соответствующий настоящему изобретению, выполняет, по меньшей мере, одно из защиты, управления или контроля множества первичных объектов энергосистемы.

Дальнейшие цели и преимущества, а также структура и функционирование приведенных для примера вариантов осуществления станут ясны из рассмотрения описания, чертежей и примеров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изложенное выше и другие признаки и преимущества изобретения станут очевидными из следующего более детального описания примерных вариантов осуществления изобретения, как проиллюстрировано на сопровождающих чертежах, где одинаковые ссылочные позиции, как правило, указывают на идентичные функционально подобные и/или структурно подобные элементы.

Фиг.1 представляет простой схематический вид варианта осуществления системы, содержащей ИЭУ, в соответствии с данным изобретением;

Фиг.2 представляет схематический вид варианта осуществления ИЭУ, управляющего двойным автоматическим выключателем;

Фиг.3а и 3b представляют схематические диаграммы, иллюстрирующие соответственно решение согласно уровню техники и вариант осуществления решения согласно настоящему изобретению для защиты, управления и контроля шести фидеров.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления изобретения в деталях обсуждаются ниже. В описании этих вариантов осуществления для ясности используется конкретная терминология. Однако не предусматривается ограничение изобретения конкретной выбранной терминологией. В то время как обсуждаются конкретные приведенные для примера варианты осуществления, следует понимать, что это сделано только в целях иллюстрации. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что другие компоненты и конфигурации могут быть использованы без отклонения от сущности и объема изобретения.

В технике передачи и распределения энергии неизвестно обеспечение, по меньшей мере, одного из контроля, защиты и управления множеством первичных объектов энергосистемы посредством одного интеллектуального электронного устройства. Это в особенности имеет место для применения высокого напряжения. Объекты энергосистемы могут включать в себя такие элементы систем передачи и/или распределения энергии, как автоматические выключатели, реле, измерители, разъединители, рубильники, переключатели ответвлений и другое оборудование, используемое при передаче энергии, распределении энергии на высоком напряжении и/или распределении. ИЭУ подходят для сред, в которых могут существовать применения высокого напряжения, таких как сильные электромагнитные поля и большие вариации температуры. Интеллектуальные электронные устройства выполняют основные задачи защиты, контроля и управления энергосистемами и/или устройствами, которые, в большинстве случаев, выполняются ими в реальном времени.

Современная технология с высокоэффективными процессорами делает возможным выполнение защиты, управления и контроля одного или более первичных объектов энергосистемы, интегрированных в одном ИЭУ. Экономия затрат может быть достигнута за счет уменьшения числа ИЭУ в установке. На чертежах приведены примеры распределения защиты, управления и отображения для множества первичных объектов энергосистемы одному ИЭУ.

Данное изобретение предполагает, что одно ИЭУ может быть соединено с двумя или более первичными объектами энергосистемы со своими аналоговыми и двоичными цепями для защиты, и/или управления, и/или контроля первичных объектов энергосистемы. Резервирование и независимость, как требуется правилами защиты и управления энергосистемой, легко включается в ИЭУ путем реализации функциональных возможностей на каждое ИЭУ из библиотеки приложений и используя критерий n-1. Ранее это было невозможно из-за ограничений в ИЭУ для аналоговых и цифровых каналов, чего для некоторых современных ИЭУ более не существует.

В соответствии с данным изобретением информация от двух первичных объектов энергосистемы или от нескольких первичных объектов энергосистемы может распределяться одному ИЭУ. Это может уменьшить число ИЭУ, требующихся для установки. В результате экономия затрат при использовании данного изобретения может быть существенной.

Фиг.1 представляет простой схематичный вид варианта осуществления системы, включающей в себя ИЭУ 100 в соответствии с данным изобретением. Вариант осуществления, показанный на Фиг.1, содержит модуль обработки, включающий в себя центральный процессор (ЦП). ИЭУ в соответствии с данным изобретением в типовом случае включает в себя только один ЦП. ЦП может быть многоядерным ЦП. Обычно тактовая частота ЦП достаточно велика, чтобы эффективно контролировать, управлять и защищать объекты в энергосистеме. Согласно одному варианту осуществления тактовая частота ЦП, по меньшей мере, равна 600 МГц. Модуль обработки также может включать в себя память. Согласно одному варианту осуществления память содержит DRAM емкости 256 МБ и 64 флэш-память на 64 МБ. Объем памяти, включаемой в модуль обработки, может меняться в зависимости от требований.

ИЭУ также содержит модуль ввода/вывода 3, предназначенный для приема входных сигналов и передачи выходных сигналов к объектам энергосистемы, которую ИЭУ контролирует, управляет и защищает. Модуль ввода/вывода может содержать множество панелей ввода/вывода, чтобы ИЭУ мог быть соединен с множеством объектов энергосистемы. Согласно одному варианту осуществления модуль ввода/вывода содержит 14 панелей ввода/вывода (I/O). Модуль ввода/вывода может включать в себя двоичный вход и выход. Согласно другим вариантам осуществления модуль ввода/вывода содержит 16 двоичных входов, 24 двоичных выхода или 8 входов и 12 выходов. Это только примеры, и модуль ввода/вывода может содержать такое количество входов и/или выходов, сколько требуется для применения.

Вариант осуществления ИЭУ, показанный на Фиг.1, также содержит логический узел 5 и модуль 7 матрицы сигналов и выключения. Логический узел может принимать двоичные сигналы и комбинировать их в подходящие сигналы для внутреннего использования в ИЭУ. Модуль матрицы сигналов и выключения может выполнять преобразование сигналов, чтобы адаптировать сигналы к интерфейсам связи и/или обеспечить, чтобы сигналы находились в корректном диапазоне напряжений для ввода/вывода. Модуль матрицы сигналов и выключения может принимать сигналы от ряда функций защиты и комбинировать их в соответствующие выходные сигналы. Это может быть использовано, в частности, чтобы адаптировать сигналы для применения вне ИЭУ. Логический узел и модуль матрицы сигналов и выключения могут быть оперативно подключены к модулю ввода/вывода, к ЦП, к коммуникационному модулю дистанционной защиты, к памяти, к человекомашинному интерфейсу и к коммуникационным модулям контроля.

Вариант осуществления ИЭУ, показанный на Фиг.1, также включает в себя блок 9 обработки сигналов. Блок обработки сигналов может помочь анализировать сигналы, выбрать, какие сигналы обрабатывать, возможно, отфильтровать некоторые сигналы и разрешить другим пройти к связным интерфейсам. Например, фильтр может использовать любой дискретный фильтр, применяемый при обработке сигнала, чтобы отфильтровать нужные частоты или частотные полосы. Наш пример дискретного фильтра - это дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Другой пример фильтра, который может быть применен, - это фильтр для отфильтровывания шума из сигнала. Одним примером такого фильтра является среднеквадратичный фильтр (СКФ). Блок обработки сигналов может быть оперативно подключен к ЦП и к коммуникационному модулю дистанционной защиты, к памяти, к человекомашинному интерфейсу и к коммуникационным модулям контроля, а также к аналого-цифровому преобразователю 11.

Аналого-цифровой преобразователь может быть подключен между блоком обработки сигналов и цепями для измерения параметров первичных объектов энергосистемы, которые контролируются, управляются и/или защищаются ИЭУ, а именно схемой 19 измерения тока и напряжения, которая измеряет фазовые напряжения и фазовые токи, по меньшей мере, двух первичных объектов энергосистемы. Аналого-цифровой преобразователь может содержать множество аналоговых каналов. Один вариант осуществления включает в себя 24 канала. Аналого-цифровой преобразователь может работать на любой частоте, которая позволяет ИЭУ выполнять свои функции. Примерный вариант осуществления, показанный на Фиг.1, работает на частоте 5 кГц.

ИЭУ в соответствии с данным изобретением может также включать в себя коммуникационный модуль 13 дистанционной защиты. Этот модуль может быть оперативно подключен к блоку обработки сигналов и к логическому узлу и модулю прохождения сигнала и сигнальной матрицы. Эти элементы могут быть использованы для схем защиты или реакций на аварию.

Чтобы обеспечить отображение данных, принятых от первичных объектов энергосистемы, которые управляются, контролируются и/или защищаются ИЭУ, в ИЭУ может быть включен человекомашинный интерфейс (ЧМИ) 15. ЧМИ может быть оперативно подсоединен к ЦП, к модулям логики и обработки сигнала. ЧМИ может также включать в себя элементы для обеспечения пользовательского ввода для управления первичными объектами энергосистемы. ЧМИ также может включать в себя один или несколько дисплеев для одновременного или последовательного отображения множества страниц, на которых показываются детали, и/или обеспечение возможности управления множеством первичных объектов энергосистемы. Подобные возможности сами по себе являются новыми и неизвестны из предшествующего уровня техники.

ИЭУ может содержать память 17 для временного и/или постоянного хранения информации, относящейся к первичным объектам энергосистемы, которые контролируются, защищаются и/или управляются. Память может также хранить информацию, касающуюся анализа данных, полученных, по меньшей мере, от одного первичного объекта энергосистемы. Например, память может хранить информацию касательно событий и/или нарушений, например время и параметры объектов при обнаружении события и/или нарушения. Емкость модуля памяти может меняться в зависимости от варианта осуществления и требований или желательности некоторых функций. Один вариант осуществления модуля памяти обеспечивает запись нарушений по аналоговым каналам числом до 40 и до 100 нарушений. Память может быть оперативно подключена к модулю обработки сигналов, к ЦП и/или модулям логики.

Коммуникационный модуль 19 управления и контроля может быть включен для предоставления информации на центральный узел управления и/или контроля. Коммуникационный модуль управления и контроля может быть оперативно подключен к модулю обработки сигналов, к ЦП и/или модулям логики.

ИЭУ в соответствии с данным изобретением может также включать в себя модуль временной синхронизации. Чтобы получить точный временной эталон, модуль временной синхронизации может быть синхронизирован с глобальной системой позиционирования (GPS), чтобы обеспечить точность опорного времени. Модуль временной синхронизации может позволить ИЭУ быть синхронизированным с другим ИЭУ и/или другими элементами. Время может быть использовано для регистрации, когда в энергосистеме происходят события и нарушения, а также для простого отслеживания работы энергосистемы.

Модуль источника питания оперативно соединяет ИЭУ с источником питания.

ИЭУ в соответствии с данным изобретением может также включать в себя модуль входных токов для аналоговых токовых сигналов. Число каналов в модуле входных токов может меняться. Один конкретный вариант осуществления включает в себя 6 каналов. Точность входного модуля может меняться. Так, в одном варианте точность входного модуля составляла около 0,1%.

Более того, ИЭУ в соответствии с данным изобретением может включать в себя оптический Ethernet-модуль. Сеть Ethernet-соединение является примером практической реализации коммуникации для управления и контроля и/или коммуникации для дистанционной защиты. В последнем случае это может быть другое ИЭУ или любое другое устройство обработки, относящееся к задаче защиты.

ИЭУ в соответствии с данным изобретением может быть сконфигурировано так, чтобы соответствовать различным схемам защиты и различным архитектурам в энергосистеме. Как описано выше, ИЭУ может контролировать, управлять и/или защищать множество устройств. Примеры элементов энергосистемы, с которыми ИЭУ в соответствии с данным изобретением может быть соединено, включают в себя:

линии электропередачи и кабели с одним или двумя автоматическими выключателями;

двух- и трехобмоточные силовые трансформаторы с количеством входов до 6;

многоконцевые линии с количеством ответвлений до 6;

составные объекты, состоящие из линий и трансформаторов, генераторов, трансформаторных блоков;

или многосекционные применения, в том числе выключатели с полуторным диаметром или Н-станции.

Фиг.2-3 иллюстрируют характерные примеры устройств ИЭУ, подключенных к элементам энергосистемы, а также, в некоторых случаях, примеры известных из уровня техники решений для этих применений. Фиг.2 представляет схематический вид варианта осуществления ИЭУ, управляющего двойным автоматическим выключателем. Фиг.3а и 3b представляют собой принципиальную схему, иллюстрирующую соответственно решение в соответствии с известным уровнем техники и вариант осуществления решения в соответствии с данным изобретением для случая защиты, управления и контроля шести фидеров. На Фиг.3а и 3b показаны только первый и шестой фидеры. Другим вариантом осуществления решения в соответствии с рассматриваемым изобретением является защита, управление и контроль на двух силовых линиях. Еще одним другим вариантом осуществления решения в соответствии с данным изобретением является возможность для дополнительного резервирования защиты, управления и контроля двух силовых линий. А еще другой вариант решения в соответствии с данным изобретением предназначен для защиты, управления и контроля множества различных объектов энергосистемы.

Как можно видеть из этих решений, данное изобретение может существенно уменьшить количество аппаратных средств, необходимых для контроля, управления и/или защиты элементов энергосистемы. Данное изобретение может также еще обеспечить резервирование в системе. Например, в варианте осуществления для защиты, управления и контроля с избыточностью двух линий энергоснабжения каждое ИЭУ может защищать одну из линий в различных сетях электроснабжения таким образом, что если одно ИЭУ выходит из строя, то другое по-прежнему будет защищать обе линии.

Варианты осуществления изобретения, проиллюстрированные и описанные в этом подробном изложении, предназначены только для ознакомления специалистов в данной области техники с наилучшим известным изобретателем методом осуществления и использования изобретения. Ничто в этом изложении не должно рассматриваться как ограничение объема данного изобретения. Все представленные примеры являются характерными и не накладывают ограничений. Вышеописанные варианты осуществления изобретения могут быть модифицированы или изменены без отклонения от сущности изобретения, как должно быть понятно специалистам в данной области и в свете вышеизложенного. Поэтому следует понимать, что в пределах объема пунктов формулы изобретения и их эквивалентов изобретение может быть реализовано иначе, чем конкретно описано здесь.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в упрощении схемного решения и повышении экономичности. Интеллектуальное электронное устройство содержит множество аналоговых и цифровых входных и выходных соединений, модуль регистрации нарушений и модуль обработки, содержащий процессор. Устройство реагирует на множество входных сигналов от первичных объектов энергосистемы и выдает множество выходных сигналов на первичные объекты энергосистемы. 1 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Интеллектуальное электронное устройство (100), содержащее модуль ввода/вывода (3), содержащий множество аналоговых и цифровых входных соединений и выходных соединений, сконфигурированных для соединения интеллектуального электронного устройства к множеству первичных объектов энергосистемы, причем модуль ввода/вывода действует для приема входных сигналов от множества первичных объектов энергосистемы и выдачи выходных сигналов на множество первичных объектов энергосистемы; и модуль регистрации нарушений (19), действующий для регистрации множества нарушений из множества каналов; отличающийся модулем (1) обработки, оперативно соединенный с модулем ввода/вывода и с модулем регистрации нарушений, причем модуль обработки содержит процессор, действующий для анализа входных сигналов от множества первичных объектов энергосистемы, для выполнения, по меньшей мере, одного из интегрированных защиты, управления или контроля множества первичных объектов энергосистемы, причем первичным объектом энергосистемы является объект из группы, включающий в себя автоматический выключатель, реле, разъединитель, рубильник, переключатель ответвлений, силовой трансформатор и силовую линию энергоснабжения.

2. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, дополнительно содержащее модуль (15) интерфейса, предназначенный для отображения информации, относящейся к множеству первичных объектов энергосистемы, и приема пользовательского ввода.

3. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, дополнительно содержащее коммуникационный модуль дистанционной защиты.

4. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, дополнительно содержащее модуль входного трансформатора, оперативно соединенный, по меньшей мере, с одним трансформатором, для приема входного сигнала, по меньшей мере, от одного трансформатора.

5. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, дополнительно содержащее модуль (11) аналого-цифрового преобразования, оперативно соединенный с входным модулем и с процессором.

6. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, дополнительно содержащее модуль передачи данных.

7. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, дополнительно содержащее модуль источника питания.

8. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, дополнительно содержащее оптический Ethernet-модуль.

9. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, дополнительно содержащее серийный модуль связи.

10. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, в котором интеллектуальное электронное устройство оперативно соединено с двойным автоматическим выключателем.

11. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, в котором множество первичных объектов энергосистемы содержит множество фидеров.

12. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, в котором модуль регистрации нарушений регистрирует до 40 аналоговых каналов.

13. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, в котором модуль регистрации нарушений регистрирует до 100 нарушений.

14. Интеллектуальное электронное устройство по п.1, в котором блок ввода/вывода содержит до 14 панелей ввода/вывода.