УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ СИНХРОНИЗИРОВАННЫХ ДАННЫХ О СОСТОЯНИИ ЭНЕРГООБЪЕКТА Российский патент 2013 года по МПК H02J13/00 

Область техники

Изобретение относится к устройствам для получения привязанных к единой шкале времени данных о состоянии энергообъекта, включая векторные параметры токов и напряжений, и может быть применено, например, в системах автоматизации электроподстанций.

Уровень техники

Известен терминал RES 521 от производителя ABB [1], обеспечивающий измерения фазовых векторов тока и напряжения и выдачу данных измерений фазовых векторов во внешние системы через внешний цифровой интерфейс по протоколу IEEE C37.118. В состав терминала входят:

- блок аналоговых входов, включающий в себя интерфейсы для подключения к аналоговым вторичным измерительным цепям тока и напряжения, аналого-цифровые преобразователи;

- блок приема сигналов календарной синхронизации;

- вычислительный модуль, включающий в себя центральный процессор, обеспечивающий выполнение основных измерительно-вычислительных функций терминала, и цифровой коммуникационный интерфейс Ethernet для выдачи во внешние системы данных измерений фазовых векторов.

Известно устройство векторных измерений [2], обеспечивающее измерение фазового вектора напряжения и передачу данных измерений фазового вектора напряжения другому аналогичному устройству, установленному на другой секции шин. Устройство включает в себя:

- блок аналого-цифрового преобразования;

- блок измерения напряжения;

- блок вычисления частоты;

- блок вычисления действующего значения фазного напряжения;

- блок вычисления фазового вектора напряжения;

- блок трансляции данных измерений фазового вектора напряжения внешнему устройству.

Недостатком обоих известных устройств являются отсутствие универсальности в отношении формы данных измерений. Эти устройства имеют возможность вычислять фазовые вектора по измеряемым аналоговым величинам, но не способны определять эти вектора по данным, передаваемым в форме цифровых потоков, например, по шине процесса цифровой подстанции. Кроме того, формируемые известными устройствами данные не полностью обеспечивают системы защиты и автоматики необходимой информацией о состоянии энергообъекта в каждый момент времени.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является увеличение функциональных возможностей и надежности устройства, повышение информативности формируемых им данных о состоянии энергообъекта.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что в устройство, содержащее блок вычисления фазовых векторов, выходной коммуникационный интерфейс, блок аналого-цифрового преобразования, снабженный аналоговыми измерительными интерфейсами напряжения и тока, блок приема сигналов календарной синхронизации, введены блок формирования внутреннего цифрового потока, снабженный входом приема сигналов тактовой синхронизации, блок приема цифровых потоков, блок формирования выходных данных, блок дискретно-цифрового преобразования, снабженный интерфейсами дискретного ввода и входом, подключенным к выходу блока приема сигналов календарной синхронизации, при этом блок вычисления фазовых векторов снабжен тремя входами, первый из которых подключен к выходу блока аналого-цифрового преобразования через блок формирования внутреннего цифрового потока, второй - к выходу блока приема сигналов календарной синхронизации, третий - к выходу блока приема цифровых потоков, выходной коммуникационный интерфейс подключен к выходу блока вычисления фазовых векторов через блок формирования выходных данных, к которому подключен выход блока дискретно-цифрового преобразования, а блок приема цифровых потоков выполнен в виде блока коммуникационного резервирования, снабженного, по меньшей мере, двумя интерфейсами приема цифровых потоков.

Изобретение имеет развитие, состоящее в том, что блок приема сигналов календарной синхронизации может быть выполнен в виде блока ведения календарного времени, снабженного интерфейсом календарной синхронизации. При этом устройство позволяет обеспечивать привязку дискретных сигналов о состоянии энергообъекта и вычисленных значений фазовых векторов напряжения и тока к календарному времени с меньшей зависимостью от регулярности получения устройством сигнала календарной синхронизации от внешнего источника. Уменьшение зависимости корректного функционирования устройства от готовности внешнего источника сигналов календарной синхронизации дополнительно повышает надежность выдачи во внешние системы корректных данных о состоянии энергообъекта.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства с учетом развития изобретения.

Осуществление изобретения с учетом его развития

На фиг.1 показано устройство 1, в состав которого входят:

- блок 2 вычисления фазовых векторов напряжения и тока;

- выходной коммуникационный интерфейс 3;

- блок 4 аналого-цифрового преобразования, снабженный аналоговыми измерительными интерфейсами напряжения 5 и тока 6;

- блок 7 приема сигналов календарной синхронизации;

- блок 8 формирования внутреннего цифрового потока;

- вход 9 приема сигналов тактовой синхронизации;

- блок 10 приема цифровых потоков;

- блок 11 формирования выходных данных,

- блок 12 дискретно-цифрового преобразования;

- интерфейсы 13 дискретного ввода;

- блок 14 коммуникационного резервирования;

- интерфейсы 15 приема цифровых потоков.

В частном случае выполнения устройства 1 блок 7 приема сигналов календарной синхронизации может быть выполнен в виде блока 16 ведения календарного времени, снабженного интерфейсом 17 календарной синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

Аналоговые сигналы напряжения и тока во вторичных измерительных цепях напряжения и тока через интерфейсы 5 и 6 поступают в блок 4 аналого-цифрового преобразования, где величины указанных сигналов преобразуются в цифровое представление, и далее передаются в блок 8 формирования внутреннего цифрового потока. Блок 8 обеспечивает формирование внутреннего цифрового потока, содержащего данные об измеренных величинах напряжения и тока, с заданной частотой дискретизации с привязкой каждого отдельного значения напряжения или тока в цифровом потоке ко времени по сигналам тактовой синхронизации, получаемым через вход 9.

Блок 10 осуществляет прием цифровых потоков с данными первичных измерений тока и напряжения.

Блок 2 осуществляет вычисление фазовых векторов напряжения и тока на основании внутреннего цифрового потока, получаемого от блока 8, и на основании внешнего цифрового потока, получаемого устройством через блок 10. При вычислении фазовых векторов напряжения и тока блок 2 осуществляет привязку вычисленных значений фазовых векторов к календарному времени на основании сигналов календарной синхронизации, непрерывно получаемых блоком 2 от блока 7, который в свою очередь обеспечивает прием сигналов календарной синхронизации от внешнего источника. Вычисленные значения фазовых векторов напряжения и тока транслируются блоком 2 на выходной коммуникационный интерфейс 3.

Входные дискретные сигналы через интерфейсы 13 дискретного ввода поступают в блок дискретно-цифрового преобразования 12, где указанные сигналы преобразуются в цифровое представление, и производится привязка указанных сигналов ко времени, получаемому от блока 17 ведения календарного времени. Преобразованные в цифровой вид дискретные сигналы, имеющие привязку к календарному времени, транслируются блоку 11 формирования выходных данных. Наряду с этим, блоку 11 транслируются вычисленные блоком 2 значения фазовых векторов в виде пар цифровых значений фазовых векторов напряжения и тока, относящихся к одному и тому же моменту календарного времени. Блок 11 добавляет к каждой полученной от блока 2 паре значений векторов, относящихся к одному моменту календарного времени, значения дискретных сигналов, полученные от блока 12 и относящиеся к тому же моменту календарного времени, что и значения фазовых векторов в паре. Полученный при этом пакет данных, включающий в себя величины фазовых векторов напряжения и тока и значения дискретных сигналов, относящиеся к одному и тому же моменту времени, транслируется блоком 11 на выходной коммуникационный интерфейс 3.

Блок 10 приема цифровых потоков выполнен в виде блока 14 коммуникационного резервирования, к входам которого подключены интерфейсы 15 приема цифровых потоков. Интерфейсы 15 обеспечивают прием цифровых потоков с данными первичных измерений тока и напряжения. При наличии цифрового потока на входе одного из интерфейсов 15, условно выбранного в качестве основного интерфейса, блок 10 транслирует указанный поток блоку 2 вычисления фазовых векторов напряжения и тока. В случае пропадания цифрового потока на входе основного интерфейса 15 блок 10 переключается на прием цифрового потока через другой интерфейс 15, рассматриваемый в качестве резервного интерфейса, и обеспечивает трансляцию указанного потока блоку 2.

Как видно из изложенного, предлагаемое изобретение обеспечивает возможность работы устройства как в «цифровых подстанциях» [3] с резервируемой цифровой шиной процесса [4], так и в традиционных подстанциях без цифровой шины процесса. При этом устройство формирует привязанный к единому календарному времени высокоинформативный пакет данных о векторах токов и напряжений, значения которых получены устройством в аналоговой и/или цифровой форме, и о дискретных сигналах, которые, в частности, могут отражать положение коммутационных аппаратов энергообъекта в момент измерения указанных векторов.

Источники информации

1. ABB Powers Technologies AB. Phasor measurement terminal RES 521. Technical reference manual. September 2008, Revision: D. (Техническое справочное руководство по терминалу векторных измерений RES 521). www.abb.com/substationavtomation.

2. Опубликованная патентная заявка США №2010/0072978, МПК G01R 23/02, 2010 г.

3. «Цифровая подстанция ЕНЭС»/Моржин Ю.И. и др., Журнал «Энергоэксперт», №4 (27), 2011 г.

4. «Шина процесса - технологический фундамент цифровой подстанции» / Власов М.А. и др. Журнал «Релейщик», №1, март 2010 г.

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение надежности. Устройство (1) содержит блок (2) вычисления фазовых векторов напряжения и тока, выходной коммуникационный интерфейс (3), блок (4) аналого-цифрового преобразования (АЦП), снабженный аналоговыми измерительными интерфейсами (5) и (6) напряжения и тока, блок (7) приема сигналов календарной синхронизации, блок (8) формирования внутреннего цифрового потока, снабженный входом (9) приема сигналов тактовой синхронизации. Кроме того, устройство включает блок (10) приема цифровых потоков, блок (11) формирования выходных данных, блок (12) дискретно-цифрового преобразования, снабженный интерфейсами (13) дискретного ввода. Блок (10) приема цифровых потоков выполнен в виде блока (14) коммуникационного резервирования, снабженного интерфейсами (15) приема цифровых потоков. К входам блока (2) вычисления фазовых векторов подключены: выход блока (4) АЦП через блок (8) формирования внутреннего цифрового потока, выход блока (7) приема сигналов календарной синхронизации и выход блока (10) приема цифровых потоков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство формирования синхронизированных данных о состоянии энергообъекта, содержащее блок вычисления фазовых векторов, выходной коммуникационный интерфейс, блок аналого-цифрового преобразования, снабженный аналоговыми измерительными интерфейсами напряжения и тока, блок приема сигналов календарной синхронизации, отличающееся тем, что введены блок формирования внутреннего цифрового потока, снабженный входом приема сигналов тактовой синхронизации, блок приема цифровых потоков, блок формирования выходных данных, блок дискретно-цифрового преобразования, снабженный интерфейсами дискретного ввода и входом, подключенным к выходу блока приема сигналов календарной синхронизации, при этом блок вычисления фазовых векторов снабжен тремя входами, первый из которых подключен к выходу блока аналого-цифрового преобразования через блок формирования внутреннего цифрового потока, второй - к выходу блока приема сигналов календарной синхронизации, третий - к выходу блока приема цифровых потоков, выходной коммуникационный интерфейс подключен к выходу блока вычисления фазовых векторов через блок формирования выходных данных, к которому подключен выход блока дискретно-цифрового преобразования, а блок приема цифровых потоков выполнен в виде блока коммуникационного резервирования, снабженного, по меньшей мере, двумя интерфейсами приема цифровых потоков.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок приема сигналов календарной синхронизации выполнен в виде блока ведения календарного времени, снабженного интерфейсом календарной синхронизации.