專利名稱：經(jīng)由對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)的故障數(shù)據(jù)同步的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及向電力分配系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱配電系統(tǒng))提供保護(hù)控制的繼電器。更具體地，本發(fā)明涉及使多個(gè)保護(hù)繼電器的故障數(shù)據(jù)收集得以同步的一種技術(shù)。
電力系統(tǒng)的故障會(huì)很快地開(kāi)始和結(jié)束。保護(hù)繼電器被設(shè)計(jì)成能感受到故障并通過(guò)操作斷路器以切斷故障而提供保護(hù)控制。現(xiàn)代的保護(hù)繼電器引入了數(shù)字信號(hào)處理，以便通過(guò)在保護(hù)繼電器切斷電力系統(tǒng)之前及之后記錄下的采樣波形來(lái)分析故障數(shù)據(jù)。為了完整地分析故障的原因和范圍，必須分析電力系統(tǒng)中多個(gè)位置處的故障數(shù)據(jù)。
常規(guī)的監(jiān)測(cè)保護(hù)繼電器故障數(shù)據(jù)的系統(tǒng)主要是主從通信系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中中心控制站(主)啟動(dòng)到保護(hù)繼電器(從)的通信。在主從系統(tǒng)中，主站啟動(dòng)所有的通信。在通常的方法中，主控站周期性地和順序地監(jiān)測(cè)各個(gè)從站設(shè)備以了解其狀態(tài)的變化。這種監(jiān)測(cè)過(guò)程在繼電器對(duì)故障作出反應(yīng)和控制站得知該故障的時(shí)間之間會(huì)引入顯著的延遲?？刂普緯?huì)通知其它繼電器去記錄波形，但是在主從系統(tǒng)中為了在故障穿越系統(tǒng)時(shí)捕獲信息，其隨后的延遲是不能接受的。
授予Wallis的美國(guó)專利5,224,054和5,223,538揭示了在主從系統(tǒng)中對(duì)同步的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行收集的問(wèn)題。這些專利揭示了一種技術(shù)，它利用一個(gè)控制站向多個(gè)“線路監(jiān)測(cè)器”送出了一個(gè)命令信號(hào)以便在當(dāng)前或未來(lái)的時(shí)間同步地對(duì)系統(tǒng)采樣。雖然這一方法適合于按要求或按預(yù)定時(shí)間來(lái)表征一個(gè)電力系統(tǒng)，但是這個(gè)方法不能完善地解決故障數(shù)據(jù)的同步問(wèn)題，因?yàn)楣收喜⒉皇前磿r(shí)間表發(fā)生的。
當(dāng)前先進(jìn)的自動(dòng)跳閘單元和保護(hù)繼電器在故障時(shí)間捕獲波形。在一個(gè)典型的設(shè)計(jì)中，保護(hù)繼電器將連續(xù)地測(cè)量和丟棄多達(dá)72個(gè)周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生了(未預(yù)期的)故障時(shí)，保護(hù)繼電器繼續(xù)采集預(yù)定數(shù)量的周期的波形(以及其它計(jì)算出來(lái)的參數(shù)和狀態(tài)標(biāo)志)。在這一時(shí)期之后，全部數(shù)量的存儲(chǔ)的樣本(包括在故障之前和之后的各個(gè)周期的電力系統(tǒng)信息)都被放入存儲(chǔ)器中以便將來(lái)傳送給本地的或遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)。雖然這個(gè)過(guò)程有效地提供了故障數(shù)據(jù)信息，但它只能在系統(tǒng)中的某一點(diǎn)做到這樣。
鑒于上面的討論，希望能提供一種方法，用于在電力系統(tǒng)發(fā)生事件時(shí)，能在電力系統(tǒng)的多個(gè)點(diǎn)上同步地記錄采樣的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。同時(shí)還希望這樣的數(shù)據(jù)能夠被后處理以便同步來(lái)自多個(gè)來(lái)源的信息。
按照下面所說(shuō)明的示范性實(shí)施例，本發(fā)明可以這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，即與電力系統(tǒng)中第一點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的第一保護(hù)繼電器感知一個(gè)電力系統(tǒng)事件，例如一次故障；記錄下該電力系統(tǒng)事件的時(shí)間標(biāo)記和第一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)；并從第一保護(hù)繼電器通過(guò)對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程的保護(hù)繼電器傳送數(shù)據(jù)消息。第一保護(hù)繼電器和遠(yuǎn)程保護(hù)繼電器最好是同步的(例如，通過(guò)公共的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn))。數(shù)據(jù)消息最好包括該電力系統(tǒng)事件的時(shí)間標(biāo)記。然后每個(gè)遠(yuǎn)程繼電器就可以使用該時(shí)間標(biāo)記去保存它自己的一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，而這組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)是和第一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步的。
本發(fā)明的技術(shù)有利地提供了有關(guān)一次故障、電力浪涌、或其它電力系統(tǒng)事件的系統(tǒng)范圍的數(shù)據(jù)。這種信息能夠讓用戶更加準(zhǔn)確地分析電力系統(tǒng)事件的原因和影響。
本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)結(jié)合附圖來(lái)閱讀以下的詳細(xì)說(shuō)明而理解得更加清楚，在附圖中
圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、處于電力保護(hù)方案的保護(hù)控制下的電力系統(tǒng)的方塊圖；和圖2是說(shuō)明按照本發(fā)明的示范性實(shí)施例的一種方法的流程圖。
現(xiàn)在參考圖1，圖中示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、處于保護(hù)方案的保護(hù)控制下的一個(gè)電力系統(tǒng)。在圖1中，多個(gè)保護(hù)繼電器10按工作方式連接以向電力系統(tǒng)12提供保護(hù)控制。保護(hù)繼電器10另外還按工作方式通過(guò)適當(dāng)?shù)耐ㄐ哦丝谶B接到對(duì)等的通信網(wǎng)絡(luò)14。保護(hù)繼電器10的每一個(gè)都包括一個(gè)微處理器16、一個(gè)相關(guān)的存儲(chǔ)器18、和一個(gè)時(shí)鐘(未示出)。繼電器10的時(shí)鐘由時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)20同步，該時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)可以按工作方式連接到對(duì)等通信網(wǎng)14，或者可以通過(guò)其它適當(dāng)?shù)姆绞桨垂ぷ鞣绞竭B接到各個(gè)繼電器。各個(gè)保護(hù)繼電器10在電力系統(tǒng)的相關(guān)點(diǎn)上對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并暫時(shí)保留(例如在和微處理器16相關(guān)的緩沖器中)一定數(shù)量的周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。隨著繼電器10繼續(xù)采樣并保留新的電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，暫時(shí)存儲(chǔ)(采樣并保留)的周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)被新的周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)所取代。
在工作中，圖1的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在電力系統(tǒng)中的多處位置對(duì)諸如故障這樣的非計(jì)劃性事件的同步采樣數(shù)據(jù)的收集。對(duì)等的通信網(wǎng)14(和傳統(tǒng)的主/從通信網(wǎng)相反)使用了這樣一種協(xié)議，它允許在通信網(wǎng)14上的各個(gè)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)可供使用(即在通信總線沒(méi)有已被使用)的情況下啟動(dòng)通信。在傳統(tǒng)的主/從系統(tǒng)中，只有主站能夠啟動(dòng)通信，而當(dāng)從站設(shè)備感知系統(tǒng)中的某一情況時(shí)，從站設(shè)備不能傳送這一事實(shí)直到主站向該從站設(shè)備請(qǐng)求信息(查詢)。對(duì)等通信系統(tǒng)的例子包括在Profibus或以太網(wǎng)協(xié)議下的所謂現(xiàn)場(chǎng)消息傳遞系統(tǒng)。
在傳統(tǒng)的保護(hù)繼電系統(tǒng)中也采用時(shí)間同步。按照慣例保護(hù)繼電器具有一個(gè)內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘，它在繼電器內(nèi)部連續(xù)地保持時(shí)間。在繼電器內(nèi)部的每一事件能夠根據(jù)這一內(nèi)部時(shí)鐘而加上時(shí)間標(biāo)記。通過(guò)把各個(gè)設(shè)備連接到時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)(例如IRIG-B時(shí)間標(biāo)準(zhǔn))就可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，其中這個(gè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不僅使所有設(shè)備相互同步，而且還和協(xié)調(diào)世界時(shí)同步。時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)包括一個(gè)無(wú)線電接收機(jī)，它讓該標(biāo)準(zhǔn)從多個(gè)國(guó)際時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射機(jī)中的某一發(fā)射機(jī)接收精確時(shí)間的更新。因此，到時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)20的連接可以向保護(hù)繼電器提供精確的時(shí)間脈中和數(shù)字時(shí)間命令，通過(guò)時(shí)間脈沖和數(shù)字時(shí)間命令保護(hù)繼電器能夠更新它的內(nèi)部時(shí)鐘。
現(xiàn)在參考圖2，它示出了說(shuō)明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種方法的流程圖。圖2的方法開(kāi)始于步驟100，在那里與電力系統(tǒng)中第一點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的第一保護(hù)繼電器10(圖1)感知一次電力系統(tǒng)事件，例如故障。在步驟102，第一保護(hù)繼電器記錄下該電力系統(tǒng)事件的時(shí)間標(biāo)記，而與該繼電器相關(guān)聯(lián)的處理器則保存與該檢測(cè)到的事件有關(guān)的第一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)(例如72個(gè)周期)。第一組電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)最好包括作為電力系統(tǒng)事件先導(dǎo)的若干數(shù)據(jù)周期，也包括在該事件之后的若干電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)周期。步驟102可以這樣執(zhí)行，即由處理器收集并將第一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器18，或者存入比繼電器的數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)更為永久性地存放數(shù)據(jù)的其它合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中。舉例說(shuō)，微處理器16可以選擇72個(gè)周期的緩沖數(shù)據(jù)，它可能包括這樣一種分配，即在故障前的60個(gè)周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)和故障以后的12個(gè)周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在步驟104，第一保護(hù)繼電器在對(duì)等的通信網(wǎng)上啟動(dòng)向其它保護(hù)繼電器的數(shù)據(jù)傳輸，表明發(fā)生了一起電力系統(tǒng)事件。數(shù)據(jù)消息最好包括該事件的時(shí)間標(biāo)記，并且還可以包括由第一保護(hù)繼電器記錄的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的周期數(shù)目和/或分布。或者，各個(gè)繼電器可以被編程(通過(guò)與它相關(guān)聯(lián)的微處理器)以記錄下圍繞著電力系統(tǒng)事件的預(yù)定的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的周期數(shù)目及其分布。在步驟106，和對(duì)等網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的其它設(shè)備接收到數(shù)據(jù)消息，而且每個(gè)接收的設(shè)備用收到的時(shí)間標(biāo)記來(lái)確定哪些周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)是應(yīng)該保存在它相關(guān)的存儲(chǔ)器中的。在步驟108，各繼電器記錄下以步驟106中所確定的時(shí)間差為基礎(chǔ)的、對(duì)應(yīng)于第一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，同時(shí)還記錄下該事件的時(shí)間標(biāo)記。各個(gè)保護(hù)繼電器最好是在與該繼電器相關(guān)聯(lián)的微處理器的控制下來(lái)設(shè)置它的采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以便保存其周期數(shù)量和分布與第一保護(hù)繼電器(即發(fā)起通信消息的設(shè)備)完全相同的、由時(shí)間標(biāo)記所指明的、與該電力系統(tǒng)事件相關(guān)的數(shù)據(jù)。
在上列例子的方式下，本發(fā)明的技術(shù)可以得到對(duì)未預(yù)料事件的同步的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并且該同步的數(shù)據(jù)可以在以后的時(shí)間方便地被檢索以供分析(例如用一個(gè)分析程序)該電力系統(tǒng)事件的原因和影響。同步的數(shù)據(jù)能夠示出由不同的保護(hù)繼電器在剛好先于電力系統(tǒng)事件和緊接于其后的同一時(shí)間內(nèi)所采樣的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明比起已知的系統(tǒng)，尤其是比那些采用主/從通信系統(tǒng)的系統(tǒng)具有更多優(yōu)點(diǎn)。由于在主/從通信系統(tǒng)中，主站是輪詢從站設(shè)備以確定故障的發(fā)生，因此主站有可能沒(méi)有察覺(jué)到故障而等到它通知從站設(shè)備去保留所需的數(shù)據(jù)時(shí)卻為時(shí)已晚(例如，因?yàn)閺恼驹O(shè)備的采樣和保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)丟棄了相關(guān)數(shù)據(jù))。
雖然上面的說(shuō)明包括了許多細(xì)節(jié)和技術(shù)要求，但它們只是為了說(shuō)明的目的而提供的，它們不應(yīng)被看作是對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言很容易理解對(duì)上述例子的許多修改都是在由下列權(quán)利要求和它們的法定等價(jià)物所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1．一種在電力系統(tǒng)中提供同步的故障數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟在與電力系統(tǒng)中第一點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的第一保護(hù)繼電器中感知一個(gè)電力系統(tǒng)事件；在第一保護(hù)繼電器中記錄電力系統(tǒng)事件的時(shí)間標(biāo)記以及與該事件相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)周期的第一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)；在對(duì)等通信網(wǎng)上啟動(dòng)到其它保護(hù)繼電器的數(shù)據(jù)消息的通信，該數(shù)據(jù)消息中包括時(shí)間標(biāo)記；在各個(gè)其它保護(hù)繼電器中根據(jù)在數(shù)據(jù)消息中的時(shí)間標(biāo)記確定與第一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的一組電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)；以及在各個(gè)其它保護(hù)繼電器中記錄已確定的相對(duì)應(yīng)的組。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括在與各個(gè)其它保護(hù)繼電器相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)包括一個(gè)或多個(gè)周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)和時(shí)間標(biāo)記的同步數(shù)據(jù)的步驟。
3．權(quán)利要求2的方法，其特征在于，還包括從存儲(chǔ)器中檢索已存入的同步數(shù)據(jù)以用于故障分析的步驟。
4．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中各個(gè)確定的相對(duì)應(yīng)的組包括與第一組數(shù)量相同的電力周期。
5．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中各個(gè)保護(hù)繼電器連接到一個(gè)公共的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。
6．權(quán)利要求5的方法，其特征在于，其中的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)是IRIG-B。
7．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中該消息是按照Profibus協(xié)議傳送的。
8．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中該消息是按照以太網(wǎng)協(xié)議通信的。
9．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中第一組以及各個(gè)確定的相對(duì)應(yīng)的組包括預(yù)定數(shù)量的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)周期。
10．一種用于向配電系統(tǒng)提供保護(hù)控制的系統(tǒng)，包括多個(gè)數(shù)字保護(hù)繼電器，各個(gè)繼電器按工作方式連接到配電系統(tǒng)中的一個(gè)點(diǎn)以便提供保護(hù)控制，各個(gè)繼電器具有數(shù)字處理器和用于存放各周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；連接起來(lái)以便在多個(gè)保護(hù)繼電器之間交換數(shù)據(jù)消息的對(duì)等的通信網(wǎng)絡(luò)；以及按工作方式連接到多個(gè)保護(hù)繼電器的每一個(gè)上以便使多個(gè)保護(hù)繼電器同步的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。其中多個(gè)保護(hù)繼電器的每一個(gè)響應(yīng)于由多個(gè)保護(hù)繼電器中的一個(gè)或多個(gè)所檢測(cè)到的故障而同步地記錄并存儲(chǔ)多個(gè)周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
11．權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，其中多個(gè)保護(hù)繼電器的每一個(gè)響應(yīng)于故障的檢測(cè)而存儲(chǔ)相同數(shù)量的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)周期。
12．權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，其中多個(gè)保護(hù)繼電器中進(jìn)行檢測(cè)的那一個(gè)通過(guò)對(duì)等的通信網(wǎng)發(fā)送消息以通知其它保護(hù)繼電器發(fā)生了故障。
13．權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，其中消息包括一個(gè)指明與故障相關(guān)的時(shí)間的時(shí)間標(biāo)記。
14．權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，其中消息是按照Profibus協(xié)議而傳送的。
15．權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其特征在于，其中消息是按照以太網(wǎng)的協(xié)議而傳送的。
16．權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其特征在于，其中其它保護(hù)繼電器根據(jù)消息中的時(shí)間標(biāo)記來(lái)確定哪些周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)要保存。
17．一種保護(hù)繼電器，包括微處理器，它被設(shè)計(jì)用于接收和監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以便在對(duì)等的通信網(wǎng)上啟動(dòng)通信以通知其它保護(hù)繼電器發(fā)生了電力系統(tǒng)事件，以及從其它保護(hù)繼電器接收表明發(fā)生了電力系統(tǒng)事件的信息，每個(gè)信息都包括該電力系統(tǒng)事件的時(shí)間標(biāo)記；與微處理器相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器響應(yīng)于電力系統(tǒng)事件的發(fā)生而存儲(chǔ)第一組多個(gè)周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)；以及內(nèi)部時(shí)鐘，它同步于與對(duì)等的通信網(wǎng)相關(guān)的其它保護(hù)繼電器的內(nèi)部時(shí)鐘。
18．權(quán)利要求17的保護(hù)繼電器，其特征在于，其中該微處理器在收到來(lái)自其它保護(hù)繼電器的表明發(fā)生了電力系統(tǒng)事件的信息時(shí)，就根據(jù)時(shí)間標(biāo)記來(lái)確定哪些周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)。
19．權(quán)利要求17的保護(hù)繼電器，其特征在于，其中通信是按照Profibus協(xié)議的。
20．權(quán)利要求17的保護(hù)繼電器，其特征在于，其中通信是按照以太網(wǎng)協(xié)議的。
21．權(quán)利要求17的保護(hù)繼電器，其特征在于，其中電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的周期數(shù)量是一個(gè)預(yù)定的數(shù)量。
全文摘要
用來(lái)同步響應(yīng)于諸如故障這樣的非預(yù)定的電力系統(tǒng)事件而收集的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。多個(gè)保護(hù)繼電器在對(duì)等的通信網(wǎng)上通信,并且當(dāng)?shù)谝粋€(gè)設(shè)備檢測(cè)到發(fā)生了電力系統(tǒng)事件時(shí),該設(shè)備就記錄下該電力系統(tǒng)事件之前、之后或圍繞它的多個(gè)周期的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。第一設(shè)備經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)向各遠(yuǎn)程設(shè)備通知該事件和與該事件相關(guān)聯(lián)的時(shí)間標(biāo)記,而遠(yuǎn)程設(shè)備則記錄同步的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H02H7/26GK1310874SQ00800923
公開(kāi)日2001年8月29日 申請(qǐng)日期2000年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月24日
發(fā)明者J·J·多爾蒂 申請(qǐng)人:通用電氣公司