專利名稱：保護性繼電器中的冗余通信的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的來說與智能網絡化保護性繼電器有關。更具體地說，本發(fā)明提供一種用于保護性繼電器數據網絡通信的冗余通信方案。
背景技術：
為了進一步增強配電系統(tǒng)的保護性控制，研制成功了多種智能型保護性繼電器裝置，它們具有交換保護性繼電器數據的通信能力。目前網絡通信能力已達到每秒小于1兆位的數據速率，并采用RS-485，RS-232，光纖異步串行接口，或UART接口。一般網絡化保護性繼電器已實現了“主從”協(xié)議(“master-slave”protocal)通信，其中某些網絡裝置具有優(yōu)先特權，例如，頒發(fā)給sun等人的美國專利4,972,290發(fā)布了一種帶遙控保護性繼電器的配電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一些連續(xù)監(jiān)測模擬保護性繼電器動作的從屬站，和一個主站，它與各從屬監(jiān)測站通信并貯存網絡繼電器數據。Sun的專利還公布了通過RS-232通信道交換繼電器數據的方法。
盡管大家公認保護性繼電器需要具有通信能力，但現有的交換保護性繼電器的信息方案存在不少缺陷。例如，現有的繼電器通信方案沒有充分認識有關噪聲(例如由電磁干擾產生的)和通信線路出錯的潛在問題，也未充分提供高速(大于1Mbps)通信能力。另外，智能型保護性繼電器的工作環(huán)境條件惡劣(比如溫度變化范圍較寬)，這給設計者提出了為保護性繼電器而需提供一種可靠的、容許出錯的、變速的通信方案的復雜任務。
發(fā)明概要本發(fā)明通過給配電系統(tǒng)中的網絡化控制裝置提供一種冗余通信方案而使上述問題得到了解決，而且還具有另外一些優(yōu)點。根據本發(fā)明的實施例，給數字保護性繼電器提供了一種冗余通信電路，它可采用主以太網通信道在網絡上使繼電器的信息與同等的裝置相交換。通信線路可以檢測到主通信道上存在的錯誤或故障，并將通信從主頻道轉換到副頻道。線路進行檢測和轉換的方式對于主繼電器處理電路是透明的。最好由用戶來選擇主通信道的類型而不需對繼電器重新編程。另外，通信線路要經過工業(yè)強化，使之能承受與公用子電站有關的工作條件，包括從-40℃左右至+85℃左右的溫度范圍。該通信線路能方便地在一個插件板上提供多個光纖通信口。
附圖簡介結合所附插圖閱讀下面對優(yōu)選實施例的詳細描述，可以對本發(fā)明有更清楚的了解，附圖中

圖1是按本發(fā)明一種優(yōu)選實施例的保護性繼電器通信線路方框圖；圖2是一種按本發(fā)明的傳輸方案實施的流程圖。
詳細說明現在參見圖1所示的數字保護性繼電器通信線路10。該線路包含一個串行界面適配器/收發(fā)兩用機12，它通過一個與相關數字保護性繼電器有電連接的界面連接器16接收線路TXD，RXD，TENA，RENA，CLSN，TCLK和RCLK上的一些控制信號。串行界面適配器/收發(fā)兩用機12包括第一和第二兩個接口14a和14b，用來傳送和接收保護性繼電器數據。按照本發(fā)明的一種實施例，通信線路10是通過一個子插件板來實現，而界面連接器16將串行界面適配器/收發(fā)兩用機12與數字保護性繼電器的母板相耦合。串行界面適配器/收發(fā)兩用機可以采用Motorola公司的MC68160增強的以太網接口電路或其它合適的元件。
數據接口14a和14b可提供主和副通信能力。該數據接口可按相同或不同的通信協(xié)議傳輸和接收數據。按照一種實施例，第一數據接口14a在一個由用戶選定的以太網通信道上提供主通信能力，這將在下面詳細說明。按照本發(fā)明的另一個實施例，第二數據接口14b符合IEEE關于存取單元界面(AUI)接口的，而第一數據接口14a符合IEEE關于10BaseT雙鉸(TP)界面接口標準802.3。
第一數據接口14a與提供數據隔離的噪聲濾波的脈沖變壓器和濾波器18相耦合，這些數據是將要傳輸給或從一個主通信道接收來的，該通道是與一個包含幾個保護性繼電器裝置的網絡相連接。主通信道可以包括一些由用戶選定的通信道。在圖1所示的例子中，雙鉸界面TPTX+，TPTX-，TPRX+和TPRX-將脈沖變壓器/濾波器18連到一但隔離變壓器20和一個協(xié)議轉換器22上。隔離變壓器20連到一個第一主通信道接口24(它可以是一個10BaseT以太網接口)上，而協(xié)議轉換器22則與一個第二主通信道接口26相連。第一主通信道接口24可包含一個RJ45接頭或其它合適的接頭，以與網絡連接。而第二主通信道接口可包含一個光纖發(fā)送器和接收器26a和26b。協(xié)議轉換器22轉換第一和第二通信協(xié)議之間(即10BaseT和10BaseFL以太網協(xié)議之間)的通信信號。應指出，采用多個主信道接口可以讓用戶決定主信道接口的類型。另外，圖1所示的結構可以讓安裝者不用對保護性繼電器裝置重新編程就調整主通道界面的類型。協(xié)議轉換器22可以采用ML4669集成電路或其它合適的元件。
第二數據接口14b與第二收發(fā)兩用機28相連，后者經過第二光纖發(fā)送器和接收器28a和28b與網絡交換通信信號。第二收發(fā)兩用機28可采用HFBR-4663集成電路或其它合適的元件。
串行界面適配器/收發(fā)兩用機12動作上分別與發(fā)送和接收LED12a和12b相連接。LED與供電電壓相連并指示出串行界面適配器/收發(fā)兩用機12是否已接入發(fā)送或接收作業(yè)。
運行時串行界面適配器/收發(fā)兩用機12按圖2示例的流程圖將保護性繼電器數據發(fā)送上網。在步驟200，串行界面適配器/收發(fā)兩用機12通過界面連接器16和線路TXD，TENA，TCLK等接收保護性繼電器和控制信號。在步驟202，串行界面適配器/收發(fā)兩用機12按第一種通信格式(即10BaseT)經第一數據口14a將要發(fā)送的繼電器信息通過主通信道輸出。經第一數據口14a輸出的繼電器信息可如圖1所示經過濾波，然后提供給在安裝保護性繼電器時已預先選定的主通信道。在圖1的例子中，如主通信道選用BaseT，執(zhí)行步驟202時將通過隔離變壓器20經線路TPTX+和TPTX-把繼電器信息傳給主通信道接口24。如若主通信道選用10BaseFL，則執(zhí)行步驟202時，要將繼電器信息傳給協(xié)議轉換器22，由它將10BaseT數據轉換成10BaseFL數據，并將已轉換數據提供給第二主通信道接口26。
在步驟204，串行界面適配器/收發(fā)兩用機確定主通信道上是否有通信錯誤。這可通過檢查在第一數據口14a處存不存在有效的傳輸鏈路節(jié)率或幀(Valid link beats or frame)來判斷。如果主通信道上沒有通信錯誤，則過程返回步驟202，繼續(xù)在主通信道上發(fā)送繼電器信息。如適配器/收發(fā)兩用機12發(fā)現步驟204存在一種通信錯誤(例如傳輸質量劣化超過一個閥值)，則在步驟206適配器/收發(fā)兩用機12將傳輸過程轉到副通信道上。按照本發(fā)明的一種樣式，適配器/收發(fā)兩用機12自動實現從主通信道向副通信道的轉換，而不需保護性繼電器主處理電路的介入。換句話說，這種轉換對于主保護性繼電器的控制算法是透明的。由于通信道出錯檢測和轉換對主控制繼電器處理模塊是透明的，主繼電器處理模塊就能把它的資源用來執(zhí)行保護和轉換算法，而免去了在各通信道之間進行監(jiān)測和轉換的額外負擔。此外，將錯誤檢測和轉換工作與主保護處理工作分開，檢測和轉換過程就能更快，使網絡通信的可靠性得以提高。按照本發(fā)明的一種實施例，對主通道錯誤進行檢測(步驟204)并轉換至副通道(步驟206)的步驟可在不到1.5毫秒內完成。
一旦適配器/收發(fā)兩用機12轉到副通信道上，要發(fā)送的繼電器信息將以一種適當的數據格式提供給第二個收發(fā)兩用機28，由它按10BaseFL(在本例中)將繼電器信息發(fā)至網上。
如圖2所示，沿副通道傳輸可以一直繼續(xù)到主通道上的錯誤消失為止(例如適配器/收發(fā)兩用機12確認錯誤不再存在時)。如果確認在步驟208還有錯誤，則過程返回到步驟206。如若確認在步驟208不再有錯誤，則過程返回到步驟202(即輸出轉回到主通道)。反之，傳輸將在副通道上無限制地繼續(xù)下去，或者至少持續(xù)到在副通道上出現錯誤為止，此時傳輸可返回到主通道上。
為了解釋方便，我們只敘述了繼電器信息的發(fā)送，其實從網上接收繼電器信息也和發(fā)送過程相似，而且可以與發(fā)送差不多同時進行。
應該指出，上述通信線路可以通過網絡與同等的裝置直接通信，而且不需要將信號與中間的母通信裝置交換。
本發(fā)明的通信線路最好通過一個單一的子插件板來實現，該子板與和保護性繼電器相連的母板相連接。建議對這個子板連同整個保護性繼電器一起進行工業(yè)性強化處理，使之能承受約-40℃至+85℃的溫度。
除了采用工業(yè)等級(-40℃至+85℃)而不是商業(yè)等級(0°至70℃)之外，本優(yōu)選實施例中經過工業(yè)性強化處理的裝置還要經受多種電氣測試，例如電氣瞬態(tài)變化(如ANSI/IEEE C37.90.1)，振蕩瞬態(tài)變化(ANSI/IEEE C37.90.1)，靜電放電(EN64000-4-2)，電涌抵抗力(EN61000-4-5，5級)，磁場抵抗力(ENE1000-4-8)，電壓擾動(EN61000-4-11)以及(或)RFI靈敏度(ANSI/IEEEC37.90.2，EN61000-4-3)。通過這些測試保證該裝置能承受普通配電系統(tǒng)的工作條件。普通的以太網卡一般都不經過這類檢測。
從以上的敘述可知，本發(fā)明將給配電網同等保護性繼電器之間提供高速(如10Mbps)、可靠和容錯的網絡通信。此外，本發(fā)明還可為網絡化保護性繼電器提供冗余光纖通訊能力。
雖然上面的敘述包含許多細節(jié)和特征，但這只是為了便于說明，并不表示本發(fā)明僅局限于此。我們可以對它進行多種修改而不會超出如下面的權利要求書及其法律等同物所界定的本發(fā)明的思想和范圍。
權利要求
1.一種具有冗余通信能力的保護性繼電器，包括一個數字繼電器處理模塊，它對配電網起保護和控制作用；與配電系統(tǒng)中的一線路作電連接的連接器；若干通信口，用來將繼電器數據通過幾個信道中的一個進行傳遞，如繼電器在主通信道上未發(fā)現有什么錯誤，這種傳遞在主通信道上進行，若繼電器發(fā)現主通信道上有錯誤，則在副通信道上進行。
2.如權利要求1的保護性繼電器，其特征在于主通信道和副通信道中至少有一個是以太網信道。
3.如權利要求2的保護性繼電器，其特征在于還包含一個通信卡，用來檢查主通信道的錯誤并將繼電器的通信轉換到副通信道上進行。
4.如權利要求2的保護性繼電器，其特征在于通信卡起檢測錯誤并透明地轉換到繼電器處理模塊的作用。
5.如權利要求2的保護性繼電器，其特征在于通信卡經過工業(yè)性強化處理，以承受約-40℃至+85℃的溫度范圍。
6.如權利要求1的保護性繼電器，其特征在于主通信道是由用戶決定的。
7.如權利要求2的保護性繼電器，其特征在于主通信道可在第一和第二以太網協(xié)議間選擇，而副通信道是第一和第二以太網協(xié)議之一。
8.如權利要求2的保護性繼電器，其特征在于通信接口包括一個IEEE802.3 10 BaseT雙鉸界面接口單元。
9.如權利要求1的保護性繼電器，其特征在于保護性繼電器與同等裝置交換繼電器信息。
10.如權利要求3的保護性繼電器，其特征在于檢測和轉換是在不到1.5ms時間內完成的。
11.一種在數字保護性繼電器中提供冗余通信的線路，包括一個串行界面適配器/收發(fā)兩用機，用來控制數字保護性繼電器和網絡之間保護性繼電器信息的交換，包括選擇若干通信道中的一種來交換保護性繼電器信息；-第一收發(fā)兩用機，當選定第一通信道時，它通過第一通信道在串行界面適配器/收發(fā)兩用機和網絡之間交換保護性繼電器信息；-第二收發(fā)兩用機，當選定第二通信道時，它通過第二通信道在串行界面適配器/收發(fā)兩用機和網絡之間交換保護性繼電器信息。
12.如權利要求11的線路，其特征在于串行界面適配器/收發(fā)兩用機根據主通信道之一上是否存在錯誤或干擾來選擇通信道。
13.如權利要求12的線路，其特征在于第一通信道是由用戶決定的。
14.如權利要求11的線路，其特征在于該若干通信道至少有一個包含一個10BaseT以太網信道。
15.如權利要求11的線路，其特征在于該若干通信道至少有一個包含一個10BaseT以太網信道。
16.如權利要求11的線路，其特征在于第一收發(fā)兩用機是一個從10BaseT到10BaseFL的轉換器。
17.如權利要求11的線路，其特征在于第二收發(fā)兩用機是一個10BaseFL收發(fā)兩用機。
18.如權利要求11的線路，其特征在于串行界面適配器/收發(fā)兩用機包含一個雙鉸界面，與第一收發(fā)兩用機連接，和一個IEEE802.3存取單元界面接口，與第二收發(fā)兩用機連接。
19.如權利要求11的線路，其特征在于該線路與網絡中的同等裝置進行通信。
20.如權利要求11的線路，其特征在于線路是經過工業(yè)性強化處理的，可經受約-40℃至+85℃的溫度范圍。
21.一種傳遞由保護性繼電器來的信息的方法，包括接收要傳遞的保護性繼電器信息；確定主通信道是否有錯誤或干擾；如果主通信道沒有錯誤或干擾，在主通信道上傳遞繼電器信息，如若主通信道有錯誤或干擾，則將保護性繼電器信息的傳遞轉換到副通信道上。
22.如權利要求21的方法，其特征在于主通信道和副通信道中至少有一個是以太網信道。
23.如權利要求21的方法，其特征在于所述確定步驟是由串行界面適配器/收發(fā)兩用機來執(zhí)行的。
24.如權利要求21的方法，其特征在于確定的步驟對保護性繼電器是透明的。
25.如權利要求21的方法，其特征在于轉換步驟是在不到1.5ms的時間內完成的。
全文摘要
一種保護性繼電器的冗余通信方案(12),可以在配電網的同等保護裝置之間進行變速、可靠、容錯的通信。當在主通信道上檢測到錯誤時,就停止在可選擇的主通信道(14a)上的通信,并轉換到副通信道(14b)上,后者可以按不同的通信協(xié)議工作。錯誤檢測和轉換對主保護性繼電器處理器(16)是透明地進行的。
文檔編號H02H1/00GK1272970SQ99800908
公開日2000年11月8日 申請日期1999年6月4日 優(yōu)先權日1998年6月5日
發(fā)明者M·波佐利 申請人:通用電氣公司