CN102549866A - 用于低压配电盘的通信网络 - Google Patents

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Abstract

一种用于低压配电盘的通信网络包括三种通信总线。第一通信总线被设计成提供与至少一个电子保护装置的第一通信信道。第二通信总线被设计成提供与所述电子保护装置的第二通信信道。至少一个第三通信总线(13)被设计成提供在至少一个保护和控制单元与一个或多个附加电子模块(6A、6B、6C、6E、6F)之间的第三通信信道。第二通信总线与第二用户访问级关联，所述第二用户访问级高于与所述第一通信总线关联的第一用户访问级。

Description

用于低压配电盘的通信网络
技术领域
本发明涉及低压配电盘领域。具体地说，本发明涉及用于低压配电盘的通信网络。
背景技术
众所周知，低压配电盘(即用于低于1kV AC或1.5kV DC的电压)包括一些被设计成使设备的一些特定区段和有关电负载能正常运行的开关装置。这些开关装置包括一个或多个电杆，与每个电杆关联的有通过操作适当的控制装置可相互连接/断开的至少一个固定触点和一个可动触点。一般来说，以上所说明的开关装置在操作上是与电子保护装置(也称为″电子保护继电器″)关联的。这些装置的主要技术用途是调整开关装置的操作和获取与电气设施的工作状态有关的信息。
实际上，它们能通过适当的传感器记录电气设施的工作状况和在发生故障或过载时产生被设计成提醒需对相应开关装置进行干预的命令。除了用于上述控制和操作之外，电子保护装置还可以提供与电气设施的工作状态有关的辅助信息。
它们能提供一些复杂的数据集，这些数据集可以有益地加以处理，以获取涉及一个或多个输电线的结构信息，诸如：网络的频率，电流或相电压的振幅(实时提供这些数据，或者作为统计信息，例如在有故障时所记录的)，或者故障、异常情况或所采取的行动的序号，在断路时的电流或功率额定值，等等。低压配电盘通常包括一个通信网络，这个通信网络被设计成使得在电子保护装置与外部环境之间和在不同的电子保护装置之间能进行数据/信号交换。
传统上，这样一个通信网络包括主通信总线(也称为系统总线)，其主要作用是提供与电子保护装置进行通信的信道。
系统总线用来协调电子保护装置的操作功能和获取电子保护装置所提供的数据。
例如，系统总线可以由配电盘操作员用来执行对输电线的工作状态的监视过程或配置电子保护装置的工作参数。
上述系统总线传统上执行″主从″型通信模式，按照这种通信模式，诸如外围电子设备之类的设备或监督控制系统取得通信的主动权，它通过它希望与之通信的电子保护装置(从设备)的控制和保护单元可用的适当接口询问/激活这个所关心的电子保护装置。
一般而言，配电盘的通信网络也是在本机层次即每个电子保护装置的层次开发的。
电子保护装置的保护和控制单元可以通过所谓的″本地总线″与被设计成执行附加功能的附加电子模块操作上连接。
保护和控制单元与附加电子模块之间的通信通常也是基于″主从″模式。保护和控制单元通常具有一个可供起″主控″作用的附加电子模块用的″从″端口。
经验表明，这种已知类型的通信网络具有一些缺点。
在系统总线层次，这些缺点是在使用中灵活性受到限制，因为将一个″从″接口集成在保护和控制单元内限制了可以合理使用的总线的类型。
这往往不能完全满足可以根据安装或其他需要改变和多样化的用户要求。
此外，由于系统总线是通信网络的通常受市场需求改变和适应影响的部分，在可用的系统总线类型内的任何僵化可以是造成产品早早退出市场甚至妨碍销售的因素。
另一个缺点是由于在系统总线内执行″主从″通信模式引起的。每次只可以将一个″主控″装置接到保护和控制单元所提供的″从″接口上，从而在数据传送率上有一些明显的限制。
在本地总线层次也有类似的缺点：保护和控制单元所提供的″从″端口在任何给定时间只能接到起″主控″作用的附加模块中的一个模块上。
通常所采用的使较多的附加模块能够与保护和控制单元操作上连接的解决方案是在保护和控制单元与附加模块之间配备另一个具有两个″主控″端口的电子模块。这另一个电子模块被设计成通过一个对转接中的信息进行分类的″轮询″系统管理保护和控制单元与附加模块之间的通信。
然而已确定，虽然这种类型的一些解决方案确实表示比较为传统的通信网络前进了一步，但是它们并不能有说服力地克服了上述缺点。
实际上，用″轮询″系统管理转接中的信息的缺点是在所连接的电子模块增多时限制本地总线的性能或使本地总线的性能成为不确定的。
因此，对于要求具有确定性的反应时间的保护和控制功能来说，本地总线用作基础结构就不大合适。
在一个给定的保护和控制单元内的或在一些保护和控制单元之间共享的这些功能(选择性、联锁、自动化等)当前通过专用的输入/输出电信号予以管理。
现有的通信网络的另一个缺点一般表现为它们限制了使用的灵活性，特别是在涉及通信总线时。
实际上，每当要改变配电盘的功能时就需要专用的配线操作。
此外，当前所用的硬件资源也对可以在配电盘内实现的功能的数量和类型都有一些相当大的限制。
发明内容
因此，本发明的主要技术目标是提出一种能克服或减少上述限制和缺点的用于低压配电盘的通信网络。
在此目标方面，本发明的一个目的是提出一种保证确定性型的性能的通信网络，即使在连接到通信网络上的电子设备/模块增多时这种通信网络也能满足以满意的方式与一些电子保护装置和在这些电子保护装置之间进行数据/信号通信的要求。
本发明的另一个目的是提出一种可高度灵活使用的通信网络，使用户能通过快速和方便地安装附加电子模块来修改配电盘的配置。
本发明的又一个目的是提出一种可以用较为有限的费用方便、快速和灵活地在配电盘内配备和安装的通信网络。
从以下说明中可以更为清晰地看到的这个技术目标和这些及其他一些目的是通过按照权利要求1所述的用于低压配电盘的通信网络来达到的。
按照一般定义，本发明的通信网络包括三个有差别的通信总线。
第一和第二通信总线被设计成提供一些从配电盘外部访问电子保护装置的通信信道。
第一和第二通信总线与不同的用户访问级关联，使用户能选择谁有资格连接到哪个通信总线上。
第一通信总线(以下简称为″系统总线″)与较低的第一用户访问级关联。
因此，可以用系统总线来执行监视网络和电子保护装置的状态的过程以及配置所述装置的过程。
而第二通信总线(以下简称为″配电盘总线″)与较高的第二用户访问级关联。
配电盘总线因此可以用来使一些保护和控制单元可以相互通信和执行特定的自动化和协调功能。
由于配电盘总线与所载负荷可以改变(按定义，由用户决定)的系统总线是分开的，因此它可以在已知条件下工作，具有确定性型的性能。
这就能在配电盘总线层次实现以前通过专用配线达到的控制功能，诸如选择功能之类。
迅速和得到保证的配电盘总线响应时间使得接到配电盘总线上的这些保护和控制单元能共享输入/输出信号和实现PLC(″可编程逻辑控制器″)型的自动化逻辑。
有了专用数字总线就使接到这总线上的这些保护和控制单元能共享使一些复杂的功能(诸如监视电力网、协调配电盘内开关装置的跳闸或实现改善电负载管理的控制策略之类)得以执行的挂接信息。
系统总线和配电盘总线与至少一个第三通信总线关联。第三通信总线(以下简称为″本地总线″)被设计成使配电盘内至少一个电子保护装置的保护和控制单元可以与一个或多个被设计成集成/扩展涉及本保护和控制单元的功能的附加电子模块通信。
有益的是，本地总线被设计成保证最大限度的连接灵活性和可扩展性。为此，优选的是，这种″多主控″型的总线能够自动管理转接中的这些消息的优先权。
这些特征能保证确定性型的性能，从而不需要″轮询系统″，并且可以根据需要连接附加装置。
有益的是，电子保护装置的整个数据交换体系结构以本地总线为基础，它构成了保护和控制单元的唯一可用的通信接口。
有益的是，被设计成扩展保护和控制单元的功能的所有附加电子模块都加到本地总线上。
优选的是，上述系统总线和配电盘总线通过有益地起着″网关″作用的适当电子通信模块与本地总线通信，因而也就与保护和控制单元通信。
这使得上面所说明的与在已知类型的通信网络内通常所用的系统总线有关的缺点能得以克服。
实际上，因此可以提供像用户希望可用于其实现的系统总线类型一样多的电子通信模块，使用户可以自由选择最适合他们需要的解决方案。
本发明的通信网络与现有技术相比具有一些相当大的优点。
由于这种包括三个有差别的通信总线的结构，具有不同的用户访问级，本发明的通信网络能共享来自/发至电子保护装置和在电子保护装置之间的数据/信号流，从而即使在业务量高的情况下也能保证一直很高的性能。
根据本发明的通信网络的特征是在使用中无论从结构上还是从功能上来看都有很大的灵活性。
结果，它可以有效地支持配电盘的涉及它的物理配置和/或操作功能的修改/扩展，而不需要采取任何复杂的重新配线措施。
根据本发明的通信网络具有比较简单的物理结构，可以以较为有限的费用迅速、方便和灵活地配备和安装在配电盘内，避免或减少了例如任何专用配线的需求。
附图说明
从以下对根据本发明的用户接口装置的优选而非排它性的实施例的说明中可以更为清楚地看到本发明的其他一些特征和优点，在附图中示出了一些非限制性的例子，其中：
图1为根据本发明的通信网络的结构的示意图；
图2为含有根据本发明的通信网络的结构的配电盘的示意图；以及
图3为含有根据本发明的通信网络的结构的配电盘的另一示意图。
具体实施方式
参见上述附图，图中示出了本发明所涉及的用于低压配电盘50的通信网络1。
配电盘50包括与电子保护装置2操作上连接的至少一个电气开关装置3。
上述电气开关装置3可以包括例如模制的开放式模块或任何其他类型的电路断路器。
有益的是，配电盘50可以包括其他电气开关装置(未示出)，其中有一些可以通过操作与相应的电子保护装置诸如装置2C关联。
在配电盘50之外，可以有其他一些开关装置(未示出)，其中有一些可以通过操作与电子保护装置诸如装置2A和2B关联。
优选的是，电子保护装置2包括保护和控制单元21。有益的是，保护和控制单元21被设计成控制开关装置3的操作和/或获取与开关装置3对之起作用的输电线(未示出)的工作状态有关的数据/信息。
通信网络1包括第一通信总线11(″系统总线″)，被设计成提供与电子保护装置2的第一通信信道。
有益的是，系统总线11可以连接一些处在配电盘50内部或外部的电子保护装置2、2A、2B和2C，如图1-2所示。优选的是，系统总线11执行Modbus、Profibus、Profinet或Modbus TCP型的通信协议，使用″主从″型的通信模式。
系统总线11与第一用户访问级关联。
通信网络1还包括第二通信总线12(″配电盘总线″)，被设计成提供与电子保护装置特别是与它的保护和控制单元21的第二通信信道。配电盘总线将保护配电盘50的电子装置诸如装置2和2C连接在一起。
由于有了配电盘总线12，这些装置还可以有益地被设置成与外部电子保护装置2A、2B(诸如属于被设计成管理电力网的其他区段的配电盘的那些)通信。至少一个电子监视和控制装置70(诸如SCADA(″管理控制和数据获取″)系统)和一个或多个外围电子装置90可以有益地与第二通信总线连接，以便与连接到配电盘总线12上的这些装置的保护和控制单元通信。
配电盘总线12与第二用户访问级关联，第二用户访问级是一个与系统总线11的第一用户访问级不同的比它高的用户访问级。
所谓″较高的访问级″在这里用来表示与系统总线11相比较对配电盘总线12的访问被保留给数量较为有限的操作员。
例如，可能有益的是，只允许可以采取较高优先级操作的″特权″方(诸如有资格处理所谓的配电盘″维护″的专业人员之类)访问配电盘总线12。
可以不允许配电盘50或电气系统相应区段的普通用户访问配电盘总线12，虽然他们可以通过系统总线11与相应的电子保护装置通信。
由于这些有差别的用户访问级，就可以用系统总线11来访问比通过第二通信总线102可得到的数据/信息集102受到更多限制的数据/信息集101。
为了防止任何未受权的访问，有益的是，可以将电子访问控制装置80连接到配电盘总线12上。
优选的是，配电盘总线12执行诸如CAN的现场总线(Fieldbus)型或以太网(Ethernet)的通信协议。
配电盘总线12的优选通信模式为″多主控″型通信模式。
按照这些通信模式，任何电子保护装置或者其他操作上连接到配电盘总线12的电子装置可以取得通信的主动权。
通信网络1包括第三通信总线13(″本地总线″)，被设计成提供保护和控制单元21与一个或多个附加电子模块6A、6B、6C、6E、6F之间的第三通信信道。
这些附加电子模块也可以处在电子保护装置2之外(例如，模块6C之类)。
上述附加模块可以包括例如适合扩展保护和控制单元21的输入/输出的模拟或数字型电子装置、用来为保护和控制单元21提供辅助接口(诸如显示器或LED接口)的电子装置和/或被设计成增强/扩展保护和控制单元21的操作的电子装置。
有益的是，上述附加模块还包括提供接到系统总线11或配电盘总线12上的接口的通信模块。
实际上，优选的是，电子保护装置2包括至少一个操作上连接在系统总线11与本地总线13之间的第一电子通信模块6F。
模块6F通过本地总线13与保护和控制单元21连接，并且能有益地使保护和控制单元21与系统总线11通信，无论系统总线11执行的是哪个通信协议。
优选的是，电子保护装置2还包括至少一个操作上连接在配电盘总线12与本地总线13之间的第二电子通信模块6E。
模块6E通过本地总线13与保护和控制单元21操作上连接，并且能有益地用来使保护和控制单元21与配电盘总线12接口，无论配电盘总线12执行的是什么通信协议。
优选的是，本地总线13执行诸如CAN的现场总线型的通信协议。
这种解决方案特别有益，因为一些附加电子模块(例如通信模块6B)因此可以操作上相互连接，从而可以使本地总线13向下一个附加模块扩展，直到所连接的最后一个附加模块。
这样就不必将每个附加模块物理上连接到保护和控制单元21。
因此，用现场总线通信协议就能根据需要改变本地总线13的配置而不必对保护和控制单元21采取任何操作。
优选的是，在本地总线13中执行的通信模式还是″多主控″型的，即操作上连接到本地总线13的附加电子模块6A-6F中任一个都可以取得通信的主动权。
优选的是，保护和控制单元21和/或一个或多个附加电子模块6A-6F分别包括第一计算机化装置213和/或第二计算机化装置64，用以自动识别操作上连接到本地总线13的附加电子模块。
这种解决方案特别有益，因为它能将不同类型的附加模块连接到本地总线13上(唯一的附带条件是这些模块需有现场总线端口)和使本地总线13得以扩展而无任何冲突。
此外，这使得附加模块可以按照″即插即用″型模式连接到本地总线13上，从而避免了每当要连接/断开一个附加模块时就需要对连接到本地总线13上的电子装置进行任何预备配置。
最后，可以很容易将保护和控制单元21编程成记住在任何给定时间挂到本地总线13上的附加模块的配置和发布这配置是否由于任何故障和/或添加/除去其他模块而作了修改的信号。
由上可见，本发明的通信网络1与现有技术相比具有一些相当大的优点。
有益的是，系统总线11可以几乎只用来执行简单的监视和配置过程，例如记录电子保护装置2、2A和2C或配电盘内输电线的工作状态，或者将一些信号(例如，用于控制、启动、跳闸等的信号)或设置/修改工作配置的数据/信息(例如工作参数)发送给电子保护装置。
而配电盘总线12以非常灵活的方式用作执行较高层功能的有效手段，从而大大减少了配电盘的配线以及安装时间/费用。
可以用监视和控制单元70来查看与操作上连接到配电盘总线12的所有电子保护装置有关的数据和参数。
因此，就能从单个场所采取行动监视整个电子保护装置网络而对系统总线11没有任何负担，从而腾出系统总线11完全可供配电盘或电气设施的相应区段的用户使用。
配电盘总线12使得能够相当大地共享输入/输出到与它连接的电子保护装置的保护和控制单元的信息。
结果，在与配电盘总线12接口的这些装置内可以很容易执行共享的安装自动化逻辑，从而进一步减少了加到每个电子保护装置上的任何附加任务的负担。
还能配备一个或多个附加模块诸如模块6C，以便还根据从其他电子保护装置取得的信息执行保护功能。
此外，还可以用配电盘总线12来交换与电子保护装置所管理的电负荷有关的信息，以便能执行″能源管理″算法。
这样的算法可以在附加模块内部和在连接到配电盘总线12上的装置的保护和控制单元内执行，它们使用户在过载的情况下能根据以前所确立的工作参数，诸如需保护的电负荷的优先权、流过电负荷的电流、为解决过载事态而断路的影响之类，通过使相应断路器跳闸来达到受控断开负荷的目的。
因此，可以以对由连接到配电盘总线12上的电子保护装置管理的电力网的区段的可能总影响最小的方式保证对高优先权输电线的连续供电。
与现有技术的解决方案相比，通信网络1可以以灵活得多的方式确保在两个或更多个电子保护装置之间的高标准的选择性。
连接到配电盘总线12上的所有保护和控制单元可以交换与它们所执行的保护逻辑有关的信息。
这就能在采取行动进行选择中使用挂接非常灵活的逻辑，从而保证极高的性能，而不需要对系统配线作任何修改。
由于使用配电盘总线12，可以使得本地网络服务器成为可用的，从而可以用它来记录测量结果和设置保护和控制单元的、任何相应附加接口模块的和在操作上连接到通信总线12上的电子保护装置内的所有其他附加模块的参数。
在涉及执行所谓的″网络维护″措施时，配电盘总线12还具有一些相当大的优点，因为它能管理对与电子保护装置的诊断有关的机密数据的安全访问，使得也可以采取预测型的维护措施。
从以上说明可以很清楚地看到，本发明的通信网络的特征是在与简单的物理结构组合的使用中(无论从结构上还是功能上来看)有很明显的灵活性，而且可以以较有限的费用迅速和灵活地配备/安装。
可以对按照本发明这样构思的通信网络进行在本发明构思的范围内的多种修改和变更；而且，所有的部件都可以用技术上等效的其他部件来代替。

Claims (14)

1.一种用于低压配电盘的通信网络(1)，所述配电盘(50)包括至少一个电气开关装置(3)和至少一个操作上连接到所述电气开关装置的电子保护装置(2)，所述电子保护装置包括至少一个保护和控制单元(21)，所述通信网络的特征在于它包括：
第一通信总线(11)，被设计成提供与所述电子保护装置的第一通信信道，第一用户访问级与所述第一通信总线关联；
第二通信总线(12)，被设计成提供与所述电子保护装置的第二通信信道，第二用户访问级与所述第二通信总线关联，所述第二用户访问级高于所述第一用户访问级；以及
至少一个第三通信总线(13)，被设计成提供在所述至少一个保护和控制单元与一个或多个附加电子模块(6A，6B，6C，6E，6F)之间的第三通信信道。
2.按照权利要求1所述的通信网络，其特征在于：所述至少一个电子保护装置至少包括操作上连接在所述第一通信总线(11)与所述第三通信总线(13)之间的第一电子通信模块(6F)，所述第一电子通信模块通过所述第三通信总线与所述至少一个保护和控制单元操作上连接。
3.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：所述至少一个电子保护装置至少包括操作上连接在所述第二通信总线(12)与所述第三通信总线(13)之间的第二电子通信模块(6E)，所述第二电子通信模块通过所述第三通信总线与所述至少一个保护和控制单元操作上连接。
4.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：所述保护和控制单元包括用于自动识别操作上连接到所述第三通信总线(13)的附加电子模块(6A，6B，6C，6E，6F)的第一计算机化装置(213)。
5.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：所述附加电子模块(6A，6B，6C，6E，6F)中至少一个包括用于自动识别操作上连接到所述第三通信总线(13)的附加电子模块(6A，6B，6C，6D，6E，6F)的第二计算机化装置(64)。
6.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：至少一个监视和控制装置(70)操作上连接到所述第二通信总线(12)。
7.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：至少一个外围电子装置(90)操作上连接到所述第二通信总线(12)。
8.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：至少一个电子访问控制装置(80)操作上连接到所述第二通信总线(12)。
9.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：所述第一通信总线(11)执行Modbus、Profibus或者Profinet型的通信协议。
10.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：所述第二通信总线(12)执行现场总线或以太网型的通信协议。
11.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：所述第三通信总线(13)执行现场总线型的通信协议。
12.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：所述第一通信总线能用来访问以前建立的第一数据和信息集(101)，所述以前建立的第一数据和信息集(101)比能通过所述第二通信总线(12)访问的第二数据和信息集(102)受到更多限制。
13.按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络，其特征在于：所述第二通信总线和/或所述第三通信总线执行″多主控″型的通信模式。
14.一种低压配电盘，其特征在于它包括按照一个或多个以上权利要求所述的通信网络。
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