CN102957207A - 继电器对偶装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在包括至少一个以上上级单元及至少一个以上下级单元的变电站自动化系统中的继电器对偶装置，所述装置包括：多个第一继电器，其使用预定的通信方法从所述下级单元接收电力数据以及向所述上级单元传送所述电力数据，并且从所述上级单元接收控制命令以及向所述下级单元传送所述控制命令；以及第二继电器，其使用所述通信方法执行与所述多个第一继电器的通信以替换所述多个继电器中产生错误的继电器。

Description

继电器对偶装置

技术领域

本公开涉及一种继电器对偶装置，并且尤其涉及一种用于变电站自动化系统的继电器对偶装置。

背景技术

本部分提供与本公开有关的但未必是现有技术的背景信息。

变电站系统中的继电器之间的通信已经得到了发展，并且将会朝着更加经济和有效的方向进步。

国际电工委员会（IEC）已经将用于变电站的辅助设备之间的通信的通信标准引入为被称为“communication networks and systems in substations（变电站中的通信网络和系统）”的IEC 61850标准的一部分。在韩国，Jeju变电站自2005年以来就已经在使用IEC 61850协议，随后Sanchong变电站在2007年开始使用IEC 61850协议。

以太网被用作IEC 61850协议的基本通信媒介。然而，使用以太网的标准化方法不包括现有电力系统中所需要的关于对偶的规则。为了保证稳定性，传统的电力系统对偶形成通信端口，或者通过重复安装相同的设备而对主系统/预备系统进行操作。

尽管重复形成通信端口的方法在经济上是有利的，但是其不利之处在于：在系统中产生错误的情况下，需要花费很长时间来恢复整个系统。此外，重复安装设备的方法由于其稳定性可能是有利的，但是在系统形成的过程中由于安装成本加倍而变得不利。现在，将参照附图对传统的变电站系统进行描述。

图1为根据现有技术的以硬接线方法连接的变电站系统的结构图。

传统变电站系统中的继电器140～143使用电线连接至CT(变流器)/PT(电力变压器)151和153以及作为下级单元的开关设备150和152，并且通过接收触点处的数据信息进行处理。

此外，继电器140～143通过预定的协议（例如Modbus或DNP等）使用RS-232/485通信线路将从下级单元150～153接收的数据转送至包含联锁单元110、RTU(远程终端单元)120和HMI(人机界面)130的高级系统。

图1中如此描述的传统系统使用了用于对偶的对偶方法，在该对偶方法中，相对于主设备（继电器A 140）重复形成了预备设备（继电器B 141），并且当在主设备（继电器A 140）上产生错误时操作预备设备（继电器B 141）。换句话说，重复安装设备不利地增加了安装成本。

图2为图示出使用IEC 61850协议的变电站系统的结构图。

参照图2，使用IEC 61850协议的变电站系统是这样的：继电器250～253通过以太网交换机260和261从下级单元开关设备270和272或者CT/PT271和273接收数据。继电器250～253通过以太网交换机230向控制中心200以及HMI220和221传送数据。

尽管DNP或者Modbus被用于图1中图示出的系统中，但是仍然使用IEC61850作为通信协议以适应图2中图示出的数字化变电站系统的演变。然而，即使在图2中，继电器B 251和253仍用作作为主体的继电器A 250和252的预备设备，从而不利地增加了安装成本。

图3A和图3B为用于图示出传统变电站系统中的网络方法的示例性视图，其中示出的变电站系统配置有由各个继电器以及HMI300和301通过环形网络和星形网络的方式形成的网络。

如上所述，传统的数字化变电站系统的不利之处在于：继电器被重叠安装从而增加了安装成本，使得通信端口被对偶安装从而形成环形网络（图3A）或星形网络（图3B）。

在图3A的环形网络中，第一继电器321使用连接至其上侧的通信线路通过交换机310与HMI 300进行通信（顺时针方向）。同样地，第二继电器322和第三继电器323以相同的方向进行通信。如果在第一继电器321和交换机310之间的通信线路中产生错误，则第一继电器321使用连接至其下侧的通信线路通过交换机310与HMI 300进行通信（逆时针方向）。与此同时，第二继电器322和第三继电器323也以逆时针方向进行通信。

在图3B的星形网络中，第一继电器324通过交换机311与HMI 301进行通信，但是如果在二者之间的通信线路上产生错误，则第一继电器324通过交换机312与HMI 301进行通信。在相同的条件下，第二继电器325和第三继电器326也使用交换机311和交换机312之间的通信线路的正常状态与HMI 301进行通信。

也就是说，在使用上述网络的传统变电站系统中，在通信线路上产生错误的情况下，使用通信线路的相反方向（图3A）来进行通信或对交换机进行替换（图3B）。对偶方案可能是针对网络错误的经济方法，但是，由于继电器是在复杂的电力系统中实施监控和控制的重要设备的事实，使得由于不稳定的系统状态和超负荷而经常产生损耗。这样，如果在传统系统中继电器产生了错误，则在产生错误的装置恢复到正常状态之前，整个系统持续处于缺陷的状态，因而会对系统不利地带来重大影响。

发明内容

本部分提供本公开的总概要，而不是其全部范围或者其所有特征的全面公开。

因此，本公开的实施例可以涉及能基本避免由于现有技术的限制和缺陷而引起的上面的一个以上缺陷的继电器对偶装置，因此本公开的目的是提供一种在遵守国际标准协议的同时在继电器上产生错误的情况下能够立即纠正继电器上的错误的继电器对偶装置。

本公开要解决的技术问题并不限于前述所提及的，并且通过以下的描述，本领域技术人员将清楚地认识到目前未提到的任何其他技术问题。

在本公开的一个总方案中，提供一种在包括至少一个以上上级单元及至少一个以上下级单元的变电站自动化系统中的继电器对偶装置，所述装置包括：多个第一继电器，其使用预定的通信方法从所述下级单元接收电力数据以及向所述上级单元传送所述电力数据，并且从所述上级单元接收控制命令以及向所述下级单元传送所述控制命令；以及第二继电器，其使用所述通信方法执行与所述多个第一继电器的通信以替换所述多个继电器中产生错误的继电器。

优选的，但不是必需的，所述多个第一继电器中的每个包括第一存储器，其存储所述电力数据和所述控制命令。

优选的，但不是必需的，所述第二继电器包括第二存储器，其接收来自所述多个第一继电器的由所述多个第一继电器通信的数据并存储所述数据。

优选的，但不是必需的，所述第二继电器执行与所述多个第一继电器的实时通信。

优选的，但不是必需的，所述第二继电器以预定的周期周期性地执行与所述多个第一继电器的通信。

优选的，但不是必需的，所述第二继电器检测所述多个第一继电器中的继电器的错误并且将所述错误通知所述上级单元。

优选的，但不是必需的，所述上级单元向所述第二继电器传送用所述第二继电器替换所述错误继电器的切换指令（switch command）。

优选的，但不是必需的，所述第二继电器替换错误的继电器。

优选的，但不是必需的，所述继电器对偶装置进一步包括第一集线器，其使至少一个以上上级单元与所述多个第一继电器和所述第二继电器相交换。

优选的，但不是必需的，所述继电器对偶装置进一步包括第二集线器，其使所述多个第一继电器和所述第二继电器与至少一个以上下级单元相交换。

优选的，但不是必需的，所述预定的通信方法是以太网通信方法。

根据本公开的继电器对偶装置具有的有益效果在于，在单一系统中增加后备继电器以无需每个装置重复对偶，并且用最少的后备继电器替换其他继电器以恢复错误（故障），由此能够经济地实现系统并且能够立即处理错误。

另一个有益效果在于，考虑到在传统的电力系统中随时会发生错误的事实，能够解决不能静态地确定后备继电器的问题，并且能够实时地或周期地与其他继电器互换数据从而能够应用到动态变化的电力系统。

附图说明

为了解释本公开的原理，在下文中呈现了一些涉及优选实施例的附图以便进行阐释、示例以及描述，但是这些附图并非旨在是详尽的。附图仅通过示例的方式而不是通过限制的方式描述了与本构思一致的一个以上示例性实施例。在附图中，相似的附图标记用于相同的或类似的部件。

因此，参照示例性附图，通过下述对特定示例性实施例的详细描述，将更容易地理解多种潜在的实用且有用的实施例，在附图中：

图1为根据现有技术的以硬接线方法连接的变电站系统的结构图；

图2为图示出使用IEC 61850协议的变电站系统的结构图；

图3A和图3B为用于图示出传统变电站系统中的网络方法的示例性视图；

图4为图示出根据本公开的示例性实施例的继电器对偶装置的配置的示意图；及

图5为图示出根据本公开的示例性实施例的在图4中的第三继电器处发生错误的情况的示意图。

具体实施方式

通过参照附图的图1至图5，可以很好地理解所公开的实施例及其优点，相似的附图标记用于各个附图的相似和相应的部件。对于本领域的普通技术人员来说，在查阅以下附图和详细描述时，所公开的实施例的其他特征和优点将会或将变得显而易见。其旨在所有这种附加的特征和优点均包含在所公开的实施例的范围内，并通过附图受到保护。此外，示出的附图仅为示例性的并且不旨在主张和暗示对于可实施不同实施例的环境、结构或过程的任何限制。因此，所描述的方案旨在包含落在本发明的精神和新颖构思内的所有这种替代、改进以及变化。

与此同时，在此使用的术语仅仅用于描述特定实施方式而不旨在限制本公开。这里的术语“第一”、“第二”等等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件区分于另一个元件。例如，第二组成元件可被表示为第一组成元件而不会脱离本公开的精神和范围，并且类似地，第一组成元件也可被表示为第二组成元件。

如在此所使用的，术语“一（a）”和“一（an）”在此不表示对于数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的项目。也就是说，如在此所使用的，单数形式“一（a）”，“一（an）”和“这个（the）”意图也包含复数形式，除非上下文另外清楚地指出。

可以理解的是，当元件涉及“连接”或“联接”到另一元件时，其可直接地连接或联接到另一元件或者可存在中间元件。相反地，当元件涉及“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

还将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括了（comprises）”和/或“包括着（comprising）”或者“包含了（includes）”和/或“包含着（including）”时，其指定了所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件、和/或组件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件、和/或其集合的存在或附加。

而且，“示例性”仅意味着体现示例，而不是最佳的。还应当了解的是，为了简洁且易于理解的目的，在此所描述的特征、层和/或元件均图示有相对于彼此的特定尺寸和/或定向，并且实际的尺寸和/或定向可实质上不同于所示出的。

也就是说，在附图中，为了清晰起见可以扩大或缩小层、区域和/或其他元件的大小和相对大小。在全文中相似的附图标记指代相似的元件并且将省略彼此重复的说明。如可在此处使用的，术语“大体上”和“大约”提供一种用于其相应的术语和/或术语之间的关联性的工业中接受的公差。

在下文中，将结合附图具体描述依据本公开的继电器对偶装置。

尽管用于SA（变电站自动化）系统的国际标准IEC-61850已经推荐地指定以太网方法，然而并没有用于对偶的标准。同时，在维护迄今使用的用于系统安全的对偶系统的同时，使用者期望成本减小。

通信线路的传统对偶方法未能解决电力装置本身中错误的产生，并且重复安装备用系统的方法不得不承受非常高的成本。

本公开提出了用于数字化变电站系统中的继电器（或IED）的有效对偶方法，该数字化变电站系统采用根据IEC 61850国际标准操作的继电器、传感器和断路器。当系统使用以太网用于高速通信时，本公开更加有效。此外，本公开能够避免对整个系统的重复投资，并且当继电器中发生错误或故障时，能够通过快速恢复的方法提高整个系统的可靠性。本公开还能够使用高速通信对单独的IED状态进行监控。

现在，将参考附图对本公开进行阐释，并且在全文中相似的附图标记表示相似的元件，并且将省略彼此重复的解释。

图4为图示出根据本公开的示例性实施例的继电器对偶装置的配置的示意图，其中所述装置以正常状态操作。图4说明了使用IEC 61850协议的数字化变电站系统中的继电器对偶装置。

参照图4，根据本公开的示例性实施例的继电器对偶装置包括第一继电器30、第二继电器31、第三继电器32和后备继电器33。对本领域的技术人员来说，尽管本公开示例出了主设备的三个继电器，但是显而易见的是，继电器的个数并不限于此，继电器的个数可以基于系统而改变。

第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32从用于通过以太网收集电力数据的作为下级单元的断路器50、开关设备51或者CT/PT 52接收电力数据。第二集线器40交换与作为下级单元的断路器50、开关设备51或者CT/PT 52的电力数据有关的信号，并且将信号传送至第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32。

对本领域的技术人员来说，尽管本公开示例出了用于下级单元的断路器50、开关设备51或者CT/PT 52，但是应当显而易见的是，下级单元并不限于此，任何能够传送来自下级的电力数据的单元都可以被包括作为“下级单元”。

此外，第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32将从下级单元的断路器50、开关设备51或者CT/PT 52接收的电力数据传送至作为用于监督和控制的上级单元的HMI10或者SCADA（监督控制与数据采集）11。第一集线器20交换与第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32的电力数据有关的信号，并且将信号传送至HMI10或者SCADA11。

对本领域的技术人员来说，尽管本公开示例出了HMI10或者SCADA11作为通过从第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32接收信号而执行监督和控制的上级单元，但是应当显而易见的是，上级单元并不限于此，任何能够通过从第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32接收信号而执行监督和控制的单元都可以被包括作为“上级单元”。

也就是说，第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32通过第二集线器40从作为下级单元的断路器50、开关设备51或者CT/PT 52接收电力数据，并且通过第一集线器20将从下级单元的断路器50、开关设备51或者CT/PT 52接收的电力数据传送至HMI10或者SCADA11。

同时，第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32通过第一集线器20从上级单元的HMI10或者SCADA11接收控制命令，其中第一集线器20交换与上级单元的HMI10或者SCADA11的控制命令有关的信号，并且将信号传送至第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32。

此外，第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32通过第二集线器40将从上级单元的HMI10或者SCADA11接收的控制命令传送至下级单元的断路器50、开关设备51或者CT/PT 52。第二集线器40交换与第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32的控制命令有关的信号，并且将信号传送至下级单元的断路器50、开关设备51或者CT/PT 52。

也就是说，第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32通过第一集线器20从上级单元的HMI10或者SCADA11接收控制命令，并且通过第二集线器40将控制命令传送至下级单元的断路器50、开关设备51或者CT/PT52。尽管没有示例出，但是第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32可以包括各自连接的存储器以存储接收到的/传送的电力数据和控制命令以及存储例如事件和系统算法的数据。然而，对本领域的技术人员来说，显而易见的是，在第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32的存储器中存储的数据并不限于此，可以根据系统的设置来改变数据。

后备继电器33实时地或者周期地（‘周期’可以任意确定）分别与第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32进行通信，并且存储由第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32存储的数据（电力数据、控制命令、事件和系统算法等）。后备继电器33通过与第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32的实时或者周期的通信而更新存储数据。为此，尽管没有图示出，但是根据本公开的继电器对偶装置可以包括分别与各个继电器30～33连接的存储器。也就是说，根据本公开的继电器对偶装置可以包括多个存储器以存储各个继电器30～33的数据，或者包括能够分开存储各个继电器30～33的数据的存储器。

在根据本公开的系统中，因为每个组成部件都遵守IEC 61850协议，因此各个组成部件之间的消息的传送可以通过GOOSE（面向通用对象的变电站事件）形式执行。然而，对本领域的技术人员来说，显而易见的是，消息传送不限于GOOSE方法。此外，各个组成部件的通信方法可以利用如上所述的以太网，并且通信方法也不限于以太网。

在根据图3A和图3B中图示出的传统系统处于正常操作状态期间，在继电器的一个中发生故障的情况下，上级单元的HMI10或者SCADA11通过不存在连续通信的事实而推断出相关的继电器发生故障。现在，将参照以下附图对根据本公开的继电器对偶装置的一种情况进行说明。

图5为图示出根据本公开的示例性实施例的在图4中的第三继电器处发生错误的情况的示意图。

参照图5，在图4的系统中的第三继电器32中产生故障的情况下，根据本公开的继电器对偶装置为如下的这种装置：与第三继电器32持续通信的后备继电器33检测在第三继电器32处的故障的发生，并且将故障的发生通知上级单元的HMI10或者SCADA11。

在本公开的示例性实施例中，后备继电器33通过实时的或者周期的通信确定第一继电器30、第二继电器31和第三继电器32的状态，并且将重复报告异常状态的继电器故障逐步地通知上级单元的HMI10或者SCADA11（例如提示、警示、警告、释放（release）等）。

此外，后备继电器33使用存储在存储器（未示出）中的第三继电器32的信息以代替第三继电器32进行操作。在这种条件下，后备继电器33被图示作为图5中的第三继电器32。

在第三继电器32的故障被恢复以维持正常操作状态之前，后备继电器33代替第三继电器32，其中后备继电器33将下级单元（断路器50、开关设备51或者CT/PT 52）的电力数据传送至上级单元（HMI10或者SCADA11），并且将上级单元（HMI10或者SCADA11）的控制命令传送至下级单元（断路器50、开关设备51或者CT/PT 52）。

因而，所论述的由后备继电器33替换有故障的继电器32可以通过已经从后备继电器33接收到故障发生的通知的上级单元的SCADA11的转移命令来执行。然而，这并不排除后备继电器33本身执行替换出现故障的第三继电器32的功能的事实。

也就是说，根据本公开的继电器对偶装置为如下的这种装置：在传统的单一系统中增加后备继电器33以实时地或者周期地从其他继电器30～32接收各个继电器30～32的例如状态信息、控制命令、电力数据和事件的内部数据，并且后备继电器33在存储器（未示出）中存储内部数据，并且在如图5所示的任意继电器产生故障的情况下基于相关继电器的数据来替换相关的继电器。

如上所述，根据本公开的整个系统能够不考虑出现故障的继电器来执行连续的监视和控制。此外，因为在正常状态下后备继电器33监控普通的继电器30～32，并且在继电器中的一个出现异常状态的情况下，后备继电器33能够快速地将异常状态的发生通知给使用者，由此，能够提前预防更大的故障。

从上文显而易见的是，根据本公开的继电器对偶装置用最小数量的后备继电器替换其他继电器，无需对偶使用和重复使用设备就能够恢复产生的故障，由此，可以实现经济的系统并且快速地处理故障的产生。

尽管因为电力系统中会随时发生故障而因此传统技术不能静态地确定后备继电器，但是数据能够实时地或者周期地与其他继电器互换从而将后备继电器应用至根据本公开的动态变化的电力系统。

尽管已经参考多个图示性实施例描述了本公开，但应当理解的是，本领域技术人员能够想出许多落入本公开的原理的精神和范围之内的其他修改和实施例。

更特别地，在本公开、附图和附加的权利要求的范围内，可以对主题组合布置的组成部件和/或布置进行各种变化和修改。除了对组成部件和/或布置的变化和修改以外，对于本领域的技术人员而言替代用途也将是显而易见的。

Claims (11)

1.一种在包括至少一个以上上级单元及至少一个以上下级单元的变电站自动化系统中的继电器对偶装置，所述装置包括：多个第一继电器，其使用预定的通信方法从所述下级单元接收电力数据以及向所述上级单元传送所述电力数据，并且从所述上级单元接收控制命令以及向所述下级单元传送所述控制命令；以及第二继电器，其使用所述通信方法执行与所述多个第一继电器的通信以替换所述多个继电器中产生错误的继电器。

2.根据权利要求1所述的继电器对偶装置，其中，所述多个第一继电器中的每个包括第一存储器，其存储所述电力数据和所述控制命令。

3.根据权利要求1所述的继电器对偶装置，其中，所述第二继电器包括第二存储器，其接收来自所述多个第一继电器的由所述多个第一继电器通信的数据并存储所述数据。

4.根据权利要求1所述的继电器对偶装置，其中，所述第二继电器执行与所述多个第一继电器的实时通信。

5.根据权利要求1所述的继电器对偶装置，其中，所述第二继电器以预定的周期周期性地执行与所述多个第一继电器的通信。

6.根据权利要求1所述的继电器对偶装置，其中，所述第二继电器检测所述多个第一继电器中的继电器的错误并且将所述错误通知所述上级单元。

7.根据权利要求6所述的继电器对偶装置，其中，所述上级单元向所述第二继电器传送用所述第二继电器替换错误继电器的切换指令。

8.根据权利要求6所述的继电器对偶装置，其中，所述第二继电器替换错误的继电器。

9.根据权利要求1所述的继电器对偶装置，进一步包括第一集线器，其使至少一个以上上级单元与所述多个第一继电器和所述第二继电器相交换。

10.根据权利要求1所述的继电器对偶装置，进一步包括第二集线器，其使所述多个第一继电器和所述第二继电器与至少一个以上下级单元相交换。

11.根据权利要求1所述的继电器对偶装置，其中，所述预定的通信方法是以太网通信方法。

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