CN103299351B - 继电保护和紧急控制自动装置的命令传送设备 - Google Patents

Abstract

此发明与涉及电气设备领域，本发明是在用于高频信道中的继电保护和自动控制系统。该发明技术的目的是增加噪声免疫力的接收和发送中断信号。为了达到这个目的，该装置包括电源、外部接口、发射器区块，发射器区块包括中央处理器，N个输入模块,警报模块、遥控模块、外部接口、一个功率放大器模块和一个输出端线性滤波器模块，和一个由由中央处理器组成组成的接收单元，一个输入端线性滤波器模块、警报模块、遥控模块和外部接口，信号解调器模块被额外引入所述接收器区块中，信号解调器模块的输入端与输入端线性过滤器模块连接，为了使得中央处理器与N个继电模块连接，已经引入N个继电控制模块。

Description

继电保护和紧急控制自动装置的命令传送设备

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，并且意图通过高频信道用于继电保护和自动装置系统。

背景技术

有效控制电能复合的最为可靠的系统之一是继电保护和紧急控制自动装置。这种系统的运行原理形成于自动控制电力系统（EEC），这种控制是由特殊装置执行。在必要时，这些装置也能控制EEC受损区块。现代继电保护和自动装置是基于最新微处理器。此类保护确保任何EPS（从小型发电所到大型工业设施）安全。这种系统还应用于EEC的警报系统和注销事件。另外，当前公开的自动装置检测并且关闭受损区块，从而使得整个系统保持运行，而且有能力承担恢复正常运行情况（例如，打开应对紧急断电的设备或将设备连接到备用电源）。

自动装置信道HF EAC“Kedr”的高频设备已知（2009年04月03日，RF认证JY编号：РОССRU.ME.H01798，参见http://www.uenserv.ru/data/sert°/o20kedr.pdf），其被设计用于形成继电保护和紧急控制自动装置的高频信道。

设备EAC“Kedr”的基本硬件包括两个区块：高频发射器（命令信号调整器8/16/32）和高频接收器（命令信号识别器8/16/32）。设备EAC“Kedr”的基本硬件提供：

-通过单频或双频串行代码实现的紧急控制自动装置（ECA）的命令传送；

-在缺少防护频率信号并且在放大器-限幅器的输出端处存在足够级别的命令信号时ECA命令接收；

-通过以降低的功率电传送防护频率信号实现的射频部分的连续自动操作控制；

-设备功能部件的周期（间隔2ms）操作控制：从发射器输入电路到接收器输出继电器；

-永久性存储器写入传送命令和接收命令（日期、时间、命令数量）；

-操作人员借助键盘和RTC区块（中央处理单元）的显示器进行工作，方法是通过多级菜单来对操作模式和设备参数进行选择/调整；

-命令传送警报，以及高频HF信号和设备故障警报（通过故障分量检测）。关于最近事件的信息会被显示在显示器上，直到得到确认或出现新的信息。

现有设备的主要缺点在于，无法完全免受工业干扰（电源连接、射频设备的信道发射器的信号等等）。

通过高频信道CTD-D（数字命令传送装置）实现继电保护（RP）和紧急控制自动装置（ECA）的命令传送的数字装置是已知技术，这种数字装置设计用于电能系统的紧急控制自动装置和继电保护系统，其中使用电力传送线路（PTL）作为通信信道，线路电压是110至1150kv（2009年03月23日，RF认证编号РОССRU.ME27.H01790编号892817，参见http://www.prosoftsystems.ru/largeimage.htm?img=l158,corporatesite ProSofthttp://www.prosoftsystems.ru/products/product.htm?pid=54）。这种成套设备包括由接收器CTD-D（数字命令传送装置）和发射器CTD-D（数字命令传送装置），其中发射/接收基础和控制逻辑主要借助程序执行。所述设备主要区别在于：

-32个命令通过并联双频代码在4kHz线路中形成群组信号，从而大大增强传送路径的抗干扰性和传送信息的可靠性；

-能够以200BOD的速度实现遥控信号传送，而无需顾虑命令传送；

-实现所有节点和区块连续控制，这种控制是从发射器中的命令输入电路到接收器中的命令输出继电器的终端的节点和区块连续控制；

-能够在软件中调整命令处理算法；

-四线LCD显示器示出来自关于命令发射开始时间和完成时间以及关于发生的紧急情况的、无关能量的事件日志的信息；

-接收器与发射器时间之间存在时间同步，这种时间同步精确到2ms。

所给现有设备的主要缺点在于，无法完全免受工业干扰（电源连接、射频设备的信道发射器的信号等等）。

最为接近所主张的发明的是具有高频通信信道、能够遥控、通过高压电力传送线路实现继电保护和紧急控制自动装置的数据传送和命令传送的设备（于2010年10月20日公开的实用新型专利RF JSfo98656,МГЖН04ВЗ/00），所述设备包括信号处理模块、继电保护和紧急控制自动装置的命令信号输入/输出盒、站控制单元、功率放大器、线性匹配装置、供电单元以及终端，其中功率放大器在两级电路下实现，其中每级电路进行两次功率储备，这样可在一个级故障（热备）的情况下实现信号增强。所述设备还配备有备用供电单元，所述备用供电单元适合于在供电单元故障（热备）的情况下进行供电，并且供电单元包括用于输出电压的切换点，其中所述输出电压在48至220V DC和220V AC之间。所述设备还配备有用于PBX电话下属分机的交替通信信道，以及用于GSM信道的交替通信信道。并且继电保护和紧急控制自动装置的命令获取/传送盒以至多1200m的距离与主站分开安装，而且通过光纤缆线与其连接。

所给设备的缺点在于，必须使用通信宽带，成本较高，实现方式复杂，中断信号传送抗干扰性较低。

发明内容

本发明目的在于，生产用于通过高频信道实现继电保护和紧急控制自动装置的命令传送设备，其中以输入到发射器盒的信号形成模块和接收器盒中的解调器模块为代价，使得设备中断信号获取/传送抗干扰性较高。所述技术结果在通过高频信道实现继电保护和紧急控制自动装置的命令传送的设备中实现，所述设备包括：供电电源；外部接口；发射器区块，发射器区块又包括中央处理器。中央处理器的输入端与转变来自具有继电保护和紧急控制事故信号自动装置的N个输入模块连接、与警报模块连接、与遥控模块连接、并且与外部接口连接。该中央处理器的输出端与功率放大器模块连接、与输出端线性过滤器模块连接、以及接收器区块，所述接收器区块也包括中央处理器，该中央处理器的输入端与输入端线性过滤器模块连接，中央处理器的输出端与N个继电模块连接、与警报模块连接、与遥控模块连接并且与外部接口连接，其中，根据本发明，信号调节器模块被额外引入所述发射器区块中，所述信号调节器模块的其中一个输入端通过并联总线与中央微处理器的所述输入端和遥控模块的输出端连接，其输出端转而与功率放大器模块、输出端线性过滤器模块连接，并且信号解调器模块被额外引入所述接收器区块中，所述信号调节器模块的输入端与输入端线性过滤器模块连接，而且为了使得中央微处理器与N个继电模块连接，已经引入N个继电控制模块。

名称“卡琳娜”（Kalyna），应用于通过高频信道实现继电保护和紧急控制自动装置的命令传送的现有设备。

所给技术解决方案的优点在于命令接收装置具有高抗干扰性：与模拟相比，在同等工业干扰效应条件下，即针对白色噪声类型的干扰的抗干扰性与模拟情况相同时，以最佳概率特性接收命令。工业干扰（来自无线信号装置、其他发射器的组合信号等等）通常与热噪声一起存在于接收器的输入端处，所谓热噪声被描述为白色高斯噪声，但不同之处在于，具有频率带宽终值。

此类干扰影响越大，干扰参数与友好信号参数越为接近。例如，如果谐波信号与未调制载波的信号频率重合，那么谐波信号将会是对未调制载波的信号的影响最大的干扰。

通过使得信号结果复杂化，干扰和信号发生参数重合可能性减小。在数量上，“复杂程度”以信号基准为特征，所述信号基准近似等于2*ΔF*T，其中ΔF是带宽，并且T是信号持续时间。然而，ΔF频带可比信息传送所需最小频带更宽；频带增强通过使用“扩展信号”、即代码序列操控实现，这并不依赖于传送的信息。接收此类信号借助其与同步副本（具有类似代码序列）的相关性进行。

抗干扰性增强的此类方法称为一种DSSS方法，所谓DSSS，即直接序列扩展频谱。

接收器对干扰的不可接受程度与扩展频谱率成正比。以此方式，最大可能的抗干扰性取决于信号传送可接受的带宽。

本发明的技术解决方案使用整个（符合标准）频带进行命令信号传送，使得工业设施提高抗干扰性，保留针对白色高斯噪声类型的抗干扰性，由于信号调节器模块被额外引入发射器区块，并且扩展频谱信号的解调器模块被额外引入接收器区块（“扩展代码”），因此本发明技术解决方案得以实施。

信号调节器包括两个主要单元：调制器和放大器。自动装置初始化谐波信号Sin(Δωt)生成，其中所述谐波信号持续时间是Т_к，并且频率ω等于频带Δt的专用频率信道的中心频率，相位π是在调制器中通过代码ψ_k(t)进行的信号操控，以便符合传送的命令（或在缺少命令的情况下，符合控制信号）。增强信号进入线路。

在接收器中的频带过滤器选择（根据：选择性）信道Δf工作频带，通过放大器进一步提取的信号进入倍增器单元。DC分量Cos(ωt+ψk(t))=Cos(0)是由低频过滤器根据倍增结果解析而得，这在积分器中累积之后相当于适用针对命令接收得出阈值的结果。

倍增器及其相关元件组成相关器结构，在信号接收理论中，这被称作“最佳接收器”。

最佳接收器的目的，在接收器中使用副本，与所有座标中接收的信号重合。明显，为了实现最大输出信号，相关器（0等式Cos(ωt+ψk(t))=Cos(0)），副本和信号必须进行准确时间组合，这通过将接收器同步到发射器来实现。接收器同步是通过消耗控制信号实现，以采用现有扩展信号形式连续传送。

在一般情况下，设备使用N+1扩展代码，其中N是必需命令数量。来自相互关系程度最小的M序列族系的伪随机序列用作扩展代码。

附图简述

本发明的主旨通过附图进行解释，其中图1示出发射器区块的结构流程图，图2示出接收器区块的结构流程图。

具体实施方式

用于继电保护和紧急控制自动装置的命令传送的设备（参见图1和图2）包括：供电电源1，发射器区块2，所述发射器区块包括中央处理器3，所述中央处理器的输入端与转变来自具有继电保护和紧急控制自动装置的紧急信号的N个输入模块4连接、与警报模块5连接、与遥控模块6连接并且与外部接口7连接。中央处理器3的输出端与功率放大器模块8连接，并且与输出端线性过滤器模块9连接。另外，所述设备包括接收器区块10，所述接收器区10块包括中央处理器11，所述中央处理器11的输入端与输入端线性过滤器模块12连接，所述中央处理器11的输出端与N个继电模块13连接、与警报模块14连接、与遥控模块15连接并且与外部接口16连接。另外，信号调节器模块17被额外引入所述发射器区块2中，其中一个输入端通过并联总线与中央微处理器3的输入端和遥控模块6的输出端连接，并且其输出端与功率放大器模块8、输出端线性过滤器模块9连接，并且信号解调器模块18被额外引入接收器区块10中，信号解调器模块的输入端与输入端线性过滤器模块12连接，并且其中一个输入端通过并联总线与中央处理器11的输入端连接，为了使得中央处理器与N个继电模块13连接，引入N个继电控制模块19。

这种设备按照以下方式运行：输入模块4将警报信号的电压转变成并联二进制代码，并且传输到中央处理器3。信号调节器模块17形成相移键控信号，以便遵循传送命令，或在缺少命令的情况下遵循控制信号，所述控制信号通过形成电流隔离的单独输入端（未示出）直接输入（采用正弦曲线电压形式）到信号调节器模块17。控制信号意图用于支持发射器区块2和接收器区块10之间进行永久同步。除此之外，直线传送的信号包括关于电流相位以及（必要时）遥测数据的信息。遥测数据从遥控模块6通过中央处理器3进入信号调节器17。线性信号的频率可在24kHz至1000kHz范围内通过步阶Δf进行设置。

来自信号调节器模块17的信号S进入功率放大器模块8，所述功率放大器模块是由供电电源1a供电。功率放大器8是线性的，输出功率是在32dBm至47dBm范围内通过步阶1dBm进行调节。

功率控制以及诊断是由中央处理器3引导进行。就输出功率的电流值而言，在工作频带外以24至1000kHz的频率范围进行频率发射的电平并不超过负40dB。输出电阻式75Ω（参考值）。

来自功率放大器模块8的信号S通过输出端线性过滤器模块9进入线路.

另外，发射器区块2配备外部接口7。这能够解决不同任务，如手动或自动诊断设备操作能力、检查电气特征、设置在开始调整设置的配置、测试并且修改内部操作程序。另外，这也使得装置能够加入本地网络中。

此外，穿过输入端线性过滤器12的信号SBX进入信号解调模块18。输入信号的中央频率可在24kHz至1000kHz范围内通过步阶Δf距离进行设置。频率设置是由中央处理器11引导进行。信号解调器模块18执行以下任务：

-接收控制信号并且支持发射器区块1和接收器区块10之间进行同步；

-接收紧急命令；

-接收关于电流相位的数据；

-接收遥测数据；

-形成相位输出信号。

所接收的紧急命令的解调代码使用并联总线而被传送到中央处理器11，并联总线与发射器区块2中所用并联总线类似。

与所接受的命令的代码对应，中央处理器11引导继电模块13的一个或若干个输出端的切换。继电控制模块19被指定用来将模块13与中央微处理器11连接。

遥测数据通过遥控模块15进入接收器区块10的输出端。

相位信号形成在与解调器模块18电流隔离的单独输出端（未示出）上，这个信号采用频率为50Hz的模拟正弦信号形式。

接收器区块10以及发射器区块1使用外部接口16来与外部装置保持交互。

工业应用

使用本技术解决方案即可传送电力设施的继电保护的命令：遥控加速、遥控切换、禁止/允许重复切换。另外，可以传送紧急控制自动装置的命令：停止固定AL（架空线路）、自动增加电压、异步运作、特殊负载限制等等，以及传送采用工业频率的电压相位（“根据角度”用于紧急控制自动装置）。

Claims (1)

1.继电保护和紧急控制自动装置的命令传送设备，其特征在于，包括：供电电源；外部接口；发射器区块，

发射器区块包括第一中央处理器，第一中央处理器的输入端与转变来自具有继电保护和紧急控制自动装置的紧急信号的N个输入模块连接、第一警报模块连接、第一遥控模块连接并且与外部接口连接；第一中央处理器的输出端与功率放大器模块连接并且与输出端线性过滤器模块连接，其中N为大于等于1的自然数；

另外，所述设备包括接收器区块，由第二中央处理器组成，第二中央处理器的输入端与输入端线性过滤器模块连接，第二中央处理器的输出端与N个继电模块连接、第二警报模块连接、第二遥控模块连接并且与外部接口连接，其中N为大于等于1的自然数；

信号调节器模块被额外引入所述发射器区块中，信号调节器模块的其中一个输入端通过并联总线与第一中央处理器的所述输入端和第一遥控模块的输出端连接，其输出端转而与功率放大器模块、输出端线性过滤器模块连接，

信号解调器模块被额外引入所述接收器区块中，信号解调器模块的输入端与输入端线性过滤器模块连接，为了使得第二中央处理器与N个继电模块连接，已经引入N个继电控制模块，其中N为大于等于1的自然数。