CN108141035A - 中压电源 - Google Patents

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Abstract

一种中压电源包括多个中压供电线路(5)和通过相应的中压供电线路(5)连接的多个中压配电板(10)。该中压配电板(10)各自具有按照IEC 61850标准的相应的电气保护装置(11)，以及相应的中压信号耦合器(12)，该中压信号耦合器(12)由电气保护装置(11)驱动以通过中压供电线路(5)发送和接收通用面向对象变电站事件(GOOSE)消息。

Description

中压电源
技术领域
本发明涉及中压电源。
背景技术
已知配电网络用于向终端用户分配在电站产生并且通过高压输电网络可使用的电能。配电网络通常工作在中压范围(根据多个国家标准中给出的定义，对于交流在1kV到30～75kV，对于直流在1.5kV到30～75kV)，包括(当然除此之外还有其他)中压线路、主变电站、次级变电站以及一个或多个监管与控制装置。主变电站将电源从高压转换为中压并将电能供应给次级变电站，次级变电站将电压从中压转换为低压并且将其分配到终端用户。
主变电站和次变电站两者的各个配电板要实现的不可消除的功能涉及网络的保护，即故障(过载、短路、相间电弧、中断等)的检测与信号发送，并且涉及实现应急操作的能力，诸如开启开关以及将检测到的故障所处于的网络部分进行隔离。故障的信息发送明显不能不考虑与周围配电板以及监管与控制装置的通信。为此，使用以太网线路和光纤连接或者无线连接。另外，通信可以基于特定协议。
鉴于保护功能的关键本质，连接通常是冗余的。然而，可能会出现如下的故障：该故障使得连接或多或少长时间地同时无法服务。在这些情况下，通过自我诊断或远程功能所请求的动作，诸如所考虑的装置的恢复操作(重置)，能够快速解决连接故障。其他时间，随着故障时间越长，损坏可能更加严重。例如，一些设备可能失灵，或者在工作执行期间线路可能发生损坏，因此需要更换。然而，在所有这样的情况下，一部分中压网络的保护功能在一段时间内受损。
因此，需要强化中压网络的主变电站和次级变电站的配电板之间相互的通信以及同监管与控制装置之间的通信，减少保护功能中断的风险。同时，应当牢记的是，网络的构建、管理以及维护的费用不适合占据过大的比重。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种允许克服上述限制的中压电源。
根据本发明，提供了如权利要求1中所限定的中压电源。
附图说明
现在将参考附图来描述本发明，附图示出本发明的非限制性实施例，其中：
-图1是根据本发明的一个实施例的中压电源的简化框图；
-图2是图1的中压电源的更详细框图；以及
-图3是示出本发明有关的时间量的示意图。
具体实施方式
图1示意性示出中压供电1的一部分，其包括主变电站2、次级变电站3、各个主变电站2和次级变电站3之间的中压电力线5、监管与控制装置7以及数据网络8。
主变电站2耦接到高压电源(未示出)并且将输入的电能从高压转换到中压电能。而次级变电站3将中压电能转换为低压电能以分配到终端用户。
几个次级变电站3可以与单个主变电站2连接，形成网格子网9a。可替换地，次级变电站3可以形成各对主变电站2之间的骨干子网9b。
主变电站2和次级变电站3包括相应的中压配电板10，其中的一些在图2中通过示例被示出(尤其示出主变电站)。配电板10设置有中压电气保护装备11和相应的中压信号耦合器12，并且通过相应的中压供电线路5相互连接。
中压信号耦合器12允许通过中压供电线路5来发送和接收信号，并且为此由相应的电气保护装备11进行驱动。这些信号可以包括被组织为分组的数据串，这些分组包含关于例如测量、开关状态、控制和警告消息的信息。因此，电气保护装备11可以使用中压供电线路5用于单个变电站或者不同变电站的配电板10之间的通信，以及每个配电板10和监管与控制装置5之间的通信。在一个实施例中，中压信号耦合器12可以是电感类型或者电容类型的，并且可以采用已经存在的耦合到中压供电线路5的点。在下列文献描述了可以有利地用于通过中压电力线路(电力线路通信，PLC)来接收和发送信号的信号耦合器的示例：
-US 2013/0257560 A1；
-Cataliotti,Tinè,Sanacore,Daidone，“Characterization Of Medium VoltageCables For Power Lines Communications(电力线通信的中压线缆的特征)”，15th IMEKOTC4International Symposium on Advanced of Measurement Science(第15届国际先进测量科学研讨会),罗马尼亚,9月19-21日,2007年
-Mulroy,Gilbert，“Comparison Of Coupling Methods In MV Equipment ForPowerline Communications(用于电力线通信的MV设备中的耦合方法比较)”，21stInternational Conference on Electricity Distribution(第21届国际供电会议)，法兰克福，2011年6月6至9日，0870页。
在主变电站2和次级变电站3两者的配电板10中，电气保护装备11根据IEC 61850标准制成，并且用于发送和接收通用面向对象变电站事件(GOOSE)类型的消息。GOOSE消息服务在IEC 61850中进行定义，并且允许涵盖在少于阈值时间段内被发送的数据结构中的任何数据格式，确保同时针对中压网络的通信的速度与可靠性需要。特别地，GOOSE消息服务允许发送和接收报警消息并且进行控制。在一个实施例中，中压信号耦合器12用于解密GOOSE消息。加密通过中压供电线路5进行交换的GOOSE消息有利地允许增强通信的安全性和保密性，而不影响配电网络1的设置、安装、管理和维护的整体费用。
电气保护装备11可以在中压电源1中的从配电板10到另一配电板10是不同的。通常，电气保护装备11可以包括且不排除其他，例如一个或多个以下设备：线路中断构件15，包括开关和断路器；用于操作线路中断构件15的致动器机构16；(电流和/或电压)变换器17，检测设备18(包括电流和/或电压检测器，间期短路检测器、接地故障检测器)。而且，电气保护装备11可以包括处理单元20和存储模块21。
处理单元20由监管与控制装置7控制并且可以例如但排除地用于：
发送待机消息；
接收和处理来自相应的电气保护装备11中包括的设备的状态和/或故障信号；
根据从相应的电气保护装备11中包括的设备接收到的状态和/或故障信号来确定相应的中压供电线路5的故障；
从接收到的状态和/或错误信号确定保护动作(诸如，隔离中压供电的一部分或者创建替代的供电线路或计数器供电(counter-power supply))；
响应于接收到的状态和/或故障信号来生成命令；
响应于接收到的状态和/或故障信号，向其他配电板10或者向监管与控制装置7发送状态和/或故障消息；
响应于接收到的状态和/或故障信号向其他配电板10发送命令消息；
接收和处理来自其他配电板10的状态和/或故障消息；
接收来自监管与控制装置7或者其他配电板10的命令；
执行与相应的保护动作对应的命令或者响应于命令消息的接收而执行命令(包括响应于检测到相应的中压供电线路5中的故障来操纵相应的线路中断构件15)；
将所接收和发送的消息存储在相应的存储模块21中。
电气保护装备11发送和接收GOOSE消息可以经由数据网络8(例如，以太网、光纤或无线网络)或者通过中压信号耦合器12和中压供电线路5发生，其中中压信号耦合器12和中压供电线路5限定与数据网络8相比的冗余通信网络。因此，处理单元20还用于检测数据网络8的状态并且在数据网络8故障的情况下将通信切换到中压信号耦合器12和中压供电线路5。
特别地，当数据网络8不可用时(诸如由于故障或者出于密文安全原因，例如随着针对以太网或光纤传输信道，根据IEC 61850和/或IEC 62351加强安全性策略的算法的介入)，电气保护装备11利用传送波(电力线通信，PLC)通过相应的中压供电线路5来发送和接收GOOSE消息。
GOOSE消息的发送和接收可以以发布/订阅的模式发生。
回到配电板10的功能性，电气保护装备11允许至少进行相应的中压电力线路5中的故障检测，以及响应于检测到影响相应的配电板10的事件来发送相应的GOOSE事件消息，尤其是中压供电线路5中的至少一个中压供电线路的故障检测。在不存在故障或者发送GOOSE事件消息结束时，电气保护装备11定期发送相应的GOOSE待机消息。例如，T0时间间隔(根据传输信道容量)之后发送新的GOOSE待机消息，其中T0时间间隔可以包括在上述GOOSE待机消息之后的800ms到1400ms之间。
电气保护装备11用于通过由电子保护装置11为初始传输和随后的再传输提供的过程，通过中压线路5发送GOOSE事件消息。同时参考图3，以相互T0待机间隔定期发送GOOSE待机消息直至事件发生的TE时刻，例如中压供电线路5中的故障。响应于事件的检测(实际上有可忽略的延迟)立即在TE时刻执行GOOSE事件消息的初始传输，而不需要等到进行中的T0待机间隔结束。电气保护装备11用于针对每个被传输的GOOSE消息(且不同于GOOSE待机消息)执行：从初始传输的第一再传输间隔T1之后的第一再传输，从第一再传输的第二再传输间隔T2之后的第二再传输，从第二再传输的第三再传输间隔T3之后的第三再传输，以及从第三再传输的待机重置间隔T4之后的待机消息的传输。
再传输时间间隔T1-T3和待机重置间隔T4逐渐增大，并且被特定地选择以允许在通信状况退化的情况下通过中压供电线路5进行传输(然而，比数据网络8要慢)，从而保障在噪声很大的信道(诸如中压供电线路)上的接收时间。在一个实施例中，第一再传输间隔T1包括在4.5ms到6ms之间(例如，5ms)，第二再传输间隔T2包括在6.5ms到8ms之间(例如，7ms),第三再传输间隔T3包括在8.5ms到10ms之间(例如，9ms)，待机重置间隔T4包括在9.5ms到12ms之间(例如，11ms)，不需要接收确认，因此处于广播模式。
可选地，电气保护装备11的处理单元20可以用于响应于接收到GOOSE事件消息来发送GOOSE确认消息，GOOSE事件消息的接收者是处理单元20本身。在此情况下，发送原始GOOSE事件消息的处理单元20响应于GOOSE确认消息立即暂停再传输，而不需要等到发送过程结束，并且恢复相应的GOOSE待机消息的定期发送。
中压供电线路5在用于GOOSE消息发送的供电线路模式中的使用允许实现冗余通信网络，该通信网络在数据网络8的故障时间中变得可使用。支持中压电源1的组件(配电板10和监管与控制装置7)之间通信的任务通常被授予给数据网络8，数据网络8像所有设备一样经受故障和失灵。本发明允许补偿数据网络8的暂时或永久不可用，以避免在中压电源1中无法执行保护动作的危险情况。而且，本发明本质上利用中压电源1本身的现有结构，因此仅在有限程度上影响建设、管理和维护的成本。
最后，清楚的是，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对上述中压供电进行修改和变化。

Claims (10)

1.一种中压电源，包括：
多个中压供电线路(5)；以及
多个中压配电板(10)，其由相应的中压供电线路(5)连接；
其中所述中压配电板(10)各自包括按照IEC 61850标准的相应的电气保护装置(11)，以及相应的中压信号耦合器(12)，所述中压信号耦合器(12)由所述电气保护装置(11)驱动以通过所述中压供电线路(5)发送和接收通用面向对象变电站事件(GOOSE)消息。
2.根据权利要求1所述的电源，其中所述电气保护装置(11)用于检测相应的中压供电线路(5)中的故障，并且响应于检测到所述中压供电线路(5)中的至少一个中压供电线路(5)中的故障来发送相应的GOOSE事件消息，并且当未发送GOOSE事件消息时发送相应的GOOSE待机消息。
3.根据权利要求2所述的电源，其中所述电气保护装置(11)用于针对每个所发送的GOOSE事件消息执行：响应于检测到所述中压供电线路(5)中的至少一个中压供电线路(5)中的故障的初始传输，从所述初始传输开始的第一再传输时间间隔(T1)之后的第一再传输，从所述第一再传输开始的第二再传输时间间隔(T2)之后的第二再传输，从所述第二再传输开始的第三再传输时间间隔(T3)之后的第三再传输，以及从所述第三再传输开始的待机重置时间间隔(T4)之后的待机消息的传输。
4.根据权利要求3所述的电源，其中所述第一再传输时间间隔(T1)包括在4.5ms至6ms之间，所述第二再传输时间间隔(T2)包括在6.5ms至8ms之间，所述第三再传输时间间隔(T3)包括在8.5ms至10ms之间，并且所述待机重置时间间隔(T4)包括在9.5ms至12ms之间。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的电源，其中所述电力保护装置(11)用于定期发送所述GOOSE待机消息。
6.根据权利要求5所述的电源，其中所述电气保护装置(11)用于在从前述GOOSE待机消息开始的包括在800ms到1400ms之间的待机间隔(T0)之后发送新GOOSE待机消息。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的电源，其中所述电气保护装置(11)包括相应的线路中断构件(15)和相应的处理单元(20)，用于响应于检测到所述相应的中压供电线路(5)中的故障来驱动所述相应的线路中断构件(15)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电源，包括连接所述中压配电板(10)的数据网络(8)，所述电气保护装置(11)用于通过所述数据网络(8)发送GOOSE消息，检测所述数据网络(8)中的故障，并且响应于检测到所述数据网络(8)中的故障，通过所述中压供电线路(5)来发送GOOSE消息。
9.根据权利要求8所述的电源，包括监管与控制装置(7)，所述监管与控制装置(7)通过所述数据网络(8)与所述中压配电板(10)进行通信并且用于控制所述电气保护装置(11)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的电源，其中所述中压信号耦合器(12)用于解密GOOSE消息。
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