CN1272970A - 保护性继电器中的冗余通信 - Google Patents

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Abstract

一种保护性继电器的冗余通信方案(12),可以在配电网的同等保护装置之间进行变速、可靠、容错的通信。当在主通信道上检测到错误时,就停止在可选择的主通信道(14a)上的通信,并转换到副通信道(14b)上,后者可以按不同的通信协议工作。错误检测和转换对主保护性继电器处理器(16)是透明地进行的。

Description

保护性继电器中的冗余通信
发明领域
本发明总的来说与智能网络化保护性继电器有关。更具体地说，本发明提供一种用于保护性继电器数据网络通信的冗余通信方案。
发明背景
为了进一步增强配电系统的保护性控制，研制成功了多种智能型保护性继电器装置，它们具有交换保护性继电器数据的通信能力。目前网络通信能力已达到每秒小于1兆位的数据速率，并采用RS-485，RS-232，光纤异步串行接口，或UART接口。一般网络化保护性继电器已实现了“主从”协议(“master-slave”protocal)通信，其中某些网络装置具有优先特权，例如，颁发给sun等人的美国专利4,972,290发布了一种带遥控保护性继电器的配电系统。该系统包括一些连续监测模拟保护性继电器动作的从属站，和一个主站，它与各从属监测站通信并贮存网络继电器数据。Sun的专利还公布了通过RS-232通信道交换继电器数据的方法。
尽管大家公认保护性继电器需要具有通信能力，但现有的交换保护性继电器的信息方案存在不少缺陷。例如，现有的继电器通信方案没有充分认识有关噪声(例如由电磁干扰产生的)和通信线路出错的潜在问题，也未充分提供高速(大于1Mbps)通信能力。另外，智能型保护性继电器的工作环境条件恶劣(比如温度变化范围较宽)，这给设计者提出了为保护性继电器而需提供一种可靠的、容许出错的、变速的通信方案的复杂任务。
发明概要
本发明通过给配电系统中的网络化控制装置提供一种冗余通信方案而使上述问题得到了解决，而且还具有另外一些优点。根据本发明的实施例，给数字保护性继电器提供了一种冗余通信电路，它可采用主以太网通信道在网络上使继电器的信息与同等的装置相交换。通信线路可以检测到主通信道上存在的错误或故障，并将通信从主频道转换到副频道。线路进行检测和转换的方式对于主继电器处理电路是透明的。最好由用户来选择主通信道的类型而不需对继电器重新编程。另外，通信线路要经过工业强化，使之能承受与公用子电站有关的工作条件，包括从-40℃左右至+85℃左右的温度范围。该通信线路能方便地在一个插件板上提供多个光纤通信口。
附图简介
结合所附插图阅读下面对优选实施例的详细描述，可以对本发明有更清楚的了解，附图中：
图1是按本发明一种优选实施例的保护性继电器通信线路方框图；
图2是一种按本发明的传输方案实施的流程图。
详细说明
现在参见图1所示的数字保护性继电器通信线路10。该线路包含一个串行界面适配器/收发两用机12，它通过一个与相关数字保护性继电器有电连接的界面连接器16接收线路TXD，RXD，TENA，RENA，CLSN，TCLK和RCLK上的一些控制信号。串行界面适配器/收发两用机12包括第一和第二两个接口14a和14b，用来传送和接收保护性继电器数据。按照本发明的一种实施例，通信线路10是通过一个子插件板来实现，而界面连接器16将串行界面适配器/收发两用机12与数字保护性继电器的母板相耦合。串行界面适配器/收发两用机可以采用Motorola公司的MC68160增强的以太网接口电路或其它合适的元件。
数据接口14a和14b可提供主和副通信能力。该数据接口可按相同或不同的通信协议传输和接收数据。按照一种实施例，第一数据接口14a在一个由用户选定的以太网通信道上提供主通信能力，这将在下面详细说明。按照本发明的另一个实施例，第二数据接口14b符合IEEE关于存取单元界面(AUI)接口的，而第一数据接口14a符合IEEE关于10BaseT双铰(TP)界面接口标准802.3。
第一数据接口14a与提供数据隔离的噪声滤波的脉冲变压器和滤波器18相耦合，这些数据是将要传输给或从一个主通信道接收来的，该通道是与一个包含几个保护性继电器装置的网络相连接。主通信道可以包括一些由用户选定的通信道。在图1所示的例子中，双铰界面TPTX+，TPTX-，TPRX+和TPRX-将脉冲变压器/滤波器18连到一但隔离变压器20和一个协议转换器22上。隔离变压器20连到一个第一主通信道接口24(它可以是一个10BaseT以太网接口)上，而协议转换器22则与一个第二主通信道接口26相连。第一主通信道接口24可包含一个RJ45接头或其它合适的接头，以与网络连接。而第二主通信道接口可包含一个光纤发送器和接收器26a和26b。协议转换器22转换第一和第二通信协议之间(即10BaseT和10BaseFL以太网协议之间)的通信信号。应指出，采用多个主信道接口可以让用户决定主信道接口的类型。另外，图1所示的结构可以让安装者不用对保护性继电器装置重新编程就调整主通道界面的类型。协议转换器22可以采用ML4669集成电路或其它合适的元件。
第二数据接口14b与第二收发两用机28相连，后者经过第二光纤发送器和接收器28a和28b与网络交换通信信号。第二收发两用机28可采用HFBR-4663集成电路或其它合适的元件。
串行界面适配器/收发两用机12动作上分别与发送和接收LED12a和12b相连接。LED与供电电压相连并指示出串行界面适配器/收发两用机12是否已接入发送或接收作业。
运行时串行界面适配器/收发两用机12按图2示例的流程图将保护性继电器数据发送上网。在步骤200，串行界面适配器/收发两用机12通过界面连接器16和线路TXD，TENA，TCLK等接收保护性继电器和控制信号。在步骤202，串行界面适配器/收发两用机12按第一种通信格式(即10BaseT)经第一数据口14a将要发送的继电器信息通过主通信道输出。经第一数据口14a输出的继电器信息可如图1所示经过滤波，然后提供给在安装保护性继电器时已预先选定的主通信道。在图1的例子中，如主通信道选用BaseT，执行步骤202时将通过隔离变压器20经线路TPTX+和TPTX-把继电器信息传给主通信道接口24。如若主通信道选用10BaseFL，则执行步骤202时，要将继电器信息传给协议转换器22，由它将10BaseT数据转换成10BaseFL数据，并将已转换数据提供给第二主通信道接口26。
在步骤204，串行界面适配器/收发两用机确定主通信道上是否有通信错误。这可通过检查在第一数据口14a处存不存在有效的传输链路节率或帧(Valid link beats or frame)来判断。如果主通信道上没有通信错误，则过程返回步骤202，继续在主通信道上发送继电器信息。如适配器/收发两用机12发现步骤204存在一种通信错误(例如传输质量劣化超过一个阀值)，则在步骤206适配器/收发两用机12将传输过程转到副通信道上。按照本发明的一种样式，适配器/收发两用机12自动实现从主通信道向副通信道的转换，而不需保护性继电器主处理电路的介入。换句话说，这种转换对于主保护性继电器的控制算法是透明的。由于通信道出错检测和转换对主控制继电器处理模块是透明的，主继电器处理模块就能把它的资源用来执行保护和转换算法，而免去了在各通信道之间进行监测和转换的额外负担。此外，将错误检测和转换工作与主保护处理工作分开，检测和转换过程就能更快，使网络通信的可靠性得以提高。按照本发明的一种实施例，对主通道错误进行检测(步骤204)并转换至副通道(步骤206)的步骤可在不到1.5毫秒内完成。
一旦适配器/收发两用机12转到副通信道上，要发送的继电器信息将以一种适当的数据格式提供给第二个收发两用机28，由它按10BaseFL(在本例中)将继电器信息发至网上。
如图2所示，沿副通道传输可以一直继续到主通道上的错误消失为止(例如适配器/收发两用机12确认错误不再存在时)。如果确认在步骤208还有错误，则过程返回到步骤206。如若确认在步骤208不再有错误，则过程返回到步骤202(即输出转回到主通道)。反之，传输将在副通道上无限制地继续下去，或者至少持续到在副通道上出现错误为止，此时传输可返回到主通道上。
为了解释方便，我们只叙述了继电器信息的发送，其实从网上接收继电器信息也和发送过程相似，而且可以与发送差不多同时进行。
应该指出，上述通信线路可以通过网络与同等的装置直接通信，而且不需要将信号与中间的母通信装置交换。
本发明的通信线路最好通过一个单一的子插件板来实现，该子板与和保护性继电器相连的母板相连接。建议对这个子板连同整个保护性继电器一起进行工业性强化处理，使之能承受约-40℃至+85℃的温度。
除了采用工业等级(-40℃至+85℃)而不是商业等级(0°至70℃)之外，本优选实施例中经过工业性强化处理的装置还要经受多种电气测试，例如电气瞬态变化(如ANSI/IEEE C37.90.1)，振荡瞬态变化(ANSI/IEEE C37.90.1)，静电放电(EN64000-4-2)，电涌抵抗力(EN61000-4-5，5级)，磁场抵抗力(ENE1000-4-8)，电压扰动(EN61000-4-11)以及(或)RFI灵敏度(ANSI/IEEEC37.90.2，EN61000-4-3)。通过这些测试保证该装置能承受普通配电系统的工作条件。普通的以太网卡一般都不经过这类检测。
从以上的叙述可知，本发明将给配电网同等保护性继电器之间提供高速(如10Mbps)、可靠和容错的网络通信。此外，本发明还可为网络化保护性继电器提供冗余光纤通讯能力。
虽然上面的叙述包含许多细节和特征，但这只是为了便于说明，并不表示本发明仅局限于此。我们可以对它进行多种修改而不会超出如下面的权利要求书及其法律等同物所界定的本发明的思想和范围。

Claims (25)

1.一种具有冗余通信能力的保护性继电器，包括：
一个数字继电器处理模块，它对配电网起保护和控制作用；
与配电系统中的一线路作电连接的连接器；
若干通信口，用来将继电器数据通过几个信道中的一个进行传递，如继电器在主通信道上未发现有什么错误，这种传递在主通信道上进行，若继电器发现主通信道上有错误，则在副通信道上进行。
2.如权利要求1的保护性继电器，其特征在于：主通信道和副通信道中至少有一个是以太网信道。
3.如权利要求2的保护性继电器，其特征在于：还包含一个通信卡，用来检查主通信道的错误并将继电器的通信转换到副通信道上进行。
4.如权利要求2的保护性继电器，其特征在于：通信卡起检测错误并透明地转换到继电器处理模块的作用。
5.如权利要求2的保护性继电器，其特征在于：通信卡经过工业性强化处理，以承受约-40℃至+85℃的温度范围。
6.如权利要求1的保护性继电器，其特征在于：主通信道是由用户决定的。
7.如权利要求2的保护性继电器，其特征在于：主通信道可在第一和第二以太网协议间选择，而副通信道是第一和第二以太网协议之一。
8.如权利要求2的保护性继电器，其特征在于：通信接口包括一个IEEE802.3 10 BaseT双铰界面接口单元。
9.如权利要求1的保护性继电器，其特征在于：保护性继电器与同等装置交换继电器信息。
10.如权利要求3的保护性继电器，其特征在于：检测和转换是在不到1.5ms时间内完成的。
11.一种在数字保护性继电器中提供冗余通信的线路，包括：
一个串行界面适配器/收发两用机，用来控制数字保护性继电器和网络之间保护性继电器信息的交换，包括选择若干通信道中的一种来交换保护性继电器信息；
-第一收发两用机，当选定第一通信道时，它通过第一通信道在串行界面适配器/收发两用机和网络之间交换保护性继电器信息；
-第二收发两用机，当选定第二通信道时，它通过第二通信道在串行界面适配器/收发两用机和网络之间交换保护性继电器信息。
12.如权利要求11的线路，其特征在于：串行界面适配器/收发两用机根据主通信道之一上是否存在错误或干扰来选择通信道。
13.如权利要求12的线路，其特征在于：第一通信道是由用户决定的。
14.如权利要求11的线路，其特征在于：该若干通信道至少有一个包含一个10BaseT以太网信道。
15.如权利要求11的线路，其特征在于：该若干通信道至少有一个包含一个10BaseT以太网信道。
16.如权利要求11的线路，其特征在于：第一收发两用机是一个从10BaseT到10BaseFL的转换器。
17.如权利要求11的线路，其特征在于：第二收发两用机是一个10BaseFL收发两用机。
18.如权利要求11的线路，其特征在于：串行界面适配器/收发两用机包含一个双铰界面，与第一收发两用机连接，和一个IEEE802.3存取单元界面接口，与第二收发两用机连接。
19.如权利要求11的线路，其特征在于：该线路与网络中的同等装置进行通信。
20.如权利要求11的线路，其特征在于：线路是经过工业性强化处理的，可经受约-40℃至+85℃的温度范围。
21.一种传递由保护性继电器来的信息的方法，包括：
接收要传递的保护性继电器信息；
确定主通信道是否有错误或干扰；
如果主通信道没有错误或干扰，在主通信道上传递继电器信息，如若主通信道有错误或干扰，则将保护性继电器信息的传递转换到副通信道上。
22.如权利要求21的方法，其特征在于：主通信道和副通信道中至少有一个是以太网信道。
23.如权利要求21的方法，其特征在于：所述确定步骤是由串行界面适配器/收发两用机来执行的。
24.如权利要求21的方法，其特征在于：确定的步骤对保护性继电器是透明的。
25.如权利要求21的方法，其特征在于：转换步骤是在不到1.5ms的时间内完成的。
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