CN1508927A - 保护设备和在保护设备内安装保护功能的方法 - Google Patents

Abstract

配电网的保护设备(1)，具有：用于对来自该配电网的测量设备(3，4)的测量值进行处理的装置(14)；用于通过该配电网的主要设备(2)触发开关指令的装置(16)；以及可编程的保护功能，当执行保护功能时便根据测量值确定开关指令。保护设备(1)具有可编程逻辑(13)，该可编程逻辑可被编程用来执行所述的保护功能。本发明还涉及在配电网的保护设备(1)中安装保护功能的方法，具有步骤：把硬件设计描述形式的保护功能描述经通信连接(5)传送到保护设备(1)；根据所述的保护功能描述在所述的保护设备(1)中编程可编程逻辑(13)；以及通过可编程逻辑执行保护功能。

Description

保护设备和在保护设备内安装保护功能的方法

技术领域

本发明涉及设备管理技术领域，尤其涉及用于高、中或低压开关设备的设备管理技术。它涉及一种如权利要求1的前序部分所述的保护设备、以及一种如权利要求8的前序部分所述的用于在配电网的保护设备中安装保护功能的方法。

背景技术

尤其为高或中压开关设备的设备是通过分布式的设备管理系统来控制的，该设备管理系统由通过通信总线彼此相连的现场管理设备构成。一个设备管理系统例如具有现场管理设备和操作站，而且还具有不同的通信总线和总线耦合器。由所述的管理设备来控制、调节、监视和保护该设备中的、满足本来设备目的的主要设备。主要设备例如是功率开关、隔离器、架空线、变压器、发电机或马达。

由保护功能来监视设备的正确功能。电网的公知的保护功能例如是过流保护、远距离保护、或根据电流或相位信号的差动保护。如果例如检测到短路故障，则典型地把线路与电网隔开。由于外部作用或设备部件失灵所导致的故障必须以极高的可靠性被检测出来。对此，在有些用途中，必须绝对避免因错误检测的故障而导致的断路。为了满足该矛盾的要求，相应的保护功能在研制方面是非常复杂和昂贵的。在另一些用途中，较不复杂的保护功能就可以满足要求。

保护设备具有用于对来自配电网的测量设备的测量值进行处理的装置，以及具有用于通过该配电网的主要设备触发开关指令的装置。保护功能通过计算机程序来实现，这些计算机程序被安装在保护设备内，并通过程控微处理器来执行，此时根据测量值来确定开关指令。保护设备的费用取决于被安装的保护功能的费用、硬件的复杂性、以及针对某个保护用途进行配置的费用。保护设备根据某个功能进行设计和最优化，其并不是能灵活地应用的。

发明内容

因此本发明的任务在于创造如文章开头所述的那种保护设备、变电站、以及用于在配电网的保护设备中安装可编程保护功能的方法，其能够实现保护设备的灵活的应用。

该任务通过具有各独立权利要求所述的特征的保护设备、变电站、以及用于在配电网的保护设备中安装保护功能的方法来解决。

于是，本发明的配电网保护设备具有用于执行保护功能的可编程逻辑。

这可以实现设备的灵活运用，同时又具有保护设备所需要的高性能。对于时间紧急的保护应用，不再必需具有实时能力的微处理器工作系统。

在本发明的一种优选实施方案中，所述的可编程逻辑被编程用来执行第一保护功能，而且所述的保护设备具有用于对该可编程逻辑进行编程以执行第二保护功能而不是第一保护功能的装置。

在开关设备和所属的保护设备的寿命过程中，对保护的要求可能会发生变化。例如，所传输的功率被提高了，或者网络运营商的安全性要求变化了。根据本发明的这种实施方案，所述的可编程逻辑也可以在所述保护设备被装入开关设备之后借助第二保护功能的描述而被再编程，从而可以灵活地和根据设备运营商的变化需求来使用所说的设备。

在本发明的另一种优选实施方案中，所述的保护设备具有用于经电信连接从远程功能服务器接收保护功能描述的装置，以及具有用于把该描述装入所述可编程逻辑中的装置。于是，根据本发明可以遥控地安装经匹配后的保护功能，这比由业务技术人员在现场安装要简便得多。

其它的优选实施方案由从属权利要求给出。

附图说明

下面借助附图所示的优选实施例来详细讲解本发明的主题。

图1表示开关设备和所分配的管理系统的简图，以及

图2表示本发明的保护设备及其周围环境的简图。

在附图中所采用的附图标记及其含义被概略地罗列在参考符号表中。原则上，在附图中的相同部件使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了一个开关设备或配电网的变电站和所分配的管理系统的简图。该附图给出了开关设备的三个区域E1Q1、E1Q2和E1Q3以及一个具有数据处理设备KAO的操作站AA1，所述的数据处理设备带有常规的输入和输出装置以供用户进行操作。操作站AA1被布置在变电站自身之内，或者被较远地布置在网络运营商的操作中心之内，并通过通信网与该变电站的上级总线YW1相连。各个区域E1Q1、E1Q2和E1Q3分别具有管理设备，它们是控制设备KA1、保护设备FA1或输入/输出设备KB1。

标记KA1、FA1、KB1、YW1等表示一个设备内的实际设备和管理系统功能。为了明确地表示某个设备，在该设备之前加上了所述区域的名称。因此譬如用E1Q1QA1来表示区域E1Q1的开关QA1。

在所述的管理设备上安装了用于控制和监视主要设备的管理系统功能。管理设备通过通信工具、例如通过上级总线YW1和处理总线YW2相互连接。给管理系统功能分配了主要设备，例如开关QA1、隔离器QB1和QB2、以及电压计或电压测量设备X1、X2、X3。所述的主要设备通过传输功率的电连接彼此相连，也即例如通过汇流排、区域节点和线路抽头等等。

图2简略地示出了变电站的本发明开关设备1及其周围环境。由信号预处理器11采集配电网的、尤其是开关设备的电流测量设备3和电压测量设备4的测量信号。该信号预处理器11对测量信号进行预处理和模数变换，并把相应的数字编码的测量值传送给一个可编程逻辑13。该可编程逻辑13具有一个测量值处理器14用于过滤测量值和例如根据电压及电流计算功率。如此被过滤和计算的测量值被输入到保护功能核心15，由该核心实现或多或少较复杂的核心保护功能。用于选择保护功能、用于控制测量值预处理、或用于阻止开关指令的数字输入12同样被送给所述的可编程逻辑13。在保护设备1的工作中，由保护功能核心15测定是否存在干扰情况和是否应该把开关指令发送给所属的主要设备(此例中为开关2)。这种开关指令被传送给保护逻辑16，由该逻辑选择性地把所述的指令与另一个数字信号进行逻辑连接，尤其是与可能禁止开关指令被进一步传送的禁止信号进行逻辑连接。保护逻辑16的相应输出信号在数字输出17中进行变换，并被输入给开关2。这例如通过特殊分配的线路、例如光波导，或通过处理总线YW2来实现。

在本发明的一种优选实施方式中，保护设备1具有一个通信接口18，其用于通过通信连接5与功能服务器6进行通信。该通信连接5例如是临时的点对点连接或一种遵照因特网协议(如http，FTP或TelNet)的连接。这些连接优选地基于已知的TCP/IP因特网协议。

功能服务器6存储了多个不同的保护功能或其描述。这种描述可以根据许可状态经通信连接5而被传送给保护设备1，并在可编程模块13中装载和执行。所述的许可状态在本发明的优选实施方式中通过许可管理工具7来测定、管理和在需要时传输给功能服务器6。该许可状态针对各种有关的保护设备1而包含有以下信息：在哪个时段、也即在预定的起始时间点和结束时间点之间可以使用或应该执行哪个保护功能。

许可管理工具7是一种用于测定和管理许可状态的计算机程序：它优选地提供了用于修改许可状态的用户接口8。在本发明的一种优选实施形式中，用户接口8通过诸如因特网或万维网的通信网络而能够被网络运营商访问。在此，对某个保护功能的选择与许可费用的支付被逻辑连接起来：只有许可管理工具7收到对支付许可费用的确认，所述保护功能的许可状态才允许使用保护功能，也即把保护功能的描述传送给保护设备1，和/或把该描述装入所述的可编程模块1 3。

功能服务器6和许可管理工具7分别被实施为计算机程序，该程序位于不同的或相同的数据处理单元上，并且具有所分配的数据存储器。这些程序优选地处于保护设备1的制造商的控制之下和位于这些制造商所在的场所，并由其装设新的保护功能。

根据本发明，可编程逻辑13具有一个可编程的、典型地至少是部分地非脉冲式工作的数字逻辑模块。该逻辑模块譬如是FPGA(现场可编程栅阵列)、PLA(可编程逻辑阵列)或CPLD(复杂可编程逻辑装置)。FPGA的实施方式以“symmetrical array”、“row-based”、“hierarchical PLD”和“sea-of-gates”而为公众所知。已知的工艺有静态RAM单元、“anti-fuse”、EPROM晶体管和EEPROM晶体管。具有可编程逻辑的模块的其它实施形式另外还具有微处理器和/或用于对逻辑部件进行再编程的装置。

各个块，也即测量值处理器14、保护功能核心15、以及保护功能的保护逻辑16分别用标准的硬件描述语言来描述，例如VHDL(VHSIC硬件描述语言)、Verilog或系统C。在本发明的另一种优选实施方案中，保护功能的各个块通过比特流来描述。比特流以公知的方式被装入可编程逻辑13或FPGA或CPLD，以便将该可编程逻辑13用来根据所需要的功能来执行某个硬件设计。于是，通过功能服务器6被输送给保护设备1的保护功能描述是硬件设计的一种描述，其按照本发明的实施方案采取比特流的形式或硬件描述语言的形式。把所述的描述从功能服务器6传送给保护设备1优选地是加密地进行的。

在本发明的一种优选实施方案中，测量值处理器14、保护逻辑16与保护功能核心15一起被实施在可编程逻辑13之中。在本发明的另一种优选实施方案中，测量值处理器14和/或保护逻辑16不是在可编程逻辑13中实现的，而是在单独的模块内实现。

各个块，也即测量值处理器14、保护功能核心15以及保护逻辑16的不同实施变型被优选地存储在功能服务器6的功能库中，并可以被配置和组合用于某个应用情况。

在本发明的另一种优选实施方案中，信号预处理器11和/或数字输出17不是保护设备1的一部分，而是在单独的设备内实现的。这些单独的设备把数字编码的测量值传输给测量值处理器14，或者例如通过处理总线YW2接收所述保护逻辑16的输出信号。

在本发明的一种优选实施形式中，保护设备1具有一个功能存储器19，在该存储器内可以存储保护功能的一个或多个描述。这允许通过装载存储于功能存储器19内的另一种保护功能来更换被装入的保护功能，而无须通过通信连接5传输所述的保护功能。在此，用于更换保护功能的指令可以在本地的保护设备处被触发，或者遥控地通过操作站KA0或通过通信连接5被触发。但这种指令也可以例如通过定时器控制来触发：由此能够通过通信连接5传输保护功能，将其存储在功能存储器19内，并只在预定的时间点才被装入到可编程逻辑13内。在本发明的另一种优选实施方案中，在功能存储器19内存储了一种实施预定的最低保护的基本保护功能。如果所装载的保护功能的许可根据许可状态被用完，则自动地装载该基本保护功能。

参考符号表

1    保护设备

2    主要设备、开关

3    电流测量设备

4    电压测量设备

5    通信连接

6    功能服务器

7    许可管理工具

8    用户接口

11   模拟输入、信号预处理器

12   数字输入

13   可编程逻辑

14   测量值处理器

15   保护功能核心

16   保护逻辑

17   数字输出

18   通信接口

19   功能存储器

QA1  开关

QB1  隔离器

X1，X2，X3  电压计

YW1  上级总线

YW2  处理总线

KA1  控制设备

FA1  保护设备

KB1  输入/输出设备

Claims (10)

1.配电网的保护设备(1)，其中所述的保护设备(1)具有用于对来自该配电网的测量设备(3，4)的测量值进行处理的装置(14)，具有用于通过该配电网的主要设备(2)触发开关指令的装置(16)，以及具有可编程的保护功能，当执行所述的保护功能时该保护功能便根据所述的测量值确定所述的开关指令，其特征在于：

所述的保护设备(1)具有一种可编程逻辑(13)，该可编程逻辑可以被编程用来执行所述的保护功能。

2.如权利要求第1项之保护设备(1)，其中，所述的可编程逻辑(13)被编程用来执行第一保护功能，而且所述的保护设备具有用于对该可编程逻辑(13)进行编程以执行第二保护功能的装置。

3.如权利要求第2项之保护设备(1)，其具有用于经电信连接(5)接收保护功能描述的装置(18)和用于把该描述装入所述可编程逻辑(13)中的装置。

4.如权利要求第3项之保护设备(1)，其中，所述的接收装置(18)具有通向遵照TCP/IP协议的通信网的接口。

5.如上述权利要求任一项之保护设备(1)，其中，所述的可编程逻辑(13)为FPGA(现场可编程栅阵列)、或CPLD(复杂可编程逻辑装置)。

6.如权利要求第5项之保护设备(1)，其中，所述的保护功能描述是一种VHDL(VHSIC硬件描述语言)描述或一种硬件设计的比特流描述以用于在所述的可编程逻辑(13)上执行所述的保护功能。

7.配电网的变电站，具有如权利要求1-6之一所述的保护设备(1)。

8.用于在配电网的保护设备(1)中安装保护功能的方法，其中所述的保护设备(1)具有用于对来自该配电网的测量设备(3，4)的测量值进行处理的装置(14)，以及具有用于通过该配电网的主要设备(2)触发开关指令的装置(16)，当执行所述的保护功能时该保护功能便根据所述的测量值确定所述的开关指令，其特征在于该方法具有以下步骤：

把硬件设计描述形式的保护功能描述经通信连接(5)传送到所述的保护设备(1)，

根据所述的保护功能描述在所述的保护设备(1)中编程可编程逻辑(13)，以及

通过所述的可编程逻辑(13)执行所述的保护功能。

9.如权利要求第8项之方法，其中，所述的保护功能描述是一种VHDL(VHSIC硬件描述语言)描述或一种硬件设计的比特流描述以用于在所述的可编程逻辑(13)上执行所述的保护功能。

10.如权利要求第8或9项之方法，其中，所述的保护功能描述的传输是经遵照TCP/IP协议的通信网进行的。