DE202014009595U1

DE202014009595U1 - Digital transducer

Info

Publication number: DE202014009595U1
Application number: DE202014009595.7U
Authority: DE
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-02-23
Anticipated expiration: 2024-12-03

Abstract

Digitaler Messwandler (32) zur Verwendung in einem Leistungsübertragungs-System, wobei der digitale Messwandler (32) umfasst: eine erste Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung (40), welche dazu konfiguriert ist, eine erste Ausgabe eines ersten Sensors (34) zu verarbeiten; eine zweite Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung (42), welche dazu konfiguriert ist, eine zweite Ausgabe eines zweiten Sensors (36) zu verarbeiten; wobei der erste und der zweite Sensor (34, 36) dazu konfiguriert sind, entweder einen Strom oder eine Spannung zu messen; wenigstens einen Prozessor (58), welcher dazu konfiguriert ist, die Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung (40) und der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung (42) zu vergleichen; und wobei der wenigstens eine Prozessor (58) dazu konfiguriert ist, wenigstens ein Ausgabesignal als Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen.A digital transducer (32) for use in a power transmission system, the digital transducer (32) comprising: a first electronic signal processing device (40) configured to process a first output of a first sensor (34); a second electronic signal processing device (42) configured to process a second output of a second sensor (36); wherein the first and second sensors (34, 36) are configured to measure either a current or a voltage; at least one processor (58) configured to compare the outputs of the first electronic signal processing device (40) and the second electronic signal processing device (42); and wherein the at least one processor (58) is configured to generate at least one output signal as a result of the comparison.

Description

Die Erfindung betrifft Leistungssysteme und insbesondere Systeme zum Schutz von Leistungssystemen. Insbesondere betrifft die Erfindung Schutzsysteme für Übertragungssysteme elektrischer Energie, insbesondere Hochleistungs-, Hochspannungs- und Starkstromübertragungssysteme.The invention relates to power systems, and more particularly to systems for protecting power systems. More particularly, the invention relates to protection systems for electrical power transmission systems, particularly high power, high voltage and power transmission systems.

Ein wichtiger Aspekt im Bereich elektrischer Leistungssysteme und Leistungsübertragungs-Systeme, welche von der Leistungserzeugungs-Industrie (Energieerzeugungs-Industrie) eingesetzt werden, ist die Fähigkeit, eine über Hochspannungsübertragungsleitungen getragene Leistung zu messen. Leistungsmessungen werden üblicherweise im Hochspannungsseite des Systems durchgeführt, bevor die Spannung zu deren Verteilung in den Mittel- und/oder Niederspannungsbereich umgespannt wird. Es besteht jedoch ein wachsender Bedarf an häufigeren und genaueren Leistungsmessungen (zum Beispiel Spannungs- und Strommessungen) in den Leistungsverteilungssystemen. Einige jüngere, auf die Durchführung solcher Leistungsmessungen bezogene Innovationen umfassen das Verwenden von faseroptischen Sensoren.An important aspect in the field of electrical power systems and power transmission systems used by the power generation industry (power generation industry) is the ability to measure power carried over high voltage transmission lines. Power measurements are typically made in the high voltage side of the system before the voltage is redistributed to distribute them into the medium and / or low voltage range. However, there is a growing demand for more frequent and accurate power measurements (eg, voltage and current measurements) in the power distribution systems. Some recent innovations relating to the performance of such performance measurements include the use of fiber optic sensors.

Faseroptische Stromsensoren basieren beispielsweise auf dem Faraday-Effekt. In einer Leitung fließender Strom induziert ein Magnetfeld, welches, durch den Faraday-Effekt, die Polarisationsebene des Lichtes dreht, welches sich in der optischen Faser fortbewegt, wobei die Faser um die den Strom führende Leitung gewickelt ist. Das Faraday'sche Gesetz kann geschrieben werden als: I = ∮HdL wobei I der elektrische Strom und H das Magnetfeld sind und das Integral über einen geschlossenen Weg um den Strom herum verläuft. Wenn die Messfaser mit einer ganzzahligen Anzahl von Windungen um die den Strom führende Leitung gewickelt ist, und jeder Punkt in der Messfaser hinsichtlich des Magnetfeldes eine konstante Sensitivität aufweist, hängt die Drehung der Polarisationsebene des Lichts in der Faser von dem in der Leitung geführten Strom ab und ist gegenüber allen extern erzeugten Magnetfeldern, zum Beispiel solchen, welche durch in der Nähe befindlichen Drähten geführten Strömen erzeugt werden, nicht sensitiv. Der Winkel ΔΦ, um den sich die Polarisationsebene des Lichtes in Gegenwart eines Magnetfeldes dreht, ist gegeben durch: ΔΦ = V∫H·dL wobei V die Verdet-Konstante des Faserglases ist.Fiber optic current sensors are based, for example, on the Faraday effect. Current flowing in a line induces a magnetic field which, by the Faraday effect, rotates the polarization plane of the light traveling in the optical fiber, the fiber being wound around the current carrying line. Faraday's Law can be written as: I = ∮HdL where I is the electric current and H is the magnetic field and the integral passes around the stream through a closed path. When the measuring fiber is wound with an integer number of turns around the current-carrying line, and each point in the measuring fiber has a constant sensitivity with respect to the magnetic field, the rotation of the polarization plane of the light in the fiber depends on the current conducted in the line and is not sensitive to all externally generated magnetic fields, for example, those generated by nearby wires. The angle ΔΦ about which the polarization plane of the light rotates in the presence of a magnetic field is given by: ΔΦ = V∫H · dL where V is the Verdet constant of the fiberglass.

Die optische Messfaser führt das Wegintegral des Magnetfeldes entlang seines Weges durch, welches proportional zu dem Strom in der Leitung ist, wenn dieser Weg in sich geschlossen ist. Daher gilt: ΔΦ = VNI, wobei N die Anzahl der Windungen der Messfaser ist, welche um die stromführende Leitung gewickelt ist. Die Drehung des Polarisationszustandes des Lichtes aufgrund des Vorhandenseins eines elektrischen Stroms kann gemessen werden, indem beispielsweise Licht mit einem linearen Polarisationszustand in die Messregion geführt und anschließend der Polarisationszustand des Lichtes, nachdem es den Messbereich verlassen hat, analysiert wird. Alternativ repräsentiert ΔΦ die zusätzliche Phasenschiebung, welche eine zirkular polarisierte Lichtwelle erfährt, die sich in der Messfaser ausbreitet.The optical measuring fiber performs the path integral of the magnetic field along its path, which is proportional to the current in the line when this path is self-contained. Therefore, ΔΦ = VNI, where N is the number of turns of the measuring fiber wound around the current-carrying line. The rotation of the polarization state of the light due to the presence of an electric current can be measured by, for example, guiding light having a linear polarization state into the measurement region and then analyzing the polarization state of the light after it has left the measurement region. Alternatively, ΔΦ represents the additional phase shift experienced by a circularly polarized light wave propagating in the sensing fiber.

Diese Technik betrifft einen In-line faseroptischen Stromsensor, welcher in US Patent Nr. 5,644,397 offenbart ist, erteilt am 1. Juli 1997 an den Erfinder James N. Blake mit dem Titel ”Fiber Optic Interferometric Circuit and Magnetic Field Sensor”, dessen gesamte Offenbarung in die vorliegende Anmeldung durch Inbezugnahme aufgenommen ist. Faseroptische Sensoren sind ferner in US Patent Nr. 5,696,858 offenbart, erteilt am 9. Dezember 1997 an den Erfinder James N. Blake mit dem Titel ”Fiber Optics Apparatus and Method for Accurate Current Sensing” und US Patent Nr. 6,188,811 an James N. Blake mit dem Titel ”Fiber Optic Current Sensor”, deren gesamte Offenbarung in die vorliegende Anmeldung durch Inbezugnahme aufgenommen sind.This technique relates to an in-line fiber optic current sensor which is incorporated in US Pat U.S. Patent No. 5,644,397 issued July 1, 1997 to the inventor James N. Blake entitled "Fiber Optic Interferometric Circuit and Magnetic Field Sensor", the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. Fiber optic sensors are further in U.S. Patent No. 5,696,858 issued December 9, 1997 to the inventor James N. Blake entitled "Fiber Optics Apparatus and Method for Accurate Current Sensing" and U.S. Patent No. 6,188,811 to James N. Blake, entitled "Fiber Optic Current Sensor," the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

Diese Arten von faseroptischen Stromsensoren haben beispielsweise den Vorteil, dass sie in einem sehr breiten Dynamikbereich arbeiten. Hierdurch kann ein einziger optischer Stromsensor sowohl als Schutzvorrichtung als auch als Messvorrichtung dienen. Anwendungen in einigen Leistungsleitungen erfordern die Fähigkeit, Ströme von bis zu 170 kA zu messen, um Einschaltströme mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent handhaben zu können, und gleichzeitig ein Stromniveau von 1 A innerhalb weniger Zehntel einer Prozentgenauigkeit zu messen. Andere Anwendungen erfordern Messungen eines Effektivwerts des Stroms („rms current”) in einem breiten Dynamikbereich. Weitere Anwendungen erfordern genaue Messungen einer großen Anzahl von Harmonischen neben der fundamentalen Frequenz eines Leistungsstroms, um die Leistungsqualität zu bestimmen.For example, these types of fiber optic current sensors have the advantage of operating in a very wide dynamic range. As a result, a single optical current sensor can serve both as a protective device and as a measuring device. Applications in some power lines require the ability to measure currents of up to 170 kA in order to handle inrush currents with a precision of a few percent while measuring a current level of 1 A within a few tenths of a percent accuracy. Other applications require measurements of rms current in a wide dynamic range. Other applications require accurate measurements of a large number of harmonics besides the fundamental frequency of a power current to determine the power quality.

Digitale Messwandler („digital instrument transformer”, DIT) können genaue und verlässliche Strom- und Spannungsmessungen für, zum Beispiel, Leistungsübertragungs-Systeme wie auch Starkstrom-Gleichstromanwendungen bereitstellen. Optische und/oder nicht-optische Sensoren werden zum Erhalten der gewünschten Strom- und Spannungsmessungen verwendet. Bei kritischeren Arbeiten werden hingegen eher redundante Sensoren verwendet, so dass die Arbeit fortgesetzt werden kann, selbst wenn ein Sensor ausfällt (z. B. defekt ist). Dies erhöht jedoch die Kosten und die Komplexität des Systems. Die digitalen Messwandler können ferner als ein Teil eines Schutzsystems in einem Leistungs-Übertragungssystem verwendet werden.Digital instrument transformers (DITs) can provide accurate and reliable current and voltage measurements for, for example, power transmission systems as well as high current DC applications. Optical and / or non-optical sensors are used to obtain the desired current and voltage measurements. In more critical work, on the other hand, more redundant sensors are used so that the work can continue, even if a sensor fails (eg is defective). However, this increases the cost and complexity of the system. The digital transducers may also be used as part of a protection system in a power transmission system.

Ein Beispiel redundanter Sensoren für einen herkömmlichen digitalen Messwandler und entsprechender, in 1 gezeigter, Relais wird nun beschrieben. Der digitale Messwandler 2 umfasst vier Sensoren 4, 6, 8 und 10, vier dazugehörige Sätze von Sensorelektroniken 16, 18, 20 und 22 und einen Isolator 12 (der Isolator kann optional sein, da nicht alle digitalen Messwandler einen Isolator verwenden). Während in 1 vier Sensoren gezeigt sind, versteht der Fachmann, dass jeder Sensor drei Sensorelemente darstellen kann (einen für jede (stromführende) Phase der Leistung). Diese Sensoren können dazu verwendet werden, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom einer Leistungsübertragungsleitung zu messen. Vier entsprechende Sätze von Sensorelektroniken 16, 18, 20 und 22 empfangen jeweils eine Ausgabe von wenigstens ihrem entsprechenden Sensor, zum Beispiel, stellt Sensor 4 Information für seine Sensorelektronik 16 bereit. Diese Sensoren 4, 6, 8 und 10 und ihre entsprechenden Sätze von Sensorelektroniken 16, 18, 20 und 22 werden dazu verwendet, das Hauptschutzrelais 24 und das Ersatzrelais 26 sowie ihre damit verbundenen Aufweckfunktionen 28 und 30 zu betreiben. Im Betrieb werden zwei Sensoren dazu verwendet, das Hauptrelais 24 zu betreiben und zwei Sensoren werden dazu verwendet, das Ersatzrelais 26 zu betreiben. Beispielsweise erfordert jedes der Relais 24 und 26, dass beide der mit ihnen assoziierten Sensoren übereinstimmen, damit das Auftreten eines Fehlers validiert wird. Auf diese Weise kann ein einziger fehlerhafter Sensor nicht verursachen, dass ein Relais ausgelöst wird. Die Aufweckfunktion 28 und 30 müssen aktiviert sein, damit ihre damit assoziierten Relais betrieben werden.An example of redundant sensors for a conventional digital transducer and equivalent, in 1 Shown relay will now be described. The digital transducer 2 includes four sensors 4 . 6 . 8th and 10 , four related sets of sensor electronics 16 . 18 . 20 and 22 and an insulator 12 (the isolator may be optional, as not all digital transducers use an isolator). While in 1 four sensors are shown, the skilled person understands that each sensor can represent three sensor elements (one for each (live) phase of the power). These sensors can be used to measure, for example, a voltage or a current of a power transmission line. Four corresponding sets of sensor electronics 16 . 18 . 20 and 22 each receive an output from at least its corresponding sensor, for example, represents sensor 4 Information for his sensor electronics 16 ready. These sensors 4 . 6 . 8th and 10 and their corresponding sets of sensor electronics 16 . 18 . 20 and 22 are used for the main protection relay 24 and the replacement relay 26 as well as their associated wake-up functions 28 and 30 to operate. In operation, two sensors are used, the main relay 24 to operate and two sensors are used to replace the replacement relay 26 to operate. For example, each of the relays requires 24 and 26 in that both of the sensors associated with them match to validate the occurrence of an error. In this way, a single faulty sensor can not cause a relay to trip. The wake-up function 28 and 30 must be activated to operate their associated relays.

Zurückkommend auf 1 müssen daher beide Sensoren 4 und 6 (und die entsprechenden Sätze von Sensorelektroniken 16 und 18) einen Fehler anzeigen, damit das Hauptrelais 24 betrieben wird. Beide Sensoren 8 und 10 müssen einen Fehler anzeigen, damit das Ersatzrelais 26 betrieben wird. Wenn einer der Sensoren 4 oder 6 versagt, kann das Hauptrelais 24 nicht betrieben werden. Und wenn einer der Sensoren 8 oder 10 versagt, kann das Ersatzrelais 26 nicht betrieben werden. Auf diese Weise ist Schutz gewährleistet, wenn ein einzelner Sensor versagt. Um den Schutz in diesem herkömmlichen digitalen Messwandler 2 außer Kraft zu setzen, müssen entweder zwei Sensoren versagen oder eines der Relais 24, 26 und einer der Sensoren 4, 6, 8, 10 müssen versagen, zum Beispiel das Hauptrelais 24 und Sensor 8 oder 10 versagen oder das Ersatzrelais 26 und Sensor 4 oder 6 versagen.Coming back to 1 therefore have both sensors 4 and 6 (and the corresponding sets of sensor electronics 16 and 18 ) indicate an error so that the main relay 24 is operated. Both sensors 8th and 10 must display an error so the replacement relay 26 is operated. If one of the sensors 4 or 6 failed, the main relay 24 not be operated. And if one of the sensors 8th or 10 failed, the replacement relay can 26 not be operated. This ensures protection when a single sensor fails. To the protection in this conventional digital transducer 2 To override either two sensors must fail or one of the relays 24 . 26 and one of the sensors 4 . 6 . 8th . 10 have to fail, for example, the main relay 24 and sensor 8th or 10 fail or the replacement relay 26 and sensor 4 or 6 to fail.

Dieses herkömmliche Schema mit vier Sensoren stellt eine hohe Verlässlichkeit bei jedoch hohen Kosten bereit. Dementsprechend wäre es wünschenswert, ein robustes Schutzsystem bei niedrigen Kosten bereitzustellen.This conventional four-sensor scheme provides high reliability but at a high cost. Accordingly, it would be desirable to provide a robust protection system at a low cost.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein digitaler Messwandler zur Verwendung in einem Leistungsübertragungs-System bereitgestellt, wobei der digitale Messwandler umfasst: eine erste Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine erste Ausgabe eines ersten Sensors zu verarbeiten; eine zweite Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine zweite Ausgabe eines zweiten Sensors zu verarbeiten; wobei der erste und der zweite Sensor dazu konfiguriert sind, entweder einen Strom oder eine Spannung zu messen; wenigstens einen Prozessor, welcher dazu konfiguriert ist, die Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung zu vergleichen; und wobei der wenigstens eine Prozessor dazu konfiguriert ist, wenigstens ein Ausgabesignal als Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen.According to one embodiment, there is provided a digital transducer for use in a power transmission system, the digital transducer comprising: a first electronic signal processing device configured to process a first output of a first sensor; a second electronic signal processing device configured to process a second output of a second sensor; wherein the first and second sensors are configured to measure either a current or a voltage; at least one processor configured to compare the outputs of the first electronic signal processing device and the second electronic signal processing device; and wherein the at least one processor is configured to generate at least one output signal as a result of the comparison.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein digitaler Messwandler zur Verwendung in einem Leistungsübertragungs-System bereitgestellt, wobei der digitale Messwandler umfasst: eine erste Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine erste Ausgabe eines ersten Sensors zu verarbeiten; eine zweite Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine zweite Ausgabe eines zweiten Sensors zu verarbeiten; wobei der erste und der zweite Sensor dazu konfiguriert sind, entweder einen Strom oder eine Spannung zu messen; wenigstens einen Vorhersagefilter, welcher dazu konfiguriert ist, basierend auf vorangegangenen Messungen des besagten Stroms oder der besagten Spannung wenigstens eine Vorhersageausgabe bereitzustellen; wenigstens einen Prozessor, welcher dazu konfiguriert ist, die Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und des wenigstens einen Vorhersagefilters zu vergleichen; und wobei der wenigstens eine Prozessor dazu konfiguriert ist, wenigstens ein Ausgabesignal als Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen.According to one embodiment, there is provided a digital transducer for use in a power transmission system, the digital transducer comprising: a first electronic signal processing device configured to process a first output of a first sensor; a second electronic signal processing device configured to process a second output of a second sensor; wherein the first and second sensors are configured to measure either a current or a voltage; at least one prediction filter configured to provide at least one prediction output based on previous measurements of said stream or said voltage; at least one processor configured to compare the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device, and the at least one predictive filter; and wherein the at least one processor is configured to generate at least one output signal as a result of the comparison.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung von Relais, welche mit einem digitalen Messwandler zur Verwendung in einem Leistungs-Übertragungs-System assoziiert sind, bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Verarbeiten einer ersten Ausgabe eines ersten Sensors durch eine erste Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung; Verarbeiten einer zweiten Ausgabe eines zweiten Sensors durch eine zweite Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung; Messen eines selben Stroms oder einer selben Spannung durch den ersten und den zweiten Sensor; Bereitstellen wenigstens einer Vorhersageausgabe basierend auf vorangegangenen Messungen des besagten Stroms oder der besagten Spannung durch wenigstens einen Vorhersagefilter; Vergleichen der Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und des wenigstens einen Vorhersagefilters durch wenigstens einen Prozessor; und Erzeugen wenigstens eines Ausgabesignals als ein Ergebnis des Vergleichs durch den wenigstens einen Prozessor.According to one embodiment, there is provided a method of controlling relays associated with a digital transducer for use in a power transmission system, the method comprising: processing a first output of a first sensor by a first electronic signal processing device; Processing a second output of a second sensor by a second electronic signal processing device; Measuring a the same current or voltage through the first and second sensors; Providing at least one prediction output based on previous measurements of said stream or said voltage by at least one prediction filter; Comparing the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device and the at least one prediction filter by at least one processor; and generating at least one output signal as a result of the comparison by the at least one processor.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Satz (System) von Sensorelektroniken zur Verwendung in einem digitalen Messwandler vorgeschlagen, wobei der Satz von Sensorelektroniken umfasst: eine erste Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine erste Ausgabe eines ersten Sensors zu verarbeiten; eine zweite Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine zweite Ausgabe eines zweiten Sensors zu verarbeiten; wenigstens einen Vorhersagefilter, welcher dazu konfiguriert ist, basierend auf vorangegangenen Messungen eines Stroms oder einer Spannung wenigstens eine Vorhersageausgabe bereitzustellen; wenigstens einen Prozessor, welcher dazu konfiguriert ist, die Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und des wenigstens einen Vorhersagefilters zu vergleichen; und wobei der wenigstens eine Prozessor dazu konfiguriert ist, wenigstens ein Ausgabesignal als Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen.According to one embodiment, a set (system) of sensor electronics for use in a digital transducer is proposed, the set of sensor electronics comprising: a first electronic signal processing device configured to process a first output of a first sensor; a second electronic signal processing device configured to process a second output of a second sensor; at least one prediction filter configured to provide at least one prediction output based on previous measurements of a current or voltage; at least one processor configured to compare the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device, and the at least one predictive filter; and wherein the at least one processor is configured to generate at least one output signal as a result of the comparison.

Die beigefügten Zeichnungen stellen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar, wobeiThe accompanying drawings illustrate exemplary embodiments of the present invention, wherein

1 einen herkömmlichen digitalen Messwandler und Relais darstellt; 1 represents a conventional digital transducer and relay;

2 einen digitalen Messwandler und Relais gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt; 2 a digital transducer and relay according to an exemplary embodiment;

3 einen Satz (System) von Elektroniken gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt; 3 shows a set (system) of electronics according to an exemplary embodiment;

4 die möglichen Ergebnisse eines Auswahl-Algorithmus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt; 4 illustrates the possible results of a selection algorithm according to an example embodiment;

5 einen weiteren digitalen Messwandler und Relais gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt; 5 Figure 12 illustrates another digital transducer and relay according to an example embodiment;

6 einen weiteren Satz (System) von Elektroniken gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt; 6 another set (system) of electronics according to an exemplary embodiment;

7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist; und 7 FIG. 3 is a flowchart of a method according to an example embodiment; FIG. and

8 einen faseroptischen Stromsensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt. 8th shows a fiber optic current sensor according to an exemplary embodiment.

Die nachfolgende, detaillierte Beschreibung der Erfindung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Selbe Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen selbe oder ähnliche Elemente. Ferner beschränkt die folgende, detaillierte Beschreibung die Erfindung nicht.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings. Same reference numerals in different drawings indicate same or similar elements. Furthermore, the following detailed description does not limit the invention.

Eine beispielhafte Ausführungsform eines digitalen Messwandlers und damit assoziierter Relais, welche beispielweise in einem Leistungsübertragungs-System verwendet werden, werden nachfolgend mit Bezug auf 2 beschrieben. Der beispielhafte digitale Messwandler 32 umfasst zwei Sensoren 34 und 36, welche an einem Isolator 38 angeordnet sind (der Isolator 38 kann optional sein, da nicht alle digitalen Messwandler einen solchen Isolator verwenden), und zwei Sätze von Sensorelektroniken 40 und 42. Obgleich in 2 zwei Sensoren gezeigt sind, kann jeder Sensor drei Sensorelemente (eines für jede (stromführende) Phase der Leistung) repräsentieren. Diese Sensoren, zum Beispiel optische Sensoren oder nicht-optische Sensoren, können dazu verwendet werden, beispielweise eine Spannung oder einen Strom einer Leistungsübertragungsleitung zu messen. Die Sensorelektronik 40 des ersten Sensors (nachfolgend als Sensor-1-Elektronik bezeichnet) empfängt seine Eingabe von dem ersten Sensor 34. Die Elektronik 42 des zweiten Sensors (nachfolgend als Sensor-2-Elektronik bezeichnet) empfängt seine Eingabe von dem zweiten Sensor 36. Die Sensor-1-Elektronik 40 und die Sensor-2-Elektronik 42 können miteinander über eine Kommunikationsverbindung 44 innerhalb des Geräts kommunizieren. Ein Hauptrelais 46 und ein Ersatzrelais 48 stellen redundante Relais bereit. Eine Aufweckfunktion 50 kann aktiviert werden, damit das Hauptrelais betrieben werden kann. Ferner kann eine Aufweckfunktion 52 aktiviert werden, damit das Ersatzrelais betrieben werden kann. Die Aufweckfunktionen sind, wie nachfolgend beschrieben wird, optionale Merkmale.An exemplary embodiment of a digital transducer and associated relays, which are used, for example, in a power transmission system will be described below with reference to FIG 2 described. The exemplary digital transducer 32 includes two sensors 34 and 36 which is attached to an insulator 38 are arranged (the insulator 38 may be optional, because not all digital transducers use such an isolator), and two sets of sensor electronics 40 and 42 , Although in 2 If two sensors are shown, each sensor can represent three sensor elements (one for each (live) phase of the power). These sensors, for example optical or non-optical sensors, may be used to measure, for example, a voltage or current of a power transmission line. The sensor electronics 40 of the first sensor (hereinafter referred to as sensor 1 electronics) receives its input from the first sensor 34 , The Electronic 42 of the second sensor (hereinafter referred to as sensor-2 electronics) receives its input from the second sensor 36 , The sensor 1 electronics 40 and the sensor 2 electronics 42 can communicate with each other via a communication link 44 communicate within the device. A main relay 46 and a spare relay 48 provide redundant relays. A wake up function 50 can be activated so that the main relay can be operated. Furthermore, a wake-up function 52 be activated so that the replacement relay can be operated. The wake-up functions are optional features as described below.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der erste Sensor 34 dazu verwendet werden, sowohl die Aufweckfunktion 50 wie auch das Hauptrelais 46 zu steuern, jedoch sollte die Ausgabe des Sensors 34 auf Richtigkeit überprüft werden, indem entweder eine Echtzeitausgabe oder eine vorhergesagte Ausgabe des zweiten Sensors 36 verwendet wird. Der zweite Sensor 36 kann dazu verwendet werden, sowohl die Aufweckfunktion 52 wie auch das Ersatzrelais 48 zu steuern, jedoch sollte die Ausgabe des Sensors 36 auf Richtigkeit überprüft werden, indem entweder eine Echtzeitausgabe oder eine vorhergesagte Ausgabe des ersten Sensors 34 verwendet wird. Wenn einer der Sensoren 34 oder 36 versagt, kann der verbleibende funktionsfähige Sensor eine Eingabe für sowohl das Hauptschutzsystem wie auch das Ersatzschutzsystem bereitstellen. Es müssen zwei Versagen auftreten, um den Schutz, den dieses System bietet, außer Kraft zu setzen. Wenn beide Sensoren versagen, ist die Schutzwirkung des Systems außer Kraft. Außerdem kann das Versagen eines Relais und eines Sensors dazu führen, dass die Schutzwirkung außer Kraft ist, zum Beispiel wenn das Hauptrelais 46 und der erste Sensor 34 versagen oder wenn das Ersatzrelais 48 und der zweite Sensor 36 versagen. Beispielhafte Leistungsübertragungs-Systeme, in welchen die hierin beschriebenen digitalen Messwandler verwendet werden, umfassen Systeme von bis zu 800 kV, bis zu 1200 kV oder mehr.According to an exemplary embodiment, the first sensor 34 used to both the wake-up function 50 as well as the main relay 46 to control, however, should the output of the sensor 34 checked for accuracy by either a real-time output or a predicted output of the second sensor 36 is used. The second sensor 36 can be used to both the wake-up function 52 as also the replacement relay 48 to control, however, should the output of the sensor 36 checked for accuracy by either a real-time output or a predicted output of the first sensor 34 is used. If one of the sensors 34 or 36 failed, the remaining operational sensor may provide input to both the main protection system and the backup protection system. There must be two failures to override the protection that this system offers. If both sensors fail, the protective effect of the system is ineffective. In addition, the failure of a relay and a sensor can cause the protective effect to be ineffective, for example, when the main relay 46 and the first sensor 34 fail or if the replacement relay 48 and the second sensor 36 to fail. Exemplary power transmission systems employing the digital transducers described herein include systems of up to 800 kV, up to 1200 kV or more.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verwenden von vorhergesagter Information dazu verwendet werden, die Anzahl von in dem digitalen Messwandler 32 verwendeten Sensoren im Vergleich zu der Anzahl von Sensoren, die üblicherweise verwendet werden, zu reduzieren. Eine beispielhafte Sensor-1-Elektronik 40 und eine beispielhafte Sensor-2-Elektronik 42, welche diese vorhergesagte Information erzeugen, sind in 3 gezeigt und werden nachfolgend beschrieben. Die Sensor-1-Elektronik 40 umfasst eine Sensor-1-Signalverarbeitung 54, einen Vorhersagefilter 56, einen Auswahl-Algorithmus 58, eine Ausgabe 1 zu der Aufweckfunktion 50 und eine Ausgabe 2 zu dem Hauptrelais 46. Die Sensor-2-Elektronik 42 umfasst eine Sensor-2-Signalverarbeitung 60, einen Vorhersagefilter 62, einen Auswahl-Algorithmus 64, eine Ausgabe 3 zu der Aufweckfunktion 52 und eine Ausgabe 4 zu dem Ersatzrelais 48.According to an example embodiment, using predicted information may be used to determine the number of times in the digital transducer 32 used sensors compared to the number of sensors that are commonly used to reduce. An exemplary sensor-1 electronics 40 and an exemplary sensor-2 electronics 42 which generate this predicted information are in 3 and are described below. The sensor 1 electronics 40 includes a sensor 1 signal processing 54 , a predictive filter 56 , a selection algorithm 58 , an issue 1 to the wake-up function 50 and an output 2 to the main relay 46 , The sensor 2 electronics 42 includes a sensor 2 signal processing 60 , a predictive filter 62 , a selection algorithm 64 , an issue 3 to the wake-up function 52 and an output 4 to the spare relay 48 ,

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform hat die Sensor-1-Signalverarbeitung 54 eine Ausgabe S1, welche von dem Vorhersagefilter 56 und den Auswahl-Algorithmen 58 und 64 empfangen wird. Der Vorhersagefilter 56 verwendet das Signal S1, um eine Vorhersage dessen zu erzeugen, wie das Ausgabesignal S1 in der Zukunft sein wird. Beispielsweise kann der Vorhersagefilter 56 eine vorhergesagte Ausgabe S2 herleiten, indem die unmittelbare Vergangenheit des Signals S1 verwendet wird. Die unmittelbare Vergangenheit des Signals S1 kann beispielsweise, je nach Anwendung, eine Zeitdauer von weniger als einer Millisekunde oder einigen Sekunden betragen. Eine ähnliche Verarbeitung wird in der Sensor-2-Elektronik 42 durchgeführt, um eine vorhergesagte Ausgabe S4 basierend auf der Ausgabe S3 zu erzeugen. Jeder Auswahl-Algorithmus 58 und 64 vergleicht die vier Ausgaben (S1, S2, S3 und S4) und eine Auswahl wird getroffen. Anschließend kann ein Algorithmus dazu verwendet werden, die Auswahl zu interpretieren, wobei, je nach Anwendung, schlechte Daten zurückgewiesen werden und gute Daten an die Relais gesendet werden.According to an exemplary embodiment, the sensor 1 signal processing has 54 an output S1 which is from the prediction filter 56 and the selection algorithms 58 and 64 Will be received. The prediction filter 56 uses the signal S1 to generate a prediction of what the output signal S1 will be in the future. For example, the prediction filter 56 derive a predicted output S2 using the immediate past of signal S1. For example, the immediate past of signal S1 may be less than one millisecond or a few seconds, depending on the application. A similar processing is used in the sensor 2 electronics 42 to generate a predicted output S4 based on the output S3. Each selection algorithm 58 and 64 compares the four outputs (S1, S2, S3 and S4) and a selection is made. An algorithm can then be used to interpret the selection, rejecting poor data and sending good data to the relays, depending on the application.

Gemäß einiger Ausführungsformen kann bei der Interpretation der Auswahl bestimmt werden, ob eine Ausgabe (S1 bis S4) fehlerhaft ist, aber auch ob der Sensor oder der Vorhersagefilter, welcher mit der Ausgabe assoziiert ist, fehlerhaft ist. Wenn eine Ausgabe als fehlerhaft bestimmt ist, können korrigierende Maßnahmen durchgeführt werden, zum Beispiel: Austauschen der fehlerhaften Ausgabe durch eine fehlerfreie Ausgabe, Kennzeichnen der fehlerhaften Ausgabe als ungültig oder Abschalten der fehlerhaften Ausgabe. Der Auswahl-Algorithmus sowie das Interpretieren der Auswahl und anderer damit assoziierter Funktionen kann von einem Prozessor (mit entsprechendem Speicher) durchgeführt werden, welcher in der Sensor-1-Elektronik 40 und/oder der Sensor-2-Elektronik 42 angeordnet sein kann. Alternativ können die Auswahl-Algorithmen 58 und 64 wie auch die Vorhersagefilter 56 und 62 außerhalb ihrer entsprechenden Sensorelektroniken angeordnet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Auswahl-Algorithmen 58 und 64 jeweils auf ihrem eigenen Prozessor ausgeführt werden, so dass diese als Auswahl-Algorithmus-Prozessor 58 und Auswahl-Algorithmus-Prozessor 64 betrachtet werden können.According to some embodiments, in the interpretation of the selection, it may be determined whether an output (S1 to S4) is faulty, but also whether the sensor or prediction filter associated with the output is faulty. When an output is determined to be defective, corrective action may be taken, for example: replacing the erroneous output with an error-free output, flagging the erroneous output as invalid, or turning off the erroneous output. The selection algorithm as well as interpreting the selection and other functions associated therewith may be performed by a processor (with corresponding memory) located in the sensor-1 electronics 40 and / or the sensor 2 electronics 42 can be arranged. Alternatively, the selection algorithms 58 and 64 as well as the predictive filters 56 and 62 be arranged outside their corresponding sensor electronics. According to another embodiment, the selection algorithms 58 and 64 each run on their own processor, so this as a selection algorithm processor 58 and selection algorithm processor 64 can be considered.

Gemäß einer Ausführungsform können die vier Ausgaben (S1, S2, S3 und S4), wie oben beschrieben, während des Auswahlprozesses unterschiedliche Resultate erzeugen, so wie dies in 4 dargestellt ist. Wenn ein Leistungsübertragungs-System korrekt arbeitet, und somit auch die Sensoren 34 und 36 korrekt arbeiten, ist der Zustand S1 = S2 = S3 = S4 gegeben. Wenn andere Zustände gegeben sind, können unterschiedliche Fehler aufgetreten sein. Wenn beispielsweise S1 = S3 und S2 = S4, jedoch von S1 und S3 verschieden, ist ein echter Fehler in dem Leistungssystem aufgetreten, wie in Zeile 66 gezeigt. Ein weiteres Beispiel ist in Zeile 68 gezeigt: Wenn der Zustand ”S1 abweichend” (wobei S2 = S3 = S4) vorliegt, liefert der Auswahlprozess als Ergebnis, dass S1 fehlerhaft ist.According to an embodiment, as described above, the four outputs (S1, S2, S3, and S4) may produce different results during the selection process, as in FIG 4 is shown. When a power transmission system is working properly, and so are the sensors 34 and 36 work correctly, the state S1 = S2 = S3 = S4 is given. If other states exist, different errors may have occurred. For example, if S1 = S3 and S2 = S4 but different from S1 and S3, a true error has occurred in the power system, as in line 66 shown. Another example is in line 68 As a result, if the state is "S1 different" (where S2 = S3 = S4), the selection process provides that S1 is faulty.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein digitaler Messwandler 32 in einem System arbeiten, welches ein Hauptrelais 46 und ein Ersatzrelais 48, jedoch keine Aufweckfunktionen verwendet, wie dies in 5 dargestellt ist.According to a further embodiment, a digital transducer 32 working in a system which is a main relay 46 and a spare relay 48 but does not use wake-up functions, as in 5 is shown.

Gemäß einer weiteren, in 6 gezeigten Ausführungsform kann lediglich ein einziger Vorhersagefilter 56 verwendet werden. Dies ermöglicht ein 3-Auswahl-System, in welchem ein Sensor versagt hat, wenn S1 = S2, jedoch ungleich S3. Wenn sowohl S1 als auch S3 ungleich S2 sind, ist ein Fehler in dem Leistungsübertragungs-System aufgetreten. Während zwei Auswahl-Algorithmen 58 und 64 in 6 gezeigt sind, gibt es weitere Ausführungsformen, in denen lediglich ein einziger Auswahl-Algorithmus 58 oder 64 oder ein einziger Auswahl-Algorithmus-Prozessor verwendet wird. Zudem kann der Vorhersagefilter 56 in einer der Sensorelektroniken 40 oder 42 angeordnet sein.According to another, in 6 shown embodiment, only a single prediction filter 56 be used. This allows a 3-select system in which a sensor has failed if S1 = S2, but not equal to S3. If both S1 and S3 are not equal to S2, an error has occurred in the power transmission system. While two selection algorithms 58 and 64 in 6 are shown, there are further embodiments in which only a single selection algorithm 58 or 64 or a single selection algorithm processor is used. In addition, the prediction filter 56 in one of the sensor electronics 40 or 42 be arranged.

Gemäß einer Ausführungsform verwendet der Vorhersagefilter 56 das Ausgabesignal S1, um eine Vorhersage dessen zu erzeugen, wie Signal S1 in der Zukunft sein wird. Der Vorhersagefilter 56 kann ein Kamm-Filter, ein Tiefpass-Filter oder eine Kombination eines Kamm-Filters und eines Tiefpass-Filters sein. Alternativ kann auch die Steigung einer das Signal S1 repräsentierenden Linie auf Veränderungen überwacht werden, um eine vorhergesagte Ausgabe zu erzeugen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Vorhersagefilter ferner ein zuletzt bekannter Sensorwert, ein zuletzt bekannter Satz von Sensorwerten oder ein Mittel eines Satzes von Sensorwerten sein.According to one embodiment, the prediction filter uses 56 the output signal S1 to produce a prediction of how signal S1 will be in the future. The prediction filter 56 may be a comb filter, a low-pass filter or a combination of a comb filter and a low-pass filter. Alternatively, the slope of a line representing signal S1 may also be monitored for changes to produce a predicted output. In another embodiment, the prediction filter may further be a last known sensor value, a last known set of sensor values, or a mean of a set of sensor values.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung von Relais vorgeschlagen, welche mit einem digitalen Messwandler assoziiert sind, welcher in einem Leistungsübertragungs-System verwendet wird (siehe 7). Das Verfahren umfasst: In Schritt 70, Verarbeiten einer ersten Ausgabe eines ersten Sensors durch eine erste Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung; in Schritt 72, Verarbeiten einer zweiten Ausgabe eines zweiten Sensors durch eine zweite Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung; in Schritt 74, Messen eines Stromes oder einer Spannung durch den ersten und zweiten Sensor; Bereitstellen wenigstens einer auf den vorangegangenen Messungen des Stromes oder der Spannung basierenden Ausgabe durch wenigstens einen Vorhersagefilter; in Schritt 76, Vergleichen der Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und des wenigstens einen Vorhersagefilters durch einen Prozessor; und in Schritt 78, Erzeugen wenigstens eines Ausgabesignals als Ergebnis des Vergleichs. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können anstelle eines Prozessors ein einziger oder mehrere Prozessoren in dem in 7 gezeigten Verfahren verwendet werden.According to one embodiment, a method is proposed for controlling relays associated with a digital transducer used in a power transmission system (see 7 ). The method comprises: In step 70 Processing a first output of a first sensor by a first electronic signal processing device; in step 72 Processing a second output of a second sensor by a second electronic signal processing device; in step 74 Measuring a current or voltage through the first and second sensors; Providing at least one output based on the preceding current or voltage measurements by at least one prediction filter; in step 76 Comparing, by a processor, the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device and the at least one prediction filter; and in step 78 Generating at least one output signal as a result of the comparison. According to an alternative embodiment, instead of a processor, a single or multiple processors may be used in the in 7 used methods shown.

Gemäß einer Ausführungsform können die oben beschriebenen Sensoren 34 und 36 optische Sensoren sein. Ein beispielhafter faseroptischer Stromsensor wird nachfolgend mit Bezug auf 8 beschrieben. In 8 emittiert eine Lichtquelle 80 (zum Beispiel eine Superlumineszenzdiode (SLED)) Licht, welches einen zufälligen Polarisationszustand hat und in eine optische single-mode (SM) Faser gekoppelt wird. Optional ist das Licht durch einen Depolarisator 82 depolarisiert, sodass der Polarisationszustand des von dem Depolarisator 82 ausgegebenen Lichts zu etwa einer Hälfte Licht mit einem ersten linear polarisierten Zustand und zu dem Rest Licht mit einem zweiten linear polarisierten Zustand umfasst, wobei der erste linear polarisierte Zustand zu dem zweiten linear polarisierten Zustand orthogonal ist. Insbesondere sind die mit dem ersten linear polarisierten Zustand assoziierte erste lineare Polarisation und die mit dem zweiten linear polarisierten Zustand assoziierte zweite lineare Polarisation zueinander orthogonal.According to one embodiment, the sensors described above 34 and 36 be optical sensors. An exemplary fiber optic current sensor will be described below with reference to FIG 8th described. In 8th emits a light source 80 (For example, a superluminescent diode (SLED)) light which has a random state of polarization and is coupled into an optical single-mode (SM) fiber. Optionally, the light is through a depolarizer 82 depolarized, so that the state of polarization of the depolarizer 82 outputting about one half light having a first linearly polarized state and the remainder including light having a second linearly polarized state, the first linearly polarized state being orthogonal to the second linearly polarized state. In particular, the first linear polarization associated with the first linearly polarized state and the second linear polarization associated with the second linearly polarized state are orthogonal to each other.

Das depolarisierte Licht trifft auf einen polarisationsabhängigen Strahlteiler 84, wo es an einer Schnittstelle 85 eintritt. Der polarisationsabhängige Strahlteiler 84 teilt das depolarisierte Licht in dessen zwei Polarisationsanteile. Ein Polarisationsanteil (durch Pfeil A dargestellt) wird von einer Teilerfläche innerhalb des polarisationsabhängigen Strahlteilers 84 reflektiert und wird im wesentlichen innerhalb des Geräts gestreut (obwohl ein Teil des Lichts durch die Schnittstelle 85 zurückreflektiert werden könnte) und der andere Polarisationsanteil (durch Pfeil B dargestellt) wird durch die Schnittstelle 87 des polarisationsabhängigen Strahlteilers 84 transmittiert. In Vorwärtsrichtung (das heißt von der Quelle 80 zu dem reflektierenden Endteil 86 hin) fungiert der polarisationsabhängige Strahlteiler 84 als ein Polarisator, so dass Licht mit einem einzigen linearen Polarisationszustand, das heißt, mit einer einzigen linearen Polarisation, zu einem Faraday-Rotator 88 geführt wird.The depolarized light strikes a polarization-dependent beam splitter 84 where there is an interface 85 entry. The polarization-dependent beam splitter 84 divides the depolarized light into its two polarization components. A polarization component (represented by arrow A) is from a splitter surface within the polarization-dependent beam splitter 84 is reflected and diffused essentially within the device (although part of the light through the interface 85 back) and the other polarization component (represented by arrow B) is through the interface 87 of the polarization-dependent beam splitter 84 transmitted. In the forward direction (that is, from the source 80 to the reflective end part 86 towards) the polarization-dependent beam splitter acts 84 as a polarizer, so that light with a single linear polarization state, that is, with a single linear polarization, becomes a Faraday rotator 88 to be led.

Das auf den Faraday-Rotator 88 treffende, linear polarisierte Licht kann als zwei, im wesentlichen gleiche, zirkular polarisierte Wellenanteile betrachtet werden, zum Beispiel ein rechtshändig zirkular (RHC) polarisierter Wellenanteil und ein linkshändig zirkular (LHC) polarisierter Wellenanteil. Der Faraday-Rotator 88 führt passiv eine Verschiebung (Phasenverschiebung) zwischen dem RHC-Wellenanteil und dem LHC-Wellenanteil ein, um die Sensitivität des Detektors hinsichtlich des Betrags des Stroms, welcher durch eine Leitung 89 fließt, zu erhöhen. In dieser beispielhaften Ausführungsform führt der Faraday-Rotator 88 eine Phasenverschiebung von +22,5 Grad bei einer der RHC- und LHC-Wellenanteile und eine Phasenverschiebung von –22,5 Grad bei der anderen der RHC- und LHC-Wellenanteile ein. Das Licht wird anschließend auf eine λ/4-Platte ausgegeben, welche als Modenwandler fungiert, um das zirkular polarisierte Licht in ein linear polarisiertes Licht umzuwandeln.That on the Faraday rotator 88 The incident, linearly polarized light may be considered as two substantially equal circularly polarized wave components, for example, a right-handed circular (RHC) polarized wave component and a left-handed circular (LHC) polarized wave component. The Faraday rotator 88 Passively introduces a shift (phase shift) between the RHC wave component and the LHC wave component to increase the sensitivity of the detector with respect to the amount of current passing through a line 89 flows, increase. In this exemplary embodiment, the Faraday rotator performs 88 a phase shift of +22.5 degrees in one of the RHC and LHC wave components and a phase shift of -22.5 degrees in the other of the RHC and LHC wave components. The light is then output to a λ / 4 plate, which acts as a mode converter to convert the circularly polarized light into a linearly polarized light.

Anschließend wird das linear polarisierte Licht über eine die Polarisation erhaltende („polarization maintaining”, PM) Faser 91 zu einer weiteren λ/4-Platte 92 übertragen, welche als Modenwandler fungiert, um das linear polarisierte Licht zurück in zirkular polarisiertes Licht umzuwandeln. Die λ/4-Platte 90, die PM-Faser 91 und die λ/4-Platte 92 sind dazu vorgesehen, die Polarisationszustände (insbesondere die relative Phasenverschiebung zwischen den Polarisationsanteilen) des Lichtes zu erhalten, da der Detektor 94 darauf basiert, diese Phasenverschiebung zu detektieren, woraus die Stärke des durch die Leitung 89 fließenden Stroms bestimmt wird. In Abhängigkeit der Implementierung des faseroptischen Stromsensors gemäß dieser beispielhaften Ausführungsformen kann die PM-Faser 91 eine Länge von ca. einem oder zwei Metern bis zu einigen hundert Metern aufweisen, wobei es hilfreich ist, den Polarisationszustand der Komponenten und der Phasenverschiebungs-Information zu erhalten. Die lineare Polarisation wird in dieser beispielhaften Ausführungsform zur Übertragung des Lichts über diesen Teil des Systems verwendet, da linear polarisiertes Licht weniger sensitiv auf magnetische und mechanische Effekte ist, welche die Reinheit des Polarisationszustands der Lichtwellenanteile tendenziell verschlechtern.Subsequently, the linearly polarized light is transmitted through a polarization maintaining (PM) fiber 91 to another λ / 4 plate 92 which acts as a mode converter to convert the linearly polarized light back into circularly polarized light. The λ / 4 plate 90 , the PM fiber 91 and the λ / 4 plate 92 are intended to preserve the polarization states (in particular the relative phase shift between the polarization fractions) of the light, since the detector 94 based on detecting this phase shift, from which the strength of the through the line 89 flowing current is determined. Depending on the implementation of the fiber optic current sensor according to these exemplary embodiments, the PM fiber 91 a length of about one or two meters to several hundred meters, it is helpful to obtain the polarization state of the components and the phase shift information. The linear polarization is used in this exemplary embodiment to transmit the light across that part of the system because linearly polarized light is less sensitive to magnetic and mechanical effects that tend to degrade the purity of the polarization state of the lightwave components.

Nachdem das zirkular polarisierte Licht von der λ/4-Platte 92 ausgegeben wird, tritt es in eine Messfaser 96 ein, welche die Leitung 89 umgibt, in welcher der zu messende Strom geführt wird. Der Detektor 94 erzielt seine größte Sensitivität, wenn die zirkularen Zustände der Polarisation entlang der Messfaser 96 gut erhalten bleiben. Der in der Leitung 89 geführte Strom führt zu einer zusätzlichen Phasenverschiebung zwischen den RHC- und LHC-Wellenanteilen des Lichtes, welches durch die Messfaser 96 geführt wird, wobei für die zusätzliche Phasenverschiebung gilt: ΔΦ = VNI, kumuliert 2VNI. Anschließend erreicht das Licht das reflektierende Endteil 86, zum Beispiel einen Spiegel, wo das Licht zurückreflektiert wird und die Messfaser 96 hin zu der λ/4-Platte 92 durchläuft. Während des Rückwegs durch die Messfaser 96 erfahren die RHC- und LHC-Wellenanteile des Lichts eine zweite Phasenverschiebung von 2VNI, so dass auf dem Hin- und Rückweg insgesamt eine Phasenverschiebung von 4VNI auftritt. Diese zweite Phasenverschiebung kumuliert mit der ersten Phasenverschiebung (anstelle diese zu verschieben), da der Polarisationssinn der RHC- und LHC-Wellenanteile beim Auftreffen auf das reflektierende Endteil umgekehrt wird und das Licht auf dem Rückweg das von dem in der Leitung 89 geführten Strom erzeugte Magnetfeld in der entgegengesetzten Richtung durchläuft.After the circularly polarized light from the λ / 4 plate 92 is output, it enters a measuring fiber 96 one, which the line 89 surrounds, in which the current to be measured is performed. The detector 94 achieves its greatest sensitivity when the circular states of polarization along the measuring fiber 96 to be well preserved. The one in the line 89 guided current leads to an additional phase shift between the RHC and LHC wave portions of the light passing through the measuring fiber 96 for the additional phase shift ΔΦ = VNI, cumulative 2VNI. Subsequently, the light reaches the reflective end part 86 For example, a mirror where the light is reflected back and the measuring fiber 96 towards the λ / 4 plate 92 passes. During the return journey through the measuring fiber 96 The RHC and LHC wave components of the light undergo a second phase shift of 2VNI, so that a total of 4VNI phase shift occurs on the outward and return path. This second phase shift cumulates with (rather than displaces) the first phase shift since the sense of polarization of the RHC and LHC wave components is reversed on impact with the reflective end portion and the light on the return path is reversed from that in the line 89 passed current generated magnetic field in the opposite direction.

Das Licht wird von der λ/4-Platte 92 für den Rückweg durch die PM-Faser 91 in linear polarisiertes Licht zurückgewandelt und anschließend wieder von der λ/4-Platte 90 in zirkular polarisiertes Licht gewandelt. Wiederum wird das Licht von dem Faraday-Rotator 88 in der Phase verschoben, so dass die kumulierte Phasenverschiebung zwischen dem RHC- und LHC-Wellenanteil 90 Grad + 4VNI beträgt. Das von dem Faraday-Rotator 88 ausgegebene Licht tritt in den polarisationsabhängigen Strahlteiler 84 ein. Ein Teil des von dem Faraday-Rotator ausgegebenen Lichts (ein Anteil, welcher von der kumulierten Phasenverschiebung abhängig ist, welche während des Hin- und Rückwegs aufgetreten ist) hat eine Polarisation, aufgrund welcher das Licht zu der Schnittstelle 95 des polarisationsabhängigen Strahlteilers 84 hin zu dem Detektor 94 reflektiert wird (wie dies durch den Pfeil C in 1 dargestellt ist). Der Rest des Lichtes wird durch die Schnittstelle 85 des polarisationsabhängigen Strahlteilers 84 hin zu der Quelle 80 transmittiert (wie dies durch den Pfeil D in 1 dargestellt ist) und kann je nach Bedarf isoliert oder absorbiert werden. In diesem Zusammenhang ist die Schnittstelle 95 die nicht-reziproke Schnittstelle des polarisationsabhängigen Strahlteilers 84, da das durch den Pfeil C repräsentierte Licht den polarisationsabhängigen Strahlteiler 84 durch eine andere Schnittstelle auf dem Rückweg verlässt als es auf dem Hinweg in den polarisationsabhängigen Strahlteiler 84 eingetreten ist (Schnittstelle 85). Dementsprechend verlässt das durch den Pfeil D repräsentierte zurückgeführte Licht den polarisationsabhängigen Strahlteiler 84 durch die reziproke Schnittstelle 85.The light is from the λ / 4 plate 92 for the return path through the PM fiber 91 converted back into linearly polarized light and then back from the λ / 4 plate 90 converted into circularly polarized light. Again, the light is from the Faraday rotator 88 shifted in phase so that the cumulative phase shift between the RHC and LHC wave components is 90 degrees + 4VNI. That of the Faraday rotator 88 output light enters the polarization-dependent beam splitter 84 one. A portion of the light output by the Faraday rotator (a fraction that depends on the cumulative phase shift that occurred during the outward and return path) has a polarization that causes the light to go to the interface 95 of the polarization-dependent beam splitter 84 towards the detector 94 is reflected (as indicated by the arrow C in 1 is shown). The rest of the light is through the interface 85 of the polarization-dependent beam splitter 84 to the source 80 transmitted (as indicated by the arrow D in 1 is shown) and can be isolated or absorbed as needed. In this context, the interface 95 the non-reciprocal interface of the polarization-dependent beam splitter 84 since the light represented by the arrow C is the polarization-dependent beam splitter 84 through a different interface on the way back than it leaves on the way to the polarization-dependent beam splitter 84 occurred (interface 85 ). Accordingly, the recirculated light represented by the arrow D leaves the polarization-dependent beam splitter 84 through the reciprocal interface 85 ,

Der Detektor 94 erzeugt Intensitätsdaten, aus denen die Phasenverschiebung zwischen den Wellenanteilen des Lichtes, welches über den Rückweg zu dem Detektor gelangt, bestimmt werden kann. Diese Phasenverschiebung wird in Relation zu dem Strom gesetzt, welcher durch die Leitung 89 fließt, und kann somit dazu verwendet werden, eine Strommessung durchzuführen. Beispielsweise kann der Detektor 94 mit einem Signalprozessor 98 verbunden sein (zum Beispiel ein Steuersignalprozessor), welcher dazu verwendet werden kann, basierend auf der von dem Detektor 94 empfangenen Detektionsintensität einen 60 Hz Strom zu bestimmen, welcher mit der detektierten Phasenverschiebung assoziiert ist.The detector 94 generates intensity data from which the phase shift between the wave components of the light which reaches the detector via the return path can be determined. This phase shift is set in relation to the current passing through the line 89 flows, and thus can be used to carry out a current measurement. For example, the detector 94 with a signal processor 98 be connected (for example, a control signal processor), which can be used, based on that of the detector 94 received detection intensity to determine a 60 Hz current, which is associated with the detected phase shift.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein digitaler Messwandler zur Verwendung in einem Leistungsübertragungs-System: eine erste Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine erste Ausgabe eines ersten Sensors zu verarbeiten; eine zweite Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine zweite Ausgabe eines zweiten Sensors zu verarbeiten; wobei der erste und der zweite Sensor dazu konfiguriert sind, entweder einen Strom oder eine Spannung zu messen; wenigstens einen Vorhersagefilter, welcher dazu konfiguriert ist, basierend auf vorangegangenen Messungen des besagten Stroms oder der besagten Spannung wenigstens eine Vorhersageausgabe bereitzustellen; und einen Prozessor, welcher dazu konfiguriert ist, die Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und des wenigstens einen Vorhersagefilters zu vergleichen; und wobei der wenigstens eine Prozessor dazu konfiguriert ist, wenigstens ein Ausgabesignal als Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen.According to one embodiment, a digital transducer for use in a power transmission system comprises: a first electronic signal processing device configured to process a first output of a first sensor; a second electronic signal processing device configured to process a second output of a second sensor; wherein the first and second sensors are configured to measure either a current or a voltage; at least one prediction filter configured to provide at least one prediction output based on previous measurements of said stream or said voltage; and a processor configured to control the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device, and the at least one Compare prediction filter; and wherein the at least one processor is configured to generate at least one output signal as a result of the comparison.

Der digitale Messwandler kann ferner eine Funktion umfassen, welche dazu konfiguriert ist, basierend auf dem Vergleich der Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und des wenigstens einen Vorhersagefilters zu bestimmen, ob eine Sensorausgabe als fehlerhaft bestimmt ist. Ferner kann die Funktion dazu konfiguriert sein, wenn eine Ausgabe als fehlerhaft bestimmt ist, die fehlerhafte Ausgabe durch eine fehlerfreie Ausgabe auszutauschen, die fehlerhafte Ausgabe als ungültig zu kennzeichnen oder die fehlerhafte Ausgabe abzuschalten. Der Vorhersagefilter kann ein Kamm-Filter, ein Tiefpass-Filter und/oder eine Kombination eines Kamm-Filters und eines Tiefpass-Filters umfassen. Das Leistungsübertragungs-System kann beispielsweise ein Leistungsübertragungs-System sein, welches bei bis zu 800 kV arbeitet.The digital transducer may further include a function configured to determine whether a sensor output is determined to be erroneous based on the comparison of the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device, and the at least one prediction filter. Further, the function may be configured when an output is determined to be erroneous, to replace the erroneous output with an error-free output, to invalidate the erroneous output, or to disable the erroneous output. The prediction filter may include a comb filter, a low pass filter, and / or a combination of a comb filter and a low pass filter. The power transmission system may be, for example, a power transmission system operating at up to 800 kV.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Steuerung von Relais, welche mit einem digitalen Messwandler assoziiert sind, welcher in einem Leistungsübertragungs-System verwendet wird: Verarbeiten einer ersten Ausgabe eines ersten Sensors durch eine erste Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung; Verarbeiten einer zweiten Ausgabe eines zweiten Sensors durch eine zweite Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung; Messen eines selben Stroms oder einer selben Spannung durch den ersten und den zweiten Sensor; Bereitstellen wenigstens einer Vorhersageausgabe basierend auf vorangegangenen Messungen des besagten Stroms oder der besagten Spannung durch wenigstens einen Vorhersagefilter; und Vergleichen der Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und des wenigstens einen Vorhersagefilters durch einen Prozessor und Erzeugen wenigstens eines Ausgabesignals als Resultat des Vergleichs.According to one embodiment, a method of controlling relays associated with a digital transducer used in a power transmission system comprises: processing a first output of a first sensor by a first electronic signal processing device; Processing a second output of a second sensor by a second electronic signal processing device; Measuring a same current or voltage through the first and second sensors; Providing at least one prediction output based on previous measurements of said stream or said voltage by at least one prediction filter; and comparing the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device and the at least one prediction filter by a processor and generating at least one output signal as a result of the comparison.

Ferner kann das Verfahren umfassen: Basierend auf dem Vergleich der Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und des wenigstens einen Vorhersagefilters, Bestimmen durch eine Funktion, ob eine Sensorausgabe als fehlerhaft bestimmt ist. Ferner kann das Verfahren umfassen: Wenn eine Sensorausgabe als fehlerhaft bestimmt ist, Austauschen der fehlerhaften Ausgabe durch eine fehlerfreie Ausgabe, Kennzeichnen der fehlerhaften Ausgabe als ungültig oder Abschalten der fehlerhaften Ausgabe. Für das Verfahren kann der Vorhersagefilter ein Kamm-Filter, ein Tiefpass-Filter und/oder eine Kombination eines Kamm-Filters und eines Tiefpass-Filters sein und das Leistungsübertragungs-System kann beispielsweise ein Leistungsübertragungs-System sein, welches bei bis zu 800 kV arbeitet.Further, the method may include: based on the comparison of the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device, and the at least one predictive filter, determining by a function whether a sensor output is determined to be erroneous. Further, the method may include: if a sensor output is determined to be faulty, replace the erroneous output with an error-free output, flag the erroneous output as invalid, or disable the erroneous output. For the method, the prediction filter may be a comb filter, a low-pass filter, and / or a combination of a comb filter and a low-pass filter, and the power transmission system may be, for example, a power transmission system operating at up to 800 kV ,

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Satz von Sensorelektroniken zur Verwendung in einem digitalen Messwandler: eine erste Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine erste Ausgabe eines ersten Sensors zu verarbeiten; eine zweite Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine zweite Ausgabe eines zweiten Sensors zu verarbeiten; wenigstens einen Vorhersagefilter, welcher dazu konfiguriert ist, wenigstens eine Vorhersageausgabe basierend auf vorangegangenen Messungen eines Stroms oder einer Spannung bereitzustellen; und ein Prozessor, welcher dazu konfiguriert ist, die Ausgaben der ersten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung, der zweiten Elektroniksignal-Verarbeitungsvorrichtung und des wenigstens einen Vorhersagefilters zu vergleichen und wenigstens ein Ausgabesignal als Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen.According to one embodiment, a set of sensor electronics for use in a digital transducer includes: a first electronic signal processing device configured to process a first output of a first sensor; a second electronic signal processing device configured to process a second output of a second sensor; at least one prediction filter configured to provide at least one prediction output based on previous measurements of a current or voltage; and a processor configured to compare the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device and the at least one predictive filter and to generate at least one output signal as a result of the comparison.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5644397 [0005]
US 5696858 [0005]
US 6188811 [0005]

Claims

Digital transducer ( 32 ) for use in a power transmission system, wherein the digital transducer ( 32 ) comprises: a first electronic signal processing device ( 40 ) configured to receive a first output of a first sensor ( 34 ) to process; a second electronic signal processing device ( 42 ) configured to receive a second output of a second sensor ( 36 ) to process; wherein the first and second sensors ( 34 . 36 ) are configured to measure either a current or a voltage; at least one processor ( 58 ) which is configured to control the outputs of the first electronic signal processing device ( 40 ) and the second electronic signal processing device ( 42 ) to compare; and wherein the at least one processor ( 58 ) is configured to generate at least one output signal as a result of the comparison.

The digital transducer according to claim 1, further comprising: a function configured to be based on the comparison of the outputs of the first electronic signal processing apparatus (FIG. 40 ) and the second electronic signal processing device ( 42 ) to determine if a sensor output is determined to be faulty.

The digital transducer of claim 2, wherein the function is configured to, when an output is determined to be erroneous, to substitute the erroneous output for an error-free output, to invalidate the erroneous output, or to disable the erroneous output.

Digital transducer ( 32 ) for use in a power transmission system, wherein the digital transducer ( 32 ) comprises: a first electronic signal processing device ( 40 ) configured to receive a first output of a first sensor ( 34 ) to process; a second electronic signal processing device ( 42 ) configured to receive a second output of a second sensor ( 36 ) to process; wherein the first and second sensors ( 34 . 36 ) are configured to measure either a current or a voltage; at least one prediction filter ( 56 ) configured to provide at least one prediction output based on previous measurements of said current or voltage; at least one processor ( 58 ) which is configured to control the outputs of the first electronic signal processing device ( 40 ), the second electronic signal processing device ( 42 ) and the at least one prediction filter ( 56 ) to compare; and wherein the at least one processor ( 58 ) is configured to generate at least one output signal as a result of the comparison.

The digital transducer of claim 4, further comprising: a function configured to be based on the comparison of the outputs of the first electronic signal processing device (12); 40 ), the second electronic signal processing device ( 42 ) and the at least one prediction filter ( 56 ) to determine if a sensor output is determined to be faulty.

The digital transducer of claim 5, wherein the function is configured to, when an output is determined to be erroneous, to substitute the erroneous output for an error-free output, to invalidate the erroneous output, or to disable the erroneous output.

The digital transducer of claim 4, wherein the prediction filter comprises a comb filter, a low pass filter, a combination of a comb filter and a low pass filter, a last known sensor value, a set of last known sensor values, and / or is a mean of a set of sensor values.

A digital transducer according to any one of claims 1 to 7, wherein the power transmission system is a power transformation system operating at up to 800 kV.

Digital transducer according to one of claims 1 to 8, wherein the first and the second sensor ( 34 . 36 ) are configured to measure either a same current or a same voltage;

System for use in a digital transducer ( 32 ), the system comprising: a first electronic signal processing device ( 54 ) configured to receive a first output of a first sensor ( 34 ) to process; a second electronic signal processing device ( 60 ) configured to receive a second output of a second sensor ( 36 ) to process; at least one prediction filter ( 56 ) configured to provide at least one prediction output based on previous measurements of a current or voltage; at least one processor ( 58 ) which is configured to control the outputs of the first electronic signal processing device ( 54 ), the second electronic signal processing device ( 60 ) and the at least one prediction filter ( 56 ) to compare; and wherein the at least one processor ( 58 ) is configured to generate at least one output signal as a result of the comparison.

The system of claim 10, wherein the at least one prediction filter comprises exactly one prediction filter.

The system of claim 10 or 11, wherein the at least one prediction filter comprises two prediction filters.

The system of any one of claims 10 to 12, wherein the first and second sensors are optical sensors.

A system according to any of claims 10 to 13, wherein the preceding measurements of current or voltage occur over a measurement period of less than one millisecond.

The system of claim 10, wherein the at least one processor is configured to compare the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device, and the at least one predictive filter using a single selection algorithm.

The system of claim 10, wherein the at least one processor is configured to compare the outputs of the first electronic signal processing device, the second electronic signal processing device, and the at least one predictive filter using two selection algorithms.

The system of any of claims 10 to 16, wherein the prediction filter comprises a comb filter, a low pass filter, a combination of a comb filter and a low pass filter, a last known sensor value, a set of last known sensor values, and / or is a mean of a set of sensor values.