DE3026126A1

DE3026126A1 - Einrichtung zum automatischen betrieb und zum schutz eines energieversorgungsnetzes

Info

Publication number: DE3026126A1
Application number: DE19803026126
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing. 6452 Hainburg Henle; Ludwig Dipl.-Ing. 6450 Hanau Kahl; Hendro Dr.-Ing. Dr. 6000 Frankfurt Rijanto; Werner Ing.(grad.) 6074 Rödermark Wehling
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE3026126C2

Description

Einrichtung zum automatischen Betrieb und zum Schutz eines Energie-
versorgungsnetzes Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum automatischen Betrieb und zum Schutz eines Energieversorgungsnetzes, das eine Mehrzahl von Abzweigen enthält.
Schutzeinrichtungen für Netze dienen dazu, die Auswirkungen abnormaler Betriebszustände der Netze zu beseitigen oder wenigstens zu vermindern.
Abnormale Betriebszustände beruhen vorwiegend auf Kurzschlüssen verschiedenster Art und auf überlastungen. Beispiele für solche Schutzeinrichtungen sind der Sammelschienenschutz, der Distanzschutz, der Schutz mittels Frequenzrelais und der Generatorschutz. Zur überwachung der elektrischen Größen des jeweiligen Netzes werden neben mechanischen Systemen auch elektronische, analog arbeitende Meßsysteme verwendet.
Um die von den Verbrauchern bezogenen Leistungen optimal auf die vorhandenen Erzeuger zu verteilen, werden Netzautomatisierungssysteme verwendet. Die Eingabe für die Steuerung und Verteilung der Netzleistung bestimmten Daten erfolgt über Relaissysteme. Diesen Relaissystemen sind die Netzschutzeinrichtung mit Relaisausgängen übergeordnet. Die Netzschutzeinrichtungen arbeiten unabhängig von dem Netzautomatisierungssystem. Ein Informationsaustausch zwischen beiden Arten der Beeinflussung der Netze kann über Relaisschnittstellen erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum automatischen Betrieb und zum Schutz eines Energieversorgungsnetzes zu entwickeln, bei der die für den Netzschutz und die Netzautomatisierung notwendigen Steuerungsmaßnahmen auf einfache Weise aufeinander abgestimmt und in kurzer Zeit ausgeführt werden können und die flexibel an Netze mit veränderlicher Zahl der Abzweige, unterschiedlicher Spannung und Kapazität angepaßt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß je Abzweig eine mit mindestens einem Mikroprozessor für die Steuerung ausgestattete Außenstation vorhanden ist, die Eingänge für von den elektrischen Größen des Abzweigs abgeleitete Meßgrößen, Überwachungsgrößen und Meldeglieder und Ausgänge für Befehle zur Betätigung von Schutzeinrichtungen aufweist, daß die Außenstationen an einen gemeinsamen Zentralbus angeschlossen sind, daß mit dem Zentralbus weiterhin eine mit einem Mikroprozessor ausgestattete Fernwirkunterstation verbunden ist, die Bestandteil eines Fernwirksystems mit einer Netzautomatisierungszentrale ist und die die Datenübertragung auf dem Zentralbus steuert sowie für den Reserve-Schutz eingerichtet ist. Mit dieser Anordnung kann die Überwachung, Steuerung und der Schutz der Netze schneller und genauer durchgeführt werden. Die jeweilige Außenstation erfaßt die analogen und/oder digitalen Meßwerte, die für die elektrischen Zustandsgrößen des Abzweigs charakteristisch sind. Der Mikroprozessor gestattet dabei eine höhere Meßauflösung.
An Hand vorgegebener und in der Außenstation gespeicherter Werte berechnet der Mikroprozessor durch Vergleich mit den Meßwerten die für den Schutz bestimmenden Daten. Weiterhin gibt der Mikroprozessor die Befehle für Schutzauslösung an die entsprechenden Stellelemente aus.
Die Fernwirkunterstation steht über einen Kanal mit der Netzautomatisierungszentrale in Verbindung. Die Fernwirkunterstation, die als Zentralstation für die an den Zentral bus angeschlossenen Stationen den Datenverkehr auf dem Bus steuert, ruft die den einzelnen Abzweigen entsprechenden Zustandsgrößen aus den Außenstationen ab und sendet sie zu der etzautomatisierungszentrale. Diese überträgt Schutzeinstellungswerte und Einstellbefehle an die Fernwirkunterstation, die sie über den Zentralbus an die jeweiligen Außenstationen weiterleitet. Die Unterstation ermöglicht die Eingabe von Steuerdaten, die über den Zentralbus an die jeweilige Außenstation übertragen werden. Weiterhin überwacht die Unterstation die Fernwirkunterstation auf einwandfreie Funktion und übernimmt bei Ausfall der Fernwirkunterstation als Reservestation die Steuerung des Datenverkehrs auf dem Zentralbus.
Wenn in einer Außenstation infolge einer Störung die Berechnung der für die Betätigung der Schutzelemente nötigen Werte nicht mehr möglich ist, übernimmt die Fernwirkunterstation die Berechnung und Ausgabe der Befehle. Die zusätzliche Unterstation tritt auch in diesem Fall an die Stelle der Fernwirkunterstation, wenn diese die für den Schutz notwendigen Arbeiten nicht mehr ausführen kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß je Außenstation zwei Mikroprozessoren jeweils an einen gesonderten Bus angeschlossen sind, daß der eine Bus über einen Analog-/Digital-Umsetzer und einen Multiplexer mit Meßwertgebern für analoge Meßgrößen verbunden ist und daß der Bus weiterhin an eine Ausgabeeinheit für Stellbefehle der Schutzeinstellelemente und an einen dem ersten Mikroprozessor zugeordneten Speicher angeschlossen ist und über einen Koppel speicher mit dem anderen Bus in Verbindung steht, an den ein dem zweiten Mikroprozessor zugeordneter Speicher, eine Befehlsausgabeeinheit für Einstellelemente, eine Meldungseingabeeinheit für von Meldegliedern abgegebene digitale Signale und über ein Bus interface und eine Koppeleinheit der Zentral bus angeschlossen ist.
Dieser Aufbau der Außenstationen ermöglicht die Übertragung von vornehmlich auf den Schutz des Netzabzweigs bezogenen Aufgaben an den einen Mikroprozessor. Der andere Mikroprozessor übernimmt die Steuerung des Datenverkehrs mit der Fernwirkunterstation und der zusätzlichen Unterstation sowie sie Befehlsausgabe aufgrund von der Fernwirkunterstation oder der zusätzlichen Unterstation empfangener Daten.
Die Mikroprozessoren verlangen im wesentlichen nur einen Zugriff zum Koppel speicher, wenn 1. Meßgrößenänderungen, die von einem Mikroprozessor festgestellt wurden, für die Übertragung bestimmt sind, 2. Schutzeinstellgrößen an den die Schutzaufgaben durchführenden Mikroprozessor übergeben werden sollen.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Zentralbus für serielle Übertragung und der erste und zweite Bus in den Außenstationen für die parallele Übertragung von Daten ausgebildet.
Vorzugsweise enthält der Zentralbus einen Lichtleiter.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung darjestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, zum dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zun automatischen Betrieb und zum Schutz eines Energieversorgungsnetzes, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Außenstation der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung.
In Fig. 1 ist eine Einrichtung zum automatischen Betrieb und zum Schutz eines Energieversorgungsnetzes dargestellt, bei dem es sich um ein Hochspannungsnetz handelt, von dem eine Sammelschiene 1 mit drei Abzweigen 2, 3, 4 gezeigt ist. Die Abzweige enthalten jeweils in bekannter Weise Stromwandler 5, Spannungswandler 6 und Leistungsschalter 7.
Die Einrichtung zum automatischen Betrieb und zum Schutz eines Energieversorgungsnetzes weist je Abzweig 2, 3, 4 eine Außenstation 8, 9, 10 auf, in der mindestens ein Mikroprozessor angeordnet ist Jede Außenstation 8, 9, 10 hat Eingänge 11 für Meßgrößen, die von den elektrischen Größen des zugeordneten Abzweigs abgeleitet sind. Bei den elektrischen Größen handelt es sich beispielsweise um die von den StromwandIern 5 und den Spannungswandlern 6 abgegebenen Werte. Weiterhin sind Ausgänge 12 für Befehle zur Betätigung von Schutzeinrichtungen, z. B. den Leistungschaltern 7, vorhanden.
Die Außenstationen 8, 9, 10 sind an einen Zentralbus angeschlossen, mit dem eine Fernwirkunterstation 14 verbunden ist, die über einen Übertragungskanal 15 mit einer Netzautomatisierungszentrale 16 in Verbindung steht. Die Netzautomatisierungszentrale 16 steuert noch weitere, nicht dargestellte Fernwirkunterstationen für andere Netze. Die Fernwirkunterstation 15 ist ebenfalls mit mindestens einen Mikroprozessor ausgestattet und hat für die an den Zentralbus 13 angeschlossenen Außenstationen 8, 9, 10 und einer zusätzlichen Unterstation l7 die Funktion einer Zentralstation. Unter Jteuerung der Fernwirkunterstation 14 läuft die Übertragung der Daten auf dem Zentralbu@ @b. Die Fernwirkunterstation 14 empfängt von der Pletzalltorllti-,ierungszentraLe 16 die für den Schutz und den Betrieb des Netzes maßgebenden Einstellwerte und Leitet diese an die jeweiligen Außenstationen 8, 9, 10 weiter. Ferner nmpfanqt die Fernwirkunterstation 14 aus den Aul3enstationen 8, 9, 10 Neßwerte und die Einstellwerte von Meldegliedern und übertrívgt sie in lie tlet7jitomatis ierungszentrale 16.
In der Fernwirkunterstation 14 ist auch eine nicht näher dargestellte Überwachungseinheit vorhanden, die feststellt, ob die auf dem Kanal 15 übertragenen Daten fehlerfrei sind. Falls fehlerbehaftete Daten übertragen werden oder die Übertragung auf dem Kanal 15 unterbrochen ist, übernimmt die Fernwirkunterstation die weitere Steuerung der Außenstationen 8, 9, 10.
Darüber hinaus führt die Fernwirkunterstation 14 bei Ausfall einer der Außenstationen 8, 9, 10 deren Schutzaufgaben aus.
Die zusätzliche Unterstation 17 ist an Eingabevorrichtungen 18 angeschlossen, über die Einstellwerte für den Schutz der Sammelschiene 1 und der Abzweige 2, 3, 4 von Hand oder einem anderen Eingabemittel für Daten eingespeist werden. Die Unterstation 17, die ebenfalls mindestens einen Mikroprozessor enthält, übernimmt die eingegebenen Werte und leitet sie an die jeweils adressierte Außenstation 8, 9, 10 weiter. Die Unterstation 17 befindet sich an einer zentralen Stelle in bezug auf das aus der Sammelschiene 1 und den Abzweigen 2, 3, 4 bestehende Netz. Es können daher örtlich Einstellwerte für den Schutz des Netzes eingegeben und an die Außenstationen 9, 10, 11 übertragen werden.
Die Unterstation 17 überwacht die Fernwirkunterstation 14 auf ein störungssicheres Arbeiten hin. Dies kann beispielsweise durch eine zyklische Abfrage geschehen, die von der Unterstation 17 an die Fernwirkunterstation 14 gerichtet wird. Im Rahmen dieser Abfrage können bestimmte Prüfungen ablaufen, aus denen die einwandfreie Arbeitsweise der Fernwirkunterstation 14 feststellbar ist. Wenn die Unterstation 17 einen Ausfall der Fernwirkunterstation 14 feststellt, übernimmt sie an Stelle der Fernwirkunterstation die Leitfunktion für den Zentralbus 13. Sollte zusätzlich zu der Fernwirkunterstation 14 auch noch eine der Außenstationen 9, 10, 11 ausfallen, dann übernimmt die Unterstation 17 auch deren Schutzaufgabe, d. h. die Unterstation 17 übt im störungsfreien Betrieb eine Reserve-Schutzaufgabe aus.
Bei dem Zentralbus 13 handelt es sich um einen seriellen Bus, der vorzugsweise aus Lichtleitfasern aufgebaut ist, um den Einfluß elektrischer und elektromagnetischer Störungen zu beseitigen.
Die Außenstationen 8, 9, 10 enthalten jeweils zwei Mikroprozessoren 19, 20.
Jedem Mikroprozessor 19, 20 ist ein gesonderter Bus 21, 22 zugeordnet.
An den Bus 21 ist ein Analog-Digital-Umsetzer 23 angeschlossen, dem ein Multiplexer 24 vorgeschaltet ist. Die nicht näher dargestellte Eingänge des Multiplexers 24 sind mit Analogsignalen beaufschlagt, die von den Meßwertgebern 5, 6 des jeweiligen Netzes bzw. Abzweigs geliefert werden.
Mit dem Bus 21 ist weiterhin eine Ausgabeeinheit 25 verbunden1 der Betätigungselemente für den Netzschutz, wie die Auslösespule 26 des Leistungsschalters 7, nachgeschaltet sind. Die Ausgabeeinheit hat einen Speicher für die Aufnahme der an die Betätigungselemente auszugehenden Befehle.
Ferner ist an den Bus 21 ein Speicher 27, z. B. ein Festwertspeicher oder ein freiprogrammierbarer Schreib-/Lese-Speicher angeschlossen, der über den Mikroprozessor 19 adressiert wird.
Ein Koppelspeicher 28, bei dem es sich um einen Schreib-/Lesespeicher mit wahifreiem Zugriff handelt, steht sowohl mit dem Bus 21 als auch mit dem Bus 22 in Verbindung, die beide für die parallele Datenübertragung ausgebildet sind.
An den Bus 22 ist neben den. Mikroprozessor 20 die Ausgabeeinheit 25 und eine Befehlsausgabeeinheit 29 angeschlossen, der ebenfalls Stellelemente für die Beeinflussung der im Netz herrschenden elektrischen Größen nachgeschaltet sind. Beispielsweise ist die Befehlsausgabeeinheit 29 in ODER-Verknüpfung mit der Ausgabeeinheit 25 an die Spule 26 angeschlossen.
Weiterhin steht eine Meldungseingabeeinheit 30 mit dem Bus 22 in Verbindung. Die Meldungseingabeeinheit, die beispielsweise ebenfalls einen Multiplexer enthält, ist mit Eingängen für biniäre Signale versehen.
Die biniären Signale kommen von Meldungsgebern 30, 31, 32, bei denen es sich um Meldekontakte des Leistungsschalters 7 und anderer Schalt-und Übertragungselemente des Netzes handelt. Über ein Bus interface 33 und eine Koppeleinheit 34 steht der Bus 22 mit dem Zentralbus 13 in Verbindung.
Der in Fig. 2 gezeigte Aufbau der Außenstationen ermöglicht die Aufteilung bestimmter Arbeiten auf die beiden Mikroprozessoren 19, 20.
Da der Netzschutz die höchsten Anforderungen hinsichtlich Reaktionszeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit stellt, übernimmt der eine Mikroprozessor 19 überwiegend die mit dem Netzschutz zusammenhängenden Aufgaben, d.h. er steuert den Multiplexer 24, den Analog-Cigital-Umsetzer 23 für die Eingabe der Meßwerte und die Ausgabe der Stellbefehle an die Ausgabeeinheit. Mit den Meßwerten und gespeicherten Sollwerten errechnet der Mikroprozessor 19 die für die Einstellung der Stellglieder maßgebenden Bedingungen aus. Ferner schreibt der Mikroprozessor 19 die für das Netz charakteristischen Meßwerte in den Koppelspeicher 28 ein.
Der zweite Mikroprozessor 20 steuert den Austausch von Daten mit dem Bus 13, die Eingabe und Verarbeitung der an der Eingabeeinheit 30 anstehenden Meldungen und die Befehlsausgabe an Stellelemente.
Hierfür steht dem zweiten Mikroprozessor ein mit dem Bus 22 verbundener weiterer Speicher 35 zur Verfügung, der als Festwertspeicher oder Lese-/ Schreib-Speicher ausgebildet ist. Die über den Zentralbus 13 ankommenden Einstellwerte für die Schutz- bzw. Stellelemente werden unter Steuerung des Mikroprozessors 20 in den Koppel speicher 28 eingegeben.
Beide Mikroprozessoren 19, 20 haben Zugriff zum Koppelspeicher 28.
Der Zugriff beschränkt sich aber auf die Übernahme von Meßwerten des Netzes, beispielsweise bei Änderungen der Meßwerte, in dem an den Bus 22 angeschlossenen Teil und auf die Übergabe von Einstellwerten und Vergleichswerten an den mit dem Bus 21 verbundenen Teil. Dies bedeutet, daß Wartezeiten für den Zugriff zum Koppelspeicher unwahrscheinlich sind.
Es ist auch möglich, einen Koppelspeicher 28 zu verwenden, der ein gleichzeitiges Auslesen gestattet. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für Wartezeiten noch mehr reduziert.
Im Mikroprozessor 19 und dem zugeordneten Speicher 27 sind demnach vorzugsweise Programme zur Meßwerterfassung der für den Schutz kritischen Größen des Netzes, für Distanz- und Überstromzeitschutz, Transformator-und Sammelschienenschutz, zur Kurzschluß- und Erdschlußortung und für den Zugriff zum Koppelspeicher 28 und zur Schaltbefehisabgabe vorhanden.
Der Mikroprozessor 20 enthält Programme für die Ein- und Ausgabe von Daten, Schalterstellungserfassung, Schaltbefehisabgabe und Relaiskontrolle und Zugriff zum Koppelspeicher 28.
Die Außenstationen 8, 9, 10 können rückwirkungsfrei an den Bus 13 angekoppelt werden, d.h. bei Anschluß einer neuen Außenstation wird der Daten verkehr auf dem Bus 13 nicht gestört. Außerdem tritt beim Abschalten oder beim Ausfall einer Außenstation keine Unterbrechung des Datenverkehrs ein. Die rückwirkungsfreie Amkopplung kann durch eine entsprechende Einteilung des zeitmultiplexen Übertragungsrahmens gewährleistet werden.

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zum automatischen Betrieb und zum Schutz eines Energieversorgungsnetzes, das eine Mehrzahl von Abzweigen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß je Abzweig (2, 3, 4) eine mit mindestens einem Mikroprozessor (19, 20) für die Steuerung ausgestattete Außenstation (8, 9, 10) vorhanden ist, die Eingänge (11) für von den elektrischen Größen des Abzweigs (8, 9, 10) abgeleitete Meßgrößen, Überwachungsgrößen und Meldeglieder und Ausgänge (12) für Befehle zur Betätigung von Schutzeinrichtungen (7) aufweist, daß die Außenstationen (8, 9, 10) an einen gemeinsamen Zentralbus (13) angeschlossen sind, daß mit dem Zentralbus (13) weiterhin eine mit einem Mikroprozessor ausgestattete Fernwirkunterstation (14) verbunden ist, die Bestandteil eines Fernwirksystems mit einer Netzautomatisierungszentrale (16) ist und die die Datenübertragung auf dem Zentralbus (13) steuert sowie für den Reserve-Schutz eingerichtet ist, daß eine zusätzliche Unterstation (17), die mit wenigstens einem Mikroprozessor ausgestattet ist, Eingänge für die Eingabe von Schutzeinstelldaten hat, die an die Außenstationen übertragbar sind, und daß die Unterstation (17) in der Bussteuerung und für den Reserve-Schutz bei Ausfall der Fernwirkunterstation (14) an deren Stelle tritt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je Außenstation (8, 9, 10) zwei Mikroprozessoren (19, 20) jeweils an einen gesonderten Bus (21, 22) angeschlossen sind, daß der eine Bus (21) über einen Analog-/Digital-Umsetzer (23) und einen Multiplexer (24) mit Meßwertgebern für analoge Meßgrößen verbunden ist und daß der Bus 21 weiterhin an eine Ausgabeeinheit (25) für Stellbefehle der Schutzeinstellelemente (7) und an einen dem ersten Mikroprozessor (19) zugeordneten Speicher (27) angeschlossen ist und über einen Koppel speicher (28) mit dem anderen Bus (22) in Verbindung steht, an den ein dem zweiten Mikroprozessor (35) zugeordneter Speicher (35), eine Befehisausgabeeinheit (29) für Einstellelemente, eine Meldungseingabeeinheit (30) für von lNleldegliedern (30, 31, 32) abgegebene digitale Signale und über ein Businterface (33) und eine Koppeleinheit (34) der Zentralbus (13) angeschlossen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralbus (13) für serielle Übertragung und der erste und zweite Bus (21, 22) in den Außenstationen (8, 9, 10) für die parallele Übertragung von Daten ausgebildet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralbus (13) einen Lichtleiter enthält.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fernwirkunterstation (14) eine Einrichtung zur Fehlerüberwachung vorgesehen ist.