ES2294093T3 - Recepcion de señales de proteccion codificadas digitalmente en un telerruptor. - Google Patents
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Abstract
Un método para la recepción de señales de protección codificadas digitalmente en un telerruptor para una protección a distancia en instalaciones eléctricas, en el que se recibe una secuencia de palabras de código digitales en un canal de transmisión y una señal de protección se considera como recibida cuando en esta secuencia se ha detectado un código correspondiente a la señal de protección en el intervalo de una ventana temporal de longitud predeterminada una cantidad de veces n, caracterizado porque la cantidad n se determina dependiendo de una estimación de una magnitud actual para un ruido del canal de transmisión.
Description
Recepción de señales de protección codificadas
digitalmente en un telerruptor.
La invención se refiere al ámbito de la técnica
de protección de redes de alta y media tensión. Se refiere a un
método para la recepción de señales de protección codificadas
digitalmente en un telerruptor y un telerruptor de acuerdo con el
preámbulo de las reivindicaciones 1 y 6.
Los telerruptores o aparatos de transmisión de
señales de protección sirven para la transmisión de órdenes de
protección o conmutación para una protección a distancia en redes
eléctricas e instalaciones de alta y media tensión. Las órdenes de
protección provocan, por ejemplo, una abertura directa o indirecta
de un interruptor de protección, y por lo tanto, una separación
eléctrica de una parte de la red o de la instalación. Otras órdenes
de protección provocan a la inversa un bloqueo de la abertura de un
interruptor de protección. Las órdenes de protección se tienen que
transmitir, por ejemplo, desde una sección de un cable de alta
tensión hasta otra. Para ello, un emisor genera en un telerruptor
de forma correspondiente a las órdenes de protección señales
codificadas digitalmente, que se transmiten por una conexión de
señales, que está formada por un medio de comunicación digital. Un
receptor en otro telerruptor detecta las señales transmitidas y
determina los valores correspondientes de las órdenes de
protección.
Dependiendo del tipo de la orden de protección
se plantean diversos requerimientos a la transmisión y detección de
señales, que se pueden caracterizar por el tiempo de transmisión y
el flujo de bits o anchura de banda y por los siguientes
parámetros:
- Puc
- Valor de seguridad, es decir, probabilidad de que una orden se reciba de forma errónea, a pesar de que ni siquiera se ha emitido. Una valor bajo de Puc se corresponde a una elevada seguridad en la transmisión.
- Pmc
- Valor de fiabilidad, es decir, probabilidad de que una orden que se ha emitido no sea recibida. Un valor bajo de Pmc se corresponde a una elevada fiabilidad en la transmisión.
Por lo general se aplica que con un rendimiento
de ruido creciente, es decir, con una tasa de error de bit (BER)
creciente del canal de transmisión
- \bullet
- en primer lugar disminuye la seguridad y después vuelve a aumentar, es decir, el valor de seguridad Puc en primer lugar aumenta y después vuelve a disminuir, y
- \bullet
- la fiabilidad disminuye constantemente, es decir, el valor de fiabilidad Pmc aumenta de forma constante.
Las perturbaciones en la transmisión por errores
de bits en el caso de reposo no deben simular órdenes, y por otro
lado, en el caso de orden, no deben demorar de forma inadmisible una
orden real o conducir incluso a su pérdida. Una elevada seguridad y
elevada fiabilidad con, al mismo, un tiempo de transmisión corto y
pequeña anchura de banda, son requerimientos contradictorios. Sin
embargo, siempre se puede mejorar una magnitud a costa de otras
características. El compromiso se da por el uso. De este modo, por
ejemplo, los sistemas de protección de desencadenamiento indirecto
requieren tiempos de transmisión cortos con fiabilidad elevada y
seguridad media. Sin embargo, los usos con accionamiento de
interruptor directo requieren una seguridad y fiabilidad muy
elevadas con requerimiento pequeños al tiempo de transmisión.
Una orden de protección individual o una
combinación de varias órdenes de protección se representan o
codifican por señales de protección. A modo de ejemplo, una primera
señal de protección representa una primera orden de protección, y
una segunda señal de protección la primera orden de protección en
combinación con una segunda orden de protección. Para cumplir los
diferentes requerimientos, las señales de protección se codifican
digitalmente y se transmiten de forma redundante. Esto aumenta la
seguridad y fiabilidad. La inclusión de la redundancia sucede, a
modo de ejemplo, por el uso de un código digital con diferentes
palabras de códigos con una distancia de Hamming y/o por repetición
de marcos de datos, que contienen las palabras de códigos.
Para poder decidir si una señal de protección, y
por tanto, una o varias órdenes de protección se han recibido con
una seguridad predeterminada, el receptor tiene que detectar en el
intervalo de una ventana temporal de longitud predeterminada una
cantidad n de palabras de código correctas. Esto se describe, a modo
de ejemplo, en "Dimat Digital Teleprotection System Type
TPD-1, General Description Rev. 6 October '98",
párrafos 3.1 y 3.2. Con un valor de seguridad requerido Puc el
número n depende de un grado de un ruido del canal de transmisión.
En el caso de un grado de ruido máximo supuesto, se necesita un
número n_{máx} máximo de palabras de código detectadas
correctamente para garantizar el mantenimiento del valor requerido
de Puc. En condiciones de funcionamiento normales, el ruido del
canal de transmisión, sin embargo, es mucho mayor que en el peor de
los casos, y por tanto, serían suficientes menos de n_{máx}
palabras de código correctas. Los anteriores receptores esperan en
cada caso n_{máx} palabras de código correctas, para poder
garantizar siempre la seguridad requerida.
Por tanto, es objetivo de la invención
proporcionar un método para la recepción de señales de protección
codificadas digitalmente en un telerruptor y un telerruptor del
tipo que se ha mencionado al principio, que posibiliten una
detección más rápida de señales de protección.
Este objetivo se resuelve por un método para la
recepción de señales de protección codificadas digitalmente en un
telerruptor y un telerruptor con las características de las
reivindicaciones 1 y 6.
En el método de acuerdo con la invención para la
recepción de señales de protección codificadas digitalmente en un
aparato telerruptor, se recibe una secuencia de palabras de código
digitales en un canal de transmisión y una señal de protección se
considera recibida, cuando en esta secuencia se ha detectado un
código correspondiente a la señal de protección en el intervalo de
una ventana temporal de longitud predeterminada una cantidad de n
veces, donde la cantidad n se determina dependiendo de una
estimación de una medida actual para un ruido del canal de
transmisión.
De este modo es posible disminuir la cantidad n
en un canal de transmisión con poco ruido y de este modo disminuir
un tiempo de transmisión de la señal de protección, y mantener, a
pesar de esto, un requerimiento de seguridad predeterminado en la
transmisión.
En una realización preferida de la invención, la
medida para el ruido del canal de transmisión es una tasa de
errores de bit del canal de transmisión y la cantidad n se determina
mediante la tasa de errores de bit y un requerimiento a la
seguridad de la transmisión. En una realización preferida adicional
de la invención, la tasa de errores de bit se determina mediante la
secuencia recibida de palabras de código.
El telerruptor de acuerdo con la invención
comprende un medio para la recepción de una secuencia de palabras
de código digitales en un canal de transmisión, al menos un detector
para la detección de un código, que se corresponde a una señal de
protección, y al menos un medio para la señalización de que una
señal de protección se considera recibida en el caso de que en esta
secuencia sea detectado un código correspondiente a la señal de
protección en el intervalo de una ventana temporal de longitud
predeterminada una cantidad de n veces, donde la cantidad n se
puede determinar dependiendo de una estimación de una medida actual
para un ruido del canal de transmisión.
En una realización preferida, el telerruptor de
acuerdo con la invención comprende varios detectores que trabajan
de forma paralela con respectivamente una cantidad n de repeticiones
necesarias individualmente ajustada mediante la tasa de errores de
bit y mediante una seguridad predeterminada para el detector
correspondiente. De este modo es posible que señales de conmutación
diferentes con requerimientos de seguridad diferentes se puedan
transmitir en el menor tiempo posible para la respectiva señal de
conmutación.
Se obtienen realizaciones preferidas adicionales
a partir de las reivindicaciones dependientes.
A continuación se explica con más detalle el
objeto de la invención mediante un ejemplo de realización preferido,
que se representa en los dibujos adjuntos. Se muestra:
En la Figura 1, un diagrama de flujo de señales
de un telerruptor de acuerdo con la invención; y
En la Figura 2, dependencias típicas entre tasa
de errores de bits, valores de seguridad y número de códigos
recibidos de forma correcta.
Las referencias usadas en los dibujos y su
significado se enumeran de forma resumida en la lista de
referencias. Básicamente, en las figuras, las mismas partes se
indican con las mismas referencias.
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo de
señales de un telerruptor de acuerdo con la invención. Una entrada
de señal de recepción 1 conduce a un receptor 2. Una salida del
receptor 2 conduce a varios detectores 3, 5, 7 con salidas del
detector 4, 6, 8 asignadas respectivamente. Un estimador de ruido 9
se configura para la transmisión de una magnitud para un ruido de
una señal de recepción en los detectores 3, 5, 7. Esta transmisión
se representa con líneas con trazo de rayas.
El receptor 2 recibe en la entrada de señal de
recepción 1 señales de un canal de transmisión y genera, en un caso
dado, por desmodulación adecuada de estas señales y usando
mecanismos de sincronización conocidos como salida una secuencia de
palabras de código digitales, a modo de ejemplo, una secuencia de
marcos de datos.
Un primer detector 3 con una primera salida de
detector 4, un segundo detector 5 con una segunda salida de
detector 6 y un tercer detector 7 con una tercera salida de detector
8 se configuran respectivamente para la detección de una de tres
señales de protección determinadas. Evidentemente, la invención
también se puede realizar solamente con uno, dos o con un número
mayor de detectores 3, 5, 7. A continuación se explica el modo de
funcionamiento de un detector individual. El detector determina una
presencia o una ausencia de la señal de protección asignada
manteniendo un valor de seguridad predeterminado Puc. Para esto
comprende un medio para la detección de un código, que se
corresponde a la señal de protección o codifica esta señal de
protección. La detección del código, es decir, la determinación de
si el código se ha recibido o no, sucede mediante la secuencia de
palabras de códigos digitales.
En una primera realización preferida de la
invención, el código es un único bit en un marco de datos de la
secuencia. El bit se corresponde a una señal de protección
determinada. En una segunda realización preferida de la invención,
el código es una palabra de códigos de varios bits. Una palabra de
código se corresponde a una señal de protección determinada. En
ambos casos, la señal de protección se corresponde exactamente a
una orden de protección o a una combinación de varias órdenes de
protección. Una orden de protección es, a modo de ejemplo, una
orden de conmutación o de bloqueo, que se transmite por un
telerruptor a un telerruptor con la detección de acuerdo con la
invención.
La señal de protección se considera como
recibida con un valor de seguridad determinado Puc, si el código
correspondiente se ha recibido en una ventana temporal de longitud
predeterminada L una cantidad n determinada de veces. Se pueden
determinar las relaciones entre estas magnitudes mediante métodos
conocidos de la teoría de la detección. A continuación se usa, a
modo de ejemplo, una relación como se indica en el Standard IEC
60834-1 Draft enero 1997 Anexo C. La invención se
puede realizar con cualquier otro código y relación entre las
magnitudes relevantes y no se limita a este ejemplo. Es
donde
- p
- es la tasa de errores de bits BER,
- d
- una distancia de Hamming mínima del código, y
- m
- una cantidad de bits de la palabra de código.
La Figura 2, muestra, a modo de ejemplo
dependencias entre la tasa de errores de bits BER, los valores de
seguridad Puc y una cantidad n de códigos recibidos de forma
correcta. Se deduce a modo de ejemplo que si una señal ya se
señaliza como detectada después de una aparición del código
correspondiente n = 2 veces, con una BER de 10e-6
un valor de seguridad Puc de 10e-60. Para una tasa
BER creciente también aumenta Puc. Después de sobrepasar un máximo,
Puc vuelve a disminuir, ya que entonces predominan los ruidos, la
señal recibida es cada vez más aleatoria y de este modo la
probabilidad de la recepción errónea de una orden disminuye de
nuevo. Las curvas se han calculado para un código que codifica 21
bits útiles a 31 bits con una distancia de Hamming d = 5.
De acuerdo con la invención, las dependencias
mostradas se determinan de forma correspondiente al código usado y
a partir de esto, a partir de una estimulación actual de la BER, se
determina la cantidad n correspondiente, que se requiere para
mantener un valor de seguridad predeterminado Puc. A modo de
ejemplo, a partir de la Figura 2 se puede leer la siguiente Tabla,
que indica que para una seguridad Puc < 10e-20 y
una BER en el intervalo indicado n tiene que presentar el valor
indicado.
\vskip1.000000\baselineskip
De forma análoga, para una seguridad Puc<
10e-40
En el detector se almacenan una o varias de
estas tablas. Mediante la BER medida y el Puc requerido se lee n a
partir de las tablas y se usa por el detector como umbral para la
detección de la señal de protección.
La estimación de la BER actual sucede en el
estimador de ruido 9 de forma repetida durante un funcionamiento
del telerruptor, de forma que también el número n de los códigos que
se tienen que detectar n se realiza de forma constante dependiendo
de las características de transmisión actuales. De este modo,
siempre se garantiza el menor tiempo de evaluación posible sin
sobrepasar un valor de seguridad máximo predeterminado.
La estimación de la BER sucede en una primera
realización preferida de la invención mediante secuencias de
referencia, que se introducen de forma periódica por el emisor en la
secuencia de palabras de código.
En una segunda realización preferida de la
invención, la estimación sucede también mediante o exclusivamente
mediante las señales de protección descodificadas. Para esto se usan
códigos conocidos, con los que se puede detectar una presencia de
uno o varios errores de bits. En un código digital con distancia de
Hamming d se pueden detectar, en el caso de que d sea par, hasta
(d/2)-1 errores de bits, y si d es impar, hasta
(d-1)/2 errores de bits por palabra de código, si
no se corrigen errores de bits.
Mediante errores de bits detectados de tal forma
se detecta constantemente el número de errores de bits en una
segunda ventana temporal y se determina a partir de esto la BER
actual.
En una variante preferida de la segunda
realización de la invención, la detección de una palabra de código,
que codifica una señal de protección determinada, sucede de acuerdo
con los requerimientos a la seguridad y a la fiabilidad. Para esto
se usa un código con una distancia de Hamming determinada d entre
las diferentes palabras de código. De acuerdo con la invención, la
detección de una única palabra de código sucede de acuerdo con una
de las siguientes tres posibilidades:
- 1.
- Optimizado respecto a seguridad: Se usa toda la distancia de Hamming para detectar errores, lo que produce una seguridad máxima, ya que se pueden detectar (d - 1) errores de bits. Sin embargo, la fiabilidad de esta detección es comparativamente pequeña, ya que no se corrigen errores de bits e incluso un único error de bit en la palabra de código conduce a que la palabra de código no se detecte.
- 2.
- Optimizado respecto a fiabilidad: Se usa toda la distancia de Hamming para corregir tantos errores como sea posible, lo que produce una fiabilidad máxima, donde sin embargo la seguridad es menor que en la primera posibilidad. Se pueden corregir d/2 (en el caso de que d sea par) o (d-1)/2 (en el caso de que d sea impar) errores de bits. En errores que no se pueden corregir, la palabra de código se considera no detectada.
- 3.
- Se implementa una forma mixta entre estos dos extremos, es decir, una parte de la información de los bits de la distancia de Hamming se usa para la detección de errores y una parte para la corrección de errores. Dependiendo de la distancia de Hamming son posibles diferentes combinaciones. Respecto a los valores de seguridad y fiabilidad, esta posibilidad se sitúa entre las dos primeras.
Dependiendo de si una palabra de código se
considera como detectada o no, durante el recuento de la cantidad n
de códigos recibidos, se tiene en cuenta en la ventana temporal o
no. Si n = 1, es decir, si la recepción de exactamente un código es
suficiente para la detección de la señal de protección, la
fiabilidad y la seguridad de la detección de la señal de protección
se determina esencialmente por la fiabilidad y la seguridad de la
detección de la palabra de código de forma correspondiente a la
selección de una de las tres posibilidades que se han mostrado
anteriormente. Cual de las tres posibilidades se selecciona, se
puede ajustar preferiblemente para cada señal de protección de
forma
individual.
individual.
A modo de ejemplo, en el emisor se codifica una
palabra de código con la distancia de Hamming d = 5. La cantidad
máxima de errores de bits que se pueden corregir por marco es
(d-1)/2 = 2. De forma correspondiente a la selección
de una de las tres posibilidades que se han mostrado anteriormente,
se obtiene:
- 1.
- Optimizado para seguridad: No se corrigen errores de bits, se pueden detectar como máximo 4 errores de bits.
- 2.
- Optimizado respecto a fiabilidad: Se pueden detectar y corregir como máximo 2 errores de bits.
- 3.
- Forma mixta: Se puede corregir como máximo 1 error de bit, se pueden detectar como máximo 3 errores de bits.
\newpage
Las repercusiones de la selección de los tres
modos durante la recepción de una palabra de código con una cantidad
determinada de errores de bits se representan en la siguiente
tabla:
donde las abreviaturas
significan:
- \surd
- la palabra de código se detecta de forma correcta
- 0
- no se detecta ninguna palabra de código
- f
- se detecta una palabra de código errónea.
Los elementos del telerruptor, que realizan el
flujo de señal de acuerdo con la Figura 1, se realizan
preferiblemente, por una unidad de procesamiento de datos
programada de forma correspondiente o circuitos integrados
específicos para la aplicación (ASIC, FPGA). Sin embargo, también
se pueden implementar por componentes análogos y/o en combinación
con elementos lógicos separados y/o circuitos de conmutación
programados. En una realización preferida de la invención, los
detectores 3, 5, 7 y/o el estimador de ruido 9 se implementan
mediante un procesador de señal digital programado de forma
correspondiente.
Un programa de ordenador para la recepción de
señales de protección codificadas digitalmente en un telerruptor de
acuerdo con la invención se puede cargar en una memoria interna en
una unidad de procesamiento de datos digital y comprende medios de
código de programa de ordenador que, cuando se ejecutan en una
unidad de procesamiento de datos digital, los llevan a la
realización del método de acuerdo con la invención. En una
realización preferida de la invención, un producto de programa de
ordenador comprende un medio legible por ordenador, sobre el que se
almacenan los medios de código de programa de ordenador.
- 1
- entrada de señales de recepción
- 2
- receptor
- 3
- primer detector
- 4
- primera salida de detector
- 5
- segundo detector
- 6
- segunda salida de detector
- 7
- tercer detector
- 8
- tercera salida de detector
- 9
- estimador de ruido.
Claims (7)
1. Un método para la recepción de señales de
protección codificadas digitalmente en un telerruptor para una
protección a distancia en instalaciones eléctricas, en el que se
recibe una secuencia de palabras de código digitales en un canal de
transmisión y una señal de protección se considera como recibida
cuando en esta secuencia se ha detectado un código correspondiente
a la señal de protección en el intervalo de una ventana temporal de
longitud predeterminada una cantidad de veces n,
caracterizado porque la cantidad n se determina dependiendo
de una estimación de una magnitud actual para un ruido del canal de
transmisión.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque la medida para el ruido del canal de
transmisión es una tasa de error de bit del canal de transmisión y
la cantidad n se determina mediante la tasa de error de bit y un
requerimiento a la seguridad de la transmisión.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque la tasa de error de bit se determina
mediante la secuencia recibida de palabras de códigos.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque una detección de varias señales de
protección se realiza de forma simultánea mediante varios códigos,
donde para cada señal de protección se predetermina una seguridad
propia asignada.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el código es una palabra de código de
varios bits, y porque la palabra de código se detecta dependiendo de
la señal de protección con seguridad óptima o fiabilidad óptima o
de acuerdo con una forma mixta.
6. Un telerruptor para una protección a
distancia en instalaciones eléctricas, que comprende un medio (2)
para la recepción de una secuencia de palabras de código digitales
en un canal de transmisión, al menos un detector (3, 5, 7) para la
detección de un código, que se corresponde a una señal de
protección, y al menos un medio para la señalización de que una
señal de protección se considera como recibida si en esta secuencia
se ha detectado un código correspondiente a la señal de protección
en el intervalo de una ventana temporal de longitud predeterminada
una cantidad de n veces, caracterizado porque la cantidad n
se puede determinar dependiendo de una estimación de una magnitud
actual de un ruido del canal de transmisión.
7. El telerruptor de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque el telerruptor
comprende varios detectores (3, 5, 7) que trabajan de forma
paralela, en los que la cantidad n de repeticiones necesarias se
puede ajustar correspondientemente de forma individual mediante la
magnitud para el ruido y mediante una seguridad predeterminada para
el detector correspondiente (3, 5, 7).
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