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.
Campo técnico
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.
Estado de la técnica
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.
Representación de la invención
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.
Breve descripción de los dibujos
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.
Modos de realizar la invención
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
1
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.
2
\vskip1.000000\baselineskip
De forma análoga, para una seguridad Puc< 10e-40
3
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.
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:
4
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.
Lista de referencias
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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