KR100593122B1 - 보호 릴레이, 중복 통신 기능 제공 회로 및 보호 릴레이 정보 송신 방법 - Google Patents

보호 릴레이, 중복 통신 기능 제공 회로 및 보호 릴레이 정보 송신 방법 Download PDF

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포주올리마르지오
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명에 따른 보호 릴레이(12)용 중복 통신 기법은 배전망의 대등한 보호 장치들간의 고속의 신뢰성있는 오류 허용 통신을 가능하게 한다. 선택가능한 1차 통신 채널(14a)을 통한 통신은 그 1차 통신 채널 상에서 오류가 검출될 경우 인터럽트되어 상이한 통신 프로토콜에 따라 동작할 수 있는 2차 통신 채널(14b)로 스위칭된다. 오류 검출 및 스위칭은 메인 보호 릴레이 프로세서(16)에 투명하도록 수행된다.

Description

보호 릴레이, 중복 통신 기능 제공 회로 및 보호 릴레이 정보 송신 방법{REDUNDANT COMMUNICATIONS IN A PROTECTIVE RELAY}
본 발명은 일반적으로 지능 네트워크형 보호 릴레이에 관한 것으로, 특히 보호 릴레이 데이터의 네트워크 통신을 위한 중복 통신 기법을 제공하는 것에 관한 것이다.
배전 시스템의 보호 제어를 보다 향상시키기 위해 지능형 보호 릴레이 장치가 개발되었으며, 이 장치에는 보호 릴레이 데이터를 통신하기 위한 통신 기능이 제공되고 있다. 지금까지, 네트워크 통신 기능은 초당 1메가비트 미만의 데이터 속도와, RS-485 및 RS-232의 광섬유 비동기 직렬 인터페이스 또는 UART 인터페이스를 사용하여 구현되어 왔다. 전형적으로, 네트워크형 보호 릴레이들간의 통신은 소정의 네트워크 장치에 우선순위가 부여되는 "마스터-슬레이브" 프로토콜을 사용하여 구현되어 왔다. 가령, 선(Sun) 등의 미국 특허 제 4,972,290 호에는 원격 모니터링 기능 및 보호 릴레이의 제어 기능을 갖는 배전 시스템이 개시되어 있다. 이 개시된 시스템은 아날로그 보호 릴레이의 동작을 지속적으로 모니터링하는 슬레이브 스테이션과, 슬레이브 모니터링 스테이션과 통신을 수행하며 네트워크 릴레이 데이터를 저장하고 있는 마스터 스테이션을 포함하고 있다. 선 등의 특허에는 RS-232 통신 채널을 통해 릴레이 데이터의 통신을 수행하는 것이 개시되고 있다.
통신 기능을 갖는 보호 릴레이에 대한 요청이 인식되고 있지만, 보호 릴레이 정보를 통신하기 위한 공지된 기법과 관련된 단점이 존재한다. 가령, 공지된 릴레이 통신 기법은 노이즈와 관련한 잠재적인 문제점(가령, 전자기 간섭)과 통신 회선 오류와 관련한 문제점을 적절히 해결하지 못하고 있으며, 고속(1Mbps 초과)의 통신 기능을 적절히 제공하지 못하고 있다. 또한, 지능형 보호 릴레이가 동작하는 환경은 비교적 넓은 온도 변동을 비롯한 악조건에 영향을 잘 받는데, 이러한 것은 보호 릴레이에 대해 신뢰성있고 오류가 허용되는 고속의 통신 기법을 제공하는데 있어 설계상의 측면에서 문제 해결을 어렵게 하고 있다.
본 발명은 배전 시스템에서 네트워크형 제어 장치에 대한 중복 통신 기법을 제공하여 전술한 문제점을 해결하고, 추가의 이점을 달성하고 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 중복 통신 회로를 갖는 디지털 보호 릴레이가 제공되는데, 이 통신 회로는 1차 이더넷 통신 채널을 사용하는 네트워크를 통해 대응 장치들과 릴레이 정보를 통신할 수 있다. 이 통신 회로는 1차 통신 채널상에서의 오류 혹은 고장의 존재를 검출할 수 있으며, 1차 통신 채널로부터 2차 채널로 통신 채널을 스위칭할 수 있다. 이 통신 회로는 메인 릴레이 처리 회로에 투명한 방식으로 검출 및 스위칭을 행할 수 있다. 바람직하게, 1차 통신 채널 종류는 릴레이를 다시 프로그래밍할 필요 없이 사용자에 의해 선택될 수 있다. 또한, 통신 회로는 산업적으로 전기 설비 기반과 관련한 동작 조건을 견딜 수 있도록 내구화되며, 이 동작 조건에는 대략 -40℃ 내지 대략 85℃의 온도 범위가 포함될 수 있다. 이 통신 회로는 단일 카드상에 다중 광섬유 통신 포트를 효과적으로 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보호 릴레이용 통신 회로의 블록도이며,
도 2는 본 발명에 따른 예시적인 전송 기법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 관련하여 후술되는 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명확히 이해될 수 있다.
도 1을 참조하면, 디지털 보호 릴레이용 통신 회로(10)가 도시된다. 이 회로는 연관된 디지털 보호 릴레이에 전기적으로 연결되는 인터페이스 커넥터(16)를 통해 라인 TXD, RXD, TENA, RENA, CLSN, TCLK, RCLK 상에 다수의 제어 신호를 수신하는 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기(12)를 포함한다. 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기(12)는 보호 릴레이 데이터를 송신 및 수신하기 위한 제 1 및 제 2 포트(14a, 14b)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 통신 회로(10)는 도터 카드(daughter card)로서 구현되며, 인터페이스 커넥터(16)는 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기(12)와 디지털 보호 릴레이의 마더 보드(mother board)를 인터페이스한다. 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기(12)는 모토롤라 MC68160 개량형 이더넷 인터페이스 회로 혹은 다른 적절한 구성요소에 의해 구현될 수 있다.
데이터 포트(14a, 14b)는 1차 및 2차 통신 기능을 제공한다. 데이터 포트는 동일하거나 상이한 통신 프로토콜에 따라 데이터를 송신 및 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 제 1 데이터 포트(14a)는 보다 상세히 후술되는 바와 같이 사용자에 의해 선택되는 이더넷 통신 채널을 통해 1차 통신 기능을 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 제 2 데이터 포트(14b)는 액세스 유닛 인터페이스(AUI)용 IEEE 표준 802.3의 규약을 따르며, 제 1 데이터 포트(14a)는 10BaseT 트위스티드 페어(Twisted Pair;TP)의 인터페이스 포트용 IEEE 표준 802.3의 규약을 따른다.
제 1 데이터 포트(14a)는, 송수신될 데이터를 분리하여 노이즈를 필터링하는 펄스 트랜스포머/필터(18)에, 다수의 보호 릴레이 장치를 포함하는 네트워크에 접속되어 있는 1차 통신 채널을 인퍼페이스한다. 1차 통신 채널은 사용자에 의해 선택될 수 있는 다수의 통신 채널을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 트위스티드 페어의 인터페이스 TPTX+, TPTX-, TPRX+, TPRX-는 펄스 트랜스포머/필터(18)를, 분리 트랜스포머(20)와 프로토콜 컨버터(22)에 접속시킨다. 분리 트랜스포머 (20)는 10BaseT 이더넷 인터페이스일 수 있는 제 1의 1차 통신 채널 인터페이스(24)에 접속되며, 프로토콜 컨버터(22)는 제 2의 1차 통신 채널 인터페이스(26)에 접속된다. 제 1의 1차 통신 채널 인터페이스(24)는 RJ45 커넥터 혹은 네트워크에 접속하기 위한 다른 적절한 커넥터를 포함하며, 제 2의 1차 통신 채널 인터페이스는 광섬유 송신기 및 수신기(26a, 26b)를 포함할 수 있다. 프로토콜 컨버터(22)는 제 1 통신 프로토콜과 제 2 통신 프로토콜 사이에서(가령, 10BaseT 및 10BaseFL 이더넷 프로토콜 간에서) 통신 신호를 변환시킨다. 주지할 것은, 다수의 1차 채널 인터페이스를 사용함에 따라 사용자는 1차 채널 인터페이스의 유형을 결정할 수 있다는 것이다. 주지할 것은, 도 1에 도시된 구성에 의해, 설치자는 보호 릴레이 장치를 다시 프로그래밍할 필요 없이 1차 채널 인터페이스의 유형을 제어할 수 있다는 것이다. 프로토콜 컨버터(22)는 ML4669 집적 회로 혹은 다른 적절한 구성 요소에 의해 구현될 수 있다.
제 2 데이터 포트(14b)는, 2차 광섬유 송신기 및 수신기(28a, 28b)를 통해 네트워크와 통신 신호를 교환하는 2차 송수신기(28)에 접속되어 있다. 2차 송수신기(28)는 HFBR-4663 집적 회로 혹은 다른 적절한 구성요소에 의해 구현될 수 있다.
직렬 인터페이스 어댑터/송수신기(12)는 각각 LED(12a, 12b)를 송신 및 수신하도록 동작가능하게 접속되어 있다. LED는 공급 전압에 접속되며 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기(12)가 송신 또는 수신 동작 중에 있는지의 여부를 표시한다.
동작시, 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기(12)는 도 2의 흐름도에 나타낸 방법에 따라 네트워크를 통해 보호 릴레이 데이터를 송신한다. 단계 200에서, 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기(12)는 인터페이스 커넥터(16) 및 라인 TXD, TENA, TCLK 등을 통해 보호 릴레이 정보 및 제어 신호를 수신한다. 단계 202에서, 직렬 인터페이스 어댑터 송수신기(12)는 1차 통신 채널을 통해 송신될 릴레이 정보를 제 1 통신 포맷에 따라(가령, 10BaseT에 따라) 제 1 데이터 포트(14a)를 통해 출력한다. 제 1 데이터 포트(14a)를 통해 출력되는 릴레이 정보는 도 1에 도시된 바와 같이 필터링될 수 있으며, 이는 다음에 보호 릴레이의 설치시에 사전설정되는 1차 통신 채널에 제공된다. 도 1에 도시된 예에서, 1차 통신 채널이 10BaseT로서 선택된다면, 단계 202의 실행은 라인 TPTX+ 및 TPTX- 상의 릴레이 정보를 분리 트랜스포머(20)를 거쳐 1차 통신 채널 인터페이스(24)로 송신하는 것과 연관될 수 있다. 만약 1차 통신 채널이 10BaseFL로서 선택된다면, 단계 202의 실행은 프로토콜 컨버터(22)로 릴레이 정보를 송신하며, 이 컨버터(22)는 상기 10BaseT 데이터를 10BaseFL 데이터로 변환하여 변환된 데이터를 2차 통신 채널 인터페이스(26)로 공급하는 것과 연관될 수 있다.
단계 204에서, 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기(12)는 통신 채널상에 통신 오류가 존재하는지의 여부를 판정한다. 그러한 판정은 제 1 데이터 포트(14a)에서의 유효 링크 비트 혹은 프레임의 유무에 기초하여 행해질 수 있다. 만약 1차 통신 채널 상에 통신 오류가 없다면, 프로세스는 단계 202로 진행하여 통신 채널 상으로의 릴레이 정보의 송신을 계속한다. 어댑터/송수신기(12)가 단계 204에서 통신 오류(임계값을 초과하는 결함)가 존재한다고 판정하면, 단계 206에서 어댑터/송수신기(12)는 송신 처리를 2차 통신 채널로 스위칭한다. 본 발명의 일 특징에 따르면, 어댑터/송수신기(12)는 보호 릴레이의 메인 처리 회로에 의한 개입 없이 1차 통신 채널에서 2차 통신 채널로의 스위칭을 자동으로 수행한다. 다시 말해서, 이러한 스위칭은 메인 보호 릴레이 제어 알고리즘에게는 투명하다. 통신 채널 오류 검출과 스위칭이 메인 보호 릴레이 처리 모듈에게 투명하기 때문에, 메인 릴레이 처리 모듈은 추가적인 모니터링의 부담과 통신 채널들간의 스위칭 없이 보호 및 제어 알고리즘에 그의 자원을 집중시킬 수 있다. 또한, 오류 검출과 스위칭 동작을 메인 보호 처리 동작으로부터 분리시킴으로써, 검출 및 스위칭은 신속히 행해져 네트워크 통신의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 1차 채널의 오류의 검출 단계(단계 204)와 2차 채널로의 스위칭 단계(단계 206)는 대략 1.5ms 미만으로 수행된다.
일단 어댑터/송수신기(12)가 2차 통신 채널로 스위칭되면, 전송될 릴레이 정보는 적절한 데이터 포맷으로 2차 송수신기(28)로 제공되며, 이 2차 송수신기(28)는 본 실시예에서 10BaseFL에 따라 네트워크를 통해 릴레이 정보를 송신한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 2차 통신 채널을 통한 송신은 1차 통신 채널상에서의 오류가 제거될 때까지(가령, 어댑터/송수신기(12)가 오류가 더 이상 존재하지 않는다는 것을 결정할 때까지) 지속될 수 있다. 만약 단계 208에서 오류가 존재한다고 결정되면, 프로세스는 단계 206으로 진행한다. 단계 208에서 오류가 더 이상 존재하지 않는다고 결정하면, 프로세스는 단계 202로 진행된다(즉, 출력은 1차 통신 채널로 다시 스위칭된다). 이와 달리, 송신은 2차 통신 채널 상에서 무한정으로 지속될 수 있거나 혹은 적어도 2차 통신 채널 상에 오류가 발생할 때까지 지속될 수 있으며, 이 오류가 발생할 때 송신은 1차 통신 채널로 스위칭될 수 있다.
설명을 용이하게 하기 위해, 릴레이 정보의 송신만이 기술되었으며, 네트워크로부터의 릴레이 정보의 수신은 송신과 마찬가지로 진행되며, 송신과 거의 동시에 수행될 수 있다.
전술한 통신 회로는 네트워크를 통해 대응 장치들과 통신을 수행할 수 있으며, 중간의 마스터 통신 장치로의 신호의 통신이 불필요하다.
본 발명의 통신 회로는 바람직하게도 보호 릴레이와 관련한 마더 보드와 인터페이스하는 단일의 도터 카드로 구현된다. 전체 보호 릴레이와 함께 도터 카드는 바람직하게도 대략 -40℃ 내지 대략 85℃의 온도를 견딜 수 있도록 내구화된다.
바람직한 실시예의 내구화 장치는 종래의 상업적 등급(0℃ 내지 70℃)보다는 산업적 등급(-40℃ 내지 85℃)를 사용함으로써, 가령, 전기의 일시적 변화(가령, ANSI/IEEE C37.90.1), 일시적 발진 변화(ANSI/IEEE C37.90.1), 절연 저항(IEC255-5), 유전 세기(IEC 255-6), 정전기 방전(EN 61000-4-2, 레벨 4), 서지 면역성(EN 61000-4-5, 레벨 5), 자계 면역성(EN 61000-4-8), 전압 딥(EN 61000-4-11), 및/또는 RFI 민감성(ANSI/IEEE C37.90.2, EN 61000-4-3)과 관련한 다양한 전기적 테스트를 받는다. 이러한 테스트는 본 장치가 배전 시스템에서 공통적으로 겪을 수 있는 조건에 견딜 수 있게 한다. 종래의 이더넷 카드는 가령, 전술한 테스트에 통과하지 못한다.
본 발명이 배전 시스템의 대등한 보호 장치들 간의 고속(가령, 10Mbps)의 신뢰성있는 오류 허용 네트워크 통신을 제공한다는 것은 전술한 설명으로부터 명백히 알 수 있다. 또한, 본 발명은 네트워크형 보호 릴레이 내에 중복의 광섬유 통신 기능을 제공한다.
전술한 설명이 여러 상세와 세부 규격을 포함하고 있지만, 이러한 것들은 본 발명의 예시적인 목적으로 사용된 것이지 본 발명을 제한하는 것으로 사용된 것이 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 첨부되는 특허청구범위 및 그의 법률적 등가물에 의해 정의되고 있는 바와 같이, 여러 변형예들이 본 발명의 사상 및 범주 내에서 용이하게 만들어질 수 있다.

Claims (25)

  1. 중복 통신 기능(redundant communications capabilities)을 갖는 보호 릴레이에 있어서,
    배전 네트워크에서 보호 및 제어 기능을 수행하는 디지털 릴레이 처리 모듈과,
    배전 시스템의 라인에 전기적으로 연결하기 위한 커넥터와,
    다수의 채널들 중의 하나의 채널을 통해 릴레이 데이터를 통신하며, 1차 통신 채널 상에서 릴레이에 의해 오류가 검출되지 않을 경우 상기 1차 통신 채널을 통해 통신하며, 상기 1차 통신 채널 상에서 릴레이가 오류를 검출한 경우 2차 통신 채널을 통해 통신하는 다수의 통신 포트를 포함하는
    보호 릴레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 통신 채널과 2차 통신 채널 중의 적어도 하나는 이더넷 채널인 보호 릴레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 1차 통신 채널의 오류를 검출하여 상기 릴레이를 상기 2차 통신 채널을 통해 통신하도록 스위칭을 행하는 통신 카드를 더 포함하는 보호 릴레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 통신 카드는 상기 릴레이 처리 모듈에게는 투명하도록 오류 검출 및 스위칭을 수행하는 보호 릴레이.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 통신 카드는 대략 -40℃ 내지 85℃ 범위의 온도를 견딜 수 있도록 내구화되는 보호 릴레이.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 통신 채널은 사용자에 의해 결정되는 보호 릴레이.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 1차 통신 채널은 제 1 및 제 2 프로토콜 사이에서 선택가능하며, 상기 2차 통신 채널은 상기 제 1 및 제 2 이더넷 프로토콜 중의 하나인 보호 릴레이.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 통신 포트는 IEEE 802.3 10BaseT의 트위스티드 페어 인터페이스 포트 유닛을 포함하는 보호 릴레이.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호 릴레이는 대응 장치들과 릴레이 정보를 교환하는 보호 릴레이.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출 및 스위칭은 대략 1.5 ms 미만으로 수행되는 보호 릴레이.
  11. 디지털 보호 릴레이에 중복 통신 기능을 제공하는 회로에 있어서,
    상기 디지털 보호 릴레이와 네트워크간의 보호 릴레이 정보의 교환을 제어하며, 보호 릴레이 정보를 통신하기 위해 다수의 통신 채널 중의 하나를 선택하는 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기와,
    1차 통신 채널이 선택될 때 상기 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기와 상기 네트워크 사이에서 보호 릴레이 정보를 상기 1차 통신 채널을 통해 교환하기 위한 제 1 송수신기와,
    2차 통신 채널이 선택될 때 상기 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기와 상기 네트워크 사이에서 보호 릴레이 정보를 상기 2차 통신 채널을 통해 교환하기 위한 제 2 송수신기를 포함하는
    중복 통신 기능 제공 회로.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기는 통신 채널들 중의 1차 통신 채널 상에서의 오류 혹은 간섭의 존재에 기초하여 통신 채널을 선택하는 중복 통신 기능 제공 회로.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 1차 통신 채널은 사용자에 의해 결정되는 중복 통신 기능 제공 회로.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 다수의 통신 채널들 중의 적어도 하나의 통신 채널은 10BaseT의 이더넷 채널을 포함하는 중복 통신 기능 제공 회로.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 다수의 통신 채널들 중의 적어도 하나의 통신 채널은 10BaseFL의 이더넷 채널을 포함하는 중복 통신 기능 제공 회로.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 송수신기는 10BaseT 로부터 10BaseFL로의 컨버터인 중복 통신 기능 제공 회로.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 송수신기는 10BaseFL 송수신기인 중복 통신 기능 제공 회로.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기는 상기 제 1 송수신기와 인터페이싱하는 트위스티드 페어 인터페이스와, 상기 제 2 송수신기와 인터페이싱하는 IEEE802.3 액세스 유닛 인터페이스 포트를 포함하는 중복 통신 기능 제공 회로.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 회로는 상기 네트워크 내의 대응 장치들과 통신을 수행하는 중복 통신 기능 제공 회로.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 회로는 대략 -40℃ 내지 85℃ 범위의 온도를 견딜 수 있도록 내구화되는 중복 통신 기능 제공 회로.
  21. 보호 릴레이로부터 보호 릴레이 정보를 송신하는 방법에 있어서,
    송신될 보호 릴레이 정보를 수신하는 단계와,
    1차 통신 채널이 오류 혹은 간섭 상태에 있는지의 여부를 판정하는 단계와,
    상기 1차 통신 채널이 오류 혹은 간섭 상태에 있지 않는 경우 상기 1차 통신 채널 상으로 상기 보호 릴레이 정보를 송신하고, 상기 1차 통신 채널이 오류 혹은 간섭 상태에 있는 경우 2차 통신 채널로 상기 보호 릴레이 정보의 송신을 스위칭하는 단계를 포함하는 보호 릴레이 정보 송신 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 1차 통신 채널 및 2차 통신 채널 중의 적어도 하나는 이더넷 채널인 보호 릴레이 정보 송신 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 판정 단계는 직렬 인터페이스 어댑터/송수신기에 의해 수행되는 보호 릴레이 정보 송신 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 판정 단계는 상기 보호 릴레이에 투명한 보호 릴레이 정보 송신 방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 스위칭 단계는 대략 1.5 ms 미만으로 수행되는 보호 릴레이 정보 송신 방법.
KR1020007001213A 1998-06-05 1999-06-04 보호 릴레이, 중복 통신 기능 제공 회로 및 보호 릴레이 정보 송신 방법 KR100593122B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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