MXPA00001290A - Comunicaciones redundantes en un relevador protector - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un esquema de comunicaciones redundante para un relevador protector (12) que permite comunicaciones a alta velocidad, confiables y tolerantes a fallas entre dispositivos protectores similares en una red de distribución de energía. Las comunicaciones en un canal de comunicaciones primario que se puede seleccionar (14a) son interrumpidas y conmutadas a un canal de comunicaciones secundario (14b) que puede operar de conformidad con un protocolo de comunicaciones diferente, cuando se detecta una falla en el canal de comunicaciones primario. La detección de la falla y la conmutación se realizan de manera transparente al procesador de relevador protector principal (16).

Description

COMUNICACIONES REDUNDANTES EN UN RELEVADOR PROTECTOR Solicitudes Relacionadas La presente solicitud se refiere a las siguientes solicitudes pendientes con la presente y cedidas al mismo cesionario: Campo de la Invención La presente invención se refiere generalmente a relevadores protectores inteligentes conectados en red . De manera má particular, la presente invención proporciona un esquema d comunicaciones redundantes para comunicación en red de datos d relevador protector. Antecedentes de la Invención Para mejorar adicionalmente el control protector de lo sistemas de distribución de energía eléctrica, se han desarrollad dispositivos relevadores protectores inteligentes que están provisto con capacidades de comunicaciones para comunicar datos d relevador protector. A la fecha, las capacidades de comunicacione de red, se han implementado utilizando velocidades de dato menores que 1 Megabit por segundo, y utilizando RS-485, RS-232 interfaces en serie asincronas de fibra óptica, o interfaces UART Comúnmente, la comunicación entre relevadores protectores en re se ha implementado usando protocolos "maestro - esclavo", en lo cuales ciertos dispositivos de red tiene prioridad. Por ejemplo, l Patente de los Estados U nidos de Norteamérica Número de Seri 4,972,290 a Sun y coinventores divulga un sistema de distribució de energía eléctrica con control y monitoreo remotos de relevadores protectores. El sistema divulgado incluye estaciones esclavas que supervisan continuamente la actividad de monitoreo de los relevadores protectores analógicos, y una estación maestra que se comunica con las estaciones de monitoreo esclavas y almacena datos de relevadores en red. La patente también divulga la comunicación de datos de relevadores vía canales de comunicación RS-232. Aunque el deseo de relevadores protectores que tengan capacidades de comunicaciones ha sido reconocido, existen desventajas asociadas con esquemas conocidos para comunicar información de relevador protector. Por ejemplo, los esquemas de comunicación de relevador conocidos no tratan adecuadamente problemas potenciales referentes a ruido (por ejemplo, debido a interferencia electromagnética) y fallas de línea de comunicaciones, y no proporcionan adecuadamente una capacidad de comunicaciones de alta velocidad (mayor de 1 MBPS). Adicionalmente, el ambiente en el que operan los relevadores protectores está sujeto a condiciones severas, incluyendo variaciones de temperatura relativamente amplias, que presentan retos de diseño para soluciones potenciales ai problema de proporcionar un esquema de comunicaciones confiable, tolerante a fallas y de alta velocidad para relevadores protectores. Breve Descripción de la Invención La presente invención resuelve los problemas arriba mencionados, y logra ventajas adicionales, al proporcionar un esquema de comunicaciones redundantes para un dispositivo de control en red en un sistema de distribución de energía. De conformidad con las modalidades ejemplares de la invención, se proporciona un relevador protector digital con un circuito de comunicaciones redundante que puede comunicar información de relevador con dispositivos similares en una red utilizando un canal de comunicaciones primario de ethernet. El circuito de comunicaciones es capaz de detectar la presencia de una falta o falla en el canal primario de comunicaciones, y de cambiar la comunicación del canal primario a un canal secundario. El circuito realiza la detección y conmutación de una manera que es transparente a los circuitos principales del procesamiento del relevador. Preferiblemente, un usuario puede seleccionar el tipo de canal primario de comunicaciones sin volver a programar el relevador. Adicionalmente, el circuito de comunicaciones está templado industrialmente para soportar las condiciones de operación asociadas con subestaciones de servicios públicos eléctricos, los cuales pueden incluir un rango de temperatura de aproximadamente -40°C a aproximadamente +85°C. Convenientemente, el circuito de comunicaciones proporciona múltiples puertos de comunicaciones de fibra en una sola tarjeta. Breve Descripción de los Dibujos La presente invención se puede comprender de manera más clara mediante la lectura de la siguiente Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas j unto con los dibujos que la acompañan en los cuales: La Figura 1 , es un diagrama de bloques de un circuito de comunicaciones para un relevador protector de conformidad con una modalidad de la presente invención; y La Figura 2, es un diagrama de flujo que describe un esquema de transmisión ejemplar de conformidad con de la presente invención . Descripción Detallada Con referencia a la Figura 1 , se muestra un circuito de comunicaciones 10 para un relevador protector digital. El circuito incluye un adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 que recibe una pluralidad de señales de control en las líneas TXD, RXD, TENA, RENA, CLSN , TCLK, y RCLK vía un conector de interfaz 16, que está conectado eléctricamente a un relevador protector digital asociado. El adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 incluye primero y segundo puertos 14a y 14b para transmitir y recibir datos de relevador protector. De conformidad con una modalidad de la presente invención , el circuito de comunicaciones 10 está im plementado como una tarjeta hija, y el conector de interfaz 16 hace interfaz con el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 con u na tarjeta madre del relevador protector digital . El adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 se puede implementar mediante un circuito de I nterfaz Ethernet Mejorado MC68160 u otro componente adecuado.

Los puertos de datos 14a y 14b proporcionan capacidades de comunicaciones primaria y secundaria. Los puertos de datos pueden transmitir y recibir datos de conformidad con el mismo o diferentes protocolos de comunicaciones. De conformidad con una modalidad ejemplar, el primer puerto de datos 14a proporciona capacidades de comunicaciones primarias sobre un canal de comunicaciones de ethernet seleccionado por el usuario, como se describirá con más detalle a continuación . De conformidad con una modalidad ejemplar de la presente invención, el segundo puerto de datos 14b cumple con el Estándar I EEE 802.3 para un puerto de I nterfaz de Unidad de Acceso (AU I) y el primer puerto de datos 14a cumple con el Estándar IEEE 802.3 para un puerto de interfaz de Par Torcido de 10 Base T (TP). El primer puerto de datos 14a hace interfaz, con los transformadores y filtros de pulso 1 8, lo cual proporciona aislamiento y filtración de ruido para que los datos sean transmitidos a o recibidos de, un canal de comunicaciones primario que está conectado a una red que incluye algún número de dispositivos de relevador protector. El canal de comunicaciones primario puede incluir una pluralidad de canales de comunicaciones seleccionados por el usuario. En el ejemplo mostrado en la Figura 1 , la interfaz de par torcido TPTX+ , TPTX-, TPRX+ y TP RX- conectan los transformadores/filtros de pulso 18 a un banco de aislamiento de los transformadores 20, y a un convertidor de protocolos 22. Los transformadores de aislamiento 20 están conectados a una primera ¡nterfaz de canal de comunicaciones primario 24, que puede ser una interfaz ethernet 10 Base T, y el convertidor de protocolos 22 está conectado a una segunda ¡nterfaz de canal de comunicaciones primario 26. La primer interfaz de canal de comunicaciones primario 24 puede incluir un conector RJ45, u otro conector adecuado, para conexión a la red, y la segundo interfaz de canal de comunicaciones primario puede incluir un transmisor y receptor de fibra óptica 26a y 26b. El convertidor de protocolos 22 convierte señales de comunicaciones entre un primer y segundo protocolo de comunicaciones (por ejemplo, entre protocolos ethernetI O Base T y 10 Base FL). Se debe apreciar que el uso de múltiples interfaces de canal primario permite a un usuario determinar el tipo de ¡nterfaz de canal primario. También se debe apreciar que la configuración mostrada en la Figura 1 , permite que un instalador controle el tipo de interfaz de canal primario. El convertidor de protocolos 22 se puede implementar mediante un circuito integrado ML4669 o mediante otros componentes adecuados. El segundo puerto de datos 14b está conectado a un transceptor secundario 28, que intercambia señales de comunicaciones con la red en un transmisor y receptor de fibra óptica secundario 28a y 28b. El transceptor secundario 28 se puede implementar mediante un circuito integrado H FBR-4663, o mediante otros componentes adecuados. El adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 está conectado de man era operativa para transm itir y recibir los diodos em isores de luz 12a y 12 b, respectivamente. Los diodos emisores de luz están conectados a un voltaje de suministro y proporcionan una ¡nd icación de si el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 está involucrado en una operación de transmisión o recepción . En operación, el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 transmite datos de relevador protector en la red de conformidad con el método ejemplar mostrado en el diagrama de flujo de la Figura 2. En el paso 200, el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 recibe información de relevador protector, y señales de control vía el conector de interfaz 16 y las líneas TXD, TENA , TCLK, etc. En el paso 202, el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 produce como salida la información de relevador que se va a transmitir a través del canal de comunicaciones primario, vía el primer puerto de datos 14a de conformidad con un primer formato de comunicaciones (por ejemplo, 10 Base T). La salida de información de relevador a través del primer puerto de datos 14a se puede filtrar, como se muestra en la Figura 1 , y después se proporciona al canal de comunicaciones primario que se ha seleccionado previamente durante la instalación del relevador protector. En el ejemplo de la Figura 1 , si el canal de comunicaciones primario se selecciona como 10 Base T, la ejecución del paso 202 incluirá enviar la información de relevador sobre las líneas TPTX+ y TPTX-, a través de los transformadores de aislamiento 20, a la primer ¡nterfaz de canal de comunicaciones primario 24. Si el canal de comunicaciones primario se sel ecciona como 10 Base FL, la ejecución del paso 202 incluirá enviar la información de relevador al convertidor de protocolos 22 , que convierte los datos 10 Base T a datos 10 Base FL, y proporciona los datos convertidos a la segunda interfaz de canal de comunicaciones primario 26. En el paso 204, el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 determina si hay una falla de comunicaciones en el canal de comunicaciones primario. Esta determinación se puede hacer, por ejemplo, con base en la presencia o ausencia de cuadros o pulsos de enlace Válidos en el primer puerto de datos 14a. Si no hay falla de comunicaciones en el canal de comunicaciones primario, el proceso regresa al paso 202 para continuar transmitiendo información de relevador en el canal de comunicaciones primario. Si el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 determina que existe una falla de comunicaciones (por ejemplo, deficiencia que excede un valor m ínimo) en e paso 204, entonces en el paso 206 el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 cambia el proceso de transmisión al canal de comunicaciones secundario. De conformidad con un aspecto de la presente invención, el adaptador/trapsceptor de interfaz en serie 12 implementa el cambio del canal de comun icaciones primario al canal de comunicaciones secundario automáticamente sin la intervención mediante los circuitos de procesamiento principales del relevador protector. En otras palabras , el cambio es transparente al algoritmo de control de relevador protector principal . Como la detección de la falla del capacidades de com u nicaciones y cambio es transparente para el módulo principal de procesamiento de relevador protector, el módulo de procesamiento de relevador principal es capaz de dedicar sus recursos a la ejecución de algoritmos de control y protección sin la carga adicional de monitorear y cambiar entre canales de comunicaciones. Adicionalmente, al separar las operaciones de detección de falla y conmutación de las operaciones de procesamiento de protección principales, la detección y conmutación se pueden llevar a cabo de una manera rápida para mejorar la confiabilidad de las comunicaciones en red. De conformidad con una modalidad preferida de la presente invención, los pasos para detectar la falla del canal primario (paso 204) y la conmutación a un canal secundario (paso 206) son realizados en menos de aproximadamente 1 .5 ms. Una vez que el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 cambia al canal de comunicaciones secundario, se proporciona la información de relevador que se va a transmitir, en un formato de datos apropiado, al transceptor secundario 28, que transmite la información de relevador en la red de conformidad con , en este ejemplo, 10 Base FL. Como se m uestra en la Fig u ra 2 , la transm is ión en el segundo canal puede continuar hasta que se retire la falla en el canal primario (por ejemplo, cuando el adaptador/transceptor de interfaz en serie 12 determine que la falla ya no existe) . Si se determina que la falla continua en el paso 208, el proceso regresa al paso 206. Si se determina en el paso 208 q ue la falla ya no existe, el proceso regresa al paso 202 (es decir, la salida se regresa al canal primario). Se apreciará que alternativamente, la transmisión puede continuar indefinidamente en el canal secundario, o por lo menos hasta que ocurra una falta en el canal secundario, y en ese momento la transmisión se puede regresar al canal primario. Se apreciará que para facilidad de explicación, sólo la transmisión de la información de relevador se ha descrito, y que la recepción de la información de relevador de la red se sucede de manera similar a la transmisión, y que se puede realizar sustancialmente de manera simultánea con la transmisión. Se debe apreciar que el circuito de comunicaciones arriba descrito se puede comunicar con dispositivos similares vía la red, y que la comunicación de señales a un dispositivo de comunicaciones maestro intermedio no es necesaria. El circuito de comunicaciones de la presente invención se implementa preferiblemente en una sola tarjeta hija que hace interfaz con una tarjeta madre asociada con un relevador protector. La tarjeta hija, junto con todo el relevador protector, está preferiblemente templada industrialmente de manera que pueda soportar temperaturas de aproximadamente -40°C a aproximadamente +85°C. Además de utilizar grado industrial (-40°C a +85°C) en lugar de grado comercial convencional (0° a 70°C), el dispositivo templado industrialmente de la modalidad preferida es sometido a una variedad de pruebas eléctricas referentes a, por ejemplo, .transientes eléctricos (por ejemplo, ANSI/IEEE C37.90.1) transientes oscilatorios (ANSI/IEEE C37.90.1), resistencia de aislamiento (lEC 255-5), resistencia dieléctrica (lEC 255-6), descarga electrostática (EN 61000-4-2, nivel 4) inmunidad contra sobrecargas eléctricas (EN 61000-4-5, nivel 5), inmunidad de campo magnético (EN 61000-4-8), caídas de tensión (EN61000-4-11), y/o susceptibilidad RFI (ANSI/IEEE C37.90.2, EN 61000-4-3). Estas pruebas aseguran que el dispositivo es capaz de condiciones experimentadas comúnmente en sistemas de distribución de energía eléctrica. Por ejemplo, las tarjetas de ethernet convencionales, no pasan estas pruebas. Se debe apreciar de la descripción anterior que la presente invención proporciona comunicaciones de red a alta velocidad (por ejemplo, 10 MBPS), confiables y tolerantes a fallas entre dispositivos protectores similares en una red de distribución de energía. Adicionalmente, la presente invención proporciona capacidad de comunicaciones de fibra redundante en un campo protector conectado en red. Aunque la descripción anterior incluye muchos detalles y especificaciones, se deberá comprender que éstos son únicamente para propósitos ilustrativos y que no se deben interpretar como limitaciones de la invención. Numerosas modificaciones serán fácilmente evidentes, las cuales no se apartan del espíritu y alcance de la invención, como se define en las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes legales.

Claims (16)

1. REIVIN D ICAC IO NES 1. U n relevador protector con capacidades de comunicaciones redundantes que comprende: un módulo de procesamiento de relevador digital que realiza funciones de protección y control en una red de distribución de energía; conexiones para conectar eléctricamente a una línea en un sistema de distribución de energía; y una pluralidad de puertos de comunicaciones para comunicar datos de relevador en una pluralidad de canales , que comunica en un canal de comunicaciones primario si el relevador no detecta fallas en el canal de comunicaciones primario, y comunica en un canal secundario si el relevador detecta una falla en el canal de comunicaciones primario.
2. 2. El relevador protector de la reivindicación 1 , en donde por lo menos uno de los canales de comunicaciones primario y secundario es un canal ethernet.
3. 3. El relevador protector de la reivindicación 2, que comprende adicionalmente una tarjeta de comunicaciones para detectar fallas del canal de com unicaciones primario y cambiar el relevador para comun icar en el canal de comunicaciones secundario.
4. 4. El relevador protector de la reivindicación 2 , en donde la tarjeta de comunicaciones realiza la detección de fallas y conmutación de manera transparente al módulo de procesam iento de relevador.
5. 5. El relevador protector de la reivindicación 2, en donde la tarjeta de comunicaciones se templa industrialmente para soportar un rango de temperatura de aproximadamente -40°C a aproximadamente +85°C.
6. 6. El relevador protector de la reivindicación 1, en donde el canal de comunicaciones primario es determinado por el usuario.
7. 7. El relevador protector de la reivindicación 1, en donde el canal de comunicaciones primario se puede seleccionar entre primero y segundo protocolos de ethernet, y el canal de comunicaciones secundario es uno del primero y segundo protocolos de ethernet.
8. 8. El relevador protector de la reivindicación 2, en donde los puertos de comunicaciones incluyen una Unidad de puerto de interfaz de par torcido 10 Base T IEEE 802.3.
9. 9. El relevador protector de la reivindicación 1, en donde el relevador protector comunica información de relevador con dispositivos similares.
10. 10. El relevador protector de la reivindicación 3, en donde la detección y conmutación se realiza en menos de aproximadamente 1.5 ms.
11. 11. Un circuito para proporcionar comunicaciones redundantes en un relevador protector digital que comprende: un adaptador/transceptor de interfaz en serie para controlar el intercambio de información de relevador protector entre el relevador protector digital y una red, incluyen seleccionar uno de una pluralidad de canales de comunicaciones para comunicar información de relevador protector; un primer transceptor para intercambiar información de relevador protector entre el adaptador/transceptor de interfaz en serie y la red en un canal de comunicaciones secundario cuando se selecciona el canal de comunicaciones secundario.
12. 12. El circu ito de la reivindicación 1 1 , en donde el adaptador/transceptor de interfaz en serie selecciona un canal de comunicaciones con base en la presencia de una falla o una interferencia en un canal primario de los canales de comunicaciones.
13. 13. El circuito de la reivindicación 12 , en donde el primer canal de comunicaciones es determinado por el usuario.
14. 14. El circuito de la reivindicación 1 1 , en donde por lo menos uno de la pluralidad de canales de comunicaciones incluye un canal Ethernet 10 Base T.
15. 15. El circuito de la reivindicación 1 1 , en donde por lo menos uno de la pluralidad de canales de comunicaciones incluye un canal Ethernet 10 Base FL.
16. 16. El circuito de la reivindicación 1 1 , en donde el primer transceptor es un convertidor de 10 Base T a 10 Base FL. 1 7. El ci rcu ito de la reivi ndicación 1 1 , en donde el seg undo transceptor es un tran sceptor 10 Base FL. 18. El circuito de la reivindicación 1 1 , en donde el adaptador/transceptor de interfaz en serie incluye una interfaz de par torcido para hacer interfaz con el primer transceptor, y un puerto de Interfaz de Unidad de Acceso I EEE 802.3 para hacer interfaz con el segundo transceptor. 19. El circuito de la reivindicación 11, en donde el circuito se comunica con dispositivos similares en la red. 20. El circuito de la reivindicación 11, en donde el circuito se templa industrialmente para soportar un rango de temperatura de aproximadamente -40°C a aproximadamente +85°C. 21. Un método para transmitir información de relevador protector desde un relevador protector, que comprende los pasos de: recibir información de relevador protector que se va a transmitir; determinar si un canal de comunicaciones primario está sujeto a una condición de falla o interferencia; transmitir la información de relevador protector en el canal de comunicaciones primario si el canal de comunicaciones primario no esta sometido a la condición de falla o interferencia, y cambiar la transmisión de la información de relevador protector a un canal de comunicaciones secundario si el canal de comunicaciones primario está sometido a la condición de falla o interferencia. 22. El método de la reivindicación 21, en donde por lo menos uno del canal de comunicaciones primario y el canal de comunicaciones secundario es un canal ethernet. 23. El método de la reivindicación 21, en donde el paso de determinar es realizado por un adaptador/transceptor de interfaz en serie. 24. El método de la reivindicación 21, en donde el paso de determinar es transparente al relevador protector. 25. El método de la reivindicación 21 , en donde el paso de conmutar se realiza en menos de aproximadamente 1 .5 ms. RESU MEN U n esquema de comunicaciones redundante para un relevador protector (12) que permite comunicaciones a alta velocidad, confiables y tolerantes a fallas entre dispositivos protectores similares en una red de distribución de energía. Las comunicaciones en un canal de comunicaciones primario que se puede seleccionar (14a) son interrumpidas y conmutadas a un canal de comunicaciones secundario (14b) que puede operar de conformidad con un protocolo de comunicaciones diferente, cuando se detecta una falla en el canal de comunicaciones primario. La detección de la falla y la conmutación se realizan de manera transparente al procesador de relevador protector principal (16) .