專利名稱：用于配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣和傳輸模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般來說涉及配電系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及使配電系 統(tǒng)可進行中央控制的數(shù)據(jù)采樣和傳輸模塊.
背景技術：
工業(yè)配電系統(tǒng)通常將輸入電力分成多個支路。該支路提供電力給 工業(yè)企業(yè)中的各種設備(即，負載)，在每個支路中一般提供斷路 器，從而有助于保護支路內的設備.斷路器設計成由非自動裝置打 開和閉合電路，并且在預定的過電流上自動打開電路，而在它的額 定值內合適地施加時不損壞它本身。由于該自動保護基于電力狀態(tài) (例如電流)，因此斷路器的供應商通常制造大范圍的斷路器以滿 足各種電流需求，這將引起庫存問題.
輔助保護器使得庫存問題更加復雜，該輔助保護器經常密封在斷 路器的模壓本體內， 一種普通類型的輔助保護器作為電子跳閘單元 已經公知。電子跳閘單元一般包括模-數(shù)轉換器和微處理器,'電子跳
閘單元從一個或多個傳感器接收信號，傳感器例如電流互感器(CT) 和/或電壓互感器(PT),傳感器監(jiān)測輸入電力狀態(tài)，并提供該狀態(tài) 的模擬信號給模-數(shù)轉換器。該A/D轉換器將來自傳感器的模擬信號 轉換成數(shù)字信號，并且將該數(shù)字信號提供給微處理器.該微處理器 運行一個或多個控制算法，這些控制算法提供指定的保護、監(jiān)測和 控制特性。
當電子跳閘單元中的每個微處理器的電力處理增加時，每個斷路 器的成本增加，即，當電子跳閘單元中保護特性的復雜性和數(shù)量增 加時每個斷路器的成本增加。因此，斷路器的供應商也通常制造在 斷路器中的大范圍的電子跳閘單元，從而滿足各種消費者性能和價格要求.
大量的斷路器/跳閘單元結合也為配電系統(tǒng)的設計和安裝增加了 成本和延遲，另外，可增加與升級現(xiàn)有系統(tǒng)相關的成本和延遲，
因此，存在一種對配電系統(tǒng)的連續(xù)需求，該配電系統(tǒng)成本低，容 易安裝提供指定的增加的保護系統(tǒng)的元件，還可期望這種低成本元 件如果其他方面的保護失敗可確保基本的過電流保護.

發(fā)明內容
在一個代表性實施例中，提供一種配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣和傳輸模 塊.該模塊具有微處理器和網絡接口.該微處理器采樣第一信號， 該第一信號指示配電系統(tǒng)中的電力狀態(tài)，該網絡接口將微處理器置 成與數(shù)椐網絡進行通信，該微處理器部分基于在數(shù)據(jù)網絡上傳輸?shù)?同步信號來樣第一信號。
在另一個代表性實施例中，該數(shù)據(jù)采樣和傳輸模塊具有微處理器 和網絡接口.該微處理器從配電系統(tǒng)中的電路采樣電力狀態(tài)信號， 該網絡接口將^(鼓處理器置成與中央處理器進行通信，這樣使得該微 處理器可發(fā)送包含電力狀態(tài)信號的第一消息給中央處理器，并且從 該中夬處理器接收第二消息以及同步脈沖。該微處理器部分基于該 同步脈沖采樣電力狀態(tài)倌號，該模塊可響應該第二消息而操作配電 系統(tǒng)中的斷路器，并且響應與第二消息獨立的電力狀態(tài)信號來操作 該斷路器。
在再一個代表性實施例中，提供一種用于配電系統(tǒng)的保護系統(tǒng)，
該保護系統(tǒng)包括與第 一模塊進行通信的第 一斷路器，與第二模塊進
行通信的第二斷路器，以及中央處理器。該中夾處理器與笫一和笫
二模塊進行通信，使得該中夾處理器可發(fā)送同步信號給第一和第二
模塊.第一^l莫塊采樣第一斷路器上的第一電力狀態(tài)，并且部分基于
同步信號將第一電力狀態(tài)發(fā)送給中央處理器，同樣，第二模塊采樣 笫二斷路器上的第二電力狀態(tài)，并且部分基于同步信號將笫二電力
狀態(tài)發(fā)送給中央處理器。中央處理器基于第一電力狀態(tài)控制第一斷路器，并且基于第二電力狀態(tài)控制第二斷路器，以及控制它們的結 合。
從接下來的詳細描述，附圖以及所附的權利要求，本領域技術人 員可以注意到并且知道本發(fā)明的上述和其他特點以及優(yōu)點，


圖l是配電系統(tǒng)的代表性實施例的示意圖，
圖2是具有模擬后備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣和傳輸模塊的代表性實施 例的示意圖，
圖3是具有模擬后備系統(tǒng)的代表性實施例的圖2模塊的示意圖， 圖4是具有數(shù)字后備系統(tǒng)的代表性實施例的圖2模塊的示意圖， 圖5是具有數(shù)字后備系統(tǒng)的可替換代表性實施例的圖2模塊的示 意圖.
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖尤其是圖1,示出了總體由附圖標記10標注的配 電系統(tǒng)的代表性實施例，系統(tǒng)IO通過多個斷路器H從至少一個電 力母線12分配電力給支路16。
電力母線12以實施例的方式示出為三相電源系統(tǒng)，該三相電源 系統(tǒng)具有笫一相18,第二相20以及第三相22。電力母線12也可包 括中線相(未示出)。為了清楚起見，所示出的系統(tǒng)IO將來自電力 母線12的電力由四個斷路器14分配給四個電路16。當然，本發(fā)明 考慮到電力母線12可以具有任意希望的相數(shù)和/或系統(tǒng)IO可具有任 意希望數(shù)量的斷路器14。
每個斷路器14具有一組可分離觸頭24 (示意性示出)，觸頭24 選擇性地將電力母線12置成與電路16上的至少一個負載(也示意 性的示出)進行通信。該負載可包括設備，這些設備例如，但不局 限于電動機，焊接機，計算機，加熱器，照明設備，和/或其他電氣 設備，配電系統(tǒng)10示于圖1中，為中央控制的和完全集成的保護、監(jiān) 測以及控制系統(tǒng)26 (此后稱作"系統(tǒng)")的代表性實施例，系統(tǒng)26 設置成從中央控制處理單元28 (此后稱作"CCPU")控制和監(jiān)測配 電系統(tǒng)10。 CCPU28在數(shù)據(jù)網絡32上與多個數(shù)據(jù)采樣和傳輸模塊30 (此后稱作"模塊")進行通信。網絡32將來自所有的模塊30的 所有信息基本上同時傳送給CCPU28'
因此，系統(tǒng)26可包括保護和控制方案，保護和控制方案考慮一 個或所有斷路器14上的電信號值，例如電流大小和相位.此外，系 統(tǒng)26將配電系統(tǒng)10的單個斷路器14的保護、控制、監(jiān)測功能集成 在單個集中控制處理器(如，CCPU28)中，系統(tǒng)26為CCPU28提供 一組同步信息的全部，該信息通過在網絡32上與模塊30和斷路器 14進行數(shù)字通信而得到，并且系統(tǒng)26基于該全組數(shù)據(jù)提供該CCPU 操作這些設備的能力。
特別是，CCPU28為配電系統(tǒng)10執(zhí)行所有的主要配電功能。即， CCPU28執(zhí)行系統(tǒng)26的所有的瞬時過電流保護(IOC),短時過電流， 長時過電流，繼電保護，以及邏輯控制，還有數(shù)字信號處理功能。 因此，系統(tǒng)26使得設置可以進行改變，并且數(shù)據(jù)可以記錄在單個中 央位置，即CCPU28. CCPU28在此通過實施例的方式描述為中央處理 單元。當然，本發(fā)明可以考慮到CCPU28包括任何可編程電路，可編 程電路例如但不局限于計算機，處理器，微控制器，微型計算機， 可編程邏輯控制器，專用集成電路，以及其他可編程電路.
如圖1所示，每個模塊30與斷路器14之一進行通信。每個模塊 30還與至少一個傳感器34進行通信，傳感器34檢測母線12和/或 電路16的每相(如，第一相18,第二相20，第三相22，以及中線) 中的電力狀態(tài)。傳感器34可包括電流互感器(CT),電壓互感器(PT), 及其任一組合，傳感器34監(jiān)測電路16中的輸入電力的狀態(tài)，并且 提供表示該電力狀態(tài)的第一信號36給模塊30。例如，傳感器34可 為產生與電路16中的電流成比例的二次電流的電流互感器，這樣第 一信號36為二次電流。模塊30發(fā)送一個或多個第二信號38給斷路器14和/或從斷路器 14接收一個或多個第二信號38。第二信號38可表示斷路器14的一 個或多個狀態(tài)，該狀態(tài)例如但不局限于可分離觸頭24的位置，彈簧 加載開關狀態(tài)，以及其他，另外，模塊30設置成通過發(fā)送一個或多 個第三信號40給斷路器來操作斷路器l4,從而如指定的打開/閉合 可分離觸頭24。在第一實施例中，斷路器14不能打開可分離觸頭， 除非系統(tǒng)26指令去這樣做，
系統(tǒng)26利用數(shù)據(jù)網絡32以用于從模塊30進行數(shù)據(jù)獲取并數(shù)據(jù) 傳送到該模塊上。因此，網絡32設置成在CCPU28和模塊30之間提 供通信容量和業(yè)務管理的指定值。在代表性實施例中，網絡32可設 置成在模塊30之間不進行通倌(即，無模塊對模塊通信)。
另外，系統(tǒng)26可設置成提供一致的故障響應時間.如此處所用， 系統(tǒng)26的故障響應時間定義為在故障情況發(fā)生時和模塊30發(fā)出跳 閘命令給相關的斷路器14時之間的時間。在^a表性實施例中，系統(tǒng) 26具有故障響應時間，該故障響應時間小于60Hz (赫茲)波形的單 個周期，例如，系統(tǒng)26可具有約三毫秒的最大故障響應時間.
網絡32的配置和運行協(xié)議設置成提供前述的通信容量和響應時 間，例如，網絡32可為具有星型拓樸結構的以太網網絡，如圖l所 示。在該實施例中，網絡32是具有帶有沖突檢測多路訪問(CSMA/CD) 協(xié)議的全雙工網絡，該協(xié)議一般由取消和/或禁用以太網網絡而使 用'相反，網絡32為用于管理沖突域的切換以太網。
在該結構中，網絡32提供至少約100Mbps (兆位每秒)的數(shù)據(jù) 傳送速度，例如，數(shù)據(jù)傳送速度可為約1Gbps (吉位每秒).另外， 對CCPU28和模塊30之間通過網絡32進行的通信可進行管理，以優(yōu) 化網絡32的使用。例如，網絡32可通過調節(jié)一個或多個消息大小， 消息頻率，消息內容和/或網絡速度來進行優(yōu)化，
因此，網絡32為響應時間提供包括預定通信，固定消息長度， 全雙工運行模式，以及防止沖突的開關，這樣在下一組消息預定到 達之前所有的消息移動到CCPU28中的存儲器.因此，系統(tǒng)26可在
8中央位置并以集中方式執(zhí)行指定的控制、監(jiān)測、和保護功能。
我們認識到數(shù)據(jù)網絡32僅通過以太網網絡的方式在上面進行了 說明，該以太網網絡具有特定配置、構形以及數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議.當然， 本發(fā)明考慮到使用任一數(shù)據(jù)傳輸網絡，該數(shù)據(jù)傳輸網絡確保執(zhí)行功 能性的指定范圍所必須的指定數(shù)據(jù)容量和一致的故障響應時間，該 代表性實施例得到CCPU28和模塊30之間的子周期傳輸次數(shù)以及全 部采樣數(shù)據(jù)從而對具有與傳統(tǒng)設備相關的精確度和速度的多個模塊
執(zhí)行所有的配電功能，
CCPU28可互相依賴地執(zhí)行支路保護、區(qū)域保護以及繼電保護， 這是因為所有的系統(tǒng)信息在一個中央位置，即在CCPU上.另外， CCPU28可在中央位置系統(tǒng)信息上執(zhí)行一個或多個監(jiān)測功能，因此， 系統(tǒng)26提供不被現(xiàn)有系統(tǒng)所考慮的相關以及集成保護、控制以及監(jiān) 測方法，例如，系統(tǒng)26以低成本集成并且協(xié)調負載管理、饋電管理、 系統(tǒng)監(jiān)測以及其他系統(tǒng)保護功能，并且容易安裝系統(tǒng)。
模塊30的代表性實施例示于圖2中。模塊30具有微處理器42, 數(shù)據(jù)總線44,網絡接口 46,電源48,以及一個或多個存儲設備50。
電源48設置成從第一信號源52和/或第二信號源54接收電力， 第一信號源52可為不間斷電源(未示出)，多個電池(未示出)， 電源總線(未示出)以及其他電源中的一種或多種，在示出的實施 例中，第二信號源54是從傳感器34得到的二次電流.
電源48設置成從第一和第二信號源52, 54提供電力56給模塊 30。例如> 電源48可提供電力56給微處理器42，數(shù)據(jù)總線42,網 絡接口 44,以及存儲設備50.電源48也設置成提供第四信號58給 微處理器42.第四信號58表示什么電源正在提供電力給電源48, 例如，第四信號58表示電源W是否正從笫一信號源52，第二信號 源54或第一和第二信號源兩者接收電力。
網絡接口 46和存儲設備50與微處理器42在數(shù)據(jù)總線44上進行 通信，網絡接口 46可連接到網絡32上，這樣微處理器42與CCPU28 進行通信。微處理器42接收第一倌號36和第二信號38的數(shù)字表示.第一 信號36為由傳感器34收集的連續(xù)模擬數(shù)據(jù)，同時第二信號38是來 自斷路器14的離散模擬數(shù)據(jù)。因此，從模塊30發(fā)送到CCPU28的數(shù) 據(jù)為實際電壓、電流以及設備狀態(tài)的數(shù)字表示，例如，第一信號36 為表示電路16中的電流和/或電壓的模擬信號。
因此，系統(tǒng)26通過網絡32提供實際原始參數(shù)或離散電氣數(shù)據(jù) (即，第一信號36)和設備實際狀態(tài)(即，第二信號38)給CCPU28, 而不是處理過的歸納信息，該歸納信息由設備如跳閘單元，計量器， 或繼電器進行采樣、產生以及存儲，結果，CCPU28具有完整的原始 系統(tǒng)寬度的數(shù)據(jù)，通過該數(shù)據(jù)以作出決定并且能因此基于從模塊30 得到的信息來搡作網絡32上的任一或所有的斷路器14,模塊30與 駐留在CCPU28中的控制和保護算法要求的一樣多。
模塊30具有信號調節(jié)器60以及模-數(shù)轉換器62'第一信號36 由信號調節(jié)器60進行調節(jié)，并由A/D轉換器62轉換成數(shù)字信號64. 因此，模塊30收集第一倌號36并且將數(shù)字倌號64呈現(xiàn)給微處理器 42,該數(shù)字信號64表示第一信號中的原始數(shù)據(jù)。例如，信號調節(jié)器 60可包括改進第一信號36信噪比的濾波電路(未示出)，放大該第 一信號的增益電路(未示出)，將第一信號轉換成預定范圍的電平 調節(jié)電路(未示出)，有助于第一信號到A/D轉換器62的轉移的阻 抗匹配電路(未示出)，以及其任一組合，此外，A/D轉換器62可 為采樣保持轉換器，其具有來自微處理器42的外部轉換開始信號66 或由微處理器42進行控制的時鐘電路68,從而有助于數(shù)字倌號64 的同步.
期望來自系統(tǒng)26中所有模塊30的數(shù)字信號64可在基本上同一 時間進行收集，特別是，期望系統(tǒng)26中所有模塊30的數(shù)字信號64 表示配電系統(tǒng)10中基本相同時刻的電力.
模塊30至少部分基于如圖l所示的同步信號或指令70采樣數(shù)字 信號64,同步指令"可從在CCPU28內部或外部的同步時鐘72產生， 同步指令70通過網絡32同時從CCPMS傳送到模塊30.同步時鐘72以規(guī)則的間隔將同步指令70發(fā)送給CCPU28, CCPU28在網絡32 上把指令輸送到模塊30。
模塊30采用同步指令70來修改駐留采樣協(xié)議，例如，每個模塊 30可具有在微處理器42上駐留的同步算法.微處理器"上駐留的 同步算法可為軟件鎖相環(huán)算法。該軟件鎖相環(huán)算法至少部分基于來 自CCPU28的同步指令70來調節(jié)模塊30的采樣周期，因此CCPU28 和模塊30在系統(tǒng)26中一起工作，從而確保來自系統(tǒng)中所有模塊的 采樣(即，數(shù)字信號64)進行同步.
因此，系統(tǒng)26設置成部分基于同步指令70收集來自模塊30的 數(shù)字信號64,這樣數(shù)字信號代表相同時刻的瞬態(tài)，如彼此處于一個 預定時間窗口內。因此，CCPU28可具有代表配電系統(tǒng)10內的每個監(jiān) 測位置(如模塊30)的狀態(tài)的一組精確數(shù)據(jù).該預定時間窗口可小 于約10微秒，例如，該預定時間窗口可為約5微秒，
系統(tǒng)26的預定時間窗口可受到網絡32的端到端可變性的影響. 在代表性實施例中，網絡32具有在約24納秒到約720納秒的范圍 內的端到端可變性.在可替換代表性實施例中，網絡32具有約2微 秒的最大端到端可變性.
已經確定由系統(tǒng)26控制所有模塊30到該預定時間窗口 ，確保在 模塊的計量和矢量功能，具有坐標數(shù)據(jù)的系統(tǒng)波形捕獲，精確事件 記錄，以及其他特點上精確度的指定值.在代表性實施例中，精確 度的指定值等于傳統(tǒng)設備的精確度及速度。例如，約十微秒的預定 時間窗提供在計量和矢量功能上約99%的精確度。
從每個斷路器14到每個模塊30的第二信號38表示一個或多個 斷路器的狀態(tài)。將第二信號38提供給模塊30的分立I/O電路74。 電路74與斷路器14和微機42進行通信，電路74設置成確保來自 斷路器"的第二信號38在預定電壓上提供給微處理器42而沒有波 動。例如，電路74可包括去跳動電路和多個比較器。
微處理器42采樣第一和第二信號36， 38作為由CCPU28進行同 步，然后，轉換器"將第一和第二信號36, 38轉換成數(shù)字信號M,該數(shù)字信號64由微處理器42打包到具有指定配置的第一消息76中。 第一消息76可包括指示符，該指示符指示第一信號響應哪個同步信 號70,因此第一消息76正在響應的那個同步信號70的指示符返還 到CCPU28上以用于釆樣時間識別，
CCPU28在網絡32上從每個模塊30接收笫一消息76，并且在所
有第一消息中發(fā)送的數(shù)據(jù)上執(zhí)行一個和/或多個監(jiān)測算法.基于來自 一個或多個模塊30的第一消息76， CCPU28可控制一個或多個斷路 器14的動作。例如，當CCPU28從一個或多個第一消息76探測到故 障時> CCPU通過網絡32發(fā)送第二消息78給一個或多個模塊30。
響應第二消息78，微處理器42使得第三信號來操作(如，斷開 觸頭24)斷路器14。斷路器14可包括多于一個操作機構.例如， 斷路器14可具有并聯(lián)跳閘裝置80以及磁控螺線管82,微處理器42 設置成發(fā)送第一輸出84以操作并聯(lián)跳閘裝置80和/或發(fā)送第二輸出 86以操作螺線管82,第一輸出84指令電力控制模塊88提供第三信 號40(即，電力)給并聯(lián)跳閘裝置80，第三信號40可分離觸頭24. 第二輸出86指令閘門電路90提供第三信號40給螺線管82(即，磁 通移位器)以分離觸頭24。應該注意的是并聯(lián)跳閘裝置80要求存在 第一信號源52,而螺線管82僅當?shù)诙奶栐?4存在時進行操作， 以這種方式，微處理器42可響應笫二消息78操作斷路器14而與第 一和第二信號源52, 54的狀態(tài)無關，
除操作斷路器14之外，模塊30可傳送到一個或多個本地輸入和 /或輸出設備94上。例如，本地輸出設備94可為模塊狀態(tài)指示器， 例如可視或可聽指示器，在一個實施例中，設備94為設置成對模塊 30的狀態(tài)進行通信的發(fā)光二極管(LED),在另一個實施例中，本地 輸入設備94為用于手動操作模塊30的一個或多個部分的狀態(tài)修正 按鈕.在又一個實施例中，本地輸入設備94為用于與模塊30進行 本地通信的模塊接口，
因此，使模塊30適合從作為由CCPU進行同步的傳感器34采樣 第一信號36.然后模塊30將第一和第二信號36， 38的數(shù)字表示(即，數(shù)字信號64),以及其他信息作為需要打包到第一消息76中 來自 所有模塊30的第一消息76通過網絡32發(fā)送到CCPU28, CCPU28處 理第一消息76并產生以及存儲指令從而以第二消息78控制每個斷 路器14的動作。CCPU28發(fā)送笫二信消息78給所有的模塊30,在代 表性實施例中，CCPU28響應同步指令70發(fā)送第二消息78給所有的 模塊30,
因此，系統(tǒng)26可基于來自單個斷路器的信息，或與來自系統(tǒng)26 中其他斷路器的一個或多個的信息相結合來控制每個斷路器14.在 正常操作情況下，系統(tǒng)26在CCPU28上執(zhí)行所有的監(jiān)測、保護以及 控制決定，
由于系統(tǒng)26的保護和監(jiān)測算法駐留在CCPU28中，這些算法可以 使用而不需要在斷路器14或模塊30中進行硬件或軟件改變。例如， 系統(tǒng)26可包括與CCPU28進行通信的數(shù)據(jù)錄入設備92,例如人機接 口 (HMI),在該實施例中，CCPU28上駐留的保護和監(jiān)測算法的一個 或多個屬性和功能可容易從數(shù)椐錄入設備92進行修正。因此，與現(xiàn) 有系統(tǒng)的斷路器/跳閘單元相比，斷路器14和模塊30可更加標準化， 例如，需要超過一百個分立斷路器/跳閘單元，以提供對于配電系統(tǒng) 的保護通常需要的全值范圍，然而，由系統(tǒng)26實現(xiàn)的斷路器14和 才莫塊30的自身特性(genetic nature)能將該數(shù)量減少百分之六十 以上.這樣，系統(tǒng)26能解決現(xiàn)有配電系統(tǒng)的庫存問題、更新能力 (retrofiUability)問題、設計滯后問題、安裝滯后問題、以及 成本問題.
應該認識到，系統(tǒng)26以上被描述成具有一個與模塊30經由單個 網絡32通信的CCPU28。然而，由本公開想到，系統(tǒng)26能具有在圖 1中用虛線表明的冗佘CCPU28和網絡32,例如，在圖2中表明的模 塊30具有兩個網絡接口 46.每個接口 46設置成可操作地將模塊30 通過分立的數(shù)據(jù)網絡32連接到一個分立的CCPU28上.以這種方式， 系統(tǒng)26即使在冗余系統(tǒng)之一失效的情況下也保持可操作。
已經意識到CCPUM在某些情況下不能控制斷路器14,這些情況可包括第一信號源52中的電力中斷，CCPU"的初始啟動，網絡32 的故障，以及其他。在這些故障情況下，系統(tǒng)"包括一個或多個后 備系統(tǒng)，從而確保將至少某些保護提供給斷路器14,
模擬后備系統(tǒng)96的代表性實施例示于圖3中，其中為了清楚起 見將模塊30的某些元件省略，模擬后備系統(tǒng)96為模擬電路98,該 模擬電路98設置成即使另外系統(tǒng)26不工作時，對于選擇性故障情 況操作斷路器14。另外，模擬后備系統(tǒng)96從由傳感器34 (即，電 流互感器)得到的二次電流供電.由于模擬后備系統(tǒng)96由第二信號 源54提供電力，所以它即使在第一信號源52不存在的情況下也能 操作，
模擬電路98接受來自傳感器34的二次電流(如，第二信號源 54)，并且設置成確定是否瞬時過電流(IOC)故障出現(xiàn)在電路16 中。當模擬電路98確定IOC故障出現(xiàn)時，電路提供笫三輸出100給 閘門電路90,從而操作螺線管82,笫三輸出IOO指令閘門電路90 提供第三信號40給螺線管(即，磁通移位器)，第三信號可分離 觸頭24,以這種方式，模塊30可操作與系統(tǒng)26和/或第一信號源 52的運行狀態(tài)獨立的斷路器14。
當系統(tǒng)運行時，模擬后備系統(tǒng)96可與系統(tǒng)26同時運行。在該實 施例中，模擬電路98也可提供第三輸出100給微處理器42，從而通 知故障狀態(tài)的微處理器，
數(shù)字后備系統(tǒng)102的代表性實施例示于圖4中.即使系統(tǒng)26的 部分不工作，數(shù)字后備系統(tǒng)102也可操作斷路器14'
數(shù)字后備系統(tǒng)102包括微處理器42以及后備算法104，該算法 駐留在微處理器上，后備系統(tǒng)102設置成修正微處理器42的運行， 從而將其電力使用與從電源48得到的電力進行協(xié)調。例如，微處理 器42從電源48接收第四信號58。此處，第四信號58表示是否電源 48正在從第一信號源52,第二倌號源54，或第一和第二信號源兩者 接收電力，
當?shù)谒男盘?8表示電源"正從第一信號源52或從第一倌號源和第二信號源52, 54兩者接收電力時，微處理器42正常運行。在 微處理器42的正常運行下，系統(tǒng)26運行，需要從第一信號源52提 供的電力，
然而，當?shù)谒男盘?8表示電源48正僅從第二信號源54接收電 力時，后備系統(tǒng)102可控制微處理器42僅運行算法104.算法104 設置成與從第二信號源54得到的電力一起運行.例如，算法104可 為短時過電流算法，長時過電流算法，以及其任一組合。
在算法104確定故障情況出現(xiàn)在電路16中的情況下，微處理器 42發(fā)送第二輸出86，從而操作螺線管82。另外，第二輸出86指令 閘門電路90提供第三信號40給螺線管82，第三信號可分離觸頭24, 以這種方式，數(shù)字后備保護系統(tǒng)102可響應與系統(tǒng)26的運行狀態(tài)獨 立的第一和第二信號36, 38而操作斷路器14.
數(shù)字后備系統(tǒng)102也可設置成單獨通過其他方法或與算法104 的結合而減小由微處理器42消耗的電力。例如，后備系統(tǒng)102可通 過減慢微處理器的時鐘速度來減小由微處理器42消耗的電力，后備 系統(tǒng)102也可通過切斷內部和/或外部外圍設備的電力56來減小由 微處理器42消耗的電力.內部和/或外部外圍設備例如網絡接口 46， 存儲設備50，本地輸入和/或輸出設備94以及其他。
因此，數(shù)字后備系統(tǒng)102適合即使系統(tǒng)26部分不工作時而操作 斷路器14,
數(shù)字后備系統(tǒng)106的可替換實施例示于圖5中。數(shù)字后備系統(tǒng) 106具有第二微處理器142，信號調節(jié)器160,第二模-數(shù)轉換器162, 以及過電流保護算法204，過電流保護算法駐留在第二微處理器上，
電源48提供電力56給第二微處理器142。由于第二微處理器142 僅運行算法204,該第二微處理器可與從笫二信號源54得到的電力 一起運行。例如，算法2(M可為短時過電流算法，長時過電流算法， 以及其任一組合。
在使用中，第一信號36由信號調節(jié)器160進行調節(jié)并由A/D轉 換器162轉換成數(shù)字信號164,因此，數(shù)字后備系統(tǒng)106收集第一信號36并將數(shù)字信號164呈現(xiàn)給微處理器142,該數(shù)字信號164代表 第一信號的原始數(shù)據(jù).
在算法204確定故障情況出現(xiàn)在電路16中的情況下，微處理器 142發(fā)送第二輸出186以操作螺線管82.第二輸出186,與上述的第 二輸出86很像，指令閘門電路90提供第三倌號40給螺線管82,第 三信號可分離觸頭24.以這種方式，數(shù)字后備系統(tǒng)106可操作與系 統(tǒng)26的運行狀態(tài)獨立的斷路器14,
后備系統(tǒng)的各種代表性實施例為清楚起見除另一個外在上面進 行描述.然而，本發(fā)明考慮到系統(tǒng)26具有一個或多個模擬和數(shù)字后 備系統(tǒng)96, 102， 106的任一組合.
因此，每個模塊30可基于來自CCPU28的笫二消息78控制斷路 器14(即，遙控)，并且通過后備設備96, 102， 106的一個或多個 本地控制斷路器。
優(yōu)點是，具有系統(tǒng)26的配電系統(tǒng)10提供多個保護冗余級. 一個 保護級由斷路器14提供，當檢測到電路16中瞬時過電流故障時， 該斷路器14可自動斷開它的可分離觸頭24.
另外，保護和監(jiān)測的較高級由系統(tǒng)26提供.CCPU28基于從模塊 30在網絡32上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)提供高級保護和監(jiān)測。另外，系統(tǒng)26可 包括與每個模塊30進行通信的冗余CCPU28和網絡32,從而在一個 冗余通信系統(tǒng)故障時確保高級系統(tǒng)保護和監(jiān)測.
最后，系統(tǒng)26通過后備設備96， 102, 106提供后備保護給配電 系統(tǒng)10 當系統(tǒng)26的特定部分出現(xiàn)部分故陣時，當檢測到電路16 中的選擇性故障情況時，后備設備可斷開斷路器14的可分離觸頭 24。
另外，系統(tǒng)26提供這些多個保護冗余而不需要現(xiàn)有設計的高成 本，髙復雜度跳閘單元.此外，系統(tǒng)26在系統(tǒng)中提供這些易于安裝, 設計，以及升級的多個保護冗佘。
應該注意的是，術語"第一，'，"第二，，，"第三'，，"上，，， "下"等可在此進行使用而改變各種元件.這些改變并不隱含著所改變的元件空間，時間或等級上的順序，除非有特定說明.
盡管本發(fā)明已經參考一個或多個代表性實施例進行描述，本領域 技術人員應該知道在不脫離其范圍情況下可以進行各種改變，并且 可用等同物替換其元件，另外，在不脫離其范圍的本發(fā)明的教導下， 可進行許多改變從而適應特定位置或材料。因此，本發(fā)明并不局限 于作為實現(xiàn)該發(fā)明所考慮的最佳模式所披露的特定實施例，而本發(fā) 明包括落在所附權利要求的范圍內的全部實施例.
權利要求
1. 一種用于配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣和傳輸模塊，包括微處理器，用于采樣來自所述配電系統(tǒng)中的電路的電力狀態(tài)信號；網絡接口，將所述微處理器置為與中央處理器進行通信，這樣使得所述微處理器可發(fā)送包含所述電力狀態(tài)信號的第一消息給所述中央處理器，并且可從所述中央處理器接收第二消息和同步脈沖，所述微處理器部分基于所述同步脈沖采樣所述電力狀態(tài)信號；用于響應所述第二消息來操作所述配電系統(tǒng)中的斷路器的裝置；以及用于響應與所述第二消息獨立的所述電力狀態(tài)信號來操作所述斷路器的裝置。
2. 根據(jù)權利要求1的模塊，其中所述用于操作與所述笫二消息 獨立的所述斷路器的所述裝置包括;溪擬電路，所述;f莫擬電路接收所述 電力狀態(tài)信號并且基于所述電力狀態(tài)信號產生輸出，所述輸出設置成 操作所述斷路器。
3. 根據(jù)權利要求1的模塊，其中所述用于操作與所述笫二消息 獨立的所述斷路器的所述裝置包括駐留在所述微處理器上的算法，所 述算法基于所述電力狀態(tài)信號產生輸出，所述輸出設置成操作所述斷 路器。
4. 根據(jù)權利要求1的模塊，其中用于操作與所述笫二消息獨立 的所述斷路器的所述裝置包括第二微處理器，所述第二微處理器具有 其上駐留的算法，所述第二微處理器接收所述電力狀態(tài)信號，這樣使 得所述算法可基于所述電力狀態(tài)信號產生輸出，所述輸出設置成操作 所述斷路器。
5. —種用于配電系統(tǒng)的保護系統(tǒng)，包>^舌 與第 一才莫塊進行通信的第 一斷路器；與第二才莫塊進行通信的第二斷路器；以及與所述第 一和第二模塊進行通信的中夬處理器，這樣所述中央處 理器可發(fā)送同步信號給所述第一和笫二才莫塊，所述笫一模塊部分基于 所述同步信號采樣所述第一斷路器處的第一電力狀態(tài)，所述第一模塊 發(fā)送所述第一電力狀態(tài)給所述中央處理器，所述第二模塊部分基于所 述同步信號采樣所述第二斷路器處的第二電力狀態(tài)，并且所述第二才莫 塊發(fā)送所述第二電力狀態(tài)給所述中央處理器，其中所述中央處理器設置成基于所述第一電力狀態(tài)控制所述第 一斷路器，基于所述第二電力狀態(tài)控制所述第二斷路器，以及控制其 組合。
6. 根據(jù)權利要求5的保護系統(tǒng)，其中所述笫一模塊進一步包括 后備系統(tǒng)，用于基于與所述中央處理器獨立的所述第一電力狀態(tài)本地 操作所述第一斷路器。
7. 根據(jù)權利要求6的保護系統(tǒng)，其中所述后備系統(tǒng)包括模擬電 路，所述模擬電路接收所述第一電力狀態(tài)，并基于所述第一電力狀態(tài) 信號產生輸出，所述輸出設置成操作所述笫一斷路器。
8. 根據(jù)權利要求6的保護系統(tǒng)，其中所述后備系統(tǒng)包括駐留在 所述微處理器上的算法，所述算法基于所述第一電力狀態(tài)信號產生輸 出，所述輸出設置成操作所述第一斷路器。
9. 根據(jù)權利要求6的保護系統(tǒng)，其中所述后備系統(tǒng)包括第二微 處理器，所述第二微處理器具有駐留其上的算法，所述算法基于所述 第一電力狀態(tài)信號產生輸出，所述輸出設置成操作所述第一斷路器。
全文摘要
提供一種用于配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣和傳輸模塊(圖2)。該模塊具有微處理器(42)和網絡接口(46)。該微處理器(42)采樣表示配電系統(tǒng)中電力狀態(tài)的第一信號(52)。該網絡接口(46)將微處理器(42)置成與數(shù)據(jù)網絡(44)進行通信。微處理器(42)部分基于在數(shù)據(jù)網絡(44)上傳輸?shù)耐叫盘杹聿蓸拥谝恍盘?52)。
文檔編號H02J3/00GK101291081SQ20081009899
公開日2008年10月22日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權日2002年2月25日
發(fā)明者伊曼德·安達拉維斯·安達拉維斯, 厄圖格魯爾·伯坎, 戴維·G·弗萊徹, 托馬斯·F·帕帕洛, 約翰·J·多爾蒂 申請人:通用電氣公司