專利名稱：具有遠(yuǎn)程冗余保護(hù)功能的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配電的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。具體來說，本發(fā)明涉及一種變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，該變電站自動(dòng)化系統(tǒng)配置成來為配電變電站、特別是中壓變電站的間隔執(zhí)行保護(hù)功能。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，特別是在高壓和中壓電力網(wǎng)中，變電站包括一次裝置，例如電纜、 線路、匯流條、開關(guān)、電力變壓器和儀表變壓器，它們一般設(shè)置在開關(guān)場和/或間隔中。這些一次裝置經(jīng)由變電站自動(dòng)化系統(tǒng)以自動(dòng)化方式來操作。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)包括二次裝置， 其中包括負(fù)責(zé)一次裝置的保護(hù)、控制和監(jiān)測的智能電子裝置(IED)。變電站自動(dòng)化或過程控制的IED是配置成運(yùn)行一次設(shè)備的保護(hù)功能的嵌入裝置。為了提供故障保護(hù)功能，在高壓電力網(wǎng)中，在本地、即在變電站內(nèi)部實(shí)現(xiàn)冗余保護(hù)。按照專利申請EP-A 1976177，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，通過遠(yuǎn)程重新配置和啟動(dòng)更換或備用IED來減少修理的平均時(shí)間，從而留下更多小時(shí)數(shù)讓維護(hù)人員修理不活動(dòng)或有故障IED。實(shí)際修理所需的時(shí)間對于系統(tǒng)可用性是不相關(guān)的，只要與IED故障率相比足夠短。因此，遠(yuǎn)程配置的備用IED引起與熱待用配置幾乎相同的可用性，但無需使所有基本 IED加倍-對于連接到相同站母線和過程母線的相同類型的每組IED僅需要一個(gè)備用聯(lián)機(jī) IED。然而，在中壓變電站的上下文中，一次設(shè)備的保護(hù)功能通常不是冗余的。避免冗余度的主要原因是成本效率。實(shí)際上，提供保護(hù)功能冗余度的常規(guī)方式(例如在高壓變電站中)要求運(yùn)行保護(hù)功能的硬件裝置、特別是IED加倍。從成本的角度來看，由于冗余硬件以及花費(fèi)在建立冗余系統(tǒng)上的工程部分，這種方式幾乎使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)部分的成本加倍。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，該變電站自動(dòng)化系統(tǒng)為配電變電站、特別是中壓變電站的間隔執(zhí)行保護(hù)功能，而沒有現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的至少一部分。具體來說，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，該變電站自動(dòng)化系統(tǒng)提供故障保護(hù)功能，而無需與運(yùn)行保護(hù)功能的硬件裝置的加倍關(guān)聯(lián)的成本。這些目的通過如權(quán)利要求1所述的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)以及如權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)化保護(hù)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)。由從屬權(quán)利要求，進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例是顯而易見的。按照本發(fā)明，上述目的具體通過如下方式來實(shí)現(xiàn)配置成來為配電變電站、特別是中壓變電站的間隔執(zhí)行保護(hù)功能的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)還配置成經(jīng)由通信鏈路從遠(yuǎn)程中心接收冗余保護(hù)命令，并且為間隔運(yùn)行冗余保護(hù)命令。因此，對于多個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)功能，冗余保護(hù)功能在一個(gè)共同中央單元中并且由其遠(yuǎn)程(非現(xiàn)場)來實(shí)現(xiàn)和提供。例如，代替使變電站內(nèi)部的IED的數(shù)量加倍，冗余保護(hù)服務(wù)器的成功而是能夠在若干變電站
3之間分?jǐn)?；因此，與用于實(shí)現(xiàn)保護(hù)冗余度的硬件平臺關(guān)聯(lián)的成本在若干變電站之間分?jǐn)?，同時(shí)工程階段為最小。因此，通過將若干變電站的冗余保護(hù)功能集中到單個(gè)共同位置，以低成本來得到冗余度。優(yōu)選地，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)包括保護(hù)模塊、如IED，保護(hù)模塊配置成執(zhí)行保護(hù)功能， 并且經(jīng)由過程總線連接到測量設(shè)備或傳感器和/或連接到與間隔關(guān)聯(lián)的操作設(shè)備或致動(dòng)器。優(yōu)選地，保護(hù)模塊(IED)經(jīng)由變電站通信網(wǎng)絡(luò)連接到網(wǎng)關(guān)。此外，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)配置成從過程總線向遠(yuǎn)程中心傳送由測量設(shè)備所測量的過程值，以及從遠(yuǎn)程中心接收并且經(jīng)由過程總線轉(zhuǎn)發(fā)針對操作設(shè)備的冗余保護(hù)命令。在一個(gè)實(shí)施例中，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)還包括用于與遠(yuǎn)程中心進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)連接到過程總線，以及配置成向遠(yuǎn)程中心轉(zhuǎn)發(fā)包含來自測量設(shè)備的過程值的網(wǎng)絡(luò)消息， 并且向操作設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)從遠(yuǎn)程中心所接收的網(wǎng)絡(luò)消息中包含的冗余保護(hù)命令。例如，網(wǎng)關(guān)經(jīng)由冗余通信網(wǎng)絡(luò)連接到測量設(shè)備和/或操作設(shè)備。本發(fā)明還涉及一種用于一個(gè)或多個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)化保護(hù)服務(wù)器，該計(jì)算機(jī)化保護(hù)服務(wù)器在每種情況下代表配電變電站、特別是中壓變電站的間隔來執(zhí)行保護(hù)功能。保護(hù)服務(wù)器位于遠(yuǎn)離一個(gè)或多個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，并且配置成經(jīng)由通信鏈路向一個(gè)或多個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)傳送冗余保護(hù)命令，該冗余保護(hù)命令將由相應(yīng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)為間隔來運(yùn)行。優(yōu)選地，保護(hù)服務(wù)器包括多個(gè)冗余保護(hù)模塊。各冗余保護(hù)模塊與變電站的特定間隔關(guān)聯(lián)，以及配置成接收與該特定間隔關(guān)聯(lián)的測量設(shè)備所測量的過程值，并且向與該特定間隔關(guān)聯(lián)的操作設(shè)備傳送冗余保護(hù)命令。例如，保護(hù)服務(wù)器是與配電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)控制中心的一部分。


將參照附圖作為舉例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，附圖包括圖1是示意示出具有在無需變電站的間隔的任何冗余度的情況下執(zhí)行保護(hù)功能的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的配電變電站的框圖。圖2是示意示出具有連接到包括變電站的計(jì)算機(jī)化保護(hù)服務(wù)器的遠(yuǎn)程中心的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的配電變電站的框圖。
具體實(shí)施例方式圖1中，參考標(biāo)號1’表示電力系統(tǒng)的變電站、特別是配電系統(tǒng)的中壓變電站，其中包括常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)10’。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)10’包括保護(hù)模塊110、120、130、如 IED，它們在每種情況下配置成來為變電站1’的相應(yīng)間隔11、12、13執(zhí)行保護(hù)功能。如圖1 所示，IED經(jīng)由過程總線14連接，并且通過合并單元例如經(jīng)由電流和/或電壓變壓器(CT/ VT)連接到操作設(shè)備和/或測量設(shè)備。優(yōu)選地，變電站1’的內(nèi)部通信按照IEC61850中對中壓變電站所定義來實(shí)現(xiàn)；具體來說，按照IEC61850的第5小節(jié)，它定義在變電站內(nèi)部發(fā)生的通信(例如GOOSE或Sample Values)。變電站1，還包括用于外部通信的網(wǎng)關(guān)100，，例如與關(guān)聯(lián)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)控制中心進(jìn)行通信。網(wǎng)關(guān)100’提供變電站1’與網(wǎng)絡(luò)控制中心之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。IED經(jīng)由電站總線15連接到網(wǎng)關(guān)。變電站1’或變電站自動(dòng)化系統(tǒng)10’分別沒有任何冗余度。冗余方案通常包括具有冗余保護(hù)功能的附加(冗余)IED。
圖2中，參考標(biāo)號1、N表示對應(yīng)配電變電站、特別是中壓變電站，其中在每種情況下包括按照本發(fā)明的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)10。與常規(guī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)10’對應(yīng)，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)10包括保護(hù)模塊110、120、130、如IED，它們配置成來為變電站1的相應(yīng)間隔11、 12、13運(yùn)行保護(hù)功能111、121、131。相應(yīng)地，IED經(jīng)由過程總線14連接，并且通過合并單元例如經(jīng)由電流和/或電壓變壓器(CT/VT)連接到操作設(shè)備和/或測量設(shè)備。但是，與圖1 的常規(guī)解決方案相反，在變電站1、N中，在每種情況下，在操作設(shè)備和/或測量設(shè)備與設(shè)置于遠(yuǎn)程中心2中的計(jì)算機(jī)化冗余保護(hù)服務(wù)器20之間提供通信鏈路。優(yōu)選地，由于性能和安全原因，通信鏈路31、3N分別實(shí)現(xiàn)為變電站1、N與保護(hù)服務(wù)器20或遠(yuǎn)程中心2之間的專用網(wǎng)絡(luò)。例如，遠(yuǎn)程中心2是遠(yuǎn)程冗余設(shè)施，它位于與配電網(wǎng)關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)控制中心(NCC)或者作為其一部分。優(yōu)選地，變電站1、N還包括用于與遠(yuǎn)程中心2處的冗余保護(hù)服務(wù)器20的外部通信的網(wǎng)關(guān)100。相應(yīng)地，網(wǎng)關(guān)100經(jīng)由通信鏈路16連接到過程總線14。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)通信鏈路16實(shí)現(xiàn)為分別從網(wǎng)關(guān)100到合并單元(MU)或操作設(shè)備和/或測量設(shè)備的冗余變電站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。因此，在后一種情況下，故障IED(其保護(hù)功能由遠(yuǎn)程保護(hù)服務(wù)器20冗余地處理)沒有阻擋保護(hù)功能所依靠的數(shù)據(jù)的傳輸。優(yōu)選地，網(wǎng)關(guān)100與遠(yuǎn)程保護(hù)服務(wù)器20之間的外部通信基于IEC61850的擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)，如Draft IEC TR 61850-90-1 Communication networks and systems for power utility automation-Part 90-1 :Use of IEC 61850 for the communication between substations中定義。因此，與常規(guī)變電立占1，才目比，變電站1、N的內(nèi)部架構(gòu)基本上保持相同，但是為了實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程中心2處的冗余保護(hù)服務(wù)器20 的通信，添加了通信鏈路16、31、3N。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，圖2中的網(wǎng)關(guān)100可以但并非一定與提供變電站與NCC之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換的圖1的常規(guī)網(wǎng)關(guān)100’相同。在圖2所示的實(shí)施例中，過程總線14跨不同間隔11、12、13共享。但是，在單獨(dú)的過程總線專用于各間隔11、12、13的一個(gè)備選實(shí)施例中，該架構(gòu)實(shí)際上保持相同，而這些過程總線段的每一個(gè)經(jīng)由單獨(dú)通信鏈路連接到網(wǎng)關(guān)100，供與冗余保護(hù)服務(wù)器20的通信。如圖2所示，保護(hù)服務(wù)器20包括指配給特定變電站1、N的若干保護(hù)模塊21、2N。 為了防止有故障功能對整個(gè)冗余系統(tǒng)具有不利影響，在保護(hù)模塊21、2N中隔離每個(gè)冗余保護(hù)功能或者至少屬于不同變電站1、N的保護(hù)功能。在一個(gè)實(shí)施例中，將單獨(dú)的保護(hù)模塊21、 2N指配給相應(yīng)變電站1、N的每個(gè)保護(hù)間隔11、12、13。冗余保護(hù)服務(wù)器20包括一個(gè)或多個(gè)常規(guī)計(jì)算機(jī)，其中包括用于處理若干變電站1、N的(冗余)保護(hù)功能的一個(gè)或多個(gè)處理器。 優(yōu)選地，保護(hù)模塊21、2N實(shí)現(xiàn)為編程軟件模塊，并且配置成分別在變電站1、N處的相應(yīng)保護(hù)模塊110、120、130或IED的故障情況下來為所指配保護(hù)間隔11、12、13運(yùn)行(冗余)保護(hù)功能。因此，冗余保護(hù)功能運(yùn)行于遠(yuǎn)程保護(hù)服務(wù)器20，并且經(jīng)由通信鏈路16、網(wǎng)關(guān)100和通信鏈路31、3N從擴(kuò)展過程總線14來接收用于計(jì)算和運(yùn)行保護(hù)功能的相關(guān)數(shù)據(jù)。相應(yīng)地， 包含與間隔11、12、13關(guān)聯(lián)的測量設(shè)備所測量的過程值的網(wǎng)絡(luò)消息經(jīng)由網(wǎng)關(guān)100傳送給保護(hù)服務(wù)器20的相應(yīng)冗余保護(hù)模塊21、2N ；以及分別在保護(hù)模塊110、120、130或IED的所檢測故障的情況下，包含冗余保護(hù)命令的網(wǎng)絡(luò)消息從保護(hù)服務(wù)器20的相應(yīng)冗余保護(hù)模塊21、 2N傳送給與間隔11、12、13關(guān)聯(lián)的操作設(shè)備供分別執(zhí)行。優(yōu)選地，與相同變電站1、N關(guān)聯(lián)的保護(hù)功能在同一個(gè)共同虛擬環(huán)境中運(yùn)行，由此每個(gè)變電站1、N的單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)卡設(shè)置在冗余保護(hù)服務(wù)器20，并且因此專用于每個(gè)虛擬環(huán)境。從測量設(shè)備(例如通過電流和/或電壓變壓器CT/VT)到冗余保護(hù)功能的樣本(過程)值的傳輸延遲設(shè)置為盡可能短。理想地，允許最大三毫秒的延遲，但在冗余保護(hù)的情況下，這個(gè)延遲可延長，以便實(shí)現(xiàn)延遲冗余保護(hù)功能。為了使傳輸?shù)却龝r(shí)間保持較低，光纖優(yōu)選地用于變電站1、N與冗余保護(hù)服務(wù)器20之間的通信鏈路31、3N。在一個(gè)擴(kuò)展實(shí)施例中，在遠(yuǎn)程中心2的服務(wù)器不僅實(shí)現(xiàn)冗余保護(hù)功能，而且還實(shí)現(xiàn)每個(gè)變電站1、N的冗余控制功能。在另一個(gè)實(shí)施例中，在遠(yuǎn)程中心2的服務(wù)器中遠(yuǎn)程復(fù)制在變電站1、N中執(zhí)行的其它功能、如事件記錄。
權(quán)利要求
1.一種變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)，配置成來為電力系統(tǒng)的變電站(1)、特別是中壓變電站(1)的間隔(11，12，13)執(zhí)行保護(hù)功能(111，121，131)，其特征在于，所述變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)還配置成經(jīng)由通信鏈路(31)從遠(yuǎn)程中心( 接收冗余保護(hù)命令，并且為所述間隔 (11,12,13)運(yùn)行所述冗余保護(hù)命令。
2.如權(quán)利要求1所述的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述變電站自動(dòng)化系統(tǒng) (10)包括配置成執(zhí)行所述保護(hù)功能(111，121，131)的保護(hù)模塊(110，120，130)，所述保護(hù)模塊(110，120，130)經(jīng)由過程總線(14)連接到與所述間隔(11，12，13)關(guān)聯(lián)的一次開關(guān)設(shè)備的測量設(shè)備和操作設(shè)備，以及所述變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)配置成從所述過程總線(14) 向遠(yuǎn)程中心( 傳送由所述測量設(shè)備所測量的過程值，從所述遠(yuǎn)程中心( 接收并且經(jīng)由所述過程總線(14)來轉(zhuǎn)發(fā)針對所述操作設(shè)備的保護(hù)命令。
3.如權(quán)利要求2所述的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述變電站自動(dòng)化系統(tǒng) (10)還包括用于與所述遠(yuǎn)程中心(2)進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)(100)，所述網(wǎng)關(guān)(100)連接到所述過程總線(14)，以及配置成向所述遠(yuǎn)程中心( 轉(zhuǎn)發(fā)來自所述測量設(shè)備的包含所述過程值的網(wǎng)絡(luò)消息，并且向所述操作設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)從所述遠(yuǎn)程中心(2)所接收的網(wǎng)絡(luò)消息中包含的保護(hù)命令。
4.如權(quán)利要求3所述的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述保護(hù)模塊(110，120， 130)是配置成經(jīng)由所述過程總線(14)來與所述測量設(shè)備和/或操作設(shè)備進(jìn)行通信的智能電子裝置，并且所述智能電子裝置經(jīng)由變電站通信網(wǎng)絡(luò)連接到所述網(wǎng)關(guān)(100)。
5.如權(quán)利要求3或4中的任一項(xiàng)所述的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述網(wǎng)關(guān)(100)經(jīng)由冗余變電站通信網(wǎng)絡(luò)連接到所述測量設(shè)備和/或操作設(shè)備。
6.一種用于在每種情況下為變電站(1)、特別是中壓變電站⑴的間隔(11，12，13)執(zhí)行保護(hù)功能(111，121，131)的一個(gè)或多個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)的計(jì)算機(jī)化保護(hù)服務(wù)器 (20)，所述保護(hù)服務(wù)器00)遠(yuǎn)離所述一個(gè)或多個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(20)，并且配置成經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)(31)向所述一個(gè)或多個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)傳送冗余保護(hù)命令，所述冗余保護(hù)命令將由所述相應(yīng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)為所述間隔(11，12，1；3)來運(yùn)行。
7.如權(quán)利要求6所述的保護(hù)服務(wù)器(20)，其特征在于，所述保護(hù)服務(wù)器00)配置成從所述相應(yīng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)接收包含與所述間隔(11，12，1；3)關(guān)聯(lián)的測量設(shè)備所測量的過程值的網(wǎng)絡(luò)消息，并且向所述相應(yīng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)傳送包含針對與所述間隔 (11，12，13)關(guān)聯(lián)的操作設(shè)備的所述保護(hù)命令的網(wǎng)絡(luò)消息。
8.如權(quán)利要求6或7中的任一項(xiàng)所述的保護(hù)服務(wù)器(20)，其特征在于，所述保護(hù)服務(wù)器00)包括多個(gè)保護(hù)模塊(21，2N)，各保護(hù)模塊(21，2N)與變電站⑴的相應(yīng)間隔(11，12， 13)的至少一個(gè)保護(hù)功能關(guān)聯(lián)，以及配置成接收與該特定間隔(11，12，13)關(guān)聯(lián)的所述測量設(shè)備所測量的過程值，并且向與該特定間隔(11，12，13)關(guān)聯(lián)的所述操作設(shè)備傳送保護(hù)命令。
9.如權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的保護(hù)服務(wù)器(20)，其特征在于，所述保護(hù)服務(wù)器00)包括多個(gè)通信模塊，所述通信模塊的每個(gè)專用于所述保護(hù)服務(wù)器00)與一個(gè)變電站(1)之間的通信鏈路(31)。
全文摘要
一種配置成來為配電變電站(1)、特別是中壓變電站(1)的間隔(11，12，13)執(zhí)行保護(hù)功能(111，121，131)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)還配置成經(jīng)由通信鏈路(31)從遠(yuǎn)程中心(2)接收冗余保護(hù)命令，并且為間隔(11，12，13)運(yùn)行冗余保護(hù)命令。具體來說，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)配置成向遠(yuǎn)程中心(2)處的冗余保護(hù)服務(wù)器(20)傳送由變電站(1)的測量設(shè)備所測量的過程值，以及從冗余保護(hù)服務(wù)器(20)接收并且經(jīng)由過程總線轉(zhuǎn)發(fā)針對變電站(1)的操作設(shè)備的冗余保護(hù)命令。因此，對于多個(gè)中壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(10)的保護(hù)功能(111，121，131)，冗余保護(hù)功能由一個(gè)共同遠(yuǎn)程中央單元以節(jié)省成本的方式來實(shí)現(xiàn)和提供。
文檔編號H02H7/26GK102474095SQ201080031935
公開日2012年5月23日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者J-C·圖尼耶, T·維爾納 申請人:Abb研究有限公司