專利名稱：電路保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及配電系統(tǒng)，尤其涉及一種用于電路保護(hù)系統(tǒng)的方法和裝置，為整個系統(tǒng)提供動態(tài)區(qū)域保護(hù)。
背景技術(shù)：
在配電系統(tǒng)中，電力分配給不同的負(fù)載并且一般分成支路，從而給規(guī)定負(fù)載提供電力。支路也能與其他配電設(shè)備相連。
我們都知道，當(dāng)考慮系統(tǒng)的異常電力情況，也就是故障時，采用電路保護(hù)裝置或電力開關(guān)裝置，例如，電路斷路器，來保護(hù)電路。電路斷路器設(shè)法防止和減小損害并且通常能自動操作。電路斷路器也設(shè)法減小了在故障情況下停電的范圍和持續(xù)時間。
我們也知道，打開和關(guān)閉這些電路斷路器是基于配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)的靜態(tài)定義的保護(hù)區(qū)。當(dāng)前的保護(hù)系統(tǒng)采用基于這些靜態(tài)定義區(qū)的電氣特性的算法，通過運(yùn)用布置在保護(hù)的靜態(tài)定義區(qū)的電路斷路器來清除故障。
這種當(dāng)前的系統(tǒng)沒有考慮到配電系統(tǒng)的狀態(tài)的改變、拓?fù)浠蚪Y(jié)構(gòu)，例如電路斷路器的打開或閉合而導(dǎo)致的潮流的變化。保護(hù)系統(tǒng)對配電系統(tǒng)狀態(tài)的動態(tài)變化的不適應(yīng)將導(dǎo)致不正確算法的應(yīng)用和電力控制設(shè)備的不必要的功能，這些都是基于保護(hù)區(qū)域內(nèi)的錯誤的靜態(tài)的狀態(tài)。這樣就增加了對系統(tǒng)產(chǎn)生破壞的危險性，比如，不能及時切除故障。這也降低了系統(tǒng)的效率，比如，通過不適時的電路斷路器的打開和多余的跳閘，并增加了在故障情況下的停電的范圍和持續(xù)時間。
相應(yīng)地，需要將電路保護(hù)系統(tǒng)引入配電系統(tǒng)當(dāng)中，這樣可以降低配電系統(tǒng)的故障損壞危險性和增加配電系統(tǒng)的效率。對于保護(hù)系統(tǒng)而言，有更進(jìn)一步的要求，這就是能夠在配電系統(tǒng)發(fā)生變化時改變保護(hù)的區(qū)域并考慮區(qū)域內(nèi)變化的狀態(tài)。對保護(hù)系統(tǒng)來說還有一個要求，即提供最優(yōu)的保護(hù)而不犧牲選擇性。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種保護(hù)電路的方法。這種方法包括監(jiān)視電路保護(hù)的區(qū)域以決定最初的拓?fù)?，至少部分基于最初的拓?fù)渥兓{(diào)整保護(hù)區(qū)域的區(qū)域保護(hù)功能，以及在保護(hù)區(qū)域執(zhí)行區(qū)域保護(hù)功能。
另一方面，提供了一種保護(hù)電路的方法，這種方法包括監(jiān)視電路以決定最初的拓?fù)?，并至少部分基于最初的拓?fù)渥兓瘉頌橹辽俨糠蛛娐范x保護(hù)區(qū)域。
再一方面，提供了耦合到具有電路斷路器的電路的保護(hù)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括一種通過通信方式與電路耦合的控制處理單元。所述控制處理單元監(jiān)視電路的拓?fù)?。所述控制處理單元至少部分基于拓?fù)鋪頌橹辽俨糠蛛娐范x保護(hù)區(qū)域。所述控制處理單元至少部分基于拓?fù)渥兓瘉碇匦露x保護(hù)區(qū)域。
還一方面，提供了一種與具有保護(hù)區(qū)域和電路斷路器的電路相耦合的保護(hù)系統(tǒng)。所述保護(hù)系統(tǒng)包括一種通過通信方式與電路耦合的控制處理單元。所述控制處理單元監(jiān)視保護(hù)區(qū)域的拓?fù)?。所述控制處理單元至少部分基于拓?fù)鋪頌楸Ｗo(hù)區(qū)域調(diào)整區(qū)域保護(hù)功能。所述控制處理單元執(zhí)行區(qū)域保護(hù)功能以檢測保護(hù)區(qū)域中的故障。
又一方面，提供了一種配電系統(tǒng)，所述配電系統(tǒng)包括電路和控制處理單元。所述電路具有電路斷路器、電源和負(fù)載。所述控制處理單元與電路通過通信方式耦合。所述控制處理單元決定線路的拓?fù)?。所述控制處理單元至少部分基于拓?fù)鋪頌橹辽俨糠蛛娐范x保護(hù)區(qū)域。所述控制處理單元至少部分基于拓?fù)渥兓瘉碇匦露x保護(hù)區(qū)域。
又一方面，提供了一種配電系統(tǒng)，所述配電系統(tǒng)包括電路和控制處理單元。所述電路具有保護(hù)區(qū)域、電路斷路器、電源和負(fù)載。所述控制處理單元與電路通過通信方式耦合。所述控制處理單元監(jiān)視保護(hù)區(qū)域的拓?fù)?。所述控制處理單元至少部分基于拓?fù)鋪頌楸Ｗo(hù)區(qū)域調(diào)整區(qū)域保護(hù)功能。所述控制處理單元執(zhí)行區(qū)域保護(hù)功能以檢測保護(hù)區(qū)域中的故障。
從下述詳細(xì)的說明、附圖和所附的權(quán)利要求，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會知道和理解本發(fā)明的上述和其他的特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖1是配電系統(tǒng)的示意圖。
圖2是圖1的配電系統(tǒng)一個模塊的示意圖。
圖3是圖1的保護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)時間。
圖4是多個電源配電系統(tǒng)的示意圖。
圖5是具有發(fā)生在饋線1電路斷路器下游的故障的圖4所示系統(tǒng)的一部分的示意圖。
圖6是具有發(fā)生在主線1電路斷路器下游的故障的圖4所示系統(tǒng)的一部分的示意圖。
圖7是具有打開或者跳閘狀態(tài)的連絡(luò)線電路斷路器的圖4所示系統(tǒng)的一部分的示意圖。
圖8是具有打開或者跳閘狀態(tài)的主線電路斷路器2的圖7所示系統(tǒng)的一部分的示意圖。
圖9是具有第一保護(hù)區(qū)域的圖4所示系統(tǒng)的一部分的示意圖。
圖10是具有第二保護(hù)區(qū)域的圖9所示系統(tǒng)的一部分的示意圖。
圖11是具有第一保護(hù)區(qū)域和不同拓?fù)涞膱D9所示系統(tǒng)的一部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖尤其是圖1，配電系統(tǒng)的具體的實(shí)施例通常如附圖標(biāo)記10所示。系統(tǒng)10通過許多或多個電力開關(guān)設(shè)備或電路斷路器14，從至少一個電力母線12向支路16分配電力。
電力母線12是通過具體實(shí)施例進(jìn)行說明，該三相電力系統(tǒng)具有第一相18、第二相20和第三相22。電力母線12也包括一個中性相(未示出)。系統(tǒng)10的說明是為了澄清從電力母線12通過四個斷路器14向四個電路16分配電力。當(dāng)然，通過本發(fā)明可以想到，電力母線12有任意所需數(shù)量的相和/或系統(tǒng)10有任意所需數(shù)量的電路斷路器14和電路斷路器的任意拓?fù)洌?，串?lián)、或并聯(lián)、或其他組合。
每一個電路斷路器14有一組可以分離的觸頭24(示意說明)。觸頭24選擇性地將電力母線12與至少電路16的一個負(fù)載(也示意說明)相連。負(fù)載可以包括設(shè)備，比如，但不限于，電動機(jī)、電焊機(jī)、計(jì)算機(jī)、加熱器、照明設(shè)備，和/或其他電氣設(shè)備。
圖1說明配電系統(tǒng)10，具有一個中央控制的和完全集成的保護(hù)、監(jiān)視和控制的系統(tǒng)26的具體的實(shí)施例(后面稱“系統(tǒng)”)。系統(tǒng)26是配置來通過一個中央控制處理單元28(后面稱“CCPU”)控制和監(jiān)視配電系統(tǒng)10。CCPU 28與許多或多個數(shù)據(jù)采樣和傳輸模塊30(以后稱“模塊”)通過一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)32進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)32對從所有模塊30來的所有的信息實(shí)際上同時傳遞給CCPU 28。
這樣，系統(tǒng)26能夠包括保護(hù)和控制方案，所述方案考慮在一個或者全部電路斷路器14處的電氣信號的值，比如電流的幅值和相位。更進(jìn)一步，系統(tǒng)26將配電系統(tǒng)10中的單個斷路器14的保護(hù)、控制和監(jiān)視功能集成于一個單獨(dú)的、中央化的控制處理器(比如CCPU28)。系統(tǒng)26通過在網(wǎng)絡(luò)32上與模塊30和電路斷路器14的數(shù)字通信，將可利用的所有同步的信息集合傳遞給CCPU28，并基于所述完整的數(shù)據(jù)集合為CCPU提供操作這些設(shè)備的能力。
尤其是，CCPU28為配電系統(tǒng)10執(zhí)行所有的主要配電功能。即，CCPU28可能執(zhí)行一些或者全部的瞬時過電流保護(hù)(IOC)、短時過電流保護(hù)、長時過電流保護(hù)、繼電保護(hù)和邏輯控制，也可以是系統(tǒng)26的數(shù)字信號處理功能。這樣，系統(tǒng)26可以改變設(shè)定，并可以將數(shù)據(jù)記錄在一個單獨(dú)的、中央位置，也就是CCPU28。在這里CCPU28是用一個中央處理單元的方式來描述的。當(dāng)然，通過本發(fā)明可以考慮CCPU28包括任意的可編程電路，比如，但不限于，計(jì)算機(jī)、處理器、微控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器，專用集成電路，和其他可編程電路。
如圖1所示，每一個模塊30與電路斷路器14當(dāng)中的一個進(jìn)行通信。每一個模塊30也至少與一個傳感器34通信，所述每一個傳感器檢測母線12上/或電路16上的每一相上(比如，第一相18，第二相20，第三相22，和中線)的電力的狀況或電氣參數(shù)。傳感器34可以包括電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)、和它們的任意組合。傳感器34監(jiān)視電路16的輸入功率的狀況或電氣參數(shù)，并提供代表功率狀況的第一或者參數(shù)信號36給模塊30。例如，傳感器34可以是電流互感器，電流互感器產(chǎn)生正比于電路16電流的二次側(cè)電流，使得第一信號36就是二次側(cè)電流。
模塊30發(fā)送一個或多個第二信號38給電路斷路器14和/或從電路斷路器14接收一個或多個第二信號38。第二信號38可以代表斷路器14的一個或多個狀況，比如，但不限于，可分離觸頭24的一個位置或者狀態(tài)、一個觸發(fā)加載開關(guān)狀態(tài)、一個閉鎖狀態(tài)或情況、以及其他。另外，模塊30被配置成通過向斷路器發(fā)出一個或多個第三信號40來操作或動作電路斷路器14，以此來按需要打開/關(guān)閉可分離觸頭24，比如開/關(guān)命令或信號。在第一個實(shí)施例中，電路斷路器14不能打開觸頭24，除非由系統(tǒng)26指示可以這么做。
系統(tǒng)26利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)32來從模塊30進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取和與模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。相應(yīng)地，網(wǎng)絡(luò)32被配置得能在CCPU28和模塊30之間提供所需水平的通信容量和業(yè)務(wù)管理。在具體實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)32可以被配置成不能在模塊30之間進(jìn)行通信(也就是，沒有模塊與模塊之間的通信)。
另外，系統(tǒng)26可以配置成能夠提供一個一致的故障響應(yīng)時間。在這里的使用中，系統(tǒng)26的故障響應(yīng)時間定義為當(dāng)故障狀況發(fā)生的時間與模塊30向相關(guān)的斷路器14發(fā)出跳閘命令的時間之間的差。在具體實(shí)施例中，系統(tǒng)26的故障響應(yīng)時間小于60Hz波形的一個周期。例如，系統(tǒng)26可以具有大約3毫秒的最大故障響應(yīng)時間。
網(wǎng)絡(luò)32的結(jié)構(gòu)和操作協(xié)議配置成可以提供前面所述通信容量和響應(yīng)時間。例如，網(wǎng)絡(luò)32可以是具有圖1所示的星型拓?fù)涞囊蕴W(wǎng)。在具體實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)32是一個全雙工的網(wǎng)絡(luò)，具有通常由除去和/或禁止的以太網(wǎng)使用的沖突檢測多路存取(CSMA/CD)協(xié)議。再者，網(wǎng)絡(luò)32是一個為避免沖突的可切換的以太網(wǎng)。
在所述結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)32提供了至少是大約100Mbps(兆位每秒)的數(shù)據(jù)傳輸速率。例如，數(shù)據(jù)傳輸速率可以是大約1Gbps(吉位每秒)。另外，CCPU28與模塊30之間通過網(wǎng)絡(luò)32的通信可以進(jìn)行管理以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)32的使用。例如，網(wǎng)絡(luò)32可以通過調(diào)整一個或者多個消息的大小、消息的頻率、消息的內(nèi)容和/或網(wǎng)絡(luò)速度來進(jìn)行優(yōu)化。
再者，網(wǎng)絡(luò)32提供的響應(yīng)時間包括計(jì)劃的通信、固定的消息長度、全雙工操作方式、和避免沖突的交換機(jī)，以至于所有消息都在下一組消息計(jì)劃到達(dá)以前被移到CCPU28中的存儲器中。這樣，系統(tǒng)26可以在一個中央位置和以集中的方式執(zhí)行所需的控制、監(jiān)視、和保護(hù)功能。
需要認(rèn)識到的是上述的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)32是通過具有特殊結(jié)構(gòu)、拓?fù)洹⒑蛿?shù)據(jù)傳輸協(xié)議的以太網(wǎng)為例子進(jìn)行描述的。當(dāng)然，本發(fā)明考慮了任何能夠保證所需傳輸容量和一致的故障響應(yīng)時間以滿足執(zhí)行所需功能的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的使用。具體實(shí)施例在CCPU28和模塊30之間獲得了子周期傳輸?shù)臅r間和全部采樣數(shù)據(jù)，以便用與傳統(tǒng)設(shè)備相關(guān)的精度和速度，為多模塊執(zhí)行所有配電功能。
CCPU28可以相互依賴地執(zhí)行支路保護(hù)、區(qū)域保護(hù)和繼電器保護(hù)，因?yàn)樗械南到y(tǒng)信息在一個中心位置，即CCPU。另外，CCPU28能對中心位置的系統(tǒng)信息執(zhí)行一個或多個監(jiān)視功能。因此，系統(tǒng)26提供了一個現(xiàn)有系統(tǒng)沒有考慮的相關(guān)并且集成的保護(hù)、控制和監(jiān)視方法。例如，系統(tǒng)26以低成本和系統(tǒng)易安裝的方式來集成并協(xié)調(diào)負(fù)載管理、饋線管理、系統(tǒng)監(jiān)視和其他系統(tǒng)保護(hù)功能。
模塊30的一個具體實(shí)施例如圖2所示。模塊30包括微處理器42、數(shù)據(jù)總線44、網(wǎng)絡(luò)接口46、電源48和一個或多個存儲設(shè)備50。
電源48配置成從第一電源52和/或第二電源54接收功率。第一電源52可以是一個或多個不間斷電源(未示出)、多個電池(未示出)、電力母線(未示出)和其他電源。在圖示的實(shí)施例中，第二電源54是從傳感器34獲得的二次電流。
電源48配置成從第一和第二電源52、54提供功率56至模塊30。例如，電源48可以提供功率56至微處理器42、數(shù)據(jù)總線42、網(wǎng)絡(luò)接口44和存儲設(shè)備50。電源48也配置成提供第四信號58至微處理器42。第四信號58示出哪個電源提供功率至電源48。例如，第四信號58可以指出電源48是接受來自第一電源52、第二電源54、還是來自第一第二電源兩者的功率。
網(wǎng)絡(luò)接口46和存儲設(shè)備50通過數(shù)據(jù)總線44與微處理器42進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)接口46能夠與網(wǎng)絡(luò)32連接，這樣微處理器42能與CCPU28進(jìn)行通信。
微處理器42接收第一信號36和第二信號38的數(shù)字顯示。第一信號36是由傳感器34采集的連續(xù)的模擬數(shù)據(jù)，而第二信號38是來自斷路器14的離散模擬數(shù)據(jù)。因此，從模塊30傳至CCPU28的數(shù)據(jù)是實(shí)際電壓、電流和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)字顯示。例如，第一信號36可以是電路16中指示電流和/或電壓的模擬信號。
相應(yīng)地，系統(tǒng)26通過網(wǎng)絡(luò)32向CCPU28提供實(shí)際的原始參數(shù)或離散的電氣數(shù)據(jù)(例如，第一信號36)和設(shè)備物理狀態(tài)(例如，第二信號38)，而不是由比如跳閘單元、儀表或繼電器的設(shè)備所采樣、產(chǎn)生和存儲的處理的累計(jì)信息。所以，CCPU28具有用以做決定的完整的、原始的全系統(tǒng)范圍的數(shù)據(jù)，并且因此可以在網(wǎng)絡(luò)32上基于信息操作任何一個或全部斷路器14，所述信息來自于和常駐在CCPU28的控制及保護(hù)算法的所需一樣多的模塊30。
模塊30包括信號調(diào)節(jié)器60和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器62。第一信號36由信號調(diào)節(jié)器60調(diào)節(jié)，并通過A/D轉(zhuǎn)換器62轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號64。因此，模塊30采集第一信號36，并提供代表第一信號原始數(shù)據(jù)的數(shù)字信號64至微處理器42。例如，信號調(diào)節(jié)器60可以包括改善第一信號36信噪比的濾波電路(未示出)、放大第一信號的增益電路(未示出)、移位第一信號至一個預(yù)定的范圍的水平調(diào)整電路(未示出)、易于將第一信號傳遞至A/D轉(zhuǎn)換器62的阻抗匹配電路(未示出)以及有關(guān)的任何組合。進(jìn)一步，A/D轉(zhuǎn)換器62可以是具有來自微處理器42或由微處理器42控制的時鐘電路68以便于易于數(shù)字信號64的同步的外部轉(zhuǎn)換起動信號66的采樣保持轉(zhuǎn)換器。
希望來自于系統(tǒng)26中所有模塊30的數(shù)字信號64實(shí)質(zhì)上同時被采集。尤其希望來于系統(tǒng)26中所有模塊30的數(shù)字信號64實(shí)質(zhì)上代表配電系統(tǒng)10中同時刻的瞬時功率。
模塊30的采樣數(shù)字信號64至少部分基于如圖1所示的同步信號或指令70。同步指令70可以由CCPU28中的內(nèi)部或外部同步時鐘72產(chǎn)生。同步指令70通過網(wǎng)絡(luò)32同時從CCPU28至模塊30進(jìn)行通信。同步時鐘72在正則區(qū)間發(fā)送同步指令70至CCPU28，所述CCPU28在網(wǎng)絡(luò)32中發(fā)送指令至所有模塊30。
模塊30使用同步指令70修正常駐的采樣協(xié)議。例如，每一個模塊30可以在微處理器42中有一個常駐的同步算法。微處理器42中的常駐同步算法可以是軟件鎖相環(huán)算法。軟件鎖相環(huán)算法部分基于來自CCPU28的同步指令70來調(diào)整模塊30的采樣周期。因此，CCPU28和模塊30在系統(tǒng)26中一起工作，以確保來自系統(tǒng)中的所有模塊的采樣(例如，數(shù)字信號64)是同步的。
相應(yīng)地，系統(tǒng)26配置成部分基于同步指令70從模塊30采集數(shù)字信號64，以使數(shù)字信號代表同時刻的情況，比如彼此在預(yù)定的時間窗口內(nèi)。這樣，CCPU28可以在配電系統(tǒng)10中有一組代表每個監(jiān)視位置(如，模塊30)狀態(tài)的精確數(shù)據(jù)。預(yù)定的時間窗口可以少于大約10微秒。例如，預(yù)定的時間窗口可以是大約5微秒。
系統(tǒng)26的預(yù)定的時間窗口可以被網(wǎng)絡(luò)32的端口到端口可變性所影響。在具體實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)32有大約24納秒至大約720納秒范圍的端口到端口的可變性。在另一個實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)32最大有大約2微秒的端口到端口的可變性。
已經(jīng)確定，通過系統(tǒng)26控制所有模決30至所述預(yù)定的時間窗口使得在通過模塊、帶有坐標(biāo)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)波形捕獲、正確的事件記錄和其他特征時的測量和矢量函數(shù)獲得理想的精度水平。在具體實(shí)施例中，理想的精度水平等于傳統(tǒng)設(shè)備的精度和速度。例如，大約10微秒的預(yù)定時間窗口為測量和矢量函數(shù)提供了大約為99％的精度。
從每一個電路斷路器14至每一個模塊30的第二信號38示出了電路斷路器的一種或多種情況。第二信號38提供給模塊30的離散I/O電路74。電路74與電路斷路器14和微處理器42進(jìn)行通信。電路74配置成確保來于電路斷路器14的第二信號38以理想電壓并且沒有跳動而提供至微處理器42。例如，電路74可以包括去反彈電路和多個比較器。
微處理器42采樣通過CCPU28同步的第一和第二信號36、38。然后，轉(zhuǎn)換器62將第一和第二信號36、38轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號64，所述數(shù)字信號64通過微處理器42打包至具有理想結(jié)構(gòu)的第一消息76。第一消息76可以包括指示符，所述指示符指示第一信息響應(yīng)哪個同步信號70。這樣，第一信息響應(yīng)的所述同步信號70的指示器返回到CCPU28以識別采樣時間。
CCPU28通過網(wǎng)絡(luò)32從每一個模塊30接收第一消息76，并且對送到所有第一信息的數(shù)據(jù)執(zhí)行一個或多個保護(hù)和/或監(jiān)視算法?；趤碜砸粋€或多個模塊30的第一消息76，CCPU28可以控制一個或多個電路斷路器14的操作。例如，當(dāng)CCPU28檢測到來自一個或多個第一消息76的故障時，CCPU通過網(wǎng)絡(luò)32發(fā)送一個第二消息78至一個或多個模塊30，比如打開或關(guān)閉命令或信號、或電路斷路器動作或不動作的命令或信號。
響應(yīng)第二消息78，微處理器42產(chǎn)生第三信號40操作或動作(例如，打開觸頭24)電路斷路器14。電路斷路器14可以包括不止一個操作或動作機(jī)構(gòu)。例如，電路斷路器14可以包括并聯(lián)跳閘裝置80和磁保持螺線管82。微處理器42配置成發(fā)送第一輸出84以操作并聯(lián)跳閘裝置80和/或第二輸出86以操作螺線管82。第一輸出84指示功率控制模塊88提供第三信號40(例如，功率)至并聯(lián)跳閘裝置80，所述并聯(lián)跳閘裝置能分離觸頭24。第二輸出86指示門電路90提供第三信號40至螺線管82(例如，磁通換向器)以分離觸頭24。要指出的是，并聯(lián)跳閘裝置80需要提供第一電源52，而螺線管82能在只提供電源54時操作。通過這種方式，微處理器42能夠在響應(yīng)特定條件下，比如，例如，檢測到的過電流，而不論第一和第二電源52、54的狀態(tài)如何時，操作電路斷路器14。相應(yīng)地，可以提供一個閉鎖設(shè)備，所述閉鎖設(shè)備可操作地連接于電路斷路器14。
除操作電路斷路器14之外，模塊30可以與一個或多個本地輸入和/或輸出設(shè)備94通信。例如，本地輸出設(shè)備94可以是模塊狀態(tài)指示器，比如可視或可聽指示器。在一個實(shí)施例中，設(shè)備94是光射二極管(LED)，配置成與模塊30的一個狀態(tài)通信。在另一個實(shí)施例中，本地輸入設(shè)備94可以是手動操作一個或多個模塊30部分的狀態(tài)修正按鈕。在又一個實(shí)施例中，本地輸入設(shè)備94是與模塊30本地通信的模塊界面。
相應(yīng)地，模塊30通過CCPU同步適應(yīng)采樣來自傳感器34的第一信號36。模塊30然后按照需要將第一和第二信號36、38的數(shù)字表示(例如，數(shù)字信號64)，以及其他信息打包到第一消息76中。來自所有模塊30的第一消息76通過網(wǎng)絡(luò)32發(fā)送到CCPU28。CCPU28處理第一消息76并產(chǎn)生并將控制每一個電路斷路器14的操作的指令存儲到第二消息78中。CCPU28發(fā)送第二消息78至所有的模塊30。在具體實(shí)施例中，CCPU28響應(yīng)同步指令70發(fā)送第二消息78至所有的模塊30。
相應(yīng)地，系統(tǒng)26能基于從單獨(dú)斷路器來的信息、或結(jié)合從系統(tǒng)26的一個或者多個其他斷路器的信息控制每一個電路斷路器14。在正常的操作條件下，系統(tǒng)26在CCPU28執(zhí)行所有的監(jiān)視、保護(hù)和控制決定。
由于系統(tǒng)26的保護(hù)和監(jiān)視算法常駐在CCPU28內(nèi)，這些算法能夠?qū)崿F(xiàn)而不需要電路斷路器14或模塊30的硬件或軟件改變。例如，系統(tǒng)26可以包括一個數(shù)據(jù)入口設(shè)備92，比如人機(jī)界面(HMI)，與CCPU28通信。在所述實(shí)施例中，常駐在CCPU28內(nèi)的保護(hù)和監(jiān)視算法的一個或多個屬性和函數(shù)能夠很容易地從數(shù)據(jù)入口設(shè)備92得到修正。這樣，電路斷路器14和模塊30能夠較可能帶有電路斷路器/跳閘單元的現(xiàn)有系統(tǒng)更標(biāo)準(zhǔn)化。例如，需要超過一百個獨(dú)立電路斷路器/跳閘單元以提供配電系統(tǒng)保護(hù)通常所需的全范圍尺寸。然而，由系統(tǒng)26能夠?qū)崿F(xiàn)的電路斷路器14和模塊30的一般性質(zhì)能減少這個數(shù)字超過60％。因而，系統(tǒng)26能夠解決現(xiàn)有配電系統(tǒng)的庫存問題、更新能力問題、設(shè)計(jì)延遲問題、安裝延遲問題以及成本問題。
應(yīng)該認(rèn)識到，系統(tǒng)26如上所述具有一個CCPU28通過單一的網(wǎng)絡(luò)32與模塊30通信。然而，本發(fā)明所公開的系統(tǒng)26考慮采用冗余的CCPU26和網(wǎng)絡(luò)32，如圖1的剖視圖所示。例如，如圖2所示的模塊30具有兩個網(wǎng)絡(luò)接口46。每個界面46配置成通過一個獨(dú)立的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)32有效地連接模塊30至一個獨(dú)立的CCPU28。通過這種方式，系統(tǒng)26即使在假設(shè)一個冗余系統(tǒng)故障時仍會保持其操作性。
模塊30可以進(jìn)一步包括一個或多個備用系統(tǒng)用以控制斷路器14獨(dú)立于CCPU28。例如，系統(tǒng)26可能無法保護(hù)電路16假設(shè)第一電源52電力中斷、當(dāng)CCPU28最初啟動時、假設(shè)網(wǎng)絡(luò)32故障、以及其他的原因。在這些故障條件下，每一個模塊30包括一個或多個備用系統(tǒng)以確保至少一些保護(hù)提供給電路斷路器14。備用系統(tǒng)可以包括一個或多個由第二電源54驅(qū)動的模擬電路、由第二電源54驅(qū)動的一個獨(dú)立的微處理器、以及其他。
現(xiàn)在參考圖3，示出了一個系統(tǒng)26的響應(yīng)時間95在系統(tǒng)穩(wěn)定操作時的具體實(shí)施例(例如，不是操作在啟動方式)。所示響應(yīng)時間95從T0開始至T1結(jié)束。響應(yīng)時間95是采樣時間96、接收/生效時間97、處理時間98、傳輸時間99和解碼/執(zhí)行時間100的總和。
在這個實(shí)施例中，系統(tǒng)26包括24個模塊30，每一個模塊連接至不同的電路斷路器14。每一個模塊30通過鎖相環(huán)算法和同步指令70規(guī)定進(jìn)程，按照前述的每周期128的采樣速率以采樣其第一信號36。采樣時間96包括四個每個大約0.13ms的采樣間隔101。這樣，用于數(shù)據(jù)采樣和包裝成第一消息76的采樣時間96大約為0.27ms。
接收/生效時間97最好在接收同步指令70后一個固定的時間延遲啟動。在具體實(shí)施例中，接收/生效時間97是一個固定時間，體現(xiàn)在，例如，由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)32的反應(yīng)時間決定的接收所有第一消息76所需的時間。例如，當(dāng)每一個第一消息76的大小為大約1000位、系統(tǒng)26包括24個模塊30(例如24,000位)以及網(wǎng)絡(luò)32以大約100Mbps操作時，接收/生效時間97可以是大約0.25ms。相應(yīng)地，CCPU28管理通信并在接收/生效時間97期間移動第一消息76至CCPU。
不管第一消息76的接收如何，保護(hù)處理(例如，處理時間98)在固定的接收/生效時間97的尾端開始。如果任何模塊30沒有送出第一消息76，CCPU28標(biāo)記這個錯誤并且執(zhí)行所有具有有效數(shù)據(jù)的功能。由于系統(tǒng)26對保護(hù)和控制多個模塊30負(fù)責(zé)，CCPU28配置成當(dāng)由于從一個單一模塊30來的數(shù)據(jù)丟失(例如，第一消息76)時不停止整個系統(tǒng)。在具體實(shí)施例中，處理時間98大約為0.52ms。
CCPU28在處理時間98期間產(chǎn)生第二消息78。第二消息78可以是24秒消息(例如，每個模塊30為1秒)，每一個具有每模塊大約64位大小?？商娲?，本發(fā)明考慮第二消息78為一個單一的、多點(diǎn)播或廣播信息。在該實(shí)施例中，第二消息78包括對每一個模塊30的指令并具有大約1600位的大小。
傳輸時間99是在網(wǎng)絡(luò)32中傳輸?shù)诙?8的必需時間。在所述實(shí)施例中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)32操作在大約100Mbps、第二消息78大約1600位時，傳輸時間99大約是0.016ms。
同樣考慮了第二消息78包括一部分同步指令70。例如，CCPU28能配置成從時鐘72接收下一個同步指令70時發(fā)送第二消息78。在所述實(shí)施例中，連續(xù)的第二消息76間的間隔能通過模塊30測量，并且第二消息中的同步信息，如果有，能被常駐在微處理器42內(nèi)的同步算法使用。
一旦模塊30接收第二消息78，每一個模塊，如果有，于解碼/執(zhí)行時間100，解碼該消息并執(zhí)行其指令(例如，發(fā)送第三信號40)。例如，解碼/執(zhí)行時間100可以是大約0.05ms。
在所述實(shí)施例中，響應(yīng)時間95大約為1.11ms。當(dāng)然，應(yīng)該認(rèn)識到，系統(tǒng)響應(yīng)時間95可以基于系統(tǒng)26的需要加速或減速。例如，系統(tǒng)響應(yīng)時間95能通過改變一個或多個采樣周期、每一傳輸中的采樣數(shù)、模塊30的數(shù)量、信息的大小、消息頻率、信息的內(nèi)容和/或網(wǎng)絡(luò)的速度來調(diào)整。
本發(fā)明的公開考慮系統(tǒng)26具有響應(yīng)時間95最大到大約3ms。這樣，系統(tǒng)26配置成從時間傳感器34檢測超出設(shè)定參數(shù)的情形到打開任何一個電路斷路器能在大約3ms內(nèi)。
參考圖4，示出了通常提及的多電源、多層配電系統(tǒng)如附圖標(biāo)記105所示的具體實(shí)施例，其特征與圖1中用同樣附圖標(biāo)記提及的特征相似。系統(tǒng)105的作用如上述圖1至3關(guān)于具體實(shí)施例所述，并除了為多電源、多層的結(jié)構(gòu)外包括同樣的特征。系統(tǒng)105通過配電母線150從至少一個功率饋線112，在所述實(shí)施例中為第一和第二功率饋線，分配功率至許多或多個電路斷路器14，并至許多或多個負(fù)載130。CCPU28可以包括一個數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備140，比如，例如，CD-ROM驅(qū)動器或軟盤驅(qū)動器，用于從媒介145，比如，例如，CD-ROM或軟盤，讀取數(shù)據(jù)或指令。
電路斷路器14被設(shè)置為分層的、多層或多等級的結(jié)構(gòu)，并具有電路斷路器的第一層110和電路斷路器的第二層120。當(dāng)然，任何層數(shù)或結(jié)構(gòu)的電路斷路器14都能被使用于系統(tǒng)105。電路斷路器14的層結(jié)構(gòu)為電路斷路器提供的第一層結(jié)構(gòu)110是第二層結(jié)構(gòu)120中電路斷路器的上游。一旦系統(tǒng)105出現(xiàn)功率異常情況，例如，故障，保護(hù)系統(tǒng)26試圖通過故障上游最近的電路斷路器14嘗試清除故障以調(diào)整系統(tǒng)。離故障最近的電路斷路器上游的電路斷路器14仍保持關(guān)閉，除非所述下游電路斷路器不能清除故障。保護(hù)系統(tǒng)26能對系統(tǒng)105功率的任何異常情況或參數(shù)都能執(zhí)行，比如，例如，長時、短時或瞬時過電流或者對地過電流。
為了在上游電路斷路器打開之前，給離故障最近的電路斷路器14提供足夠的時間來嘗試清除故障，上游電路斷路器在調(diào)整或動態(tài)延遲時間時提供一個打開命令。上游電路斷路器14在該電路斷路器打開之前流逝的修正的動態(tài)延遲時間時提供一個打開命令。在具體實(shí)施例中，用于打開上游電路斷路器14的修正的動態(tài)延遲時間是基于系統(tǒng)105故障的位置。最好是，用于打開上游電路斷路器14的修正的動態(tài)延遲時間是基于與電路斷路器和/或其他設(shè)備和系統(tǒng)105的拓?fù)溆嘘P(guān)的故障位置。
保護(hù)系統(tǒng)26的CCPU28依賴于在潮流層檢測故障的位置在修正的動態(tài)延遲時間提供打開命令，用于整個配電系統(tǒng)105的上游電路斷路器14，并且用于打開每一個這些電路斷路器的修正的動態(tài)延遲時間能遍及一個無限大的范圍。保護(hù)系統(tǒng)26減少了清除故障的時間，因?yàn)镃CPU28為上游電路斷路器14在修正的動態(tài)延遲時間(其是基于故障位置的最優(yōu)時間周期)時提供打開命令。與采用現(xiàn)有的系統(tǒng)相比較，采用保護(hù)系統(tǒng)26可發(fā)現(xiàn)在故障的清除時間上減少了大約50％。
參考圖5，示出了配電系統(tǒng)105的保護(hù)區(qū)域595的具體實(shí)施例。區(qū)域595具有一個帶有饋線1CB420和饋線2CB425上游的主線1電路斷路器(CB)的兩層電路，所述饋線相互平行。潮流是從變壓器412通過主線1CB415、饋線1CB420和饋線2CB425至負(fù)載431、432。一旦故障X在饋線1CB420和負(fù)載431之間發(fā)生，故障的存在和故障的位置如前所述的方式由CCPU28決定，并且如圖中附圖標(biāo)記450所表示。故障X上游最近的電路斷路器，例如，饋線1CB420，被CCPU28置于“始動方式”并且在被打開前等待預(yù)定的延遲時間。打開主線1CB415(在故障X上游的下一個最近的電路斷路器)的修正的動態(tài)延遲時間由區(qū)域選擇互鎖(ZSI)程序426所決定。在具體實(shí)施例中，ZSI程序426是一種算法，或類似物，由CCPU28基于從配電系統(tǒng)10采樣的數(shù)據(jù)執(zhí)行。CCPU28決定打開任何數(shù)量的上游電路斷路器14的動態(tài)延遲時間，并提供在動態(tài)延遲時間打開電路斷路器的打開或動作命令。
在具體實(shí)施例中，主線1CB415的修正的動態(tài)延遲時間由預(yù)定義的延遲時間和饋線1CB420的清除時間的總和決定。預(yù)定義的延遲時間被設(shè)定成最好地為負(fù)載431工作。電路斷路器，如饋線1CB420的清除時間，依賴于電路斷路器的類型。打開主線1CB415的延遲時間基于由CCPU 28決定的值來修正，如圖中附圖標(biāo)記475所表示。這允許在主線1CB415打開之前饋線1CB420有最優(yōu)時間使饋線1CB420清除故障X。由ZSI程序426決定的修正的動態(tài)延遲時間降低了對系統(tǒng)105的潛在危害。修正的動態(tài)延遲時間也增加了系統(tǒng)105的效率，這是通過延遲主線1CB415的打開最優(yōu)的時間段，為下游電路斷路器，饋線1CB420提供有充分的機(jī)會清除故障X，這樣其他負(fù)載，如負(fù)載432，仍能接收功率。
參考圖6，示出了在主線1CB415和饋線1CB420或饋線2CB425之間發(fā)生故障X的配電系統(tǒng)105的區(qū)域595。在以上所描述的方式中，決定了故障的存在和位置，如圖中附圖標(biāo)記480所示意表示。由于只有主線1CB415能清除故障X，ZSI程序426不修正打開主線1CB的動態(tài)延遲時間，主線1CB將以預(yù)定的延遲打開，所述預(yù)定的延遲通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于前述兩實(shí)施例的動態(tài)時間延遲。
CCPU28通過促使離故障最近的電路斷路器14清除故障來調(diào)整保護(hù)系統(tǒng)26。保護(hù)系統(tǒng)26可變地調(diào)整打開上游電路斷路器14的動態(tài)延遲時間來為下游離故障最近的電路斷路器提供后備保護(hù)。一旦下游離故障最近的電路斷路器14不能清除故障，下一個上游電路斷路器將試圖用基于其修正的動態(tài)延遲時間的最小的附加延遲來清除故障。如圖6所示，當(dāng)故障發(fā)生在主電路斷路器和饋線電路斷路器之間，例如，主線1CB415和饋線1CB420之間，主線1CB打開的最小延遲減少了通過的能量。這減少了系統(tǒng)的壓力、危害和操作和服務(wù)人員潛在的弧能暴露，同時還可以保持選擇性。在具體實(shí)施例中，保護(hù)系統(tǒng)26和CCPU28允許ZSI程序的執(zhí)行去修改打開系統(tǒng)105中的任何電路斷路器14的動態(tài)延遲時間，而不需要每一個電路斷路器與其他每一個之間的附加線路耦合。CCPU28向上游電路斷路器14提供打開命令，以使其在與ZSI程序決定的動態(tài)延遲時間打開。
在具體實(shí)施例中，ZSI程序426在CCPU28中執(zhí)行，并與每一個模塊30的獨(dú)立的保護(hù)功能進(jìn)行相互作用，這也在CCPU中決定。ZSI程序426也可以為電路斷路器14使用預(yù)先設(shè)定的清除時間，或者電路斷路器的清除時間由CCPU28在實(shí)際硬件的基礎(chǔ)上決定，這些是CCPU知道的。CCPU28有效地知道配電系統(tǒng)105的拓?fù)洌@就允許CCPU在無限的時間范圍內(nèi)打開電路斷路器14。
參考圖7，示出了由連絡(luò)CB700耦合的配電系統(tǒng)105具有第一兩層電路分支490和第二兩層電路分支790的部分。在這個電路中，CCPU28在電路分支490和電路分支790分別定義第一和第二保護(hù)區(qū)域895、896。一旦發(fā)生故障，保護(hù)系統(tǒng)26獨(dú)立地對每個電路分支490、790執(zhí)行ZSI程序426，如上關(guān)于圖5和圖6的兩層電路分支所述。
參考圖8，隨著主線2CB715打開和連絡(luò)線CB700關(guān)閉，配電系統(tǒng)105的拓?fù)涓淖儼l(fā)生。CCPU28基于這個拓?fù)涞母淖冎囟x保護(hù)區(qū)域。CCPU28建立一個第三保護(hù)區(qū)域995。區(qū)域995是在電路斷路器的第三等級或第三層具有饋線3CB720和饋線4CB725三層電路。所有電路斷路器的狀態(tài)，包括主線2CB715和連絡(luò)線CB700，是CCPU28所知道的，如圖附圖標(biāo)記450所示意表示。一旦在饋線1CB420或饋線2CB425的下游的第一電路分支490發(fā)生故障(未示出)，ZSI程序426會修正打開主線1CB415的動態(tài)延遲時間，如上關(guān)于圖5所述。
在具體實(shí)施例中，在CCPU28中執(zhí)行的保護(hù)功能，包括ZSI程序426，都是以電路斷路器14的狀態(tài)信息或狀態(tài)以及電流為基礎(chǔ)的。通過使用保護(hù)系統(tǒng)26，狀態(tài)信息為CCPU28所知。狀態(tài)信息與配電系統(tǒng)105的電流和電壓同步。CCPU28有效地知道配電系統(tǒng)105的拓?fù)洌⒗脿顟B(tài)信息來跟蹤系統(tǒng)的拓?fù)渥兓?。CCPU28和ZSI程序426利用配電系統(tǒng)105的拓?fù)湫畔韮?yōu)化供電和保護(hù)。
當(dāng)然，本發(fā)明考慮配電系統(tǒng)105有任意數(shù)量的分層或級，和任意的分支電路結(jié)構(gòu)。打開故障上游任意數(shù)量的電路斷路器14的動態(tài)延遲時間可以象上面描述的一樣，根據(jù)故障位于潮流分層結(jié)構(gòu)中的位置進(jìn)行修正。另外，保護(hù)的區(qū)域和動態(tài)延遲時間在配電系統(tǒng)105改變的時候可以變化。在另一個實(shí)施例中，ZSI程序426可以在其他因素的基礎(chǔ)上利用不同的算法修正打開上游電路斷路器14的動態(tài)延遲時間。保護(hù)系統(tǒng)26允許在任何數(shù)量的因素的基礎(chǔ)上，包括故障位置，打開整個配電系統(tǒng)105中電路斷路器14的延遲時間的動態(tài)改變。保護(hù)系統(tǒng)26也允許上游電路斷路器14進(jìn)入始動模式，該模式是下游電路斷路器14的故障電流和始動設(shè)定的函數(shù)，并與其自身的電流和始動設(shè)定相反。
圖1到圖8的實(shí)施例描述了ZSI程序426在CCPU28中的執(zhí)行。但是本發(fā)明考慮打開電路斷路器14的動態(tài)延遲時間的使用和/或ZSI程序426的使用可以采用另外的方式執(zhí)行，比如，例如，在CCPU28管理的分布控制系統(tǒng)或者有對等通信的分布控制系統(tǒng)。在這種分布控制系統(tǒng)中，打開上游電路斷路器14的延遲時間將可以修正為動態(tài)延遲時間，和/或至少部分基于故障在潮流分層結(jié)構(gòu)中的位置。上游電路斷路器14的動態(tài)延遲時間也可以決定并傳遞給上游電路斷路器和/或與斷路器相聯(lián)的可運(yùn)轉(zhuǎn)的電路斷路器執(zhí)行器。
保護(hù)系統(tǒng)26通過網(wǎng)絡(luò)32從配電系統(tǒng)10的多個點(diǎn)向中央控制處理單元28提供同步的、實(shí)時的每個采樣數(shù)據(jù)。系統(tǒng)26可以通過應(yīng)用在采樣數(shù)據(jù)上的算法為配電系統(tǒng)10執(zhí)行區(qū)域保護(hù)。如果確定是必要的話，可以產(chǎn)生一個命令，通過網(wǎng)絡(luò)32傳遞來引起電路保護(hù)設(shè)備的動作，比如，例如，電路斷路器14、開關(guān)、或其他潮流控制設(shè)備。系統(tǒng)26也提供功率設(shè)備的實(shí)時的狀態(tài)，比如，例如，打開或關(guān)閉的狀態(tài)、完好性以及執(zhí)行功能的有效性。這些信息對于實(shí)時監(jiān)視配電系統(tǒng)10和這里的保護(hù)區(qū)域的狀態(tài)或拓?fù)涫侵匾?。功率開關(guān)設(shè)備的打開或關(guān)閉狀態(tài)有效地定義了配電系統(tǒng)10的潮流狀態(tài)或拓?fù)洹?br> 在具體實(shí)施例中，保護(hù)系統(tǒng)26可以為配電系統(tǒng)105的保護(hù)區(qū)域執(zhí)行動態(tài)區(qū)域保護(hù)功能。系統(tǒng)26的動態(tài)運(yùn)行以及其調(diào)整區(qū)域保護(hù)功能的能力，包括，但不限于，算法和/或與算法有關(guān)的系數(shù)，考慮保護(hù)區(qū)域和整個電路中的拓?fù)涓淖儭?br> 參考圖9，示出了配電系統(tǒng)105的一部分，具有第一兩層電路分支1090和第二兩層電路分支1091，兩者通過連絡(luò)線CB 1070相連。連絡(luò)線CB 1070處于打開位置。第一保護(hù)區(qū)域1095基于配電系統(tǒng)105的狀態(tài)、拓?fù)浠蚪Y(jié)構(gòu)由CCPU 28定義。狀態(tài)或拓?fù)涫侵概潆娤到y(tǒng)105中的各種電力設(shè)備的結(jié)構(gòu)，例如，電力開關(guān)設(shè)備，比如，例如，電路斷路器14，它根據(jù)它們的實(shí)際狀態(tài)，如開或關(guān)，控制潮流。區(qū)域1095包括主線1CB 1015、饋線1CB 1020、饋線2CB 1025和連絡(luò)線CB 1070。主線2CB 1016、饋線3CB 1021和饋線4CB 1026由CCPU28定義為不是區(qū)域1095的成員，但可以是另一個區(qū)域的成員(未示出)。在圖9所示的區(qū)域1095的狀態(tài)中，該狀態(tài)作為采樣數(shù)據(jù)的結(jié)果被CCPU28所認(rèn)識，主線1CB 1015是功率源，饋線1CB1020是功率接收器，饋線2CB 1025是功率接收器。連絡(luò)線CB 1070既不是功率源，也不是功率接收器，因?yàn)樗幱诖蜷_位置。
區(qū)域1095的區(qū)域保護(hù)功能可以通過上面所述的與保護(hù)系統(tǒng)26和CCPU28相聯(lián)實(shí)現(xiàn)。這樣的區(qū)域保護(hù)功能的例子是母線差動保護(hù)。在下面敘述的母線差動保護(hù)的應(yīng)用中，本發(fā)明考慮所有種類的區(qū)域保護(hù)功能的應(yīng)用，比如，例如，變壓器差動、接地故障或區(qū)域選擇性互鎖。這里所描述的母線保護(hù)功能僅僅是系統(tǒng)26的動態(tài)運(yùn)行以及其在保護(hù)區(qū)域內(nèi)適應(yīng)拓?fù)涓淖兒瓦m應(yīng)整個配電系統(tǒng)105的拓?fù)涓淖兊囊粋€例子。
母線差動保護(hù)通過判斷是否在區(qū)域1095具有不能穿越區(qū)域的殘余電流來監(jiān)視故障。這個判斷可以通過將從功率源進(jìn)入?yún)^(qū)域1095的功率與從功率接收器流出的功率相加來判斷。殘余電流的存在可以指示區(qū)域內(nèi)的故障，比如，例如，一相對地的故障，一相對中性點(diǎn)的故障或者相對相的故障，而且可以保證通過區(qū)域1095的電流的中斷以限制配電系統(tǒng)105內(nèi)的損害。
以一相為基礎(chǔ)，母線差動函數(shù)可以由式(1)定義ir＝□i功率源-□i功率接收器(1)這里ir是殘余電流。CCPU28基于ir超過門檻值來判斷故障的存在。將式(1)用于圖9中的區(qū)域1095，可得到式(2)定義的母線差動函數(shù)ir＝imain-1(ifeeder-1+ifeeder-2) (2)其中，imain-1為主線1CB1015的電流，ifeeder-1為饋線1CB1020的電流，ifeeder-2為饋線2CB1025的電流。如果ir達(dá)到或超過門檻值，那么CCPU28可以應(yīng)用電路斷路器算法，比如，例如，瞬時、固定延時或反時、或其他保護(hù)算法，來確定電路斷路器的跳閘時間，并最好是也觸發(fā)跳閘。
如果配電系統(tǒng)105的結(jié)構(gòu)由于閉合連絡(luò)線CB1070(圖10中畫出)而引起變化，那么連絡(luò)線CB將是區(qū)域1095的功率接收器。再將式(1)應(yīng)用于連絡(luò)線CB1070現(xiàn)在處于閉合狀態(tài)的區(qū)域1095，可得到式(3)定義的母線差動函數(shù)ir＝imain-1(ifeeder-1+ifeeder-2+itie) (3)其中，imain-1為主線1CB1015的電流，ifeeder-1為饋線1CB1020的電流，ifeeder-2為饋線2CB1025的電流，itie為連絡(luò)線CB1070的電流。CCPU28具有所有能同時為它所用的設(shè)備狀態(tài)的信息，如所有電流信息。基于配電系統(tǒng)105的狀態(tài)或拓?fù)?，以及尤其是連絡(luò)線CB 1070閉合時的區(qū)域1095內(nèi)的狀態(tài)或拓?fù)?，CCPU28可以應(yīng)用式(3)確定區(qū)域內(nèi)的殘余電流。CCPU28的同時具有如電流的狀態(tài)信息的能力允許CCPU28為母線差動保護(hù)功能應(yīng)用正確的算法，并避免應(yīng)用錯誤的式(2)引起區(qū)域1095內(nèi)的錯誤跳閘。這種保護(hù)功能可以連續(xù)有效不間斷地為區(qū)域1095內(nèi)的新的狀態(tài)，拓?fù)浠蚪Y(jié)構(gòu)提供同樣的保護(hù)。
參考圖9和10，區(qū)域1095可以為第一電路分支1090提供保護(hù)，但是不能保護(hù)第二電路分支1091，并且，尤其是饋線3CB 1021和饋線4CB 1026，它們都通過現(xiàn)在閉合的連絡(luò)線CB從第一電路獲取功率。如圖10所示，CCPU28可以如區(qū)域1195一樣為這部分電路重新定義區(qū)域保護(hù)。區(qū)域1195進(jìn)一步包括饋線3CB 1021和饋線4CB1026，它們與饋線1CB 1020和饋線2CB 1025是并聯(lián)的。將式(1)應(yīng)用于區(qū)域1195，得到式(4)的母線差動函數(shù)ir＝imain-1-(ifeeder-1+ifeeder-2+ifeeder-3+ifeeder-4)(4)其中，imain-1為主線1CB1015的電流，ifeeder-1為饋線1CB1020的電流，ifeeder-2為饋線2CB1025的電流，ifeeder-3為饋線3CB1021的電流，ifeeder-4為饋線4CB1026的電流。利用可用的設(shè)備狀態(tài)信息和可用的電流，CCPU28可以對區(qū)域1195實(shí)現(xiàn)式(4)定義的母線差動保護(hù)功能。除了應(yīng)用于保護(hù)區(qū)域1195的算法的變化，這里有更多的區(qū)域成員，由于這種特殊的算法中的求和，引入了額外的誤差。CCPU28也能改變始動點(diǎn)，和改變補(bǔ)償這些額外誤差的公差。
參考圖11，配電系統(tǒng)105的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變化，此時主線1CB1015，饋線3CB 1021和饋線4CB 1026都是打開的，且主線2CB1016是閉合的，將會導(dǎo)致潮流的方向的變化。CCPU28識別配電系統(tǒng)105這部分的狀態(tài)或拓?fù)涞淖兓?，包括潮流的方向，并且能隨著帶有連絡(luò)線CB1070的區(qū)域1095作為區(qū)域功率源而再重新定義保護(hù)區(qū)域。將式(1)應(yīng)用于區(qū)域1095，得到式(5)定義的母線差動函數(shù)ir＝(imain-1+itie)-(ifeeder-1+ifeeder-2)(5)其中，imain-1為主線1CB1015(在此例中為0)的電流，itie為連絡(luò)線CB1070的電流，ifeeder-1為饋線1CB1020的電流，ifeeder-2為饋線2CB1025的電流。用可以利用的設(shè)備狀態(tài)信息和可利用的電流，CCPU28能夠?qū)⑹?5)正確定義的母線差動保護(hù)功能應(yīng)用于區(qū)域1095，而不是由于拓?fù)涓淖兌贿m用的式(4)。
保護(hù)系統(tǒng)26基于配電系統(tǒng)的變化的狀態(tài)、拓?fù)浠蛘呓Y(jié)構(gòu)為配電系統(tǒng)105提供動態(tài)區(qū)域保護(hù)。保護(hù)系統(tǒng)能夠在整個配電系統(tǒng)105中調(diào)整保護(hù)的區(qū)域，基于對配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變或調(diào)整，或基于其他因素，比如，例如，保護(hù)的優(yōu)先級。保護(hù)系統(tǒng)26，包括CCPU28，的同步化的每一個采樣數(shù)據(jù)的保護(hù)允許通過采樣計(jì)算執(zhí)行采樣。因?yàn)殡娏鞯牟钍鞘噶?，所以?shù)據(jù)的同步是重要的。如果數(shù)據(jù)沒有同步化，數(shù)據(jù)的相移將導(dǎo)致錯誤的殘余電流。同樣，采用一次采樣接一次采樣的計(jì)算可以提供殘余電流的真實(shí)的均方根值，包括最好是高達(dá)采樣頻率的一半的諧波。
保護(hù)系統(tǒng)26的動態(tài)運(yùn)行也允許監(jiān)視數(shù)據(jù)采集設(shè)備，比如模塊30，的完整和狀態(tài)。這些設(shè)備的完整和狀態(tài)數(shù)據(jù)最好是與拓?fù)浜推渌姎鈪?shù)比如，例如，電流數(shù)據(jù)同步。包括內(nèi)部自修復(fù)算法在內(nèi)的算法，與其他比如電流、電壓和/或設(shè)備狀態(tài)的電氣參數(shù)相關(guān)聯(lián)，能夠被用來在數(shù)據(jù)收集錯誤的情況下提供特殊保護(hù)功能的變化或者暫停。例如，保護(hù)系統(tǒng)26可以識別A/D轉(zhuǎn)換由于從沒有接收到A/D轉(zhuǎn)換器62的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備中斷而引起的故障。這個故障狀態(tài)將會向CCPU28進(jìn)行報(bào)告。如果丟失的數(shù)據(jù)在保護(hù)功能中不考慮，那么計(jì)算的殘余電流會有很大的錯誤，會基于數(shù)據(jù)的缺失而導(dǎo)致配電系統(tǒng)105沒有根據(jù)或錯誤地跳閘。
保護(hù)系統(tǒng)26提供的動態(tài)區(qū)域保護(hù)是部分基于從多電路點(diǎn)的電流和/或電壓計(jì)算，所述多電路點(diǎn)為并聯(lián)或串聯(lián)的功率源或功率接收器。當(dāng)電流和/或電壓計(jì)算時，系統(tǒng)的狀態(tài)或拓?fù)淠鼙徽J(rèn)識清楚，并且能以同樣的速度被有效地估算出。保護(hù)系統(tǒng)26能認(rèn)清并重定義電路點(diǎn)為功率源或功率接收器，以及是串聯(lián)或是并聯(lián)?；谂潆娤到y(tǒng)105的狀態(tài)，完全不同的區(qū)域保護(hù)功能可被定義并被應(yīng)用。保護(hù)系統(tǒng)26可以在整個配電系統(tǒng)105定義眾多保護(hù)區(qū)域，并能在配電系統(tǒng)的狀態(tài)或拓?fù)涓淖儠r動態(tài)地調(diào)整區(qū)域。
由于本公開已經(jīng)參考一個或多個具體實(shí)施例進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，可以有不同的改變和可以用等效物替代其元素而不偏離其范圍。此外，可以有很多的修正使特殊的條件和材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離其范圍。因此，本發(fā)明的公開不限于作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式的具體實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括所有落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)電路(105)的方法，包括監(jiān)視電路(105)的保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)以確定最初的拓?fù)?；至少部分基于所述的最初拓?fù)涞母淖冋{(diào)整所述保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)的區(qū)域保護(hù)功能；以及執(zhí)行所述保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)的區(qū)域保護(hù)功能。
2.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括至少部分基于所述保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)的多個功率開關(guān)設(shè)備(14，415，420，425，700，715，720，725，1015，1016，1020，1021，1025，1026，1070)的每一個的狀態(tài)確定所述最初拓?fù)?，所述狀態(tài)是打開的或關(guān)閉的。
3.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)視所述傳感器(34)以檢測在感應(yīng)所述電氣參數(shù)(36，38，76)時的錯誤；以及至少部分基于所述錯誤的檢測調(diào)整所述區(qū)域保護(hù)功能。
4.一種保護(hù)電路(105)的方法，包括監(jiān)視電路(105)以確定最初的拓?fù)?；以及至少部分基于所述的最初拓?fù)涞母淖儗﹄娐?105)的至少一部分定義保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)。
5.權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括至少部分基于所述電路(105)的多個功率開關(guān)設(shè)備(14，415，420，425，700，715，720，725，1015，1016，1020，1021，1025，1026，1070)的每一個的狀態(tài)確定所述最初拓?fù)?，所述狀態(tài)是打開的或關(guān)閉的。
6.權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)視所述模塊(30)以檢測將所述信號傳送到所述微處理器(28)時的錯誤；以及至少部分基于所述錯誤的檢測調(diào)整所述區(qū)域保護(hù)功能。
7.一種用于耦合到具有電路斷路器(14，415，420，425，700，715，720，725，1015，1016，1020，1021，1025，1026，1070)的電路(105)的保護(hù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括控制處理單元(28)與所述電路(105)通信耦合，這樣所述控制處理單元(28)可以監(jiān)視所述電路(105)的拓?fù)?，所述控制處理單?28)至少部分基于所述拓?fù)鋵λ鲭娐?105)的至少一部分定義保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)，所述控制處理單元(28)至少部分基于所述拓?fù)涞母淖冎囟x所述保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)。
8.權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述控制處理單元(28)接收代表所述電路(105)的電氣參數(shù)(36，38，76)的參數(shù)信號(36，38，76)，以及其中如果在所述電路(105)中檢測到故障(X)，所述控制處理單元(28)響應(yīng)所述的參數(shù)信號(36，38，76)打開電路斷路器(14，415，420，425，700，715，720，725，1015，1016，1020，1021，1025，1026，1070)。
9.一種用于耦合到具有保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)和電路斷路器(14，415，420，425，700，715，720，725，1015，1016，1020，1021，1025，1026，1070)的電路(105)的保護(hù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括控制處理單元(28)與所述電路(105)通信耦合，這樣所述控制處理單元(28)可以監(jiān)視保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)的拓?fù)?，所述控制處理單?28)至少部分基于所述拓?fù)湔{(diào)整保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)的區(qū)域保護(hù)功能，以及所述控制處理單元(28)執(zhí)行所述區(qū)域保護(hù)功能以檢測保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)中的故障(X)。
10.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述控制處理單元(28)接收代表所述電路(105)的電氣參數(shù)(36，38，76)的參數(shù)信號(36，38，76)，以及其中如果檢測到所述故障(X)所述控制處理單元(28)響應(yīng)所述的參數(shù)信號(36，38，76)打開電路斷路器(14，415，420，425，700，715，720，725，1015，1016，1020，1021，1025，1026，1070)。
全文摘要
提供了一種電路保護(hù)系統(tǒng)(26)，為電路(105)提供動態(tài)保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)。保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)能部分基于電路(105)的拓?fù)洹１Ｗo(hù)系統(tǒng)(26)能為保護(hù)區(qū)域(595，895，896，995，1095，1195)執(zhí)行變化的動態(tài)區(qū)域保護(hù)功能。
文檔編號H02H3/00GK1698022SQ200480000037
公開日2005年11月16日 申請日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月6日
發(fā)明者托馬斯·F·帕帕洛, 馬塞洛·E·瓦爾德斯, 格雷戈里·P·拉沃伊 申請人:通用電氣公司