СПОСОБ И ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ МАРШРУТА В СЕТИ ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ
METHOD AND PROTECTIVE DEVICE TO COMPUTE ELECTRIC NETWORK AS ROUTE SWITCHES IN LONG-DISTANCE NETWORK

Изобретение относится к способу для выравнивания времен измерения первого и второго измерения электрической величины и к защитному устройству для защиты электрической сети, где защитное устройство способно выполнять способ. В электрической сети первое измерение производят на локальном конце линии сети и передают первым защитным устройством вместе с соответствующим первым временем измерения, выраженным первым внутренним тактовым генератором, через сеть дальней связи на удаленный конец линии. Второе измерение производят на удаленном конце линии и передают вторым защитным устройством с соответствующим вторым временем измерения, выраженным вторым внутренним тактовым генератором, через сеть дальней связи на локальный конец линии после того, как первое измерение было принято вторым защитным устройством.
Способ содержит этапы определения времени передачи при отправке с локального на удаленный конец линии, определения времени передачи при приеме с удаленного на локальном конце линии электропередачи, выравнивания времени измерения первого и второго измерений посредством выражения времени измерения второго измерения в показателях первого внутреннего тактового генератора с использованием времен передачи при отправке и приеме.
В современных электрических сетях дальнюю связь используют для отслеживания и управления выработкой электроэнергии и потокораспределением нагрузки в сети, а также для обеспечения защитных функций, которые учитывают измерения с датчиков, распределенных по сети. Для защитных целей, в конкретных способах дифференциальной защиты, измерения, произведенные на двух концах линии передачи или распределительной линии электрической сети, сравнивают друг с другом. Для того чтобы сделать измерение, произведенное на локальном конце, действительно сравнимым с измерением, произведенным на удаленном конце линии электропередачи, нужно определять точное время фактического измерения на удаленном конце относительно времени измерения на локальном конце. Это особенно важно в случаях, где измерения переменной величины, такой как ток или напряжение линии передачи или распределительной линии переменного тока (AC), должны быть сравнены друг с другом, и где обнаруживают ошибку, если разность между двумя измерениями превышает предопределенный уровень. В этих случаях необходимо исключать часть разности, которая определена только потому, что измерения произведены в разное время, что дает виртуальную разность фазовых углов.
Точное время измерения на удаленном конце линии достигают посылкой измерения с локального на удаленный конец вместе с отметкой времени, сформированной во время, когда производили измерение. Удаленный конец отвечает посылкой измерения, произведенного на своей собственной стороне, с соответствующей отметкой времени, а также с отметкой времени, принятой с локального конца. Вместе с измерениями передают информацию о времени, когда сообщения соответственно отправляли и принимали. Эту информацию затем используют на локальном конце для определения времени передачи, то есть промежутка времени, выявленного между отправкой и приемом сообщения. Способ известен как эхо-хронирование и, например, он описан в WO02/061907A1, где он назван «попеременным» («Ping-Pong») методом. Зная время передачи, локальный конец затем может перерассчитывать время, когда было произведено измерение на удаленной стороне, по отношению к своему собственному локальному внутреннему тактовому генератору. Время измерения у измерений, произведенных локально и удаленно, таким образом, синхронизируют друг с другом, так что становится возможной дальнейшая обработка.
Способ эхо-хронирования предполагает, что время передачи между локальным и удаленным концом одинаково в каждом направлении. Это обычно верно, если измерения передают через сеть дальней связи с постоянными маршрутами передачи, то есть, где сообщения между двумя точками в сети дальней связи всегда используют один и тот же путь. Однако современные сети дальней связи состоят из взаимосвязанных контуров или колец, то есть они представляют ячеистую систему, и маршрут, который использует сообщение, может быть свободно выбран по разветвлениям ячеистой системы. Блок управления такой сети дальней связи пытается найти наилучший маршрут через сеть на основании текущего сетевого трафика и качества передачи. Это имеет следствием не установленные точно маршруты и таким образом не установленные точно времена передачи между локальным и удаленным концом линии электропередачи. Переключение с одного маршрута на другой называется переключением маршрута.
Для того чтобы преодолеть проблему с не установленными точно временами передачи, в данной области техники известно, что следует добавлять тактовый генератор GPS (глобальной системы определения местоположения) на каждый конец линии электропередачи, как дополнительно описано в WO02/061907A1. Тактовые генераторы GPS принимают независимый и глобальный сигнал времени из соответствующей спутниковой системы, таким образом обеспечивая общую систему отсчета времени в электрической сети. Тактовые генераторы GPS используют для генерирования отметки времени для измерений. Отметки времени, таким образом, автоматически синхронизируют так, что дальнейшая обработка измерений после передачи становится возможной без знания времени передачи.
Поскольку доступность сигнала GPS не может быть 100%, требуется резервное решение для периодов, где GPS потерян. В WO02/061907A1 описан способ, где во время приема GPS времена передачи между локальным и удаленным концом рассчитываются для обоих направлений по отметкам времени GPS, сохраненным в памяти. Если GPS потерян, времена передачи, сохраненные в последний раз вместе с отметками времени из внутреннего тактового генератора, используют для выравнивания измерений с локального и удаленного конца друг с другом. Поскольку способ надежно работает только до тех пор, пока времена передачи остаются неизменными, то есть до тех пор, пока не происходит переключения маршрута, дополнительно предложено сравнивать сохраненные времена передачи с временами передачи, определенными с использованием способа эхо-хронирования, для того чтобы обнаруживать изменение маршрутизации сообщений. Если обнаружено переключение маршрута, выдают сигнал ошибки, чтобы предупредить наблюдателей, что защита линии электропередачи больше не является надежной.
Вышеописанный способ имеет недостаток, что он надежно работает только до тех пор, пока не происходит переключения маршрута после того, как потерян сигнал GPS. Этот период времени может быть сравнительно коротким. Поэтому цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ и защитное устройство, в частности устройство дифференциальной защиты для электрической сети, которое учитывает переключение маршрута после потери сигнала GPS.
Цель достигается способом согласно пункту 1 формулы изобретения и защитным устройством согласно пункту 7 формулы изобретения, которое способно осуществлять способ.
Согласно изобретению так называемую разность передачи определяют как разности между временами передачи при отправке и при приеме, и разность передачи сохраняют. Это делают до тех пор, пока первый и второй внутренний тактовый генератор синхронизированы глобальной временной привязкой, то есть, например, до тех пор, пока сигнал GPS доступен. После потери глобального опорного тактового сигнала времена передачи при отправке и при приеме больше не могут быть определены с использованием глобального времени. В то время как продолжается передача первого и второго измерений и их отметок времени, также продолжают определять времена передачи при отправке и при приеме, но теперь используют сигналы времени, сгенерированные первым и вторым внутренним тактовым генератором. Поскольку первый и второй внутренний тактовый генератор начинают уход, после того, как они больше не синхронизированы глобальным временем, уход тактового генератора между первым и вторым внутренним тактовым генератором определяют по сохраненной разности передачи и по непрерывно определяемым временам передачи при отправке и при приеме. Времена измерения теперь выравнивают посредством дополнительного учета ухода тактового генератора. Для того, чтобы обнаруживать переключение маршрута, определяют внезапное изменение ухода тактового генератора, и сохраненную разность передачи корректируют с использованием значений ухода тактового генератора, определенных непосредственно перед и непосредственно после внезапного изменения.
Таким образом, изобретение основано на распознавании того обстоятельства, что внезапное изменение ухода тактового генератора представляет переключение маршрута. Это является верным, поскольку уход тактового генератора, который рассчитан по разности между мгновенной разностью передачи и сохраненной, то есть ожидаемой, разностью передачи, является медленным и постепенным процессом, тогда как переключение маршрута приводит к внезапному изменению времени передачи отправки и/или приема и, в силу этого, разности передачи. Соответственно изобретение предлагает отслеживать уход тактового генератора и реагировать на внезапное изменение ухода тактового генератора коррекцией сохраненной разности передачи согласно новым временам передачи при отправке и при приеме, измеренным после внезапного изменения, то есть после переключения маршрута.
Как результат, изобретение дает защитному устройству возможность надежно работать в течение длительного времени после того, как потеряна глобальная временная привязка, поскольку учтены увеличение ухода тактового генератора между первым и вторым внутренним тактовым генератором, а также повторные переключения маршрута. В силу этого, времена измерения первого и второго измерения могут быть синхронизированы даже без общей временной системы отсчета и варьирования времени передачи при отправке и при приеме.
В предпочтительном варианте осуществления уход тактового генератора определяют как половину суммы сохраненной разности передачи и мгновенной разности между временем передачи при приеме и временем передачи при отправке.
В дополнительном варианте осуществления внезапное изменение ухода тактового генератора определяют сравнением мгновенного значения ухода тактового генератора с подвергнутым фильтрации нижних частот значением предыдущих уходов тактового генератора. Это дает возможность четкого установления различия между постепенно изменяющимся уходом тактового генератора и быстрым изменением ухода тактового генератора, обусловленным переключением маршрута, поскольку разность между мгновенным и фильтрованным значением всегда должна быть близкой к нулю, в то время как происходит только уход тактового генератора. Фильтрация нижних частот, например, может быть выполнена посредством расчета скользящих средних предыдущих уходов тактового генератора.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения сохраненную разность передачи корректируют вычитанием из сохраненной разности передачи удвоенной разности между значением ухода тактового генератора, определенным после, и значением ухода тактового генератора, определенным перед внезапным изменением. В отдельной реализации этого варианта осуществления значение ухода тактового генератора, определенное перед внезапным изменением, приравнивают подвергнутому фильтрации нижних частот значению предыдущих уходов тактового генератора.
Первый и второй внутренний тактовый генератор синхронизируют глобальной временной привязкой, либо работают свободно, если глобальная временная привязка не доступна. В варианте осуществления изобретения время передачи при отправке и при приеме рассчитывают следующим образом. Первое время отправки задают первым внутренним тактовым генератором, когда первое измерение посылают первым защитным устройством, первое время приема задают вторым внутренним тактовым генератором, когда второе измерение посылают вторым защитным устройством, второе время отправки задают вторым внутренним тактовым генератором, когда второе измерение отправляют вторым защитным устройством, второе время приема задают первым внутренним тактовым генератором, когда второе измерение принимают первым защитным устройством, время передачи при отправке определяют как разность между первым временем приема и первым временем отправки, а время передачи при приеме определяют как разность между вторым временем приема и вторым временем отправки.
Далее, в качестве примера, изобретение описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 показывает первое защитное устройство;
фиг. 2 показывает сеть дальней связи, используемую первым и вторым защитным устройством для передачи измерений между друг другом;
фиг. 3 показывает временные характеристики двунаправленной передачи между первым и вторым защитным устройством до переключения маршрута;
фиг. 4 показывает временные характеристики двунаправленной передачи между первым и вторым защитным устройством после переключения маршрута;
фиг. 5 показывает мгновенный уход тактового генератора и подвергнутое фильтрации нижних частот значение предыдущих уходов тактового генератора до и после переключения маршрута;
фиг. 6 показывает разность между двумя значениями, показанными на фиг. 4.
На фиг. 1 показано первое защитное устройство 1, которое содержит блок 2 обработки, блок хранения 3, первый внутренний тактовый генератор 4, интерфейс 5 ввода измерения, интерфейс 6 ввода тактового сигнала, интерфейс 7 двунаправленной связи и интерфейс 8 вывода управления. Первое защитное устройство 1 может быть установлено на локальном конце линии сети передачи или распределения электроэнергии, для того чтобы отслеживать состояние линии по измерениям тока и/или напряжения, произведенным на линии, для того чтобы защищать электрическую сеть в случае неисправности на линии инициированием отключения линии от оставшейся части электрической сети. В примере по фиг. 1 трансформатор 9 тока выдает сигналы измерений тока, произведенных на локальном конце линии, на интерфейс 5 ввода измерения. Интерфейс 7 связи присоединен к сети 11 дальней связи, так что первое защитное устройство 1 способно осуществлять связь со вторым защитным устройством, скомпонованным на удаленном конце линии. Второе защитное устройство содержит такие же элементы, как первое защитное устройство, показанное на фиг. 1. Блок 2 обработки извлекает данные первого измерения из текущих сигналов измерения и генерирует соответствующее время измерения. Блок 2 обработки генерирует время измерения и другую информацию о времени на основании сигналов, принятых из первого внутреннего тактового генератора 4, а также из глобальной временной привязки. На фиг. 1 глобальная временная привязка является сигналом тактового генератора из приемника 10 GPS, который вводят в первое защитное устройство 1 через интерфейс 6 ввода тактового сигнала.
Блок 2 обработки использует глобальную временную привязку для синхронизации первого внутреннего тактового генератора 4 глобальным временем GPS. Данные первого измерения посылают первым защитным устройством 1 вместе с соответствующим временем измерения через сеть 11 дальней связи на второе защитное устройство. Одновременно генерируют и передают первое время ts1 отправки, которое представляет время отправки данных первого измерения. Первое защитное устройство 1 принимает данные второго измерения вместе с соответствующим временем измерения с дополнительной информацией о времени из второго защитного устройства. Дополнительная информация о времени используется блоком 2 обработки вместе с первым временем ts1 отправки и вместе со вторым временем tr2 приема, который сгенерирован, когда приняты данные второго измерения, для синхронизации времени измерения данных первого и второго измерений, так что данные первого и второго измерений могут быть выровнены и дополнительно обработаны, для того чтобы определять состояние неисправности линии. В случае, в котором обнаружена неисправность линии, блок обработки генерирует сигнал управления и выводит его через интерфейс 8 вывода управления в блок 12 привода исполнительного механизма. В результате сигнала управления исполнительный механизм, который, например, является прерывателем, управляется блоком 12 привода, так что линию отключают от оставшейся части электрической сети. Этот способ защиты известен как дифференциальная защита.
Фиг.2 показывает контур 13 сети 11 дальней связи, содержащий четыре узла A, B, C и D. Первое защитное устройство 1 присоединено к узлу A, а второе защитное устройство 14 присоединено к узлу B. Оба защитных устройства 1 и 14 используют сеть 11 дальней связи для передачи измерений и сигналов времени между друг другом. Маршрутизация сообщений внутри сети 11 дальней связи является не установленной точно и изменчивой. В примере, показанном на фиг.2, первое сообщение 15, содержащее первое измерение, соответствующее время измерения и первое время ts1 отправки посылают первым защитным устройством 1 на второе защитное устройство 14. Первое сообщение 15 (прямая линия) маршрутизируют по узлам A, C, D и B. Второе сообщение 16 (пунктирная линия), которое послано вторым защитным устройством 14 на первое защитное устройство 1 и которое содержит второе измерение, соответствующее время измерения и дополнительную информацию о времени, взамен, маршрутизируют прямо из узла A в узел B. Как результат, время передачи при отправке из соответствующего первого защитного устройства 1 является в известной мере большим, чем время передачи при приеме.
Фиг.3 иллюстрирует эту ситуацию на временной диаграмме. В первое время ts1 отправки, первое сообщение 15 посылают первым защитным устройством 1, то есть оно покидает узел A. В первое время tr1 приема, первое сообщение 15 принимают в узле B и, таким образом, вторым защитным устройством 14. Во второе время ts2 отправки, второе сообщение 16 посылают вторым защитным устройством 14. Как упомянуто ранее, второе сообщение 16 содержит второе измерение, соответствующее время измерения и дополнительную информацию о времени, где дополнительная информация о времени представлена первым временем tr1 приема и вторым временем ts2 отправки. Второе сообщение 16 отнимает более короткое время между узлами B и A и прибывает во второе время tr2 приема на первое защитное устройство 1. Первое время ts1 отправки и второе время tr2 приема измеряют первым внутренним тактовым генератором 4 в первом защитном устройстве 1, а первое время tr1 приема и второе время ts2 отправки измеряют вторым внутренним тактовым генератором во втором защитном устройстве 14.
После приема второго сообщения 16 блок 2 обработки в первом защитном устройстве определяет следующие величины с использованием следующих уравнений. Время TmS передачи при отправке определяют как разность между первым временем tr1 приема и первым временем ts1 отправки:
TmS=tr1-ts1
Время TmR передачи при приеме определяют как разность между вторым временем tr2 приема и вторым временем ts2 отправки:
TmR=tr2-ts2
Разность Asm передачи определяется как разность между временем TmS передачи при отправке и временем TmR передачи при приеме:
Asm=TmS-TmR
До тех пор, пока первый и второй внутренний тактовый генератор синхронизируют глобальной временной привязкой GPS, разность Asm передачи точно представляет асимметрию во временах передачи, обусловленную разной маршрутизацией сообщений из узла A в B, и наоборот. Как только сигнал GPS потерян, внутренний тактовый генератор начинает уходить, что увеличивает разность Asm передачи, определенной непосредственно перед потерей сигнала GPS. Поэтому разность Asm передачи непрерывно сохраняется блоком 2 обработки в блоке 3 хранения до тех пор, пока сигнал GPS не потерян, и разность Asm передачи, определенная непосредственно перед потерей GPS, в последующем называется точной разностью Asm_prec передачи.
После того, как сигнал GPS потерян, блок 2 обработки продолжает определять времена TmS и TmR передачи при отправке и при приеме согласно уравнениям (1) и (2) соответственно. Дополнительно, уход CD тактового генератора определяют как половину суммы точной разности Asm_prec передачи и мгновенной разности между временем (TmR) передачи при приеме и временем (TmS) передачи при отправке:
DC=0,5 (TmR-TmS+Asm_prec).
Уход DC тактового генератора затем используется блоком 2 обработки для выравнивания времени измерения первого и второго измерения. Это проиллюстрировано следующим примером. Предполагается, что GPS все еще доступен, и что время отправки и приема измеряют внутренними тактовыми генераторами со следующими значениями:
ts1=1 мс,
tr1=6 мс,
ts2=7 мс и
tr2=8 мс.
Параметры передачи определяют как:
TmS=6 мс-1 мс=5 мс,
TmR=8 мс-7 мс=1 мс и
Asm=4 мс.
Таким образом, передача первого сообщения 15 занимает на 4 мс дольше, чем передача второго сообщения 16. Когда GPS потерян, разность передачи в 4 мс сохраняют как точную разность Asm_prec передачи.
После того измеряют и рассчитывают следующие значения:
ts1=1 мс,
tr1=56 мс,
ts2=57 мс,
tr2=8 мс,
TmS=56 мс-1 мс=55 мс,
TmR=8 мс-57 мс=-49 мс,
DC1=0,5 (-49 мс-55 мс+4 мс)=-50 мс.
Таким образом, второй внутренний тактовый генератор опережает на 50 мс первый внутренний тактовый генератор. Соответственно блок 2 обработки теперь может выразить время измерения второго измерения по отношению к своему собственному первому внутреннему тактовому генератору добавлением мгновенно определенного ухода DC1 тактового генератора к времени измерения второго измерения. Первое и второе измерение, в силу этого, получают одну и ту же временную ось, то есть они выровнены друг с другом так, что становится возможной дальнейшая обработка.
Затем, внезапно, происходит переключение маршрута, которое приводит к временам передачи согласно фиг. 4, то есть время передачи с узла A на узел B уменьшается, наряду с тем, что оно остается прежним с узла B на узел A. В других случаях, могут изменяться времена передачи для обоих направлений или только с узла B на узел A. Поскольку переключение маршрута возникает непосредственно после того, как был рассчитан вышеприведенный уход DC1 тактового генератора, может быть допущено, что уход тактового генератора по-прежнему имеет то же самое значение в -50 мс. В примере по фиг.4 измеряют и рассчитываются следующие значения времени:
ts1=1 мс,
tr1=53 мс,
ts2=54 мс,
tr2=5 мс,
TmS=53 мс-1 мс=52 мс,
TmR=5 мс-54 мс=-49 мс,
DC2=0,5 (-49 мс-52 мс+4 мс)=-48,5 мс.
Таким образом, после переключения маршрута, рассчитанный уход тактового генератора внезапно изменяется, хотя в реальности это крайне невероятно.
Поэтому согласно настоящему изобретению уход тактового генератора отслеживают блоком 2 обработки, и определяют внезапное изменение. Это, например, достигается сравнением мгновенного ухода DC2 тактового генератора с подвергнутым фильтрации нижних частот значением DC_filt предыдущих уходов тактового генератора, как показано на фиг. 5 и 6. Мгновенный уход DC тактового генератора стоит на одном и том же значении около DC1= -50 мс в течение семи измерений (фиг. 5). Соответственно подвергнутое фильтрации нижних частот значение DC_filt достигает того же самого значения, так что разность между мгновенным уходом DC тактового генератора и подвергнутым фильтрации нижних частот уходом DC_filt тактового генератора является нулевым значением (фиг. 6). После восьмого измерения рассчитывают мгновенный уход тактового генератора DC2=-48,5 мс. Это может быть видно как скачок в мгновенном уходе DC тактового генератора, а также как скачок разности (DC - DC_filt).
Поскольку мгновенный уход тактового генератора стоит на новом значении в DC2=-48,5 мс, подвергнутый фильтрации нижних частот уход DC_filt тактового генератора медленно возрастает до тех пор, пока он не достигает того же самого уровня. Если разность между мгновенным уходом DC тактового генератора и подвергнутым фильтрации нижних частот уходом DC_filt тактового генератора превышает предопределенный предел Lim, блоком 2 обработки обнаруживается переключение маршрута, которое в этом примере возникает во время td обнаружения.
Теперь, блок 2 обработки распознает, что сохраненная разность Asm_prec передачи больше не корректна, так как был рассчитан неправильный мгновенный уход DC2 тактового генератора. Сохраненную разность Asm_prec передачи корректируют вычитанием из сохраненной разности Asm_prec передачи удвоенной разности между значением DC2 дрейфа тактового генератора, определенного после, и значением дрейфа тактового генератора, определенного перед внезапным изменением. Значение дрейфа тактового генератора, определенное перед внезапным изменением, могло бы быть мгновенным дрейфом DC1 тактового генератора, рассчитанным непосредственно перед потерей сигнала GPS, но, преимущественно, его устанавливают в качестве подвергнутого фильтрации нижних частот значения DC_filt для того, чтобы избегать учета какой бы то ни было флуктуационной помехи в системе дальней связи или другого временного отклонения.
Asm_prec=Asm_prec-2 (DC2-DC_filt).
Для вышеприведенного примера, скорректированная разность передачи становится:
Asm_prec=4 мс-2 (-48,5 мс+50 мс)=1 мс.
Далее, скорректированный мгновенный уход тактового генератора рассчитывают как
DC=0,5 (-49 мс-52 мс+1 мс)=50 мс.
С этим скорректированным мгновенным уходом тактового генератора, выравнивание первого и второго измерения может правильно обрабатываться, даже если происходило переключение маршрута. Этот способ может применяться для нескольких следующих друг за другом переключений маршрута, тем самым гарантируя, что точность выравнивания измерений удерживается в течение более длительного времени после того, как потеряна глобальная временная привязка, и, тем самым, повышая вероятность, что глобальная временная привязка возвращается до того, как выравнивание становится слишком неточным. Таким образом, изобретение значительно повышает работоспособность защитной функции, обеспечиваемой защитным устройством 1.