Быстродействующая система передачи

Предложена быстродействующая система передачи, которая содержит три устройства защиты и регулирования. Первое и второе из устройств защиты и регулирования используются для обнаружения отказов в фидерной сборной шине, а третье из устройств защиты и регулирования используется для координации функциональных возможностей быстродействующей системы передачи. Технический результат - повышение эффективности программного управления логикой быстродействующей системы передачи. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к быстродействующей системе передачи для распределения электрической энергии, в частности к быстродействующей системе передачи для защиты и регулирования распределительных сетей.

Типичная архитектура быстродействующей системы передачи показана на фиг.3, где функцию быстродействующей системы передачи выполняет единственное устройство.

В частности, специальные устройства защищают две фидерные сборные шины, выполняя специальные защитные функции.

В случае отказа одной фидерной сборной шины такие устройства посылают сигнал запуска по обычным каналам ввода в устройство быстродействующей системы передачи, которое обрабатывает эту информацию вместе с другой информацией, касающейся напряжений сборной шины. Когда возникают напряжения, которые действуют на распределительное средство, на это средство действует и устройство быстродействующей системы передачи.

Это устройство способно принимать цифровые и аналоговые входные сигналы посредством различных электронных плат, на которых выполнен процессор цифровых сигналов (ПЦС). Кроме того, рассматриваемое устройство должно обрабатывать всю логику быстродействующей системы передачи, чтобы посылать правильные выходные сигналы на распределительные средства.

Чтобы удовлетворить временным ограничениям, накладываемым на характеристические переходные процессы электрической системы, такое устройство часто является очень мощным с точки зрения компонентов аппаратного обеспечения.

В некоторых случаях на таком устройстве оказывается возможным даже выполнение защитных функций. Такая возможность возникает потому, что аппаратное обеспечение позволяет сделать это.

Вместе с тем, устройства быстродействующих систем передачи, применяемые в настоящее время, имеют некоторые недостатки, приведенные ниже, а именно:

устройства быстродействующих систем передачи, применяемые в настоящее время, обычно являются очень дорогими ввиду большой мощности аппаратного обеспечения;

связь между таким устройством и защитными устройствами не отличается быстротой;

требования к аппаратному обеспечению и программному обеспечению такого устройства не очень эффективны: чтобы устранить этот недостаток, необходимо увеличить мощность компонентов аппаратного обеспечения при соответствующем увеличении их стоимости;

конструкция устройства такова, что оно является не очень гибким с точки зрения конфигурации при его использовании; это означает, что потребитель может изменить конфигурацию устройства лишь после того, как преодолеет некоторые затруднения, и только после установки устройства в полевых условиях;

кроме того, логика быстродействующей системы передачи основана на исполнительном цикле одного функционального блока; циклов может быть больше одного, они могут иметь разные приоритеты, но архитектура в любом случае остается просто циклической; это заставляет улучшать рабочие характеристики аппаратного обеспечения, чтобы удовлетворить временным ограничениям, вследствие чего обязательно возрастает сложность аппаратного обеспечения при соответствующем увеличении его стоимости.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы получить усовершенствованную быстродействующую систему передачи и соответствующие устройства.

Эта задача решается за счет создания новой быстродействующей системы передачи, в которой используются три устройства защиты и регулирования, а не одно-единственное устройство, как описано в предыдущих разделах. Два из трех устройств защиты и регулирования используются для защиты фидерной сборной шины, а третье - для координации распределительных средств.

Кроме того, в этой новой системе реализуется эффективное программное управление логикой быстродействующей системы передачи путем разделения этой логики на две части; одна реализуется циклами, а другая - посредством событий, или асинхронно по отношению к циклической части.

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи 1, 2 и 4.

Обращаясь к фиг.1 и 2, можно рассмотреть архитектуру трех устройств быстродействующей системы передачи.

Два устройства защиты и регулирования фидеров получают из фидерной сборной шины показания тока и напряжения, чтобы обнаружить любой возможный отказ на этой сборной шине.

Такие же показания напряжения получаются также из третьего устройства защиты и регулирования, которое реализует координацию быстродействующей системы передачи. Такие показания необходимы для идентификации правильного момента времени, в который следует проводить любую операцию распределительных средств.

Два устройства защиты и регулирования фидеров сообщают в устройство защиты и регулирования высокоскоростной системы передачи о любом возможном отказе, например, по оптическому кабелю, используемому в качестве средства связи.

Для служебной связи между разными устройствами используется дополнительный цифровой канал связи.

Архитектура программного обеспечения третьего устройства защиты и регулирования, т.е. устройства, реализующего координацию быстродействующей системы передачи, имеет структуру, обеспечивающую и циклическое решение специальных задач в рамках соответствующих им временных ограничений, и быстрое реагирование на внешние события.

Некоторые из преимуществ быстродействующей системы передачи, соответствующей настоящему изобретению, приведены ниже:

вся система определенно дешевле, чем система, применяемая в настоящее время в данной области техники, поскольку в системе, соответствующей настоящему изобретению, используются три более дешевых устройства, которые не требуют большого потребления мощности аппаратным обеспечением; фактически, все различные функциональные возможности быстродействующей системы передачи распределены между тремя устройствами, осуществляющими связь друг с другом;

связь между тремя упомянутыми устройствами в рамках быстродействующей системы передачи осуществляется очень быстро, потому что можно использовать оптический кабель и тем самым создать широкополосный канал связи; вследствие этого, на программное обеспечение накладываются меньшие временные ограничения, потому что информация, получаемая из устройства защиты и регулирования быстродействующей системы передачи становится доступной быстрее, так что на обработку такой информации остается больше времени;

структура аппаратного обеспечения и программного обеспечения этих устройств очень различается; структура аппаратного обеспечения предназначена как раз для воплощения функциональных возможностей надлежащей работы быстродействующей системы связи; фактически, эта структура состоит из двух частей: в одной части выполняются циклы программного обеспечения, тогда как другая часть имеет дело с событиями; это решение позволяет удовлетворить временным ограничениям, накладываемым электрическими переходными процессами;

и, наконец, система, соответствующая настоящему изобретению, является очень гибкой с точки зрения конфигурации, а значит - обеспечения соответствия требованиям заказчика; фактически, программное обеспечение очень просто конфигурируется с интерфейса «человек - машина» каждого устройства защиты и регулирования путем реализации специальных функциональных возможностей каждого из них.

Подробное описание этих функциональных возможностей приводится ниже, со ссылками на фиг.1 и 2.

Каждое устройство защиты и регулирования фидера получает из фидерной сборной шины показания тока и напряжения, чтобы обнаружить любой возможный отказ на этой сборной шине. Такой отказ обнаруживают, реализуя специальные функциональные возможности защиты, которые позволяют различить направление такого отказа. Фактически, быстродействующей системе передачи не приходится вмешиваться по поводу отказа электрических нагрузок.

Такие же показания напряжения получаются также из третьего устройства защиты и регулирования, которое реализует координацию быстродействующей системы передачи. Такие показания необходимы для идентификации правильного момента времени, в который следует проводить любую операцию распределительных средств. Это делают для того, чтобы как можно эффективнее нивелировать последствия любого скачка тока и напряжения.

Логика быстродействующей системы передачи различна для двух случаев, представленных на фиг.1 и фиг. 2.

В случае, представленном на фиг. 1, когда происходит отказ в активной фидерной сборной шине, соответствующее устройство защиты и регулирования фидера посылает в устройство защиты и регулирования быстродействующей системы подачи сигнал запуска, например, по оптическому кабелю.

Такой сигнал запуска обрабатывается как событие, инициированное из устройства защиты и регулирования быстродействующей системы связи, так что он сразу же считается исходящим от программного обеспечения, работающего в этом устройстве. Программное обеспечение обрабатывает такую информацию параллельно реализации остальных функциональных возможностей быстродействующей системы передачи с обеспечением наиболее эффективного управления всеми остальными функциональными возможностями быстродействующей системы передачи, которые должны воплощаться в любом случае.

Когда наступает правильный момент времени для срабатывания распределительных средств, это устройство координирует размыкание контактов распределительного средства на той фидерной сборной шине, где произошел отказ, и замыкает контакты другого распределительного средства, чтобы гарантировать подачу энергии к электрическим нагрузкам.

В случае, представленном на фиг.2, обе фидерные сборные шины активны до тех пор, пока в одной из них не происходит отказ. Даже в этом случае соответствующее устройство защиты и регулирования фидера посылает в устройство защиты и регулирования быстродействующей системы передачи сигнал запуска по оптическому кабелю. Такой сигнал запуска обрабатывается как событие, инициированное из устройства защиты и регулирования быстродействующей системы связи, так что он сразу же считается исходящим от программного обеспечения, работающего в этом устройстве. Программное обеспечение обрабатывает такую информацию параллельно реализации остальных функциональных возможностей быстродействующей системы передачи с обеспечением наиболее эффективного управления всеми остальными функциональными возможностями быстродействующей системы передачи, которые должны воплощаться в любом случае.

Когда наступает правильный момент времени для срабатывания распределительных средств, это устройство координирует размыкание контактов распределительного средства на той фидерной сборной шине, где произошел отказ, и замыкает контакты другого распределительного средства, чтобы гарантировать подачу энергии к электрическим нагрузкам.

Затем устройство защиты и регулирования быстродействующей системы передачи посылает в оба устройства защиты и регулирования фидеров информацию, касающуюся измененной конфигурации электрической системы, чтобы информировать их об этом. Таким образом, эти два устройства могут правильно интерпретировать изменение показаний тока и напряжения из-за замыкания и размыкания контактов двух распределительных средств.

Разница между этими двумя случаями состоит в логике, конфигурация которой обеспечивает разное управление тремя распределительными средствами, т.е. срабатывание пары двух распределительных средств одновременно.

И, наконец, для обмена служебной информацией между тремя устройствами, например обмена показаниями тока и напряжения, информацией о начале защиты и ее состоянии, и т.д., используется цифровая связь с помощью средств ввода-вывода двоичных данных.

Что касается архитектуры программного обеспечения третьего устройства защиты и регулирования, т.е. устройства, реализующего координацию быстродействующей системы передачи, то оно имеет структуру, обеспечивающую и циклическое решение специальных задач в рамках соответствующих им временных ограничений, т.е. работу циклической части быстродействующей системы передачи, и быстрое реагирование на внешние события, т.е. работу той части быстродействующей системы передачи, которая «срабатывает по событию». Эти два типа процессов изображены на фиг.4.

Оба они предусматривают взаимодействие со структурами данных и внешними интерфейсами, например, интерфейсами аналогового и цифрового ввода-вывода, воплощающими аналоговую часть алгоритма быстродействующей системы передачи.

Циклическую часть быстродействующей схемы передачи, содержащую часть логики быстродействующей системы передачи, например, логику размыкания контактов распределительных средств, приходится периодически реализовывать в пределах конкретных временных ограничений, например, в пределах 10-15 мс. В каждом цикле получения всех входных сигналов выполняется каждый функциональный блок, составляющий эту часть логики быстродействующей системы передачи, а затем активируются выходные сигналы. Для удовлетворения ограничениям реального масштаба времени очень важно, чтобы временной интервал, необходимый для завершения одного цикла, был меньше заданного максимального значения.

«Срабатывающая по событию» часть быстродействующей системы передачи содержит все те части логики быстродействующей системы передачи, которые не выполняются в циклической части. Это могут быть:

та часть логики высокоскоростной системы передачи, которая должна быть выполнена в соответствии с конкретными событиями, требующими малого времени реакции - меньшего, чем то, которое нужно на выполнение циклической части; если бы эта часть логики была выполнена в циклической части, ограничение, накладываемое на ее время реакции, было бы не удовлетворено;

та часть логики высокоскоростной системы передачи, которая могла бы быть выполнена в качестве циклической части, но при условии нахождения компромисса с временными ограничениями циклической части.

Предположим, что происходит некоторое внешнее событие. Выполняется стандартная программа обслуживания прерываний, которая, в свою очередь, генерирует событие операционной системы, чтобы перейти к решению специальной задачи, позволяющей управлять этим конкретным внешним событием, которое только что произошло. Затем программа-планировщик операционной системы будет решать эту задачу в зависимости от ее приоритета относительно других задач.

Управление внешними событиями непосредственно в стандартной программе обслуживания прерываний (СПОП) нереализуемо, поскольку в этом случае программам-диспетчерам событий нельзя присвоить разные приоритеты. В этом случае все программы-диспетчеры событий всегда имели бы приоритет более высокий, чем приоритет циклической части.

Например, в случае такого внешнего события, как «быстрая передача сигнала запуска из аналоговой части быстродействующей системы передачи», приоритет соответствующей задачи программы-диспетчера событий будет выше, чем у циклической части, так что на самом деле это событие вызовет прерывание циклической части. В этом случае сначала полностью решается задача программы-диспетчера событий, а затем продолжается выполнение циклической части.

В отличие от этого, в тех случаях, когда программе-диспетчеру приходится иметь дело с приоритетом более низким, чем приоритет циклической части, решение задачи программы-диспетчера событий производится после окончания циклической части.

1. Быстродействующая система передачи, отличающаяся тем, что содержит три устройства защиты и регулирования, при этом первое и второе из упомянутых устройств защиты и регулирования используются для обнаружения отказа на фидерной сборной шине, а третье из упомянутых устройств защиты и регулирования используется для координации функциональных возможностей быстродействующей системы передачи, при этом первое и второе устройства защиты и регулирования осуществляют связь с третьим устройством защиты и регулирования по оптическому кабелю, используемому в качестве средства связи, при этом для служебной связи между разными устройствами используется дополнительный цифровой канал связи, при этом архитектура программного обеспечения имеет структуру, сформированную из двух частей: первая часть программного обеспечения, которая выполняется в циклах программного обеспечения, и вторая часть программного обеспечения, которая выполняется при наступлении событий.

2. Быстродействующая система передачи по п.1, отличающаяся тем, что вторая часть программного обеспечения выполняется асинхронно относительно первой части программных средств.

3. Быстродействующая система передачи по п.1, отличающаяся тем, что каждое из упомянутых первого, второго и третьего устройств защиты и регулирования содержит интерфейс «человек-машина».

4. Коммутационное средство для распределения электрической энергии, содержащее быстродействующую систему передачи по любому из предыдущих пунктов.