MX2007010938A

MX2007010938A - Sistema de proteccion y de control para redes de energia electrica con interfases de señal y de comando en el equipo primario.

Info

Publication number: MX2007010938A
Application number: MX2007010938A
Authority: MX
Inventors: Bogdan Z Kasztenny; Dale Finney; Jeffrey Mazereeuw; Ioan Marusca
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-02-05
Also published as: KR101341683B1; US20080065270A1; BRPI0703797A; EP1898509B1; CN101141080B; AU2007214320A1; CN101141080A; EP1898509A1; JP5144993B2; KR20080023155A; AU2007214320B2; JP2008067595A; US7693607B2

Abstract

Se describe un sistema (100) para protección, control, medición, y verificación del suministro de energía eléctrica. Las modalidades del sistema proporcionan dispositivos de entrada/salida llamados ladrillos 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 para recibir datos de campo análogos y binarios del equipo primario 102 localizado en un patio de maniobras de subestación de energía 150. Los ladrillos se enlazan a través de cables de grupo de fibra óptica y paneles de grupo con uno o más dispositivos electrónicos inteligentes ("IEDs") 190. En operación, los ladrillos convierten los datos de campo binarios y/o análogos recibidos en señales digitales, y transmiten las señales digitales de forma sincrónica a sus IEDs asociados utilizando señales de reloj proporcionadas por cada IED a los ladrillos individuales. Los ladrillos pueden aceptar una descarga de código de software de computadora de cada uno de sus IED(s) maestros. Múltiples implementaciones de código, cada una confeccionada a los requerimientos de su IED(s) maestro por lo tanto pueden coexistir en un ladrillo individual.

Description

SISTEMA DE PROTECCION Y DE CONTROL PARA REDES DE ENERGIA ELECTRICA CON INTERFASES DE SEÑAL Y DE COMANDO EN EL EQUIPO PRIMARIO ANTECEDENES CAMPO DE LA INVENCION El campo de la invención generalmente se refiere a la producción comercial e industrial de energía eléctrica y, más particularmente, a un sistema y método para proteger y controlar redes de energía eléctrica.

DESCRIPCION DE LA TÉCNICA RELACIONADA La rejilla de distribución de energía típica generalmente incluye una planta de energía, una subestación de transmisión, líneas de transmisión de alto voltaje, y una subestación de energía. El generador de giro de planta de energía genera energía eléctrica de corriente alterna de tres fases (AC), que deja al generador e ingresa a la subestación de transmisión. Los transformadores en la subestación de transmisión substancialmente elevan el voltaje de generador a un voltaje lo suficientemente alto para transmitir energía eléctrica a través de largas distancias mediante las líneas de transmisión de alto voltaje. Antes que se utilice la energía eléctrica transmitida por hogares o industria, ésta pasa a través de una subestación de energía. Una subestación de energía generalmente incluye transformadores que dividen en pasos los voltajes de generador hacia los voltajes de distribución; uno o más "conductores comunes" de distribución que dividen los voltajes de distribución en pasos hacia abajo fuera de direcciones múltiples; y una variedad de frenados de circuito y desconectan interruptores que pueden configurarse para desconectar la estación de energía (o una porción de la misma) a partir de la rejilla de energía o desconectar una o más líneas de distribución de subestación de energía. En el voltaje medio a subestaciones de extra alto voltaje, este equipo primario (por ejemplo, los transformadores, interruptores de circuito, interruptores de desconexión, conductores comunes de distribución, y similares, que son componentes de una subestación de energía eléctrica se localizan en un área de la subestación de energía conocida como el patio de maniobras. Un diseño típico de una subestación de energía separa el equipo primario descrito anteriormente del equipo de protección y control con el que se conecta y lo maneja. De esa forma, mientras el equipo primario típicamente reside en el patio de maniobras, el equipo de protección y de control típicamente reside en un alojamiento de control separado. Ejemplos del equipo de protección y de control incluyen disposiciones protectoras a base de microprocesador, medidores, interruptores de control, unidades terminales remotas, terminales de interfase humana-máquina ("HMI"), y similares, frecuentemente denominados como dispositivos Electrónicos Inteligentes (lEDs). Como un ejemplo de una lED convencional está el lED de funciones múltiples modelo D25 para el Control de Subestación fabricado por The General Electric Company of Schnectady Nueva York. Esta unidad verifica la diferencia de voltaje, diferencia de ángulo de base, y frecuencia de división. También funciona como un controlador de lógica programable, un lado de red de área local de subestación, y una entrada de lED. Muchos lEDs se comunican al utilizar el protocolo de control de Supervisión y Adquisición de Datos (SCADA).

En operación, los lEDs manejan la salida de energía de subestación al verificar los datos de sensores asociados con el equipo primario. Para mantener los niveles de voltaje deseados, los lEDs frecuentemente se configuran para emitir comandos a una o más piezas de equipo primario si se detectan anomalías de voltaje, de corriente, y/o de frecuencias. Estos comandos pueden instruir a una o más piezas de equipo primario para operar en una forma predeterminada (por ejemplo, para abrir un interruptor de circuito). Una desventaja de separar lEDs convencionales de sus piezas manejadas de equipo primario es que se necesitan kilómetros de cableado de cobre para interconectar el equipo primario con los lEDs convencionales. Frecuentemente, una subestación de energía de voltaje medio a voltaje alto tiene cientos de miles de terminaciones y millones de terminaciones, respectivamente, por ejemplo, las conexiones hechas cuando los extremos de cable de control se unen a rejillas de terminación localizadas en el alojamiento de control. Otra desventaja es el costo significativo asociado con construcción y retroajuste a tales sistemas, debido a los millones de terminaciones de cable involucrados. La mayoría de este costo se refiere al diseño, instalación, prueba, y documentación de cableado de control. El Estándar de Comisión Electrotécnica Internacional ("IS") 61850 (Redes y Sistemas de Comunicación en Subestaciones) es una base extendida de industria propuesta para una automatización de subestaciones de energía en un sistema de suministro de energía eléctrica. Los aspectos preeliminares al implementar este estándar y reducir el impacto de cableado de cobre, sin embargo, fallan al proporcionar enseñanzas específicas o una arquitectura sólida, que trabaja. Tales aspectos, y el estándar por sí mismos dejan numerosos espacios que aún deben ser llenados. Una discusión detallada de las desventajas asociadas con IEC 61850 específicamente, y las desventajas asociadas con aspectos anteriores, generalmente se proporcionan en un documento de B. Kasztenny, J. Whatley, E. Udren, J. Burger, D. Finney, M. Adamiak, titulado "Preguntas sin responder sobre IEC 61850, ¿qué necesita suceder para realizar la visión?", Procedentes de la trigésima segunda Conferencia de Disposición Protectora Occidental Anual, Spokane, Washington, Octubre 25-27, 2005. De esta manera se necesita de una solución para solucionar una nueva arquitectura de subestación de energía, nuevo equipo de protección y de control, y/o un nuevo método para operar una subestación de energía.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN La tecnología aquí descrita supera las desventajas asociadas con la técnica relacionada y satisface las necesidades discutidas anteriormente al proporcionar una nueva arquitectura de estación de energía que, entre otras ventajas: reduce o elimina la necesidad de millones de terminaciones de cable de cobre asociados con la arquitectura de subestación de energía convencional; y significativamente reduce el costo de construir o retroajustar una subestación de energía; elimina el uso de dispositivos extras para disponer los datos de control de lEDs al equipo primario; elimina la sincronización de tiempo externo de dispositivos maestros esclavos; y proporciona uso económico de dispositivos de campo redundantes. Adicionalmente , una modalidad de un método aquí descrito proporciona, entre otras ventajas, sincronización de tiempo al vuelo interna para una o más piezas de equipo primario o equipo de control. En una modalidad, la nueva arquitectura de subestación de energía localiza uno o más nuevos dispositivos para enfrentarse con una o más piezas de equipo primario a lEDs (de aquí en adelante, esos nuevos dispositivos se denominan como "ladrillos") en el patio de maniobras. Cada "ladrillo" puede conectarse directamente al circuito de cobre de una pieza de equipo primario, y conectarse directamente a un panel de grupo de fibra óptica. El panel de grupo de fibra óptica puede conectarse con uno o más lEDs de SSADA localizado en el alojamiento de control. Las conexiones entre cada ladrillo y pieza de equipo primario son más cortas, más simples, menos variables, y de menos trabajo intensivo comparados con métodos convencionales de cableado de una subestación de energía. En una modalidad, cada ladrillo convierte señales de entrada análogas: por ejemplo, corrientes, voltajes, y similares, en representaciones digitales, y pueden ejecutar comandos generados por el sistema de protección y de control, tal como, pero sin limitarse a, mover y volver a cerrar uno o más frenados de circuito. En una modalidad en donde se utilizan cables de punto a punto, de fibra óptica para conectar cada ladrillo con uno o más lEDs, llamada arquitectura de subestación de energía no utiliza dispositivos extras, tal como interruptores de Ethernet, para mover datos. Adicionalmente, tal participación reduce la cantidad total de (y costo de instalación/mantenimiento) equipo de protección y control de subestación de energía. Un efecto técnico solventado por una modalidad de la invención es la generación y salida de una señal de sincronización virtual utilizada para sincronizar cada ladrillo con su IED de procesamiento (maestro) (o I EDs). Una modalidad de la invención puede proporcionar un sistema para protección, control, y verificación de suministro de energía eléctrica. El sistema puede incluir un dispositivo de interfase de entrada/salida (de aquí en adelante "ladrillo") acoplado con una pieza de equipo primario y configurado para recibir datos de campo de la pieza de equipo primario. Adicionalmente, un dispositivo electrónico inteligente ("IED") puede acoplarse con el ladrillo. El IED puede configurarse para recibir los datos de campo de ladrillo. Un panel de grupo puede acoplarse con el ladrillo y configurarse para enrutar los datos de campo al IED. Un primer enlace de comunicación puede acoplar el ladrillo y el panel de grupo. Un segundo enlace de comunicación puede acoplar el panel de grupo y el IED. Otra modalidad de la invención puede proporcionar un método para operar una subestación de energía. El método puede incluir recibir en un dispositivo de interfase de entrada/salida (de aquí en adelante, "ladrillo") las señales de datos de campo de uno o más tipos de equipo primario. El método además incluye enviar las señales de datos de campo a uno dispositivos electrónicos inteligentes ("IED"). El método además puede incluir recibir en los comandos binarios de ladrillo derivados de señales de datos de campo. El método además puede incluir salidas de operación de acuerdo con los comandos binarios recibidos.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Los aspectos anteriores y otros de varias modalidades de la invención reclamada serán evidentes cuando se considere la siguiente descripción detallada junto con los dibujos anexos en los cuales: La Figura 1 es un diagrama esquemático de una arquitectura de subestación de energía configurada de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 2 es un diagrama de bloque que ilustra una modalidad de un ladrillo; La Figura 3 es un diagrama de bloque que ¡lustra una modalidad de un dispositivo electrónico inteligente ("IED"); La Figura 4 es un diagrama esquemático de una modalidad de un sistema de protección y de control para una red de energía eléctrica de muestra con interfases de señal y de comando en una o más piezas de equipo de control; La Figura 5 es un cuadro de flujo que ilustra una modalidad de un método para operar una subestación de energía; La Figura 6 es un diagrama esquemático que ilustra una modalidad de enrutamiento de comunicaciones entre tres ladrillos y tres lEDs; y La Figura 7 es un diagrama esquemático que ilustra una modalidad de arquitectura de subestación de energía que tiene ladrillos redundantes para uno o más lEDs.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN Ahora se hace referencia aquí a los dibujos anexos brevemente descritos anteriormente, que muestran a manera de ilustración varias modalidades de la invención reclamada. Aquellos expertos en el campo tecnológico antes mencionado reconocerán que puede utilizarse otras modalidades, y que pueden hacerse cambios estructurales, eléctricos, y de procedimiento sin apartarse del alcance de la invención reclamada. Como se utiliza aquí, el singular (ilustrati amente, "ladrillo") incluye el plural (ilustrati amente, "ladrillos"), y el plural incluye el singular. La Figura 1 es un diagrama esquemático de una arquitectura de subestación de energía 100 configurada de acuerdo con una modalidad en la invención. Haciendo referencia a la Figura 1, dos paneles de grupo de fibra óptica 130 y 140 están dispuestos entre un patio de maniobras 150 y un alojamiento de control de disposición 160. El patio de maniobras 150 incluye una o más piezas de equipo primario, tal como, pero sin limitase a, el aparato de alto voltaje 102. Cada pieza de equipo primario puede conectarse directamente a al menos un nuevo dispositivo (llamado un "ladrillo") para interconectar el equipo primario a un o más lEDs. En la Figura 1, por ejemplo, dos ladrillos 104 y 106 se conectan al aparato de alto voltaje 102. El ladrillo 104, junto con los ladrillos 106, 108, 110, 112, y 114, se conectan punto a punto al panel de grupo de fibra óptica 130 a través de cables de grupo de fibra óptica externa 180. Sim ilarmente, 1 o el ladrillo 116, junto con los ladrillos 118, 120, 122, y 124, se conecta al panel de grupo de fibra óptica 140 a través de cables de grupo de fibra óptica externa 181. Los ladrillos pueden energizarse al utilizar un par de cables de cobre fijados en un cable de grupo de fibra óptica. En la Figura 1, las piezas del equipo primario asociado con cada uno de los ladrillos 106, 108, 110, 112, 114, 118, 120, 122, y 124, no se muestran, para no complicar el dibujo. En consecuencia, se entiende que una modalidad de la invención puede comprender otros tipos de equipo primario diferentes al aparato de alto voltaje 102. En una modalidad, el panel de grupo de fibra óptica 130 se conecta a las unidades de procesamiento 190 a través de cables de grupo de fibra óptica interior 170. Similarmente, el panel de grupo de fibra óptica 140 se conecta a las unidades de procesamiento (por ejemplo, "lEDs") 190 a través de cables de grupo de fibra óptica interiores 171. Los lEDs 190 cada uno se conecta, a través de enlaces de comunicación 195, al equipo de protección y control de nivel superior, tal como, pero sin limitarse a base de datos de computadora, una terminal de interfase humana, y similares. Cada tipo de protección de nivel superior y equipo de control puede configurarse para comunicarse al utilizar el protocolo SCADA descrito anteriormente. Cada uno de los lEDs 190 (y/o cada tipo de equipo de protección y control de nivel superior) para incluir un procesador de computadora y conductor común de datos que enlaza el procesador de computadora con al menos una memoria, y un puerto de comunicación. Como cada uno de los lEDs 190 (y/o cada tipo de equipo de equipo de protección y control de nivel superior) opera el código ejecutable por máquina almacenada a la memoria para accederse y procesarse por el procesador de computadora a una primera entrada de señal (o primeros datos) a cada uno de los lEDs 190 (y/o cada tipo de equipo de protección y control de nivel superior) que sale como una segunda señal (o segundos datos) que pueden utilizarse por otros componentes de la arquitectura de subestación de energía para mantener un nivel de voltaje deseado para una subestación de energía (o una combinación de los mismos).

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, una arquitectura exitosa 100 para desplegar esquemas de protección y de control a base de fibra deben satisfacer criterios de confiabilidad estrictos requeridos para un sistema de energía dado. Como se explica además más adelante con referencia a la Figura 2, 4, 6, y 7, las modalidades de la invención realizan esto al proporcionar redundancia y al mantener el número total de componentes de sistema bajos. Las modalidades de la invención proporcionan redundancia al utilizar un número inferior de componentes de sistema al utilizar ladrillos y configurar los ladrillos para servir a múltiples lEDs esto contrasta con la metodología convencional de utilizar uno o más subsistemas de entrada/salida por IED. Además contraste con la metodología convencional de utilizar un interruptor de Ethernet para compartir datos entre lEDs, cuya configuración reduce la confiabilidad y genera problemas de configuración, seguridad, tráfico de datos, y otros problemas. En contraste, las modalidades de la invención proporcionan datos de campo a todos los lEDs a través de conexiones radiales de punto a punto directas, de fibra múltiple, que utilizan cables de grupo de fibra múltiples prefabricadas que tienen conexiones predeterminadas, de alta densidad. De esa forma, como se muestra en la Figura 1 y se describe más adelante, cada IED puede servirse de forma independiente de un ladrillo. La Figura 2 es un diagrama de bloque de una modalidad de un ladrillo 200. Haciendo referencia a la Figura 2, el ladrillo 200 incluye una pluralidad de entradas 202, 204, 206, y 208 para recibir señales análogas y binarias del equipo primario. Estas incluyen señales de corriente 202 de transformadores de corriente o instrumentos equivalentes tal como transformadores electrónicos de baja energía, señales de voltaje 204 de transformadores de voltaje o instrumentos equivalentes tal como transformadores electrónicos de baja energía, y señales 206 que indican eventos tal como, pero no se limitan a, posición de interruptor de circuito (abierta o cerrada), presión de gas baja, falta de carga de resorte, y similares. El ladrillo 200 también incluye una pluralidad de salidas 208 y envía comandos binarios a su equipo primario asociados. Ejemplos no limitantes de tales comandos incluyen un comando de "abrir" y un comando de "volver a cerrar". El comando de "abrir" incluye un interruptor de circuito, por ejemplo, para cerrar un circuito particular si se detecta anomalía de voltaje, corriente, u otra. El comando de "volver a cerrar" causa que el interruptor de circuito encienda un circuito que se apagó previamente. El ladrillo 200 incluye una pluralidad de puertos de comunicaciones de fibra óptica 210, 212, 214, 216 que pueden integrarse en un conector de alta densidad individual (no mostrado). Este conector puede configurarse para recibir un cable óptico de fibras múltiples configurado para proporcionar una trayectoria de comunicaciones independientes con uno o más lEDs. La Figura 3 es un diagrama de bloque de una modalidad de un IED de protección y de control 300. Haciendo referencia a la Figura 3, la protección y control (IED) 300 incluye una pluralidad de puertos de fibra óptica 302, 303, 304, y 305 que también pueden integrarse en un conector de alta densidad individual (no mostrado). Este conector puede configurarse para recibir un cable óptico de fibras múltiples configurado para proporcionar una trayectoria de comunicaciones independientes con múltiples ladrillos. El IED 300 puede energizarse exclusiva, o redundantemente, al utilizar un par de cables de cobre fijados en un cable de grupo de fibra óptica. La Figura 4 es un diagrama esquemático de una modalidad de otra arquitectura de subestación 400. Haciendo referencia a la Figura 4, una modalidad ilustrativa de una arquitectura de subestación de energía eléctrica 400 se ¡lustra por cuatro líneas de transmisión 401, 402, 403, y 404; y dos conductores comunes 405, 406; y seis interruptores de circuito 407, 408, 409, 410, 411 y 412. Cada línea de transmisión 401, 402, 403, y 404 incluye un transformador de voltaje 413, 414, 415, y 416, respectivamente. Cada interruptor de circuito 407, 408, 409, 410, 411, y 412 incluye dos transformadores de corriente. Por ejemplo, el interruptor de circuito 407 incluye transformadores de corriente 417, 418. El interruptor de circuito 408 incluye transformadores de corriente 419, 420. El interruptor de circuito 409 incluye transformadores de corriente 421, 422. El interruptor de circuito 410 incluyen transformadores de corriente 423, 424. El interruptor de circuito 411 incluye transformadores de corriente 425, 426. El interruptor de circuito 412 incluye transformadores de corriente 427, 428. La arquitectura de subestación 100 además incluye seis lEDs de protección y control 431, 432, 433, 434, 435, 436, y dos paneles de grupo 437, 438 localizados dentro del alojamiento de control 440. La arquitectura de subestación también incluye diez dispositivos de interfase (por ejemplo, "ladrillos") 441, 442, 443, 444, 445, 446, 447, 448, 449, y 450 localizados adyacentes a las piezas predeterminadas de equipo primario. La arquitectura de subestación 400 además incluye múltiples enlaces de comunicación (ilustrativamente, pero no se limitan a, enlaces de comunicación 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, y 10) que se acoplan junto con los ladrillos antes mencionados, paneles de grupo, y lEDs. En una modalidad, un cable óptico de fibras múltiples (o uno o más elementos del mismo) pueden utilizarse para formar los enlaces de comunicación. En cada panel de grupo 437, 438, un acceso físico separado puede proporcionarse para la parte de panel de grupo que hace interfase con los cables de fibra de alta densidad que se enlazan a los lEDs y los ladrillos, y un acceso físico separado puede proporcionarse para la parte que conecta por cruce los pares de fibras entre los lEDs y los ladrillos. Cada ladrillo puede recibir (y/o digitalizar) al menos una de las señales análogas, señales binarias, o una combinación de las mismas. Ejemplos no limitantes de señales análogas incluyen voltajes alternantes y corrientes suministradas por transformadores, señales análogas de baja energía suministradas por transformadores de instrumentos, y salidas análogas de temperatura, y presión, movimiento, y otros sensores entre otros. Ejemplos no limitantes de señales binarias incluyen posición de interruptor de circuito, desconectar y poner a tierra la posición de interruptor, e indicación de alarma o estado de otros sensores y dispositivos, entre otros. Como se muestra en la Figura 4, el IED 432 recibe señales de corriente digitalizadas y señales binarias del Ladrillo 441 y Ladrillo 443, y recibe señales de voltaje digitalizadas del ladrillo 442. El IED 432 también envía señales de comando digitalizadas al Ladrillo 441 y Ladrillo 442. El IED 432 puede incluir múltiples puertos de comunicación independiente. De esa forma, los datos transferidos entre IED 422 y el ladrillo 441 pueden ocurrir a través de un primer puerto de comunicación independiente, y transferencia de datos entre el IED 432 y el ladrillo 442 puede ocurrir a través de un segundo puerto de comunicación independiente. En una modalidad, los múltiples puertos de comunicación de IED 432 pueden conectarse al panel de grupo de fibra óptica 437 a través de un enlace de comunicación de fibras múltiples individual 12. El enlace de comunicación 12 puede terminar en el panel de grupo de fibra óptica 437 utilizando una pluralidad de conectores de par de fibra predeterminados. Dentro de un enlace de comunicación de fibras múltiples 12, un par individual de fibras puede dedicarse a la comunicación con cada ladrillo que requiere comunicación con el IED 432. En esta modalidad ilustrativa, las comunicaciones con tres ladrillos (441, 442, 443) son requeridas. De esa forma, un primer par de fibras del enlace de comunicación de fibras múltiples 12 se dedica para la comunicación con el ladrillo 441, un segundo par de fibras se dedica a la comunicación con el ladrillo 442, y un tercer par de ladrillos se dedica para comunicación con el ladrillo 443. La Figura 5 es un cuadro de flujo que ilustra una modalidad y un método 500 para operar una subestación de energía. Los pasos del método 500 pueden realizarse en cualquier adecuado y las variantes del método 500 pueden incluir uno o más pasos además de los mostrados en la Figura 5 y aquí descritos. Haciendo referencia a la Figura 5, el método 500 puede comenzar en el paso 501. Cuando un ladrillo recibe y digitaliza las señales de corriente de uno o más transformadores de corriente. En el paso 502, el mismo o diferente ladrillo también puede recibir y digitalizar señales de voltaje de uno o más transformadores de voltaje. En el paso 503, el mismo ladrillo o uno diferente puede recibir y digitalizar señales binarias de una o más entradas binarias de un interruptor de circuito, u otro tipo de equipo primario. En el paso 504 el ladrillo (o ladrillos) envía la corriente recibida y digitalizada, voltaje, datos de señal binarios a uno o más lEDs. En el paso 505, el ladrillo (o ladrillos) reciben comandos binarios de los lEDs. En el paso 505, el ladrillo (o ladrillos) reciben comandos binarios de los lEDs. Los lEDs pueden derivar estos comandos binarios de la corriente digitalizada, voltaje, y datos de señal binarios previamente recibidos del ladrillo (o ladrillos). En el paso 506, el ladrillo (o ladrillos) operan las salidas (por ejemplo, causan que se realice en acciones, de acuerdo con los comandos binarios recibidos. Después de eso, el método 500 puede terminar. En una modalidad, el paso 506 para operar las salidas puede incluir emitir señales de comando que incluyen: abrir/cerrar comandos para interruptores de circuito y desconectar interruptores; disminuir/elevar comandos para intercambiadores de cubierta de transformador; y otros comandos adecuados para operar el equipo primario de subestación de energía. Las señales de comando pueden transmitirse al equipo primario a través de interruptores de estado sólido que se enfrentan con el circuito de control de corriente directa ("DC") del equipo primario. La Figura 6 es un diagrama de bloque que ilustra una modalidad de enrutamiento de trayectoria de comunicación 600 entre tres lEDs 631, 632, 633, un panel de grupo de fibra óptica 637, y tres ladrillos 641, 642, 643. Haciendo referencia a la Figura 6, cada IED 631, 632, 633 y cada ladrillo 641, 642, 643 tiene cuarto puertos de comunicaciones independientes Com-1, Com-2, Com-3, y Com-4.

En cada ladrillo, se dedica un puerto para comunicaciones con un lED individual. En cada lED, se dedica un puerto para comunicación con un ladrillo individual. La conexión entre cada dispositivo (por ejemplo, cada ladrillo y cada lED) y el panel de grupo 637 tiene un par de fibra dedicado para cada asociación de ladrillo lED. Por ejemplo, el lED 631 se enlaza con ladrillos 641 y 642. De esa forma, el puerto de comunicación Com-1 de lED 631 se enlaza con el puerto de comunicación Com-1 del ladrillo 641, y el puerto de comunicación Com-2 de lED 631 se enlaza con el puerto de comunicación Com-1 del ladrillo 642. Adicionalmente, el lED 632 se enlaza con cada uno de los ladrillos 641 , 642, y 643. De esa forma, el puerto de comunicación Com-1 de lED 632 se enlaza con el puerto de comunicación Com-2 de ladrillo 642. El puerto de comunicación Com-2 de lED 632 se enlaza con el puerto de comunicación Com-2 del ladrillo 641. El puerto de comunicación Com-3 de lED 632 se enlaza con el puerto de comunicación Com-1 del ladrillo 643. Adicionalmente, el lED 633 se enlaza con cada uno de los ladrillos 642 y 643. De esa forma, el puerto de comunicación Com-1 de lED 633 se enlaza con el puerto de comunicación Com-3 del ladrillo 642. El puerto de comunicación Com-2 de lED 633 se enlaza con el puerto de comunicación Com-2 del ladrillo 643. Se entiende que muchas otras configuraciones de conexiones entre los lEDs 631, 632, 633, y los ladrillos 641, 642, 643 son posibles dentro del alcance de la invención reclamada. Haciendo referencia de nuevo a las Figuras 4 y 6, cada ladrillo recibe una señal de reloj de cada uno de los lEDs a los que sirve. De esa forma, un ladrillo que sirve a múltiples lEDs por lo tanto recibirá múltiples señales de reloj. Ejemplos de estos son el ladrillo 441 en la Figura 4 que sirve a lEDs 431, 432, y el ladrillo 642 en la Figura 6, que sirve a lEDs 631, 633. En una modalidad, cada IED independientemente genera su propia señal de reloj, y cada ladrillo enlazado a un IED sincroniza la transferencia de datos al utilizar la señal de reloj generada por ese mismo IED. En contraste con los métodos de reloj externos utilizados para sincronizar lEDs convencionales, no hay requerimiento en una modalidad de la invención para sincronización de datos entre lEDs individuales. En vez de eso, la sincronización de datos se lleva a cabo de forma independiente en cada ladrillo que utiliza la señal(es) de reloj recibida de su maestro IED(s), cada IED recibe datos sincronizados de todos sus ladrillos. De esa forma, en una modalidad, cada ladrillo transmite/recibe datos hacia/desde los lEDs y utiliza un giro de cierre de fase en cada conexión de comunicación 1:1 directa con los lEDs. El giro del cierre de fase establece una muestra sincrónica virtual y mantiene la señal para cada uno de los lEDs servidos, y después vuelve a muestrear los datos para obtener versiones de los datos que son sincrónicas con cada uno de los lEDs servidos. Esta característica mejora la confiabilidad de sistema al eliminar un reloj externo individual (por ejemplo, un punto individual de falla) y disminuye el costo de sincronización a cada transferencia de datos (por ejemplo, no necesita distribuir una señal de reloj externa a todos los ladrillos simultáneamente). En una modalidad, los lEDs puede equiparse con una señal de entrada de tiempo, tal como una señal de entrada IRIG-B, y puede descodificar esta señal para sincronizar sus relojes con la referencia de tiempo absoluta en la subestación o a través de subestaciones, tal como cuando se utilizan relojes de Sistema de Colocación Global. IRIG-B es un formato estándar para codificar y distribuir una señal de tiempo de un reloj maestro a uno o más dispositivos de recepción; se mantiene para el modo de Grupo de Instrumentación de escala Media B, aún estando originalmente creado por la milicia de E.U.A. y no se utiliza por la industria privada. En una modalidad, cada IED se configura para comunicar información de fecha de tiempo a uno o más ladrillos asociados para proporcionar registro de tiempo exacto de los datos de campo digitales de ladrillo (o ladrillos). La Figura 7 es un diagrama esquemático que ilustra una modalidad de arquitectura de subestación de energía 700 que tiene ladrillos redundantes 751, 752 para uno o más lEDs 731. Haciendo referencia a la Figura 7, dos ladrillos 751, 752 pueden conectarse al equipo primario 760 parea proporcionar medida y control de señal redundante. El equipo binario 760 puede incluir un freno de circuito, un transformador de corriente, un transformador de voltaje, y similares. En el sistema redundante de la Figura 7, cada uno de los ladrillos 751, 752 recibe y digitaliza al menos uno de una corriente, voltaje, y señales binarias del equipo primario 760, y sincrónicamente transfiere las señales digitalizadas al IED 731. El IED 731 compara las señales digitalizadas recibidas de cada uno de los ladrillos 751, 752 par asegurar la integridad de datos y para conservarse contra una falla de cualquier ladrillo 751 ó 752. El IED puede configurarse para aplicar revisiones extras para identificar un grupo intacto de datos de campo digitales al detectar una inconsistencia entre primeros datos de campo digital recibidos de ladrillo 751 y segundos datos de campo digital recibidos del segundo ladrillo 752. El IED además puede configurarse para cambiar permanentemente algún contacto de datos de campo digitales y continuar operando a pesar de una Falla de ladrillo 751 o el segundo ladrillo 752. De esa forma, en una modalidad, dos copias de datos obtenidos del equipo primario verificado se transmiten a cada IED. Esto aumento la confiabilidad más allá de los sistemas de protección y el control convencionales, pero aún mantienen el número total de partes en el sistema abajo al permitir a múltiples lEDs compartir los datos. Por ejemplo, un promedio de tres lEDs convencionales sería necesario para verificar una pieza dada de equipo primario en un patio de mangueras de subestación de energía. Esto significa que tres subsistemas de entrada/salida serían necesarios para procesar las señales entregadas al alojamiento de control a través de cables de cobre. Incluso, ningunos de estos subsistemas serían redundantes. En contraste, una modalidad de la invención proporciona la interfase de entrada/salida al utilizar solo dos ladrillos redundantes, que se colocan en el patio de maniobra para una pieza dada de equipo primario. Debido a que estos dos ladrillos puedan servir a tres IED, maestros, cada IED ya no necesita un subsistema de l/O separados. De esa forma, una modalidad de la invención reduce el número total de partes para los subsistemas de entrada/salida por dos/tres mientras agrega redundancia completa al sistema total. Las modalidades de la invención conservan los aspectos convencionales a la ingeniería de sistemas de protección y de control de energía eléctrica. En particular, estas modalidades conservan el concepto de zonas de protección. De esa forma, en una modalidad, puede desplegarse un IED (maestro) para proteger una zona individual en el equipo primario (por ejemplo, una de transmisión, transformador, banco de condensador, barro de conductor común, etc.). Al utilizar los ladrillos descritos anteriormente se permite que esto ocurra a pesar de las diferencias en al forma en que se generan las señales de campo (por ejemplo, corriente, voltaje, binario, y similares). En una modalidad de un sistema de energía en donde se distribuyen múltiples aplicaciones de software de computadora en múltiples dispositivos de protección y de control (por ejemplo, IEDS y ladrillos) precisar la interoperación entre todos estos dispositivos es importante. Las modalidades de la invención proporcionan interoperabilidad de la siguiente forma: un ladrillo no necesita tener un firmware independiente. En vez de eso, puede aceptar una descarga de código de software de computadora de cada uno de sus IED(s). Múltiples implementaciones de código, cada una confeccionada a los requerimientos de sus IED(s) maestro por lo tanto puede coexistir en un ladrillo individual. Esto omitirá los asuntos de interoperabilidad asociados con las versiones de firmware múltiples y por lo tanto remueve la necesidad de prueba. De esa forma, en una modalidad el ladrillo puede mantenerse completamente por su IED(s) asociado en términos de actualización de su código de operación y otros parámetros como se necesite sin la necesidad de un operador o mando de la subestación de energía para interactuar con los ladrillos como dispositivos separados. En otra modalidad, el establecer comunicación entre un ladrillo dado y el IED, el IED, puede validar y actualizar, si es necesario, el código de software de computadora que controla la funcionalidad solo del ladrillo dado. En una modalidad, uno o más ladrillos pueden montarse directamente a una pieza de equipo primario o cerca de la pieza del equipo primario. En una modalidad, durante la comisión de una subestación de energía o actividad equivalente, un usuario puede cerrar el sistema compuesto de ladrillos y IED(s) al reconocer una configuración de dispositivos físicos que es válida y debe almacenarse en una memoria de computadora y considerarse normal para operación subsecuente del sistema. La configuración válida de ladrillo si IED(s) pueden no presentarse por un identificador único tal como un número en serie, o por un método similar.

En una modalidad, al establecer comunicación entre un ladrillo dado y un IED, el IED puede revisar una designación de identificación única del ladrillo, y puede alterar la funcionalidad de lEDs basándose en el resultado positivo o negativo de la revisión, por ejemplo al emitir una alarma, inhibir algunas de las funciones, o cambiar automáticamente a un modo de prueba. Una función genera salidas a través de la evaluación o procesamiento de entrada. Cuando se inhibe una función, la salida se fuerza a un estado por omisión predeterminada. En una modalidad, la asociación entre el ladrillo y el IED comprende conexiones físicas cuando se compara con una dirección o esquema equivalente. Adicionalmente, dos o más lEDs pueden utilizar un ladrillo compatible para facilitar comunicación entre ellos. En tal modalidad, un IED que envía puede incluir un artículo de datos de interés en un paquete destinado para el ladrillo compartido. El ladrillo puede copiar el artículo de datos recibidos de interés en paquetes de salida a algunos o todos los lEDs conectados. En una modalidad, algunas o todas las señales a base de cobre proporcionadas a los ladrillos pueden proporcionarse por conectores de broches múltiples fuertes. En otra modalidad, una tapa de acortamiento puede proporcionarse para aportar las señales de corriente alterna en los conectores de IED para permitir la operación continúa del sistema de energía cuando se remueve un ladrillo, que de otra forma dejaría la trayectoria de señal de corriente abierta. Los ladrillos pueden instalarse y pre-probarse fuera de sitio por el fabricante del aparato del sistema de energía o una tienda de restauración antes de suministrar el aparato de sistema de energía a un sitio de instalación. En una modalidad en donde se prefabrica un alojamiento de control, los lEDs y los paneles de grupo de fibra pueden montarse en el alojamiento de control y pre-probarse antes del suministro del alojamiento de control a un sitio de instalación. Las modalidades de la invención no se limitan al utilizar medios de fibra. Más que eso, los medios de fibra descritos anteriormente pueden reemplazarse por medios eléctricos o inalámbricos. Se proporciona una descripción detallada de varias modalidades de la invención; sin embargo, las modificaciones dentro del alcance de la invención serán evidentes para aquellos expertos en la técnica antes mencionada. Tales expertos apreciarán que las características descritas con respecto a una modalidad pueden aplicarse a otras modalidades. De esa forma, el alcance de la invención debe interpretarse apropiadamente con referencia a las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Un sistema (100) para protección, control, y verificación de suministro de energía eléctrica, dicho sistema comprende: un dispositivo de interfase de entrada/salida (denominada aquí más adelante "ladrillo") (104) acoplado con una pieza de equipo primario (102) y configurado para recibir datos de campo de la pieza de equipo primario; un dispositivo electrónico inteligente ("IED") (190) acoplado con el ladrillo (104), en donde el IED se configura para recibir datos de campo de ladrillo; un panel de grupo (130) acoplado con el ladrillo y configurado para dirigir los datos de campo al IED; un primer enlace de comunicación (180) que acopla el ladrillo y el panel de grupo; y un segundo enlace de comunicación (170) que acopla el panel de grupo y el IED.

2. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada uno del primer y segundo enlaces de comunicación de fibras múltiples (180, 170) es un cable de grupo de fibra óptica que tiene al menos un conector de alta densidad predeterminada en un extremo del mismo.

3. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende: un segundo ladrillo (116) acoplado de manera redundante con al pieza de equipo primario y con el IED.

4. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada ladrillo (104) y el IED (190) tiene uno o más puertos de comunicación independientes, y en donde el ladrillo tiene un puerto de comunicación dedicado para comunicarse con un puerto de comunicación del IED.

5. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el IED (190) se configura para validar, y actualizar si es necesario, un código de software de computadora que controla la funcionalidad del ladrillo (104) al establecer una comunicación con el ladrillo.

6. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el ladrillo (104) se configura para transmitir datos de campo digitales al IED (190) y para sincronizar la transmisión de los datos de campo digitales a una señal de reloj de muestra independiente de IED. 7.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el IED (190) se configura para establecer un giro de cierre de fase a través de cada enlace de comunicación con el ladrillo para proporcionar la señal de reloj de muestra al ladrillo. 8. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el IED (190) se configura para comparar los primeros datos de campo digitales recibidos del primer ladrillo (104) con los segundos datos digitales recibidos del segundo ladrillo (116) para asegurar la integridad del primer y segundo datos digitales. 9. - El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el IED (190) además se configura para cambiar permanentemente a un grupo intacto de datos de campo digitales y además configurarse para continuar operando a pesar de una falla de ladrillo o el segundo ladrillo. 10.- El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende una tapa de acortamiento configurada para acortar señales de corriente alternas en un conector de broches múltiples para permitir la operación continúa del sistema con el ladrillo (104) removido.