用于断路器的控制单元及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于断路器的控制单元及其控制方法，通过接附在开关上或者通过实施为独立模块的形式，控制单元能够控制和监测各种类型的开关（诸如，电力系统设备所包括的断路器和开关设备）。用于断路器的该控制单元与继电器和断路器相互作用，并包括：以太网驱动器，其配置为经由以太网通信来接收来自与其连接的所述继电器的G00SE报文类型控制信号；控制模块，其配置为基于所述G00SE报文类型控制信号来操作所述断路器；以及主控单元（MCU)模块，其配置为如果接收到的所述G00SE报文类型控制信号与所述控制单元相关，则将所述G00SE报文类型控制信号传送至所述控制模块。
【专利说明】用于断路器的控制单元及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于断路器的控制单元及其控制方法，并且尤其地，涉及一种用 于断路器的控制单元及其控制方法，通过形成为对于开关可拆卸的模块，或者通过形成为 与开关隔开的独立模块，所述控制单元能够控制和监测各种类型的开关（诸如，电力系统 设备所包括的断路器和开关设备）。
【背景技术】
[0002] 如图1中所示，电力系统通常由待控制的断路器、以及用于控制所述断路器的智 能电子装置（IED)或者继电器（在下文中，将称为"继电器"）组成。断路器和继电器成对 来安装。
[0003] 如图2中所示，电力设备被配置为将电流供给至磁化线圈以用于操作断路器，并 且配置为连接继电器至断路器的接触信号线连接在继电器和断路器之间。
[0004] 该接触信号线的长度可以在几米（m)?几百米的范围内。在一种情况下，两个继 电器安装在两个断路器处，断路器通过两条接触信号线连接至继电器。在这种情况下，两条 接触信号线单独形成。
[0005] 在继电器和断路器安装在不同建筑物处的情况下，接触信号线应当掩埋在建筑物 之间。在这种情况下，该接触信号线由于闪电及其劣质涂层而可能接地。这会导致难以可 靠控制断路器。
[0006] 此外，由于继电器的用于控制指令的触头的有限能力，一个继电器可以控制一个 或两个断路器。如果以长距离安装使用DC电压的单线，由于寄生电压等原因，将难以获得 可靠信号。
【发明内容】
[0007] 因此，详细说明的一个方案是提供用于断路器的控制单元及其控制方法，通过使 用基于IEC61850的变电站自动化的GOOSE通信协议，经由继电器和控制单元之间的信号传 送/接收，所述控制单元能够使接触信号线的使用最小化。
[0008] 详细说明的另一个方案是提供用于断路器的控制单元及其控制方法，所述控制单 元能够通过一个继电器控制多个断路器，或者通过多个继电器控制特定断路器。
[0009] 正如在此体现并宽泛描述的那样，为实现这些及其它优点并且根据本说明书的目 的，提供一种用于断路器的控制单元，其与继电器和断路器相互作用，该控制单元包括：以 太网驱动器，其配置为经由以太网通信来接收来自与其连接的所述继电器的GOOSE报文类 型控制信号；控制模块，其配置为基于所述GOOSE报文类型控制信号来操作所述断路器；以 及主控单元（MCU)模块，其配置为如果接收到的所述G00SE报文类型控制信号与所述控制 单元相关时，则将所述G00SE报文类型控制信号传送至所述控制模块。
[0010] 在本发明的一个实施例中，所述G00SE报文类型控制信号可以包括控制指令、接 触点的状态、质量信息和时间戳信息。 toon] 在本发明的一个实施例中，所述继电器可以配置为经由以太网通信来将所述 GOOSE报文类型控制信号广播至与其连接的一个或多个控制单元。
[0012] 在本发明的一个实施例中，所述以太网通信可以是光（FX)通信或者双绞线（TX) 通信。
[0013] 在本发明的一个实施例中，所述控制模块可以基于接收到的所述GOOSE报文类型 控制信号，由所述控制单元以及所述断路器的磁化线圈和电池来形成闭合回路，并且可以 将电流施加至所述磁化线圈。在所述磁化线圈通过所述电流而运转时，可以执行所述断路 器的电路断路操作。
[0014] 正如在此体现并宽泛描述的那样，为实现这些及其它优点并且根据本说明书的目 的，提供一种控制用于断路器的控制单元的方法，所述控制单元与继电器和断路器相互作 用，该方法包括：
[0015] 经由以太网通信来接收来自与其连接的继电器的GOOSE报文类型控制信号；检验 接收到的所述G00SE报文类型控制信号与所述控制单元是否相关；并且如果接收到的所述 G00SE报文类型控制信号与所述控制单元相关，则基于所述G00SE报文类型控制信号来操 作所述断路器。
[0016] 在本发明的一个实施例中，基于所述G00SE报文类型控制信号来操作所述断路器 的步骤可以包括：基于接收到的所述G00SE报文类型控制信号，由所述控制单元以及断路 器的磁化线圈和电池来形成闭合回路，并将电流施加至所述磁化线圈；以及通过所述电流 而使所述磁化线圈运转，从而执行所述断路器的电路断路操作。
[0017] 本发明可以具有以下有益效果。
[0018] 第一，通过使用基于IEC61850的变电站自动化的G00SE通信协议，经由继电器和 控制单元之间的信号传送/接收，可以使接触信号线的使用最小化。这样可以允许省略用 于将继电器连接至断路器的硬连线。从而，可以提高用户安装的便利性，并可以减少制造成 本。
[0019] 第二，可以通过一个继电器来控制多个断路器，或者通过多个继电器来控制特定 断路器。这样可以提高整个系统的操作效率。
[0020] 从下文给出的详细描述中，本发明的进一步的适用范围将变得更加显而易见。然 而，应当理解，由于在本公开的精神和范围之内的多种变化和修改对本领域技术人员而言 将从该详细描述中变得显而易见，因此在表明本发明的优选实施例的同时，该详细描述和 特定示例仅以例证的方式给出。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 被包含以提供对本公开的进一步理解并且被并入并组成本说明书的一部分的附 图示出示例性实施例并同说明书一起用于解释本公开的原理。
[0022] 在图中：
[0023] 图1为示出根据现有技术的继电器安装在断路器处的示例性视图；
[0024] 图2为示出了根据现有技术的继电器和断路器之间的连接关系的概念图；
[0025] 图3为示出根据本发明的实施例的整体系统的配置的框图；
[0026] 图4为示出根据本发明的实施例的用于断路器的控制单元的配置的框图；以及
[0027] 图5为示出根据本发明的实施例的用于控制用于断路器的控制单元的方法的流 程图。 具体实施例
[0028] 将参照附图给出示例性实施例的详细描述。为了参照附图进行简要描述，对相同 或同等部件给予相同的附图标记，并且将不再重复其描述。
[0029] 图3为示出根据本发明的实施例的整体系统10的配置的框图。
[0030] 如图3中所示，整体系统10包括智能电子装置（IED)或者继电器100 (在下文中， 将称为"继电器"100)、控制单元200和电路300。然而，整体系统10不限于具有图3的部 件。换言之，整体系统10所具有的部件在数量上可以比图3的部件更多或更少。
[0031] 为了保护系统并执行单向控制指令，继电器100基于IEC61850G00SE通信协议，以 GOOSE报文（GOOSE数据）的形式生成包括控制指令（或者控制状态）的控制信号，所述控 制指令用于控制任一待控制的断路器。该IEC61850G00SE通信协议为用于变电站自动化的 国际标准通信协议，通过将面向对象的理论应用至位于电力系统内部的各种类型的设备数 据等来对其进行了开发，以克服在常规电力系统（诸如DNP和MODBUS)中运行的各通信协 议下的继电器之间的数据不兼容。
[0032] 而且，IEC61850G00SE通信协议为服务器和用户之间的通信提供MMS，为继电器之 间的通信提供G00SE用于互锁，提供SV协议用于电压和电流的波形信号。
[0033] 继电器100将生成的G00SE报文类型控制信号通过以太网通信广播至与其连接的 一个或多个控制单元（例如，控制单元200)。以太网通信可以是光（FX)通信、双绞线（TX) 通?目等等。
[0034] 继电器100可以生成任一 G00SE报文形式的控制信号，该控制信号用于通过以太 网通信来控制与继电器100连接的一个或多个控制单元。
[0035] 继电器100可以经由以太网通信来广播所生成的任一 G00SE报文形式的控制信 号。
[0036] 如图4中所示，控制单元200由状态模块210、以太网驱动器220、主控单元（MCU) 模块230和控制模块240组成。然而，控制单元200不限于具有图4的部件。换言之，控制 单元200所具有的部件在数量上可以比图4的部件更多或更少。
[0037] 控制单元200可以以模块的形式设置在断路器300内。
[0038] 控制单元200可以作为独立模块安装在断路器300之外。
[0039] 状态模块210管理连接至控制单元200的断路器300的操作状态。
[0040] 可以提供以太网驱动器220以用于包括光（FX)通信、双绞线（TX)通信等等的以 太网通信。
[0041] 以太网驱动器220经由以太网通信来接收由与其连接的继电器100所广播的 G00SE报文类型控制信号。G00SE报文类型控制信号包括接触点的状态、质量信息和时间戳 信息以及控制指令。
[0042] 可选地，以太网驱动器220可以经由以太网通信来接收由与其连接的一个或多个 继电器（例如，继电器100)所广播的任一 G00SE报文类型控制信号。
[0043] MCU模块230检验从以太网驱动器220接收的G00SE报文类型控制信号与控制单 元200是否相关。
[0044] 如果接收到的GOOSE报文类型控制信号与控制单元200相关，则MCU模块230将 控制信号传送至控制单元240,使得控制模块240可以反映控制信号的状态。
[0045] 相反，如果接收到的GOOSE报文类型控制信号与控制单元200不相关，则MCU模块 230删除（或者丢弃）接收到的GOOSE报文类型控制信号。
[0046] 控制模块240对控制单元200进行整体控制。
[0047] 控制模块240基于从MCU模块230接收的G00SE报文类型控制信号对与其连接的 断路器300进行操作。结果，断路器300执行电路断路操作。
[0048] 更具体地，控制单元240基于从MCU模块230接收的G00SE报文类型控制信号，通 过控制单元200 (即，控制模块240)以及断路器300的磁化线圈310和电池320来形成闭合 回路。然后，控制模块240将电流施加至磁化线圈310。通过将电流施加至磁化线圈310， 断路器300可以执行电路断路操作。
[0049] 状态模块210与控制单元200的控制模块240的数量可根据控制单元200所控制 的断路器300的数量而改变。
[0050] IEC61850G00SE通信模块可以通过MCU模块230或专用芯片（或者专用模块）来 实施。
[0051] 根据MCU模块230的类型，用于驱动Μ⑶模块230的电路系统可以具有不同配置。
[0052] 断路器300在控制单元200的控制下确定是否将电力供给至负载，或者切断提供 至负载的电力。
[0053] 如图3中所示，断路器300包括磁化线圈310。断路器300还可以进一步包括电池 320。
[0054] 在控制单元200的控制下通过磁化线圈310、电池320和控制单元200 (或者控制 模块240)来形成闭合回路的情况下，磁化线圈310基于由电池320供给的电流来执行断路 器300的电路断路操作。
[0055] 在控制单元200的控制下形成闭合回路的情况下，电池320将电流（或者电力） 供给至磁化线圈310。
[0056] 电池320将DC电流（或者DC电力）供给至磁化线圈310。
[0057] 由于使用基于IEC61850的变电站自动化的G00SE通信协议来执行继电器和控制 单元之间的信号传送/接收，因此可以将接触信号线的使用最小化。
[0058] 进一步地，一个继电器可以控制多个断路器，或者多个继电器可以控制特定断路 器。
[0059] 在下文中，将参照图3至图5来更详细地描述根据本发明的用于控制用于断路器 的控制单元的方法。
[0060] 图5为示出了根据本发明的实施例的用于控制用于断路器的控制单元的方法的 流程图。
[0061] 为了保护系统并执行单向控制指令，继电器100基于IEC61850G00SE通信协议，以 G00SE报文（G00SE数据）的形式来生成包括控制指令（或者控制状态）的控制信号，该控 制指令用于控制任一待控制的断路器（例如断路器300) (S310)。
[0062] 接下来，继电器100将生成的G00SE报文类型控制信号经由以太网通信来广播至 与其连接的一个或多个控制单元（例如，控制单元200)。以太网通信可以是光（FX)通信、 双绞线（TX)通信等等（S320)。
[0063] 控制单元200接收从继电器100广播的GOOSE报文类型控制信号。GOOSE报文类 型控制信号包括接触点的状态、质量信息和时间戳信息。
[0064] 控制单元200检验接收到的GOOSE报文类型控制信号是否与其相关（S330)。
[0065] 如果接收到的G00SE报文类型控制信号与控制单元200相关，则控制单元200基 于该接收到的G00SE报文类型控制信号来操作断路器300。结果，断路器300的电路断路操 作得到执行。
[0066] 更具体地，如果接收到的G00SE报文类型控制信号与控制单元200相关，则控制单 元200基于该接收到的G00SE报文类型控制信号，通过控制单元200以及断路器300的磁 化线圈310和电池320来形成闭合回路。然后，控制单元200将电流施加至磁化线圈310。 磁化线圈310通过施加至其上的电流而运转，并且断路器300基于磁化线圈310的运转来 执行电路断路操作（S340)。
[0067] 相反，如果接收到的G00SE报文类型控制信号与控制单元200不相关，则控制单元 200删除（或者丢弃）接收到的G00SE报文类型控制信号（S350)。
[0068] 本发明可以具有如下有益效果。
[0069] 第一，通过使用基于IEC61850的变电站自动化的G00SE通信协议，经由继电器和 控制单元之间的信号传送/接收，可以使接触信号线的使用最小化。这样可以允许去除用 于将继电器连接至断路器的硬连线。从而可以提高用户安装的便利性，并可以减少制造成 本。
[0070] 第二，可以通过一个继电器来控制多个断路器，或者通过多个继电器来控制特定 断路器。这样可以提高整个系统的操作效率。
[0071] 前述的实施例和优点仅仅为示例性的并且不应被认为限制本公开。本教导能够易 于实施到其它类型的装置上。本说明书意在例证性的，而非限制权利要求的范围。多个替 换、修改和变化对本领域技术人员来说是显而易见的。文中描述的示例性实施例的特征、结 构、方法和其它特性可以以多种方式进行组合以获得额外和/或替换的示例性实施例。
[0072] 本发明的特征可以以若干形式体现而不背离本发明的特征，还应当理解，除非另 外指定，上述实施例不限于前述说明书的任一细节，而应在所附权利要求书所限定的范围 内宽泛地考虑，并且因此所有改变和修改均落在权利要求书的边界和范围之内，或者，因此 这种边界和范围的等价物旨在被所附权利要求书所包含。
【权利要求】
1. 一种用于断路器的控制单元，其与继电器和断路器相互作用，其特征在于，所述控制 单元包括： 以太网驱动器，其配置为经由以太网通信来接收来自与其连接的所述继电器的GOOSE 报文类型控制信号； 控制模块，其配置为基于所述GOOSE报文类型控制信号来操作所述断路器；以及 主控单元（MCU)模块，其配置为如果接收到的所述GOOSE报文类型控制信号与所述控 制单元相关，则将所述GOOSE报文类型控制信号传送至所述控制模块， 其中，所述继电器配置为经由以太网通信来将所述GOOSE报文类型控制信号广播至与 其连接的一个或多个控制单元。
2. 根据权利要求1所述的用于断路器的控制单元，其中，所述控制模块基于接收到的 所述GOOSE报文类型控制信号，通过所述控制单元和所述断路器的磁化线圈和电池来形成 闭合回路，并将电流施加至所述磁化线圈，并且 其中，在所述磁化线圈通过所述电流而运转时，执行所述断路器的电路断路操作。
3. 根据权利要求1或2所述的用于断路器的控制单元，其中，所述GOOSE报文类型控制 信号包括控制指令、接触点的状态、质量信息和时间戳信息。
【文档编号】H02J13/00GK104218671SQ201410246019
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2013年6月4日
【发明者】安洪善 申请人:Ls产电株式会社