专利名称：用于在本地和远端的信源之间进行数据校正的系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及在两个信源之间的数据传输和比较上述传输的数据，更具体地说涉及一种具有在将其比较之前校正来自两个信源的数据能力的数据传输系统。
背景技术：
比较来自两个远端信源的数据有各种各样的理由，主要是，校正该数据组，从而使得精确比较成为可能。不管是否该数据被同步地或者异步地发送，这是成立的。
一个使用数据比较系统的例子是差动继电器，它用于保护一个电力系统。在操作中，运行中的该继电器比较在电力线上处于本地信源(称为本地继电器)的电流值和在相同的线路上远端源(称为远端的继电器)的电流值。如果由该继电器执行的电流差动比较是准确的，那么在进行该比较之前，对两组数据(来自该本地和远端源)进行初始校准是重要的。
数据校准是重要的其他的方面应用是大家所熟知的。这些包括在功率保护应用和比功率保护更宽的测量系统中的事件记录器系统和断路器故障系统，以及其他在本地和远端源之间数据校准是重要的情形，典型地是为了比较的目的。
基本上，由于两个数据组的样值中有差值，一个本地数据组和一个远端的数据组，就出现了对于两组数据校准的问题。例如该样值可能是在相位方面不同，或者两个数据组之间的采样频率可能不同。这些差值导致在两个数据组之间未知的和变化的相移。此外，由于未知在两个数据源之间的传送时间(延迟)，来自远端源发送到本地信源用于比较的该采样数据相对于在本地信源上采样数据会有一个时间差别。
发明的公开因此，本发明是一个用于校正和同步本地和远端数据源之间数据的系统，包括第一采样系统，用于以一个原始采样速率开始采样本地源数据；一个在本地信源上的接收机，用于接收从远端数据源采样的数据；一个将该采样的数据从本地信源发射到该远端源的发射机；一个延迟单元，用于将本地信源采样的数据延迟一个大约等于本地和远端源之间的数据传输延迟时间的时间量；和一个重复取样系统，用于以一个选择的重复取样速率重复取样该延迟的本地源数据和从远端源接收的数据，其中该结果输出是这样的，该远端数据在本地信源上与本地数据校正一致。
此外，本发明的另一个方面是一个用于在监控电力系统的至少二个保护继电器之间交换数据的系统，它包括在第一和第二保护继电器之间延伸的第一和第二通信信道，用于在该继电器之间保护和控制信息的通信，该第一和第二保护继电器运行在一个电力系统的电力线部分上；将数据沿着第一和第二通信信道从第一继电器发送到第二继电器的数据施加装置；和一个在第二继电器上连接选择的通信信道的开关，使得来自该连接的通信信道的处理的数据控制第二继电器的输出，该开关响应一个该选择的通信信道切换到连接所述第二通信信道有故障的指示，从而减少从第一继电器继续接收数据的任何延迟。
附图的简要说明
图1是一个示出本发明系统的方框图，该系统具有一个本地数据源和一个远端的数据源，并且两个数据组是来自一个电源线的电流值。
图2是一个示出图1的系统变异的方框图，该系统具有一个本地数据源和二个远端的数据源。
图3是一个示出用于本地和远端数据源新的双通信线路安排的方框图。
实现本发明的最佳方式图1是一个示出本发明基本系统的方框图，该基本系统是电源线保护的差动电流继电器的应用。但是，应该理解，本发明这样一个应用仅是用于说明的目的，而不是意欲限制本发明的范围。
在图1中，在电源线上的一个已知点上来自电源线(信号电平是由变流器降低的)的模拟电流信号用于本地继电器的低通滤波器部分12，该已知点是该本地继电器的位置，指示为10。该位置是在电源线上一个特定的实体点。一个类似的数据源/及其由10示出的继电器位于同一的电源线上远离本地数据源的地方。
还是参考图1，该本地数据组(例如，在本地继电器上来自电源线的电流信号)最初由低通滤波器12滤波，然后施加于一个模拟-数字(A-D)转换器20上。该A-D转换器20由一个频率跟踪器22驱动，以每个电源系统周期采样该模拟电流信号16次(在示出的实施例中)。
该数字化的信号然后在24被校准，并且经由一个满周期余弦滤波器26滤波。
然后，在示出的实施例中，将结果信号然施加到一个常规的保护继电器算法电路28，以提供后备保护，这一保护与基于由图1余部提供的来自本地和远端信源电流的比较的保护是分开的、额外的。上述的后备保护可以是基于阻抗计算(远距离保护)、电流幅值计算(过电流保护)，或者仅需要保护线路一端信号的其他的类型的保护。
该余弦滤波器26的输出被施加返回到频率跟踪器22，作为来自低通滤波器12的零交叉检测信息(ZCD)，以控制该模拟信号的采样率。
上述讨论到的从低通滤波器12至余弦滤波器26的单元全部都是常规的，并且是常规的保护继电器应用的一部分。在下面作为这样一个应用的一部分解释本发明。但是，如上所指出的，本发明的数据校正系统可被用于其他的应用中。
还是参考图1，校准电路24的输出被施加于第一重复取样电路30，在示出的实施例中，它工作在800Hz频率上，这是用于发射电路32的帧速度。电路32将本地重复取样的数据从第一重复取样电路30发送给远端数据源/继电器。因此，来自本地信源的模拟数据信号被频率跟踪器22以每电力系统频率(其典型的是60Hz)16次的比率采样，然后以第一重复取样频率再次采样，这在示出的实施例中是800Hz。如上所述，该第一重复取样频率是可以改变的，但是应该等于该发射帧速率。
因为该第一重复取样电路30和该发射电路32是由相同的频率信号驱动的，对于每个发送的帧刚好有一组采样数据是可用的。在示出的实施例中，发射电路32还压缩该本地源数据组为8位。在比较该二个数据组之前，在远端数据源/继电器上的该接收机将扩展从本地源接收的数据，从8位到在本地源/继电器上存在的原始全部的信息位数。因此，在图1的实施例中，发送到远端源/继电器的信号是来自该模拟一数字变换器20的数字信号，它已经以第一重复取样频率重复取样。
除被用于发射电路32之外，来自该第一重复取样电路30的该重复取样信号还被施加于在该本地源电路之内的延迟电路40。延迟电路40将来自第一重复取样电路30的信号延迟一个指定的时间量，即，在远端源和本地源之间单向传输延迟时间。该延迟量是由一个“乒乓”电路36确定的。简要地说，该单向传输延迟时间估计为近似一半的往返延迟时间。为了测量该往返延迟时间，该本地数据源用一个标示符标记每个其发到远端源的信息，然后在接收电路38上确定需要花费多长时间去接收从该远端源对那个信息的一个响应。该响应消息包含一个字段，其包括在远端源那里接收到该信息和传送该信息回到本地源之间流逝的时间量。单向传输延迟时间是往返延迟量减去在响应之前该远端源持有来自该本地源信息的时间，并除以2。因此，乒乓电路36从该发射电路32和接收电路38获得信息，来确定该实际传输延迟。然后，延迟的量被发送给该延迟电路40，如由虚线41所示。
来自第一重复取样电路30的输出按照来自乒乓电路36指定的延迟量被延迟，并且施加给第二重复取样电路42。该第二重复取样电路42设置为以一个等于本振频率跟踪速度的频率进行采样，即，起始的采样频率，在这个特定的实施例中，它是960Hz。第二重复取样电路42的输出被施加于一个数字滤波器44，该数字滤波器44用于消除由重复取样电路产生或者存在于该原有的本地源数据组之中的谐波及其他的噪音。然后，滤波器44的输出被提供给本地数据计算(和比较)电路46。当然，该计算电路的布置和用途可以依据特定的应用来改变。在目前的情况下，它执行与该远端数据的比较，并且产生被施加于接触输出端的该控制信号，它随后在该比较指示一个在线故障的时候，它便动作使该系统断路器造成开路。
来自该远端数据源的数据接收在本地源上的接收机38中，如在上面解释的。来自接收机38的数据被施加于另一个第二重复取样电路48，它与第二重复取样电路42是相同的。如果需要，重复取样电路48可以与重复取样电路42相结合。由于延迟电路40，施加于重复取样电路48的数据与施加于第二重复取样电路42的本地数据时间上是一致的。据此，分别地从本地数据源和远端数据源施加于第二重复取样电路42和48的数据迟如期地被校正。
重复取样电路48以与第二重复取样电路42使用的相同频率再次取样施加给它的数据，即，用于采样本地信源模拟数据的频率。由于这两个数据流是以相同的频率采样的，在这两个采样信号之间将存在相位校准。来自第二重复取样电路48的数据被施加于与滤波器44相同的一个滤波器50，然后施加于计算和比较电路46，如在上面说明的，它以常规的方式进行比较，以对该电力线提供保护。
因此，如图1所示的本发明的电路提供了一种便利的和可靠的方式去校正来自本地和远端源的数据，以便得到准确的比较结果。
在图1的一个改进的型式中，尤其考虑的不是带宽时，第一个重复取样电路30可以被去掉，并且将校准电路24的输出直接施加给发射电路32和延迟电路40。因此涉及延迟电路40的输出指的或者是最初采样的本地源信号的延迟(来自校准电路24)，或者是重复取样的本地源信号的延迟(诸如来自重复取样电路30)。
此外，在图1的特定电路中，具有一个第一重复取样器30，由于从第一重复取样电路30施加于延迟电路40的信号是一个离散时间采样信号，并且采样信号的延迟是由重复取样完成的，即，在原始采样之间的内插，该延迟电路40实际上也是一个重复取样器。延迟电路40可以是，并且典型地是和重复取样电路42一体化(但不是重复取样器48)。
图2示出一个图1的变异，包括一个本地数据源和两个远端数据源。在这种情况下，在本地数据源处有两个用于从该远端源接收数据的远端数据发射/接收信道。用于第一个远端数据源的第一个信道表示为60。该第一个信道60包括由“乒乓”62确定的第一延迟值(pp1)，它用于在本地信源和第一个远端信源之间单向传输延迟。对于第二个发射机/接收机信道64也是相同的，即利用乒乓电路66来确定第二延迟值pp2。
这些延迟值(pp1和pp2)施加于一个比较电路68，由此来确定两个延迟值中哪个是最大的。该本地源数据将由这两个单向传输延迟的较大的那个来延迟(延迟电路72)。具有较小的单向传输延迟的该远端的信道使其数据由这两个传输延迟中的差值进行延迟，如图2所示。具有较大的单向传输延迟的该远端的信道不让其输入数据被延迟。延迟电路74和76就是如此设置的。电路布置安排在三个数据源位置的每个(三个独立的终端)上面，并且每个位置具有一个本地数据源和二个远端源。
因此，直接来自第一重复取样电路80的本地源数据经历最长的延迟，而具有两个经计算的传输延迟较小的那个远端的信道，或者是信道60或者64，按照在这两个远端的传输延迟时间的较大的和较小的两值之间的差值进行延迟。该本地源数据任意地从与第一个信道60相连的重复取样器中提取(这只是一个选择的问题)。它也可以取自与第二个信道64相连的该重复取样器81。
图2的延迟安排的结果是来自该本地信源和该两个远端源的数据在该本地信源上全部及时地予以校正。然后，来自延迟电路72、74、76的数据组然后被发送给相同的第二重复取样电路80-80，它们以原始采样频率对每个信号重复取样。第二重复取样电路80-80的输出被施加于相同的滤波器82-82，并且从那儿到计算和比较电路84。同样，该计算/比较电路84不是本发明的一部分。电路84的输出被施加于输出接触器，它控制电力线的断路器。
在图2的三个信源实施例中，至于平均发送帧速率(在图2中为800Hz)是否相同，是不确定的。实际上，并没有上述要求。例如，如果信道60是一个64k波特信道，并且信道64是一个56k波特信道，信道60的发送帧速率将是800Hz，并且信道64的发送帧速率将是700Hz。本发明的数据调整的方法/装置对匹配或者失配的发送帧速率起同样的作用。
再来看一下图2的三个信源实施例，正如以上相对于图1的讨论一样，该重复取样电路80和81可以被去掉。
当在图1或者2的系统中的数据传输期间出现一个错误的时候，该接收继电器就无法使用该消息内容。由于是继续发射有效信息是重要的，以便该远端数据信源/继电器可以继续精确地执行其自己的保护要求，对于一个被破坏的信息就不产生应答，该本地继电器仅仅响应先前的未被破坏的消息。因此提高了有效接收之间的传送数量。在那种情况下，该本地继电器必须容忍在接收有效消息之间传送两个消息的可能性，并且远端的继电器也必须能容忍接收对于某些传送消息的两个响应。
对于在传送过程中可能丢失的模拟数据，该本地继电器可以被设计成能插入实际上接收的数据，以有效地重获丢失的数据。然后，该数字滤波器除去某些由该插入产生的不想要的结果。然而，如果太多的数据被丢失而不能通过内插来成功地进行数据替换，该数据调整系统就被挂起，并且使用校正的数据进一步处理(比较)也是不可能的，直至通信得以恢复，并且该滤波器的输出已经稳定。
因此，已经公开了一种新的在本地和远端源或者信源之间校正数据的系统。该系统考虑并校正在本地和远端数据源之间的传输延迟时间，和在该数据的初始相/频率取样中的差值两者。
当数据在两个保护继电器之间交换的时候，比如在包括本地和远端的继电器的一种差动比较继电器布置之间，其中在远端的继电器信源处的电力线上选定的电气值与在本地继电器信源上的电气值相比较，诸如上述讨论的，该电气数据经一个通信信道在继电器之间传送。在许多的例子中，在考虑到主要信道(由于故障的)失效的情况，应提供一个冗余或者后备的信道。典型地，该发送继电器包括一个开关，当该系统识别出主要的通信信道有故障时，它就切换到后备通信信道。虽然这样一个安排可以提供对故障信道的替代，从而维持了两个继电器之间的通信，在该接收的数据中存在一个延迟，即，从原始信道变坏(有故障)而接收到劣质数据的时间到该系统切换到后备信道的时间，加上伴随该通信信道的切换后使该数据恢复到该接收继电器需要花费的时间。如果在该延迟时间期间出现一个故障指示，这个数据的延迟或者中断能够导致一个断路动作的延迟。
图3示出一种双通信线路布置，其弥补了上述的数据延迟。所表示的两个通信线路100和102延伸在两个继电器之间，即，一个远端的(接收)继电器104和一个本地(发送)继电器106。在本申请人的发明中，来自该发送继电器的数据同时在信道100和102上传送。来自两个信道的数据在该接收继电器上进行校正、数字滤波和逻辑处理。一个开关112设置在在该接收继电器上。开关112通常设置为使其与第一、主要信道100连接。该接收继电器的输出由来自第一信道100的算法处理的数据控制。当那个信道被认为有故障的时候，通过任何的常规的装置，开关112动作并转换到另一个通信信道102。即使有丢失数据或者延迟，来自该发送继电器的信息处理的继续是微乎其微的，仅仅是对操作该开关112所需的时间，具体地说，从检测到该有故障的通信信道到完成切换操作的时间。尔后系统操作将继续正常进行。图3表示出在一个方向上的通信。本发明通常是双向的，在两个继电器的接收部分中都有开关，进行控制两个方向的信道转换的操作。
当存在一个通信信道故障的时候，这种安排能导致响应一个故障条件的较快的断路动作。此外，由于数据是经两个信道同时传送的，则并不需要这些信道是相同的。以前的安排则要求这些信道是相同的。这两点与现有的系统相比具有显著的优点。
虽然为了说明的目的，在这里已经公开了本发明的一个优选的实施例，应该明白，不脱离由随后的权利要求所限定的本发明的精神，还可以引入各种各样的变化、改进和替换。
权利要求
1.一种用于在监控一个电力系统的二个保护继电器之间数据交换的系统，包括在一个电力系统的电力线部分上工作的第一和第二保护继电器之间延伸的第一和第二通信信道，用于在所述继电器之间交换保护和控制信息；沿着第一和第二通信信道将数据从第一继电器发送到第二继电器的施加装置；和一个在第二继电器上连接一选择的通信信道的开关，以使来自所连接的通信信道的处理的数据来控制第二继电器的输出，该开关响应一个该选择的通信信道切换到连接所述第二通信信道有故障的指示，从而减少从第一继电器继续接收数据中的任何延迟。
2.根据权利要求1的系统，其中该第一和第二通信信道大体上是相同的。
3.根据权利要求1的系统，其中该第一和第二通信信道大体上是不相同的。
4.根据权利要求1的系统，其中在两个通信信道上发送的数据要进行校正、滤波和逻辑处理，使得两个通信信道上的数据得以同等的处理。
5.根据权利要求1的系统，其中第一和第二继电器之间通信的传送是双向的，并且其中两个继电器都具有一个开关，当该继电器接收数据的时候，该开关会响应一个有故障的通信信道的动作。
全文摘要
本地源数据首先以一个原始采样速率采样，然后以等于将所述数据发送到该远端源的帧速率的第一重复取样速率重复取样。然后，该重复取样的本地源数据由本地和远端数据源之间的传送时间来延迟。来自远端的继电器的数据在该远端源上以第一重复取样速率重复取样，然后在该本地信源上的该延迟的重复取样的数据都以第二重复取样速率、并以原始采样速率重复取样，以便在本地信源上产生校正的数据。该通信系统包括在一个电力系统的电力线部分上用于在两个保护继电器之间交换保护和控制信息的两个通信信道。设置在该接收继电器上的一个开关连接一个通信信道，并且在通信信道和接收继电器之间提供一个连接的链路。所发送的数据施加在两个通信信道上，并且进行大体上相同的处理。当一个通信信道显示有故障的时候，在该接收继电器中的开关就会动作，连接第二通信信道，从而大体上可以防止在该发送继电器的接收数据中的延迟。
文档编号H04B3/00GK1937483SQ20061008853
公开日2007年3月28日 申请日期2002年3月14日 优先权日2001年4月5日
发明者T·J·李, J·L·霍贝克 申请人:施魏策尔工程实验公司