自供电智能电子装置的通信模块的远程激活的制作方法

1.本发明一般涉及用于输电网和配电网中的自动重合器的智能电子装置。更特别地，本发明涉及自供电（self
‑
powered）智能电子装置的通信模块的远程激活。


背景技术：

2.自动重合器借助于电路断路器来保护配电线(下文中称作功率线)，并且由此当故障在线路上发生时中断或打开功率线中的连接。故障的示例是线电流或相电流超过正常值持续了能够导致跳闸（trip）的预定义时间段。进行功率线的跳闸，以隔离线路上存在的故障，直到解决为止。在线路的跳闸后，自动重合器尝试在自线路的跳闸的某个时间段经过之后闭合电路断路器。但是，在故障仍然存在于线路上的情况下，自动重合器再次使线路跳闸。每次自动重合器的电路断路器使线路跳闸时，自动重合器被断电（de
‑
energized），而每次电路断路器被闭合时，自动重合器被通电（energized）。
3.由于自动重合器的这种重复通电，自动重合器的功率要求通常比其他保护继电器要高。虽然一些自动重合器将辅助功率(例如电压变压器)用于运转，但是一些自动重合器是自供电的。由于对辅助电源的非依赖性，通常期望自供电自动重合器。
4.采用智能电子装置(ied)来控制自动重合器的操作，以及在自供电自动重合器中，ied是自供电的。通过借助于电流变换器从功率线提取用来操作装置的所要求功率，自供电装置(ied)能够无需辅助功率而工作。在这种自供电ied中，要求具有总体操作方案，所述总体操作方案包括对其运转要求较少功率的硬件设计。此外，自供电单相重合器通常将被安装在电杆（electric pole）上。与自动重合器关联的ied将要求用来与手持装置进行通信的部件(例如wi
‑
fi通信、bluetooth等)，该手持装置可由操作员用来从ied采集信息。信息能够是所读出的数据，例如事件日志、故障记录和参数化支持。在自供电装置中，重要的是，存在用来确保由ied所支持的用于各种功能的ied的功能性的有效功率管理。


技术实现要素：

5.本发明的方面提供一种用于控制自动重合器的自供电智能电子装置(ied)的通信模块(例如wi
‑
fi模块或bluetooth模块)的远程激活的方法。在实施例中，自动重合器和ied被安装在配电网的电杆上。此外，ied采用电流传感器/电流变换器电耦合到功率线，以测量功率线中流动的电流，并且提供用来中断功率线中的电流的跳闸信号。由从电流传感器所提取的功率对ied自供电。在实施例中，自动重合器是保护高压传输线的单相自供电自动重合器。
6.该方法包括ied的控制器，所述控制器用来经过光学传感器从触发源接收激活信号，以激活通信模块。触发源远程定位在离ied的预定义距离之内。在实施例中，ied的光学传感器检测由触发源所提供的触发信号，并且将触发信号转换为电信号。电信号由信号调节单元来调节为激活信号，该激活信号被提供给控制器。
7.在实施例中，触发源是光源，该光源生成光信号(这个实施例中的触发信号)，该光
信号由在ied内提供的光传感器(这个实施例中的光学传感器)来检测。在另一个实施例中，触发源是红外(ir)源，该红外(ir)源辐射ir信号，以便由在ied内放置的ir传感器来检测。
8.该方法进一步包括基于激活信号来生成用于由功率供应模块为通信模块供电的控制信号。在ied的控制器检测到激活信号时生成控制信号。在实施例中，控制信号可操作开关，该开关控制功率从功率供应模块向通信模块的供应。
9.在实施例中，功率供应模块可包括功率提取块(peb)，该功率提取块(peb)从电流传感器提取功率，以生成第三电压信号(例如250伏特)。一对第二电压转换器将第三电压信号转换为第二电压信号，该第二电压信号用来激活自动重合器的致动器、电路断路器和其他电路系统。此外，一对第一电压转换器将第二电压信号转换为第一电压信号，其中第一电压信号小于第二电压信号。例如，第二电压转换器可以是250伏特至24伏特dc转换器，以及第一电压转换器可以是24伏特至3.3伏特dc转换器。在从控制器接收控制信号时，第一电压转换器中的一个第一电压转换器可被设计成生成并且向通信模块提供第一电压信号。因此，在接收控制信号时，第一电压转换器可逐渐调低（step down）第二电压信号，生成第一电压信号，并且将它提供给通信模块。相应地，在接收第一电压信号时，通信模块被供电。
10.此外，该方法包括启用功率供应模块，以用于在采用控制信号所控制的时长内为通信模块供电。在实施例中，功率到通信模块的供应被保持，直到控制信号被提供给功率供应模块的第一电压转换器。在另一个实施例中，功率的供应可在提供用于为通信模块供电的控制信号之后持续预定义时长。
11.该方法进一步包括在为通信模块启用功率供应模块时激活通信模块，以用于向远程通信装置传递与ied关联的多个数据。在实施例中，在与远程通信装置的通信完成时，通过停止控制信号的生成来将通信模块与功率供应模块断开。当停止触发信号时，控制信号停止生成。相应地，当不要求通信模块被激活或者不再需要通信模块用于通信时，可关断触发源。
12.在实施例中，通信模块是wi
‑
fi或bluetooth模块。相应地，通信模块通过wi
‑
fi接口或bluetooth接口与远程通信模块进行通信。
13.按照实施例，公开了一种智能电子装置(ied)，所述智能电子装置(ied)用于ied的通信模块的远程激活。该ied控制自动重合器，该自动重合器连同ied一起被安装在配电网的电杆上。此外，ied采用电流传感器/电流变换器电耦合到功率线，以测量功率线中流动的电流，并且在检测到故障条件时提供用来中断功率线中的电流的跳闸信号。此外，由从电流变换器所提取的功率对ied自供电。
14.ied包括光学传感器，所述光学传感器用来检测由触发源所提供的触发信号，并且将触发信号转换为电信号。在实施例中，触发源被定位在离ied的预定义距离之内，并且提供触发信号以激活通信模块。
15.此外，ied包括信号调节单元，所述信号调节单元用来将从光学传感器所得到的电信号转换为激活信号。信号调节单元可包括噪声过滤器，所述噪声过滤器用来过滤电信号中的噪声。信号调节单元可进一步包括模数转换器，所述模数转换器用来将模拟电信号转换为数字化信号。
16.此外，ied包括控制器，该控制器从信号调节单元接收激活信号，并且基于激活信号来生成用于由功率供应模块为通信模块供电的控制信号。控制器进一步使功率供应模块
能够在采用控制信号所控制的时长内为通信模块供电；并且在为通信模块启用功率供应模块时激活通信模块，以用于向远程通信装置传递与ied关联的多个数据。此外，控制器在激活信号不存在的情况下从通信模块停用功率供应模块。
17.所公开方法和ied确保被耦合到配电网的自动重合器的ied的通信模块的远程激活。这种远程激活促进杆安装ied的通信模块的有条件激活。通信模块的有条件激活进一步帮助降低ied的总功率消耗，这又帮助实现用于ied的更快合闸于故障（switch on to failure）(sotf)时间。
附图说明
18.图1是其中能够实践本发明的各个实施例的环境的简化视图。
19.图2是按照本发明的实施例的被耦合到智能控制装置的单相自供电自动重合器的组件的框图。
20.图3是按照本发明的实施例的用于智能电子装置(ied)的通信模块的远程激活的ied的框图。
21.图4是按照本发明的实施例的用于自供电ied的通信模块的远程激活的方法的流程图。
具体实施方式
22.本发明涉及自供电智能电子装置(ied)的操作的远程控制，使得它帮助优化自动重合器中使用的自供电/自供应ied的功率消耗。本发明中提到的自动重合器是杆安装自供电自动重合器，该杆安装自供电自动重合器保护高压/中压高架配电线(下文中称作功率线)。
23.自供电自动重合器(特别是ied)利用来自电流感测变换器的能量向其各种模块供应功率，包括提供能量以操作电路断路器以用于使功率线跳闸。因此，从功率线所提取的功率主要用来自行供电并且为跳闸提供能量。
24.为了减少对于执行自动重合器的保护功能所要求的功率，自动重合器的通信模块(例如wi
‑
fi模块或bluetooth
™
模块)在通电(即，没有电功率被提供给通信模块以使它起作用)时缺省地被去活。此外，在自动重合器的通电后，通信模块仅当被要求时才被激活。例如，当要求多个数据(例如事件日志、故障记录和参数化)被发送给请求装置时，激活通信模块。例如，手持装置(例如智能电话或平板或者任何其他专门设计的手持监测装置)能够是请求装置，并且手持装置可经由通信模块的wi
‑
fi接口来检索多个数据。在使用时，需要的是用来向ied提供触发以发起通信模块的加电（powering on）的部件。
25.通信模块的上述有条件激活降低在通电时以及在执行保护功能时的自动重合器的总功率要求。对于为保护继电器从断电状态的接通(即，与保护功能相关的启动（boot up）和初始化活动，包括对存储对提供跳闸信号所要求的能量的跳闸电容器的充电)保持延迟并且准备好至少（at the minimum）在加电时立即检测故障或正常条件，这也是重要的。用于关于跳闸的判定的时间称作合闸于故障(sotf)时间参数。
26.sotf参数指示自动重合器的保护功能性的速度。具有更低sotf时间的自动重合器是期望的，以使因故障引起的损坏的任何可能性为最小。通常，sotf时间包括用来初始化
(启动)的时间以及用来执行用于计算正常/异常条件的目的的保护算法的时间。相应地，通信模块的有条件激活减少自供电自动重合器的sotf时间，因为从电流信号所提取的功率用于保护功能。能够在诸如图1中所示的环境100之类的环境中实践本发明的各个实施例。
27.图1中所示的环境100示出电杆106、杆安装自动重合器102。自动重合器包括自供电智能电子装置(ied)104(下文中称作ied)，该ied包括通信模块112。自动重合器被安装在电杆上，以监测与电杆关联的配电线的条件。存在触发源108(例如照明器（torch）灯)，所述触发源108用来向ied发送信号，以便在使通信模块能够向远程装置114(本文中又称作通信装置或远程通信装置，例如由现场操作员所携带的手持装置)发送计量/状态数据的有限时间内为ied中存在的通信模块加电。
28.如所示，通信模块与远程装置进行通信，以提供与ied关联的多个数据，例如事件日志、故障记录和参数化支持相关数据。在实施例中，通信装置是手持装置，该手持装置通过wi
‑
fi接口与通信模块进行通信。当操作员设法检查故障记录时，可要求与ied关联的多个数据。由于ied被安装在电杆上，所以远程通信是获取这样的数据的便利手段。
29.在实施例中，电杆是高压传输网的杆，以及自动重合器是单相自供电自动重合器。此外，ied被耦合到自动重合器的底部部分。ied起作用以基于从触发源所接收的触发信号110(例如来自灯式照明器（light torch）的光信号)来优化自动重合器的功率消耗。
30.触发源能够被定位在离ied的预定义距离(例如15至20米)，并且向ied传送触发信号以用于激活通信模块。例如，触发源是光源(例如照明器、筒灯或发光二极管)，该光源在黑暗的数小时期间向ied传送光信号(即，触发信号)。在另一个示例中，也能够采用反射镜（mirror）来取代光源，该反射镜被定位，以便反射阳光，或者激光类型的照明器能够用来在白天的数小时期间向ied传送光信号。在另一个示例中，触发源可以是红外(ir)源，该红外(ir)源辐射ir信号(即，触发信号)，以激活通信模块。参照图2、图3和图4详细说明ied的通信模块通过触发信号的远程激活。
31.图2是图示按照本发明的实施例的被耦合到智能控制装置(例如104)的自动重合器(例如102)的一个或多个组件的框图200。如所示，自动重合器的一个或多个组件包括：电路断路器开关204，所述电路断路器开关204安装在电杆202上；电流传感器/电流变换器208；以及致动器206，所述致动器206在从ied接收跳闸信号218时将操作电路断路器204。从电流变换器来提取电流，以用于为ied供电，并且还用于用来确定故障条件的测量和处理。
32.在电流212不存在的情况下，ied处于未通电条件中。当电流212达到预定义阈值时，ied被通电，以生成用于激活致动器所要求的电压。致动器是一种装置，该装置基于由ied所监测的功率线上的故障条件的检测将电路断路器开关操作到打开或闭合位置。在实施例中，致动器在由ied检测到故障时将电路断路器切换到打开位置，以及在自电路断路器的打开的预定义时间间隔经过之后切换到闭合位置，以作为自动重合器操作的组成部分。电路断路器开关的位置通过位置信号214来传递给ied，并且这个数据也是能够被传递给远程装置(112)的数据的示例。
33.参照图3来说明ied的运转。图3是按照本发明的实施例的用于优化自供电自动重合器中的功率消耗的ied(104)的框图。ied包括多个模块，例如功率供应模块326、通信模块112和控制器310(例如具有i/o和存储器的微控制器)、信号调节单元312以及光学传感器314(例如光电传感器)。功率供应模块326包括功率提取块302和一组转换器，它们用来使调
节的功率供应具有在适合为ied的各种组件供电的电平下的功率供应。一组转换器的示范配置在图3中提供，即，存在一对第二电压转换器304a和304b，其用来生成第二电压电平的功率供应，以及存在一对第一电压转换器306a和306b，其用来生成适合于分别为通信模块和控制器供电的第一电压电平(功率供应)320a
‑
b，以及第二电压(具有第二电压电平的功率供应)322a
‑
b用来激活自动重合器的电路断路器和致动器。控制器图示为包括(一个或多个)功率管理功能328，所述(一个或多个)功率管理功能328用于按照优化方式来操作功率供应模块以确保用于跳闸电容器的自供电和控制的充电，并且所述(一个或多个)功率管理功能328用于生成控制信号318，该控制信号318控制(例如通/断)第一电压转换器306a，由此控制通信模块的功率和操作。控制器具有(一个或多个)保护功能330，其用于测量的电流的处理和确定故障条件，并且发出用于生成跳闸信号218的命令，所述跳闸信号218是对于在功率线上的故障的检测时经由致动器打开电路断路器所要求的。在这里，本领域的技术人员将会知道，保护功能330和功率管理功能328能够是软件(该软件在ied中被编程)，或者能够作为硬件、固件和软件的组合被部署在ied中。
34.ied还能够包括光学传感器314和信号调节单元312，其用来能够接收触发信号(例如来自由现场操作员所携带的照明器的光信号)，并且处理触发信号以具有激活信号334，该激活信号334能够由控制器用来检测通过现场操作员的触发信号的存在，以及进一步处理以生成控制信号，以用于控制通信模块的操作(通/断)。本领域的技术人员能够知道，光学传感器314和信号调节单元312能够是外部单元，该外部单元与ied进行接口，即，ied的i/o接收激活信号334以用于通过ied处理。而且，在这里，因为光被说成是信号的源，所以该示例被提供有光学传感器。将会知道，能够存在激活的任何无线模式(例如红外、bluetooth等)，即，用于感测和信号调节的任何低功率部件。
35.ied的多个模块中的每个模块执行用于ied的通信模块的远程激活的方法的一个或多个步骤，如图4中所公开。图4是用于控制输电/配电网中的自动重合器的ied的通信模块(例如112)的远程激活的方法的流程图400。在实施例中，自动重合器和ied被安装在配电网的电杆上。ied采用电流变换器电耦合到功率线，以测量功率线中流动的电流，并且提供用来中断功率线中的电流的跳闸信号。由从电流变换器所提取的功率对ied自供电。在实施例中，ied电耦合到自动重合器。
36.在402处，基于从触发源(108)所生成的触发信号来接收激活信号(334)。能够从信号调节单元(312)连同光学传感器(314)一起生成激活信号，以激活通信模块(308)。
37.触发源被定位在离ied的预定义距离之内。例如，触发源可处于离杆安装ied的15至20米的距离。触发源向ied提供触发信号(316)，该触发信号(316)由光学传感器来检测。光学传感器将触发信号转换为电信号(332)，并且将电信号提供给信号调节单元(312)。信号调节单元可调节该信号以过滤噪声，并且将电信号转换为数字化信号。信号调节单元还能够用于来自电流变换器的电流的测量，以及电流的值能够由内置模数转换器来数字化。
38.在实施例中，触发源是光源，并且提供光信号，以激活ied内提供的光传感器。光传感器将光信号转换为模拟/数字电信号。在实施例中，触发源是红外(ir)源，并且提供ir信号，以激活ied内提供的ir传感器。
39.在404处，生成用于由功率供应模块为通信模块供电的控制信号。在ied的控制器检测到激活信号时基于激活信号来生成控制信号。在实施例中，控制器的功率管理功能328
可生成控制信号，以基于多个参数启用送往通信模块112的功率。例如，控制器可在检测到激活信号时在如适合于将数据从ied传递给远程装置的预定义时长内来生成控制信号。在另一个示例中，只要激活信号被提供，控制器可生成控制信号，以及在激活信号没有被生成时控制器可停止生成控制信号。
40.在406处，启用功率供应模块，以用于在采用控制信号所控制的时长内为通信模块供电。例如，在接收控制信号时，第一电压转换器被触发以生成第一电压电平(例如3.3 v)，所述第一电压电平被提供给通信模块。在实施例中，只要控制信号被提供给第一电压转换器，通信模块被供电。
41.在另一个实施例中，控制信号能够激活功率供应模块与通信模块之间所提供的开关，并且控制信号能够接通/关断送往通信模块的功率。在激活开关时，功率供应被提供给通信模块。
42.在408处，在为通信模块启用功率供应模块时，激活通信模块，以用于向远程通信装置(例如114)传递与ied关联的多个数据。因此，一旦启用对通信模块的功率供应，则可激活通信模块以用于预期通信。通信装置可以是由现场工程师所操作的手持装置，期望得到对ied所要求的多个故障记录、事件日志和参数化数据(即，设定相关数据，例如，如同保护功能设定的参数、如同数据速率的通信相关参数等)。在与手持装置的通信完成时，可从功率供应模块停用/断开通信模块。这种停用由控制器执行，使得通过通信模块的功率消耗为最小。
43.所公开的方法优化配电网内使用的自供电ied的总功率消耗。ied的通信模块(例如wi
‑
fi模块)的有条件激活在ied的启动时帮助降低功率要求。因此，启动后被初始化的保护功能能够以更低系统电流来激活，这又改进sotf时间。相应地，改进自动重合器在接通时对故障的响应方面的效率。此外，由于仅当需要时才激活通信模块，所以改进(降低)与ied的多个数据关联的网络安全风险。
44.此外，作为杆安装产品，难以有权访问ied以用于通信模块的有条件激活/去活和其他功能性。因此，如本发明所公开的通信模块的远程激活克服访问杆安装ied方面的困难。通过使用光源或者任何其他适当光源远程地有条件激活杆安装ied的通信模块(wi
‑
fi模块)帮助实现远程激活。

技术特征：
1.一种用于控制自动重合器(102)的自供电智能电子装置(ied)(104)的通信模块(112)的远程激活的方法，其中所述自动重合器和所述ied被安装在配电网的电杆(106)上，其中所述ied采用电流变换器(208)电耦合到功率线以测量所述功率线中流动的电流，并且提供用来中断所述功率线中的所述电流的跳闸信号(218)，并且其中由从所述电流变换器所提取的功率对所述ied自供电，所述方法包括所述ied的控制器(310)：经过光学传感器(314)从触发源(108)接收激活信号(334)，以激活所述通信模块(308)，其中所述触发源被定位在离所述ied的预定义距离之内；基于所述激活信号来生成控制信号(318)，以用于由功率供应模块(326)为所述通信模块供电，其中在所述ied的所述控制器检测所述激活信号时生成所述控制信号；启用所述功率供应模块，以用于在采用所述控制信号所控制的时长内为所述通信模块供电；以及在为所述通信模块启用所述功率供应模块时，激活所述通信模块，以用于向远程通信装置(114)传递与所述ied关联的多个数据。2.如权利要求1所述的方法，其中，启用所述功率供应模块以用于为所述通信模块供电，直到所述控制信号被提供给所述功率供应模块。3.如权利要求1所述的方法，其中，启用所述功率供应模块以用于在向所述功率供应模块提供所述控制信号后的预定义时长内为所述通信模块供电。4.如权利要求1所述的方法，其中，光学传感器用来从所述触发源接收触发信号，并且将所述触发信号转换为电信号，以及其中所述电信号由所述ied内的信号调节单元(312)来处理为所述激活信号，并且其中所述激活信号被提供给所述控制器。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述通信模块是wi
‑
fi和bluetooth模块中的一个。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述激活信号是光信号和红外信号中的一个，以及所述触发源分别是光源和红外源中的一个。7.一种智能电子装置(ied)(104)，所述智能电子装置(ied)(104)用于远程激活所述ied的通信模块(112)，其中所述ied控制自动重合器(102)，其中所述自动重合器和所述ied被安装在配电网的电杆(106)上，其中所述ied采用电流变换器(208)与功率线电耦合以测量所述功率线中流动的电流，并且提供用来中断所述功率线中的所述电流的跳闸信号(218)，并且其中由从所述电流变换器所提取的所述功率对所述ied自供电，所述ied包括：光学传感器(314)，所述光学传感器(314)用来检测由触发源(108)所提供的触发信号(316)，并且将所述触发信号转换为电信号(332)，其中所述触发源提供所述触发信号以激活所述通信模块，并且其中所述触发源被定位在离所述ied的预定义距离之内；信号调节单元(312)，所述信号调节单元(312)用来将从所述光学传感器所得到的所述电信号转换为激活信号(334)；以及控制器(310)，所述控制器（310）用来：从所述信号调节单元接收所述激活信号；基于所述激活信号来生成控制信号(318)，以用于由功率供应模块(326)为所述通信模块供电；启用所述功率供应模块，以便在采用所述控制信号所控制的时长内为所述通信模块供电；以及
在为所述通信模块启用所述功率供应模块时，激活所述通信模块，以用于向远程通信装置(114)传递与所述ied关联的多个数据。8.如权利要求7所述的ied，其中，所述控制器用来：在所述激活信号不存在的情况下从所述通信模块停用所述功率供应模块。9.如权利要求7所述的ied，其中，所述光学传感器是光传感器，以及所述触发信号是由光源所提供的光信号。10.如权利要求7所述的ied，其中，所述光学传感器是红外(ir)传感器，以及所述触发信号是由ir源所提供的ir信号。
技术总结
本发明涉及自供电智能电子装置(IED)的通信模块的远程激活。IED控制自动重合器，该自动重合器被安装在配电网的电杆上。IED的控制器经过光学传感器从触发源接收激活信号以激活通信模块，该触发源被定位在离IED的预定义距离之内。在IED的控制器检测到激活信号时生成控制信号，以用于由功率供应模块为通信模块供电。启用功率供应模块，以便在采用控制信号所控制的时长内为通信模块供电。在为通信模块启用功率供应模块时，激活通信模块，以用于向远程通信装置传递与IED关联的多个数据。程通信装置传递与IED关联的多个数据。程通信装置传递与IED关联的多个数据。


技术研发人员：N
受保护的技术使用者：ABB瑞士股份有限公司
技术研发日：2019.11.28
技术公布日：2021/6/29