協同式故障保護系統的製作方法
2023-10-08 13:57:49 3
專利名稱：：協同式故障保護系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及電力分配系統，更具體地說，本發明涉及利用通信(communication)來提供協同式故障保護以及電力分配系統恢復的方法和系統。
背景技術：
：電力分配系統可以包括用以提供電路保護、故障隔離、電路重配置(通常用於恢復串聯連接的負載側用戶的服務)和系統返回至正常功能的技術。例如，電力分配系統可以包括故障保護設備，故障保護設備包括電源保護設備(例如斷路器)、負載保護設備(例如保險絲)和故障保護設備(例如故障中斷器、分段隔離開關、自動重合閘等)，這種故障保護設備分割配電線路並允許故障隔離。雖然可以採取各種策略來管理電力分配系統，以維持服務並保護該電力分配系統，但是通常情況下故障保護設備應該以協同方式來運行，以優化電力分配系統的性能並且最小化服務中斷的機會(scope)和時長。也就是說，在最靠近故障的故障保護設備處隔離故障，以保護電源並且保持針對電源和該故障保護設備之間的負載的服務。同時，電力分配系統應當是能夠以降低的負擔在高級別性能下管理、恢復和運行。配電系統極為普遍地配備有故障保護設備，因而這些目標難以實現。作為增強電力分配系統的自動化以提供管理和系統恢復的裝置，廣域通信系統已經投入使用數十年了。這些系統負責對來自電源/變電站、經由中壓饋電線/分配線路提供給用戶的電力的分配進行控制，並且由於在廣闊的地理區域內提供光纖或者其他固定通信介質的成本較高，因而在通常情況下這些系統是基於無線的。商用通信產品的例子包括Schlumberger公司銷售的Utilinetradio。絕大多數這類產品都是與SCADA系統，或者其他低到中速通信應用系統(例如可以從伊利諾州芝加哥市的S&C電氣公司買到的IntelliTEAM⑧電路重配置系統)結合使用的。另一方面，電路/設備保護系統需要高速(低延遲)和高可靠性的通信。這些系統中的一些是或也可以是基於無線的。這種系統的例子包括可以從S&C電氣公司買到的HRDS系統。這些系統利用專用的點到點鏈路和專用於每一對通信設備的通信信道。一個名為FreewaveCommunication的公司提供了一種基於無線的成品，用以與SchweitzerEngineeringLaboratories公司(SEL)鏡像比特通信協議關聯使用。藉助這兩種技術，數字狀態點可以經由基於無線的通信基礎設施在兩個互連的配電自動控制設備之間傳遞。這些基於無線的、專用的點到點系統存在多個缺點1)每個點到點鏈路都需要專用的基礎設施，包括專用的信道以及通常為專用的無線對和中繼器。這導致成本開銷過高，並且安裝和維護過程繁雜。2)在網格式電力分配拓撲結構中，可採用大量這種點到點鏈路，以提供保護設備的充分協同性。3)如果通信路徑出現故障，則難以(在很多系統中不能)實時地(cm-the-fly)創建備用通信路徑恢復終端設備之間的通信。4)這些路徑不能用作通用的可路由通信路徑來交換其他通信業務(traffic),因為這樣做有可能危及保護應用系統的低延遲消息遞送要求。網狀拓撲通信系統或者基於網際網路的Ad-Hoc路由方法的通信系統以及擴展頻譜無線電技術只能解決以上關注問題中的幾個，而不能解決全部。帶寬和/或延遲相關問題仍然存在，特別是當這些系統被允許承載其他競爭通信業務時。直觀的帶寬解決方法是相對於通信業務量而簡單地增大無線電的波特率，直到能夠確保適當的延遲性能為止。然而，很快就會達到極限，這是因為所有無線電設備的有效射程都會隨著波特率的增大而縮短。在這種情況下增加中間設備的數量只會使延遲性能變得更差並且增加維護問題。增加額外的信道也可以減小通信業務的延遲，但是這需要增加額外的硬體，這將導致成本過高。所需要的是一種可以快速且有效率地響應於優先或緊急通信業務的通信系統。這種系統可以響應於一個以上消息業務優先級，並且可以在這樣做的同時不丟失低優先級業務。這種系統中的通信設備可以通過降低其自身在該系統上的負擔來識別優先或緊急業務的存在，即使該設備不是通信交換中的主動參與者也是如此。該通信系統也可以支持複雜的互聯和備用通信路徑，用於提供穩定、可靠、高速的基於無線的通信。該系統應該無需複雜的、耗時的配置就能完成該任務。圖1圖示了結合有通信協同故障隔離的電力分配網；圖2a和2b是電力分配系統的示意性表示，它們例示了根據這裡描述的本發明實施方式的基於通信的故障保護方案；圖3a和3b是電力分配系統的示意性表示，它們例示了根據這裡描述的本發明實施方式的基於通信的故障保護方案；圖4a和4b是電力分配系統的示意性表示，它們例示了根據這裡描述的本發明實施方式的基於通信的故障保護方案；圖5圖示了通信協同的故障保護系統中的設備的故障保護特性；圖6是可用在圖1所示的電力分配網中的通信協同故障保護設備的框圖7是例示了確定消息優先級的方法的流程圖；而圖8是例示了響應於消息優先級的確定來處理消息的方法的流程圖。具體實施例方式這裡所描述的示範性電力分配系統提供了額外的靈活性和可靠性，同時還提供了增強的協同操作以提供故障保護/隔離、系統重配置和返回至正常操作。這種示範性電力分配系統通過在故障保護設備(例如開關、故障中斷器、分段隔離開關等)之間提供通信協同操作由此提供降低或者限制服務中斷的機會，可以容納更密集的這些設備。根據這裡所述的各種實施方式，性能改善是利用一種可以僅使用單個通信信道或資源的高速通信方案來實現的。圖1例示了示例性開環或者放射狀配電系統100，它可以併入根據這裡所述一個或多個實施方式的通信和協同概念。應該理解，儘管將結合這裡所描述的各個實施方式來描述各種通信和協同系統、技術和方法，但是系統組件和結構、技術和方法在各種實際實施中是可以適當互換的。因此，本領域普通技術人員應當理解，儘管沒有結合每一個實施方式來描述各個元件、特徵、結構或技術，然而它們可以按各種組合來實施，並且這些組合被認為是落入本發明公開範圍內的。配電系統100有助於說明典型的配電結構以及這種系統如何運行。系統100可以包括用於配電系統100的一個或多個變電站或者電源(Sl-n)102。實直線104表示連接在電源102與閉合的開關(Xl-n)106和斷開的開關(Ol-n)108之間的配電線路或者導體。每條直線104通常都代表一條三相配電線路，取決於配電類型其可以包括也可以不包括第四地線。虛直線110表示到相鄰饋電線或相鄰變電站(未繪出)的連接。彎曲的虛線112表示配電系統100的以開關106/108為界的部分(或段)114。對配電系統100的這種描述是與IntelliTEAM-II電路重配置系統的體系一致的，在IntelliTEAM-II電路重配置系統中，與這些段114中的每一個相關聯的開關106/108被統稱為"團隊"(Tl-n)。按可選方式設置的中繼器/路由器(Rl-n)116表示中繼無線設備，如果源與宿控制之間不能獲得直接連接，例如視線連接，或者由於其他通信因素規定，那麼中繼器/路由器(Rl-n)116簡單地將收到的消息傳遞到其他無線設備。這些中繼器116通常情況下可以充當路由節點，能夠智能地從一個通信設備接收消息並將消息路由至其他通信設備。還需要指出的是，直接與開關106/108相關聯的通信設備可以充當中繼節點，並且在路由功能的背景下，任意中繼器/開關都可以路由消息，而不必關心配電系統100的電氣配置。通常，保護/故障隔離方案的目標都是對潛在的過流或者其他檢測到的異常情況做出反應，以便僅操作最靠近的故障保護設備，例如斷開最靠近故障的電源側的開關、故障中斷器等。在本公開的通篇內容中，故障保護設備、開關、故障中斷器一般都是可互換使用的，是為了指代能夠響應於命令而中斷電路以中斷配電系統的故障或者隔離配電系統的段(例如，隔離故障)的設備。操作最靠近故障的電源側的故障保護設備，會使電源側開關和變電站保護設備(例如，變電站斷路器)遠離閉合的故障線路段。如圖1所示，作為故障118的結果，很高的短路電流將流經開關106:X1,X2和X5以及變電站102:S2。這些設備可以在安裝或者初始系統配置時被編程為以協同的方式運行，以確保僅開關106:X5操作來隔離故障。共同轉讓的2005年11月2日提交的第60/732,475號美國專禾廿申i青"FaultProtectionSystemandMethodforanElectricalPowerDistributionSystem"(PCT/US2006/038470)中描述了使多個故障保護設備(例如故障中斷器)協同的系統和方法的例子，在此通過引用將其全部內容併入於此。另選或另外地，設備106:X1,X2和X5以及變電站102:S2可以採用提供協同操作的通信技術。開關106:X1，X2和X5以及變電站102:S2中的每一個都非常迅速地(通常在1/2周期或更短內)觀察並檢測異常電流作為故障結果。只要檢測到異常電流，每個設備就會向它各自的團隊114內的其電源發送消息。在保護中繼中，該消息可以被稱為"載波開始"信號、初始信令消息、延遲消息、故障檢測消息等。該消息表示，負載側設備已經檢測到異常高電流，並且如果這種狀況持續(基於多種普通過流保護算法的任何一種，如時間過流跳閘、有限時間等)，這將導致該設備操作其中斷器/斷路器機構以斷開該電路。在本發明的背景下描述該系統的幾個設計原理是有幫助的。檢測異常狀況的設備在檢測到異常狀況時發送初始信令消息。初始信令消息發生在期望該設備進行操作以提供電路保護/故障隔離的時刻之前。因為這些檢測到異常狀況的設備是大約同時檢測到的，所以這些設備基本"同時"地發送初始信令消息。即，各個設備在同一時刻或者在彼此之間很短的預定時間段內(當檢測到異常狀況或者出現了異常狀況時，標稱約為0至8ms)發送初始信令消息。這種保護系統設計方案使得電路保護設備/故障隔離設備在啟動其電流保護/故障隔離操作之前，可以延遲至少一個預定時間段(標稱為100ms，但是如這裡所述也可以為更短或者更長的時間段)。初始信令消息的效果不是阻止上遊設備的操作，也不是在情況需要立刻採取動作來防止設備或者系統受到損壞時阻止其操作，而僅僅是在適當的情況下延遲其操作。從本質上來說，只要接收到該消息，上遊設備就選擇較慢的響應曲線，從而在最靠近電源側的故障保護設備沒有成功操作情況下它可以充當備用保護設備。因為電源側最靠近故障的設備將不會收到初始信令消息，所以可以假定它最靠近故障，並且可以準備好在檢測到異常狀況之後又經過了初始延遲間隔後的任何時刻進行操作。另選的是，如果該設備能夠識別或者被編程以知曉這裡不存在其他的負載側的閉合的故障保護設備，那麼由於它就是最靠近故障的設備所以它不需要延遲等候信令消息。如上所述，初始信令消息的接收只是延遲了接收設備的可能操作。因此，該系統的需求在於，只要有可能就在所需的時間幀內將該消息遞送出去，但是如果這是不可能的，就規定電路保護不會受到損壞。丟失消息的結果是一個以上設備將被斷開(導致非協同)。期望這樣一種系統，其將改進的通信系統應用於電路重配置系統，例如可以從S&C公司買到的IntelliTEAMII(IT-II)系統。共同轉讓的2005年4月8日提交的第11/102,379號美國專利申請"MethodandApparatusforControlofanElectricPowerDistributionSysteminthePresenceofAbnormalities"中公開並描述了IT-II系統，在此通過引用將該文獻的全部內容併入。儘管電路重配置系統不是系統100所需的組件，但是系統100可以利用由例如IT-II系統的系統提供的團隊114和開關106/108的組織，並且當可以確定出段114沒有故障時，可以從該系統的恢復針對隔離段114的服務的功能而受益。這就是說，在以上識別的情況下，故障流經段114:T4到達相鄰段114:T3，並且如果因為信令消息的丟失而導致多個開關106:X1，X2和X5斷開，那麼電路重配置系統將判定段114:T3沒有故障，並將恢復來自正常電源102:S2的服務。即便該信令信號在去往其宿的途中被延遲，只要接收設備尚未被操作而隔離故障，在負載側的設備首先操作的前提下仍可以實現正確的協同。系統100的附加特徵可以是，一旦任意設備收到了初始信令消息，就向相應的一個或多個電源側設備發送第二信令消息，有可能使該接收設備切換到更進一步延遲的響應曲線，因此兩級備用的提供將造成最靠近的設備無法清除故障。多個通信協同的保護方案是可行的，圖2a/2b、3a/3b和4a/4b例示了幾種保護方案。圖2a/2b、3a/3b和4a/4b例示了處於各種故障狀態的簡化配電系統200。為了例示通信使能協同保護方案的操作，系統200包括具有段204a、204b和204c的單個分段的配電線路或者饋電線204，其經由保護設備206(例如閉合的開關/故障中斷器206:S1和S2)將電源202耦接至多個負載(未繪出)。配電線路204結束於斷開的開關208。斷開的開關可以將配電線路204耦接至備用電源。參照圖2a，兩個故障保護設備(開關206:S1和S2)串聯連接，而故障218處於第三段204c內。故障218出現在配電線路204的端部，並且是在電源202和兩個常閉開關206:S1和S2處檢測到的。只要作為故障結果的線路條件滿足開關206:S1和S2的保護標準，但在操作開關以隔離故障之前，每個開關就基本同時地通過發送消息220來通知它們電源側最靠近的鄰居。消息220通知電源側設備延遲操作一個預定時段，並且被配置並被發送以在預定時段(例如大約100毫秒)內抵達。響應於該消息，電源202和開關206:Sl延遲其相應的隔離故障的操作。然而，在開關206:S2處，只要檢測到故障，保護設備就立刻運行，也就是說，開關斷開(圖2b)以隔離故障。這是因為開關206:S2是配電線路204上最後閉合的開關。它不必為了與下遊設備協同而延遲。開關206:S2還可以但是無需將故障通知給常開開關208，這是因為常開開關不會閉合，除非在壓損(LOV)之前它核實了開關206:S2未發現故障電流。將開關206/208閉合以恢復負載是一種對電路重配置/恢復系統的自動重恢復能力控制算法進行的電路重配置/恢復系統操作。在一種可能的實施中，只要檢測到了例如高於最小跳閘設定的高電流的狀況(經過一些簡單的濾波來識別瞬時異常)，開關206:S2就將故障218通知給電源側設備(如電電源202和/或開關206:Sl)。另一種可能的實施是，針對開關206:S2，相對於最小跳閘設定，將該通報延遲與故障級別成比例的時間段。這種安排通過減少發送的延遲消息而降低了通信開銷，並且很大程度上確保了異常狀況(如高電流)不是瞬時的。如上所述的順序隔離了最靠近的鄰近保護設備的故障。然後可以實施重新閉合處理，以確定故障的持續性，一旦該故障不復存在，就恢復服務。隨著通信帶寬的增加，可以及時執行的核實數量將會增加，因而增強了這裡所述的保護/恢復系統的能力。圖3a例示了出現在中間段204b內的故障。設備以類似於結合圖2a所述的方式運行，不同之處在於負載側開關206:S2不觀察故障，也不發送延遲信息。然而，其仍將被配置成參與故障隔離和恢復序列，稍後加以說明。只要檢測到故障，開關206:S1就將檢測到故障的消息報告給最靠近它的兩個鄰居。正如所述那樣，開關206:S1向電源側的通信使得電源側設備(如電源202)進行延遲，以提供協同的故障隔離。如果在預定時段之後未從開關206:S2接收到表明故障不與開關206:S1相鄰的延遲信息，則開關206:S1進行操作以隔離故障(圖3b)。如果開關206:S2觀察到LOV而不存在故障電流，那麼開關206:S1向負載側開關206:S2的通信使得開關206:S2準備斷開。只要開關206:S2斷開了，那麼幾乎是在斷開的一剎那，其負載的服務可以經由斷開的開關208的操作，利用恢復邏輯和/或來自開關206:S2的通信從備用電源恢復。另選的是，除了在第一次LOV時開始服務恢復並斷幵開關206:S2以外，還可以在經由備用電源開始服務恢復之前等待一個時段以確認任意或者全部電源側重閉合或重閉合嘗試都已結束。如果電源側在短時間內恢復了，那麼開關206:S2才可以閉合以恢復服務，而不必依賴於備用電源選擇。因此，圖2a/2b和圖3a/3b的情景之間的一個差別在於，在圖2a中，開關206:S1僅向最靠近它的電源側鄰居發送故障檢測報告，而在圖3a中，其向兩個方向發送該報告。發給負載側的報告可以加快故障隔離和服務恢復的速度，然而這是以額外的通信開銷為代價的。參照圖4a/4b，故障218存在於段204a內、電源202與開關206:S1和S2之間，開關206:S1和S2是與故障218串聯的。操作類似於前面所述的例子，不同之處在於，現在是兩個負載側開關206:S1和S2，只要電源202保護裝置運行它們就會觀察到LOV。因此，開關206:S1現在將向開關206:S2報告沒有故障情況下的LOV。這發生在檢測到故障之後，但是在電源202將在開關206:S1的電源側存在故障的情況通知給開關206:S1之前。這種情況可以導致多種可能的消息發送和重配置順序。每一種都可以進行定製以最小化恢復時間和開關操作的次數，以降低通信依賴度。結合圖2a/2b、3a/3b和4a/4b所描述的故障保護方案都沒有考慮這樣的可能性，即，通信系統可能會運行變慢或者可能會由於通信千擾或其他因素而不可靠。在正常運行中，各個設備(如電源202和開關206/208)可以周期性地"Ping"它的鄰居，以核實通信響應時間。如果響應時間不總是處於預定時間標準內，則所選開關的保護方式可以返回到預設方案和/或返回到獨立運行。預設或者獨立場景下的運行將會導致非協同。從保護的觀點出發，如果在最靠近故障的保護設備滿足其目標之前，更靠近電源的保護設備滿足其目標並且開始跳閘操作，那麼將會出現非協同。延遲消息用於使靠近電源的設備慢下來，以使得靠近故障的設備有足夠的時間進行操作。然而，如果通信是不可用的或者不可靠的，則可以採取額外的可選預防措施來降低非協同的機率。加速滿足距離變電站/電源更遠的設備內的故障目標，通常情況下將會使其更快速地操作。然而，對於低幅值的故障，檢測時間的固有誤差將會使其無法實施。可以採用基於導體尺寸以及設備之間的距離的可用故障電流的簡單計算來協助故障設置選擇的自動化，以便改善精度和可靠性。僅這樣做不足以降低非協同的可能性，特別是當大量保護設備串聯連接時。一個附加的另選方式是在電源側設備滿足其故障目標時，延遲其操作，以使負載側設備有足夠的時間滿足它的目標並發送通知。這種另選方式可以有幾種變形方案。延遲可以根據表示故障的電流等級來進行調整。電流越低，等待負載側設備目標得到滿足的延遲就越長。如果檢測到高於最小跳閘電平的電流，甚至在目標尚未得到滿足時，該延遲也可以與發出故障電流初始報告的負載側設備關聯起來。電源側設備可以通知負載側設備來確定該負載側設備是否觀察到了故障。負載側設備可以返回使電源側設備立刻操作或者使電源側設備的操作延遲的報告。系統操作人員在決定何時以及在哪種情況下允許或者不允許延遲跳閘時考慮各種因素。例如，對於滿足即時跳閘設置的高電流故障(這些故障通常情況下是靠近電源的)，將會允許執行立刻操作，以防止電源側和負載側損傷。儘管這很可能導致多個故障保護設備的操作，但是可以採用電路重配置系統和方案來恢復系統。另選的是，操作人員可能希望採用節約保險絲策略，這將限制可能的延遲時段。關於配電系統(如圖1所示的系統100)的通信協同式保護系統的操作的指定存在多種考慮。保護系統的主要目的在於防止電源側和負載側器材以及支線保護設備(如保險絲)受到損壞。在不犧牲這個主要目的的條件下，可以考慮協同問題。以下討論取決於兩個參數的定義最大故障清除時間T和故障保護設備在提供負載側故障通知時可以延遲的最大時間量D。"D"值是故障保護設備達到過電流操作目標的時刻與必須將故障保護設備機構投入使用以清除故障並且安全地避免過流損壞的時刻之間的時間差。標稱情況下"D"可以被設為100ms，但是也可以基於系統特有的需求而減少或者增加，將對其中的幾種需求進行描述。圖5例示故障保護設備的有效保護特性500。出於簡化的目的，該圖僅示出了地線的曲線，但是該原理也適用於相線和即時元件(instantaneouselement)。從保護的觀點出發，地線元件不允許超過上遊變壓器的常見故障損壞曲線502。地線曲線504自身對應於最小拾取電流(pickup)為240A、時間刻度盤(TD)為0.5以及瞬時設置為3000A的斷路器設備。故障保護設備設置還必須解決衝擊變電站網關(getaway)的過流事件，與此同時，這些電纜的損壞曲線還延伸至變壓器損壞曲線502的右側。因此，在很多實踐情況下，變壓器曲線502代表針對整個配電線路/饋電線的有效設備損壞上限。低於變壓器損壞曲線502的緩衝曲線506提供了100ms的安全緩衝。因此，保護反應時間加上故障保護設備的總故障清除時間，不允許超過該緩衝。用於操作故障保護設備的信號也必須解決設備機構的清除時間(觸點行程等)。對於該實施方式，假定在任何情況下清除故障電流所需的時間都是30ms，儘管該時間可能會基於特定的故障保護設備而有所不同。為了例示圖5中的圖的應用，假定流過了剛過1000A的故障電流(豎直點線508)。故障保護設備監視該電流直到時間"A"為止。為了滿足其標稱清除時間，通常故障保護設備不得不在該時間點啟動操作。然而，也可以延遲啟動，這是因為故障保護設備可能知道在背景中被監視的主要無線環境使得來自下遊設備的消息在正常情況下將在發送100ms以內抵達，並且再等待100ms之後不會觸及變壓器損壞曲線502。因此，故障保護設備等待100ms以觀察是否從下遊設備接收到了任何阻塞(blocking)信號。這100ms取決於用戶需要或者改進的技術而可以變長或者變短。值得注意的是，例如如果採用了節約保險絲策略，那麼可能需要50ms的延遲。針對高電流故障(其導致瞬時損壞的風險)，延遲可以為零。如果沒有接收到阻塞信號，那麼故障保護設備在時間點"B"操作並清除故障。如果故障保護設備滿足其目標，並且接收到負載側故障保護設備已經發現故障的通知，則它的100ms延遲可以延長預定時間，例如50ms(3個周期)，以驗證故障已被負載側故障保護設備清除。如果在延長時段結束時，仍舊存在高於最小跳閘的故障電流，那麼故障保護設備以不作進一步延遲的方式來操作。通過監視無線環境，該故障保護設備認識到不可能出現非協同，這是因為消息通常會在所需的100ms內抵達。另一方面，如果其監視表示無線業務明顯超過了配置的延遲時間，那麼在抵達時間"A"處，其可以簡單地操作以清除故障，即使在超過變壓器損壞曲線周圍的緩衝區域之前這裡也存在足夠大的餘地以等待更長時間。從圖5的圖中可以注意到，虛線510和點線506之間的時間差表示在故障保護設備要操作和其必須操作以保護裝備之間的另一個安全餘量。還要注意，在高電流級別下，該餘量趨於零，並且是超界的(encroached)。換言之，如果延遲100ms(或者由用戶設定的延遲時間)故障保護設備響應曲線將侵入緩衝區域，則故障保護設備就開始操作而與預定的延遲無關。需要注意，對於高於大約6700A的故障，線路512，甚至是正常的清除曲線也落入緩衝區域內，儘管它也不會與損壞曲線相交。結果，故障保護設備必須一滿足其過流跳閘目標"C"就立刻開始操作。可以通過針對峰電流(在本例中為6700A)配置固定闞值(高於峰電流延遲被去除)，或者可以通過配置損壞曲線，使得故障保護設備可以計算出最大可允許延遲，來實現這種強制操作。考慮到通信延遲的效果和滿足過流跳閘目標的時刻，用虛線510示出設備的基於通信的清除時間。故障保護設備的固有清除時間仍舊是其標稱清除曲線。因為基於通信的曲線僅為意義上的，所以如果下遊存在設備，那麼在串聯的多個故障保護設備的系統內，在大多數情況下，唯一一個總是按照其標稱清除曲線運行的故障保護設備是最靠近故障的那個故障保護設備，或者是在給定配電段上最靠近常開點的最後一個故障保護設備。儘管可以為整個配電段配置單獨一條曲線，但是有多少可以協同就配置多少"固有"曲線，這不存在任何障礙。事實上，可以使用這樣的曲線在掉話(communicationbreakdown)的情況下提供一些協同。理論上講，如果因為通信失敗，或者因為通信消息沒有或者不能足夠快速地抵達而協同失敗，則存在故障保護設備的至少兩種類型的非協同多個電源側故障保護設備進行操作，其中一個是在電源側最靠近的故障的故障保護設備；或者一個或多個電源側故障保護設備進行操作，但不是最靠近故障的故障保護設備。當最靠近故障的故障保護設備進行操作時，某些非協同是可以接受的，但如果有可能應該加以避免。在這種非協同的事件中，電路恢復系統進行操作以恢復對於電源側負載的服務。其他類型的非協同(最靠近故障的故障保護設備不進行操作)很可能是由於設置錯誤，應該能夠相應地得到解決。在帶有多個支路的段中，通知規則是相似的，不同之處在於，儘管多於一個故障保護設備能夠發送初始的"檢測到故障"消息，但是實際中僅有一個故障保護設備將會發送該消息，這是因為若故障在該故障保護設備的負載側，那麼將僅位於單個支路內。此外，該消息將傳播至預定的、為該電路饋電的電源側故障保護設備。一旦實現了故障段的隔離，就可以通過重新接通最靠近該故障的故障保護設備而消除該段上的暫時故障。另選的是，可以使用"故障Ping"來確定故障是否是暫時的，從而避免對該段的負載進行額外的中斷。在本質上以及從前面的討論中認識到，這裡描述的保護協同系統和方法利用最近的鄰居通信來提供實質上無限數量的故障保護設備的協同。這些保護協同系統和方法並不單獨依賴於傳統的協同技術，例如通常受限於協同兩個或三個設備的時間過流協同。在所述系統和方法中，各個相應段內在與電流方向相反的方向上基本同時地從每個電路異常檢測負載側設備到電源側設備發送初始信令消息，僅允許最靠近的電源側設備進行操作。可選的是，從電源側向負載側發送信令消息將允許負載側設備準備在LOV情況下進行操作，並且提供快速系統恢復。再次參照圖1，從設計通信系統的角度出發，在開關106/108的任何給定團隊114內，最多只有一個設備106將會向其電源側團隊成員設備106發送初始信令消息，並且在任意給定饋電線內，需要同時或者接近同時遞送的消息總數將對應於變電站或電源102與故障118之間的團隊114的總數。此外，因為保護序列是不常見的，所以通信系統在任何一個時刻僅需要適應這些正在進行中的保護序列中的一個。在多個饋電線或者饋電線的支路同時發生故障的罕見情況下，唯一的衝擊可能是一些消息經歷了延遲遞送。儘管如此，這種消息應該包含不多於預定數量(標稱為300位元組)的應用數據，因為非常長的或者不受限制的消息可能會妨礙信令消息訪問通信介質。此外，信令消息可以被限制為儘量短的消息，以縮短其遞送時間。在一個或多個這裡描述的實施方式中，可以採用50位元組的消息尺寸限制。在系統100中，為了提供所需的通信延遲，消息可以被配置為傳送處理優先級，使得背景或者較低優先級業務對信令或者相關重配置業務施加最小的幹擾。對於在系統100內實現的示例性應用，可以賦予下述優先級-故障信令消息(優先級l)這是最高優先級的消息業務。故障測試消息(優先級2)類似於故障檢測消息。如下所述，周期性地發送這些消息，以測試消息傳送路徑的性能。重配置消息(優先級3)這些消息用於根據電路重配置系統來恢復對於系統100的斷電但無故障的段114的服務。在本系統中，如果電路重配置系統所驅動的恢復正在進行中，那麼相關的通信業務就以該優先級來發送。背景業務(優先級4)不重要的應用和例如SCADA業務(其總是經過網絡來傳遞)，就像系統和無線維護使用這種低優先級。當然，也可以採用更少或更多的優先級級別，或者任何特定優先級的內容或用途都可以改變。表1內給出了根據各個指定優先級的消息的示範特徵。表1業務概要tableseeoriginaldocumentpage19當然任何特定消息類型的特徵，例如長度、延遲、頻率和源/宿都可以被改變或者適應於特定應用和可用通信資源。對於系統100，所實現的通信體系必須適於處理優先業務，具體來講，優先級1業務。關於這方面，系統100可以應用基於7層的開放系統互連(OSI)通信模型的通信體系。如己知的那樣，圍繞該模型組織的系統可以由軟體和硬體模塊來構造，其中，每個模塊都封裝了協議桟的給定層的功能。此外，通過物理通信介質發送並被構造為與模型一致協議幀被封裝成，使得與協議棧的每個較高層相關聯的通信協議數據被該模型的低一層的協議數據在一側包裹或者在兩側環繞。為了滿足系統100的應用需求，並且適應優先通信業務，以非常規的方式來改變由OSI模型指定的無線和相關通信系統的多個特徵。無線/通信系統實現了"AdultSwim，，特徵。這種特徵保證了對於提升的或者非預設(非優先級4)消息的接收在適當層(例如OSI模型的層2到3)上的優先級排序和建立發送業務隊列方面有直接效果。該效果就是在能夠以較低的優先級發送任何業務之前施加最小的預定延遲，以及將輸入的消息置於適當的隊列內以進行處理或者重發。優先級是在第一層(比如層3)的優先級欄位內指定的，但是在較低層處理(如層2鏈路層處理)過程中遇到時才被截取並立刻發揮作用。無線/通信系統還可以實現這樣一種處理，即，接收到非預設優先級消息時按照與AdultSwim特徵相同的效果對該消息進行處理，而不必關心協議幀的鏈路層(層2)或網絡層(層3)地址(廣播、多播或者設備特有)。該無線/通信系統還可以包括用於處理鏈路層介質訪問競爭解決方法(其是基於活動的優先級來選擇的)的協議。並且，該無線通信系統可以實現用於處理最高的兩個業務優先級的協議，所述最高的兩個業務優先級適於基於消息尺寸和波特率來減少最壞情況延遲。圖6例示了故障保護設備600，例如開關106/108。故障保護設備600可以包括耦接至電路中斷設備或者開關設備606(如真空故障中斷器)的控制器604。控制器604可以包括內部存儲器或者可以耦接至存儲器(未示出)，在該存儲器內控制器604使用控制程序和操作參數來影響故障保護設備600的操作。故障保護設備還可以包括電源，電源可以由外部電源、存儲源、配電線分接頭或其他任意合適的電源(未示出)來提供。故障保護設備600耦接至關聯的通信設備602，通信設備602具有與這裡描述的實施方式一致的通信體系。另選的是，通信設備602可以包括在故障保護設備600內。一種可能的通信設備602是NovaEngineering公司的NovaRoamEH900900MHz擴譜跳頻無線電的軟體修改版本。通信設備602可以通過10/100MBS乙太網絡連接608連接至控制器604，並且無縫地建立讓控制器604看起來是網際協議(IP)廣域網的網絡。通信設備602可以提供OSI兼容TCP/IP通信協議棧的層1-3，並且可以允許利用AODVadhoc路由協議(RFC3561)智能地路由消息。根據OSI體系迸行操作，以將消息發送到另一臺設備，控制器604建立應用消息並將它以IP網絡層數據幀或者"IP數據報"的格式呈現給通信設備602，該應用消息是通過鏈路608發送到通信設備602的。通信設備602的相應物理層和鏈路層接收該消息，驗證其與各個相應協議層的需求是否一致，並將其置於消息隊列中以進行後續處理。應當明白，在消息可以從一個層發送到另一個層之前，可能需要各種基於應用的隊列以及處理步驟。通信設備602和與系統100內的其他設備相關聯的通信設備之間的消息交換，即通信，是通過將消息通過多個層發送到物理層(由合適的RF介質610組成)來實現的。根據這裡描述的實施方式，並且為了實現系統100的按優先級排序的通信體系，通信設備602可以識別何時提升的或者非預設的優先級消息正在被發送，以便進入優先級通信狀態。響應於優先級通信狀態，通信設備602使較低優先級的競爭業務(即，優先級低於當前優先級通信狀態的業務)暫停預定時段。暫停較低優先級競爭業務，將會減少競爭，並且允許優先業務更快速地抵達其宿。通信設備602可以在生成較高優先級業務的事件之前，將當前系統100內可能存在的較低優先級業務列隊。較低優先級業務可能會被系統100內的沒有聽到廣播頻道上的有線業務的設備，或者被不知道出現了啟動較高優先級業務的事件的設備或者控制設備或者其他業務源(諸如SCADA系統或者其他應用)繼續插入到流內。通信設備602可以實現這種業務的合適隊列，或者可以簡單地丟棄較低優先級業務，並且例如有望利用生成應用在稍後再次嘗試通信。通信設備602可以應用多個定時器，每個定時器對應於一個高於最低(預設)消息優先級級別的消息優先級級別。例如，通信設備602可以應用三個定時器，每個定時器都專用於三個提升(非預設)消息優先級中的一個。每當接收到處於各自優先級或者更高優先級的消息，各個定時器就被初始化或者重新初始化為各自預定的可配置值。當定時器為活動狀態時，例如通過將較低優先級級別業務保持在其相應的處理隊列內而不是處理該業務而暫停處於較低優先級級別的所有通信業務。每個定時器都自動地遞減至零，並且如果它超時，就恢復較低優先級業務或者預設優先級業務。從發送或者接收消息的應用的觀點出發，IP數據報內的TOS(服務類型)字節被用於在該應用和通信系統之間傳遞應用優先級。經過無線電裝置的乙太網埠從應用接收到非預設優先級消息時，該無線電裝置將該消息在其層3內按優先級排序，即IP處理隊列。當最高優先級層3消息被發送到該無線電裝置的鏈路層時，其消息優先級也被傳遞。經由該無線電裝置的RF通信信道發送出去的所有層2消息都含有當前活動(最高)的優先級，作為MAC層消息欄位。圖7中所示的流程圖例示了通信設備602可以用來實現層2處理的消息處理方法700。在方框702，經由無線接口210從空中接收一幀。在方框704，根據指定的OSI層(例如層2)的協議來核實該幀的完整性，並且如果它是無效的，那麼在方框705拒絕它。這種核實發生在檢査宿地址之前。在方框706，根據該消息是否尋址到該接收通信設備，對該幀的優先級進行有利處理。早期檢查消息優先級可以不必額外傳送消息來通知其他無線電裝置該系統內有高(非預設)優先級消息。需要注意，該幀可以包括消息(IP數據報)或者其可以包括消息確認。因為所有的鏈路層業務都包括活動的優先級，所以收到該確認但不是被確認的原始數據的其他無線電裝置也將轉變到按優先級傳送消息的狀態。因此，這些其他無線電裝置也將暫停較低優先級消息傳送，以避免來自"部分隱藏節點"的可能競爭。在方框706，將會檢查有效荷載，以確定該幀是否具有非預設的優先級。需要注意，該處理可以被看作為從典型的協議處理中分離出來的一部分，因為無論該幀是否尋址到當前設備，都要處理優先級欄位。如果該幀內存在非預設優先級(即，提升的優先級)，那麼在方框708，將與檢測到的優先級級別相關聯的處理優先級排序定時器和針對所有較低優先級級別的定時器設定/重設定為它們的預定值。在方框707，在檢査完優先級排序之後，在方框710消息被置入相應的隊列內，或者在方框709消息將被丟棄。在被置入到相應的隊列內的情況下，與該幀關聯的優先級信息將被保留。圖8所示的流程圖例示了響應於優先級信息的存在的消息處理方法800。在方框802，初始幀處理層(例如層2)進行操作以檢査其要執行處理的運行環境。這種處理循環將一直持續。只要有可用的處理資源，該層就維護(service)其隊列。在方框804，如果任何提升的優先級定時器是活動的，就調用方框806來僅執行與最高活動優先級相關聯的消息。有這種可能所有優先級定時器都超時，而隊列內有剩餘有提升的優先級消息。例如，如果在優先級1消息的長流之前接收到了優先級3消息，則這種情況可能會發生。因此，在方框808，檢査這種情況，並且在方框810重新設立(重新初始化)已超時的定時器。需要注意，如果定時器是活動的，並且接收或發送隊列內不存在任何該優先級的業務，則該通信設備將在網絡上保持沉默。因此，網絡將很少受到較低優先級的競爭業務的影響。當所有優先級定時器都超時時，在方框812恢復對較低或者默認優先級消息的處理。其他層處理(例如，層3的處理)使用相同的方法，當然也有一些可能的例外。例如，上層可以具有唯一的隊列，但是優先級定時器是與下層共享的。因此上層的處理可以導致定時器以如圖7所示相同的方法被設定/重設定。類似的是，對於層3的IP幀(由針對無線電裝置的應用所表示的)，只要層3接收到無線電裝置內的處理，就檢測包括優先級信息的IPTOS欄位。如果優先級是非默認的，就將該優先級信息立刻作為通知發送到層2處理，以使得層2的定時器根據方框708的方法而被更新。還需要注意的是，與其他消息優先級排序方案一樣，消息優先級排序不能保證任意固定時間段內的遞送。優先級排序用於改進在所期望時幀內接收到消息的似然率。該應用應該被設計成可以容忍這些非完美。如上所述，系統100可以採用這樣一種處理，即，提供系統100內所應用的各種電路保護/故障隔離設備的協同操作。可以利用無線通信技術來提供電路保護/故障隔離設備的協同，其中，應用優先級排序系統來增強與故障的出現相關聯的高優先級消息的可靠性。優先級排序方案可以由接收到包含優先級指示的消息的設備來提供通信的暫停，而不管該消息是否尋址到該特定設備。這樣，所有接收到優先級指示的設備都可以釆取動作以限制無線系統內的業務，以便解決與傳送優先級消息相關的延遲問題。為了僅用五個組來使能大量的網絡節點，必須反覆使用組分配。在大多數情況下，節點將僅在其直接的、允許頻繁地反覆使用時隙組的鄰居的範圍內。然而，在某些情況下，節點到其直接鄰居具有強連接，而到遠距離鄰居具有弱連接。可以採用衝突檢測和競爭解決處理。這種處理會考慮在一個時隙組內抵達的消息的信號強度，拒絕弱信號並完善對正確的相鄰發送器信號的高概率相關。在大多數情況下，弱信號將被簡單地拒絕，這是因為強信號將首先被相關。通過將網絡定時精確度維持成小於時隙的載波和獨特字的持續時間(這可以通過擴展前導碼、載波和獨特字的總長度來實現)，這種概率還將進一步增大。因此，系統100可以應用這樣的通信協議，其定義了用於高優先級業務的第一有限接入信道接入機制，以及用於低優先級業務的第二通用接入信道接入機制。例如，對於高優先級業務，由TDMA協議提供的信道分配方案減少了同時傳送消息的節點的數量，並且分配節點在特定時隙內通信，以保證一個或多個無競爭的時段用於發送，從而減少和/或消除了可能會添加在延遲上的競爭問題。對於低優先級業務，如果延遲要求的嚴格程度較低，那麼節點可以採用通用競爭接入協議，例如CSMA/CA。有限接入信道接入機制和通用接入信道機制中的每一個都更為有利地允許各個節點在單個無線信道內通信，從而降低了硬體和維護的複雜程度。儘管已經就電路分配保護系統和恢復系統以及相應方法的若千優選實施方式描述了本發明，但是應該認識到，本發明不限於這些系統和方法。可以與用於提供協同式配電系統保護的任意數量的系統、裝置和方法相關聯地採用本發明的概念。儘管這裡公開的內容可以進行各種修改和替換，但是在附圖和此處描述的實施方式中通過舉例的方式示出了某些實施方式。然而，應當理解，本公開並不旨在將本發明限制為所描述的特定形式，而是與此相反，本發明旨在涵蓋由所附權利要求限定的所有修改、替換和等同。還應該理解，除非在本專利中使用語句"如這裡所使用的，術語，在此被定義為意味著......"或類似語句明確地定義了該術語，否則就不是要限制(顯式或隱式地)該術語的含義超出其普通的或通常的含義，因此這樣的術語不應基於該專利的任何部分中進行的任何陳述(除了權利要求書的語言)而解釋為在範圍上受限。一定程度上，在本專利結尾處的權利要求書中陳述的任意術語在本專利中都被認為與單個含義一致，這樣做僅僅是出於清楚目的，以免混淆讀者，而並不旨在表明將這些權利要求術語暗示地或以其他方式限定為單一含義。除非權利要求要素通過引用詞語"手段"和功能而沒有引用任何結構來限定，否則任何權利要求要素都不應基於35U.S.C.§112第六段來進行解釋。權利要求1、一種電力分配保護系統，該電力分配保護系統包括電源，其通過配電線路耦接至負載，該配電線路由多個故障保護設備進行了分段；這多個故障保護設備和該電源中的每一個都包括用於允許發送或接收信令消息的通信設備，並且這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可確定通信系統內故障的存在，其中，在檢測該配電線路的故障狀況時，檢測到故障狀態的這多個故障保護設備和該電源中的每一個都將該信令消息傳送給相鄰電源或者這多個故障保護設備中的一個，而接收到該信令消息的這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可以調整故障保護特性，使得這多個故障保護設備和該電源中的最靠近該配電線路上的故障的那一個執行操作以將該故障從該配電線路的其餘部分中隔離出來。2、根據權利要求l所述的電力分配保護系統，其中，接收到信令消息的這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可以向相鄰的故障保護設備發送第二信令消息，而接收到第二信令消息的這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可以進一步調整故障保護特性，使得這多個故障保護設備和該電源中的最靠近該配電線路上的故障的那一個執行操作以將該故障從該配電線路的其餘部分中隔離出來。3、根據權利要求l所述的電力分配保護系統，其中，該信令消息包含優先級指示符，並且接收到該信令消息的這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可以進入與該優先級指示相對應的優先級通信狀態。4、根據權利要求3所述的電力分配保護系統，其中，這多個故障保護設備中的每一個和該電源可以根據該優先級通信狀態來暫停與優先級狀態不對應的消息傳送。5、根據權利要求3所述的電力分配保護系統，其中，該初始信令消息先於與該優先級狀態相對應的其他通信。6、根據權利要求3所述的電力分配保護系統，其中，這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可以從另一個非相鄰的電源或者這多個故障保護設備中的一個接收該信令信息，並且在從該另一個非相鄰的電源或者這多個故障保護設備中的一個接收到該信令信息後進入該優先級通信狀態。7、根據權利要求3所述的電力分配保護系統，這多個故障保護設備和該電源中的每一個的通信設備都符合至少包括物理層、鏈路層和網絡層的通信體系，其中，該優先級指示包含在該物理層、該鏈路層和該網絡層中的一個內。8、根據權利要求7所述的電力分配保護系統，其中，該優先級指示包含在該物理層內。9、根據權利要求7所述的電力分配保護系統，其中，該優先級指示包含在該鏈路層內。10、根據權利要求7所述的電力分配保護系統，其中，該優先級指示包含在該網絡層內。11、根據權利要求3所述的電力分配保護系統，其中，這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可以丟棄與該優先級通信狀態不相對應的消息。12、根據權利要求3所述的電力分配保護系統，該通信設備包括與該優先級指示相關聯的用於記錄該優先級通信狀態的持續時長的定時器。13、根據權利要求1所述的電力分配保護系統，其中，故障保護特性包括第一操作時間值和與第一操作時間值不同的第二操作時間值，其中，這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可以響應於該信令消息的接收而選擇第二操作時間值。14、根據權利要求13所述的電力分配保護系統，其中，第二操作時間值是相對於第一操作時間值的操作延遲時間值。15、根據權利要求1所述的電力分配保護系統，其中，該相鄰電源或這多個故障保護設備中的一個包括電源側設備。16、根據權利要求1所述的電力分配保護系統，其中，該相鄰電源或這多個故障保護設備中的一個包括負載側設備。17、根據權利要求16所述的電力分配保護系統，其中，該信令消息包括不帶故障指示的壓損。18、根據權利要求17所述的電力分配保護系統，其中，該相鄰電源或這多個故障保護設備中的一個響應於該信令消息和壓損指示來進行操作。19、根據權利要求1所述的電力分配保護系統，其中，這多個故障保護設備被分為包括電源側故障保護設備和負載側故障保護設備的多個組，該電源側故障保護設備和該負載側故障保護設備界定了該配電線路的連續部分。20、根據權利要求1所述的電力分配保護系統，其中，這多個故障保護設備中的每一個都包括從由開關、故障中斷器、分段隔離開關、斷路器和自動重合閘構成的故障保護設備的組中選出的故障保護設備。21、根據權利要求1所述的電力分配保護系統，該故障保護特性包括故障量級操作參數。22、根據權利要求21所述的電力分配保護系統，該故障量級操作參數包括取決於故障量級的延遲值。23、根據權利要求22所述的電力分配保護系統，其中，該延遲值是與接收到信令消息之前的設備操作相關聯的延遲時間段。24、一種電力分配保護系統，該電力分配保護包括電源，其通過配電線路耦接至負載，該配電線路由多個故障保護設備進行了分段；這多個故障保護設備和該電源中的每一個都包括用於允許在共享通信信道內發送或接收信令消息的通信設備，並且這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可確定通信系統內故障的存在；該共享通信信道是根據針對具有第一優先級的消息的第一信道接入協議和針對具有第二優先級的消息的第二信道接入協議而指定的；並且其中，在檢測該配電線路的故障狀況時，檢測到故障狀態的這多個故障保護設備和該電源中的每一個都利用第一優先級和第一信道接入協議將該信令消息傳送給該通信信道內的相鄰故障保護設備，而接收到信令消息的這多個故障保護設備和該電源中的每一個都可以調整故障保護特性，使得這多個故障保護設備和該電源中的最靠近該配電線路上的故障的那一個執行操作以將該故障從該配電線路的其餘部分中隔離出來。25、根據權利要求24所述的電力分配保護系統，第一信道接入協議包括受限的接入通信協議。26、根據權利要求24所述的電力分配保護系統，第二信道接入協議包括通用的接入衝突檢測通信協議。27、根據權利要求24所述的電力分配保護系統，該信令消息包含與第一優先級或者第二優先級相對應的優先級指示。全文摘要一種利用通信來協同故障保護設備的操作的電力分配保護系統和方法。通信可以是按優先級排序的，其中，低優先級的消息被保留或者丟棄，從而有利於高優先級的消息，例如指示故障狀況的消息。根據要被傳送的消息的優先級，設備可以使用多信道接入方案。文檔編號H02H7/30GK101379671SQ200780004654公開日2009年3月4日申請日期2007年1月23日優先權日2006年2月6日發明者唐納德·S·伯科威茨,威廉·D·沃爾布格,託馬斯·J·布倫斯,詹姆斯·K·涅米拉,麥可·G·恩尼斯,麥可·J·邁辛格,雷蒙德·P·奧利裡申請人:施恩禧電氣有限公司