BRPI0401672B1

BRPI0401672B1 - Método e sistema de comunicações bidirecional

Info

Publication number: BRPI0401672B1
Application number: BRPI0401672-6A
Authority: BR
Inventors: A. Hammond Benjamin; John B. Hessling, Jr.; Lagerstrom Krister
Original assignee: Distribution Control Systems, Inc.
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2004-04-29
Publication date: 2018-07-10
Also published as: TW200507494A; EP1475903B1; CA2454975A1; US6940396B2; CA2454975C; US20040222698A1; NZ532711A; AU2004201958B2; JP2004336770A; AR044181A1; MXPA04004280A; EP1475903A1; AU2004201958A1; TWI342130B; BRPI0401672A; JP4576153B2

Abstract

"comunicação de fase concomitante em twacs". um método para comunicação concomitantemente em cada fase de uma rede de distribuição de energia elétrica (n). um primeiro sinal de saída (so1) é transmitido em uma fase (an-a) de um barramento (s) por uma unidade de modulação de saída. a unidade é liberada tão logo o primeiro sinal de saída (so1) é transmitido de maneira que a unidade possa transmitir um segundo sinal de saída (so2) em uma segunda fase (bn-b ou cn-c) do barramento. o segundo sinal de saída é concomitantemente transmitido com um sinal de entrada (ib1) enviado em resposta ao primeiro sinal de saída (so1). a unidade é novamente liberada, tão logo o segundo sinal de saída (so2) é transmitido, de maneira que a unidade possa transmitir um terceiro sinal (so3) sobre a terceira fase (bn-b ou cn-c) do barramento. este terceiro sinal de saída é transmitido concomitantemente com um segundo sinal de entrada (ib2) enviado em resposta ao segundo sinal de saída (so2). o método permite comunicações concomitantes em todas as três fases da rede (n).

Description

(54) Título: MÉTODO E SISTEMA DE COMUNICAÇÕES BIDIRECIONAL (51) Int.CI.: H04B 3/54 (30) Prioridade Unionista: 06/05/2003 US 10/430,786 (73) Titular(es): DISTRIBUTION CONTROL SYSTEMS, INC.

(72) Inventor(es): BENJAMIN A. HAMMOND; JOHN B. HESSLING, JR.; KRISTER LAGERSTROM

1/8

MÉTODO E SISTEMA DE COMUNICAÇÕES

BIDIRECIONAL

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [001] Esta invenção se refere à transmissão de sinais em um sistema de transmissão de energia multi fase (3Φ) usando um sistema de comunicações bidirecionais (TWACS®), e mais particularmente à transmissão concomitante de dados e outras informações em mais que uma das fases.

[002] É conhecido transmitir e receber mensagens em um sistema de distribuição elétrica Patentes ensinando um sistema de comunicações bidirecionais e as técnicas empregadas em comunicações bidirecionais incluem as patentes US 5.696.441, 5.486.805, 5.262.755, 4.996.513, 4.963.853, 4.918.422, 4.914.418, e 4.658.238 todas as quais sendo consignadas ao mesmo cessionário de presente pedido. Na prática, uma solicitação para informação ou dados é formulada em uma mensagem de saída que é injetada em uma fase da rede de distribuição de energia em três fases e transmitida através da rede para uma localização remota tal como um medidor elétrico nas construções. A mensagem pode, por exemplo, solicitar informação tal como o consumo elétrico no local. Em resposta, uma mensagem de entrada é então transmitida de novo na mesma fase para o local de transmissão, que é tipicamente uma subestação na rede de energia compreendendo o sistema de distribuição. Quando a mensagem de entrada é processada, a informação requerida é então usada para medir tais coisas como demanda total no sistema naquele tempo particular.

[003] TWACS é usado em conjunção com vários dispositivos remotos tais como equipamentos de leitura de medição automática (AMR), dispositivos de controle de carga e outros tipos de equipamentos de controle e monitoração instalados por todo o sistema de distribuição em casas, fábricas, construções de escritórios, etc. Após a instalação, cada dispositivo

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2/8 remoto pode ser acessado através de uma das seis trajetórias de comunicação. Uma trajetória de comunicação consiste de uma combinação de fase de saída do fasor, AN, BN, CN, AB, BC, ou CA e a trajetória de retorno de entrada ΦΑ, ΦΒ, ou ΦΟ. A trajetória de comunicação é definida pela conexão elétrica para cada localização. Após a instalação, a trajetória de comunicações é determinada pelo sistema e gravada para uso posterior. Consequentemente, quando uma série de dispositivos remotos, tais como medidores estão no lugar, alguns podem retornar um sinal de entrada em ΦA, mas não um sinal em ΦB ou Φ0; outros dispositivos remotos podem retornar um sinal de entrada em ΦB, mas não um sinal em ΦA ou Φ0; e alguns dispositivos remotos podem retornar um sinal de entrada em Φ0, mas não um sinal em ΦA ou ΦB.

[004] No sistema corrente, após uma mensagem de saída ser emiti da em uma combinação de expressão e enquanto a resposta de entrada está, sendo retomada, nenhum outro processamento de saída e entrada pode ocorrer até o processamento de entrada estar completo. O problema está presente na falha de transmissão e recepção dos sinais TWACS de saída e entrada, e a consequente limitação de quantidade de informação, que pode ser enviada e recebida através do sistema em qualquer tempo. Se existe a possibilidade de ser capaz de concomitantemente enviar e receber sinais em todas as três fases, a largura da banda da rede de comunicações poderia ter efetivamente o fluxo de informação de aperfeiçoamento triplicado e tempo de resposta de sistema.

BREVE RESUMO DA INVENÇÃO [005] Um método para comunicar concomitantemente em todas as fases de uma rede de distribuição de energia elétrica. Um primeiro sinal de saída é transmitido em um fator de um barramento de três fases por uma unidade de modulação de saída. A unidade de modulação de saída é liberada tão logo o primeiro sinal de saída é transmitido. Isto permite que a unidade agora transmita um segundo sinal de saída em um outro fator do barramento com o segundo sinal de saída sendo transmitido

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3/8 concomitantemente com o sinal de entrada retornado em resposta ao primeiro sinal de saída transmitido na primeira fase. A unidade de modulação de saída é novamente liberada, tão logo o segundo sinal de saída é transmitido, de maneira que a unidade possa agora transmitir um terceiro sinal de saída no terceiro fator do barramento Este terceiro sinal de saída é transmitido concomitantemente com um segundo sinal de entrada, retornado em resposta ao segundo sinal de saída transmitido na segunda fase. O método permite comunicações concomitantes em todas as três fases da rede substancialmente aumentando a largura da banda de comunicações da rede e permitindo uma resposta mais rápida do sistema para mudanças da demanda elétrica. Além do mais, o método é repetido enquanto existirem comandos a serem processados.

[006] Em adição, conjuntos de multiplexos receptores dentro de uma subestação são ligados em paralelo de maneira que cada conjunto receptor na subestação está disponível para uso em comunicações concomitantes. A unidade de controle e recebimento da invenção suporta esta capacidade de comunicações de fase concomitante e permite acima de quatro sinais de resposta de entrada a serem concomitantemente processados.

[007] Outros objetos e características podem ser em parte aparentes e em parte pontuados a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS

DESENHOS [008] Os objetos da invenção são alcançados como demonstrados nas concretizações ilustradas mostradas nos desenhos, que formam uma parte do pedido.

Fig 1 é uma representação simplificada de uma rede de distribuição elétrica;

Fig 2 ilustra um sistema de comunicações bidirecionais na rede; e,

Fig. 3 é um gráfico de fluxo de sinal ilustrando a comunicação de fase concomitante de acordo com a presente invenção.

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Caracteres de referência correspondentes indicam partes correspondentes através das várias vistas dos desenhos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [009] A descrição detalhada seguinte ilustra a invenção por meio de exemplo e não por meio de limitação. Esta descrição pode claramente possibilitar um técnico no assunto fazer e usar a invenção, e descreve varas concretizações, adaptações, variações alternativas e usos da invenção, incluindo o que nós presentemente acreditamos ser o melhor modo de realização da invenção. Como varas mudanças podem ser feitas nas construções acima sem sair do escopo da invenção, é pretendido que todas as matérias contidas na descrição acima ou mostrada nos desenhos acompanhantes devem ser interpretadas como ilustrativas e não em um sentido limitativo.

[010] Referindo agora aos desenhos, uma rede de distribuição de energia elétrica N inclui uma planta geradora de energia G cuja potência elétrica é distribuída através de uma série de subestações S, cada estação supre energia a um número de casas, construções de escritórios, fábricas, etc. Cada construção é equipada com um medidor elétrico M designado para leitura de medidor automático ou AMR. Um sistema de comunicações bidirecionais 10 da invenção permite que cada medidor seja separadamente acessado e lido com os resultados relatados de volta para a subestação e no final das contas à planta de energia. Isto permite que a informação seja a utilização da energia concernente relatada, mudanças na demanda da localização das perdas, etc. Cada subestação é equipada com equipamento de comunicação de subestação para esta proposta. O sistema emprega destinatário de grupo bidirecional e como mostrado na Fig. 1, os medidores M são geralmente igualmente distribuídos ao redor de todas as três fases. A trajetória de comunicação da subestação S para os medidores é, por exemplo, saída em linha neutra com detecção de fase, todas como descritas nas patentes previamente referidas, os

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5/8 ensinamentos das quais sendo incorporadas aqui por referência. Durante a instalação de cada medidor M, ele é programado para receber um sinal de saída (SO) de uma subestação S em um barramento, e para transmitir um sinal de resposta ou entrada (IB) no mesmo barramento. O sinal de saída inclui um único endereço para o medidor particular, junto com uma solicitação para informação tal como uso de energia corrente. O sinal de entrada também inclui o medidor destinado junto com dados representando o uso da energia corrente representada, por exemplo. Os técnicos no assunto poderão entender que outras informações, solicitações, e comandos podem ser incorporados em um sinal de saída, e uma reposta correspondente em um sinal de entrada. Aqueles técnicos no assunto poderão adicionalmente entender que todas as medições programadas têm comunicações bidirecionais usando uma fase não podem ser correspondentes com o uso de uma das outras duas fases.

[011] Como previamente notado, anteriormente era necessário completar a transmissão do sinal de saída e recebimento do sinal de entrada em um barramento, antes de transmitir um outro sinal de saída no mesmo barramento. A presente invenção provê um método e aparelho que permite que mais de três sinais de saída separados e o sinal de entrada retornado sejam concomitantemente processados pelos equipamentos de comunicações das subestações no mesmo barramento, e acima de quatro sinais de saída separados e os sinais de entrada de retorno em uma subestação com mais que um barramento. Como descrito a seguir, o sistema e método da invenção permite esta sobreposição nas comunicações em todas as três fases de um barramento simples, provido nas sinalizações de saída respectivas não interferem com a detecção da resposta de entrada em quaisquer fases em uso no mesmo barramento.

[012] De acordo com a invenção, uma vez que uma estação controladora começa um ciclo de interrogação, a estação controladora envia comandos a uma unidade de recepção e controle CRU a

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6/8 ser processada. A CRU armazena acima de 15 comandos em uma coluna, e seleciona um comando a ser processados a partir desta coluna. O CRU comanda uma unidade de modulação para gerar um sinal de saída que é imposto, por exemplo, na linha A-N. O CRU possui acima de seis trajetórias de saída sobre a qual um sinal de saída por ser transmitido: linhas A-N, BN, C-N, A-B, B-C, e C-A. O sinal resposta é retornado na mesma linha. Isto é, a resposta a um sinal de saída NA é retornado nas linhas A e N; a resposta a uma sinal de saída BN é retornado nas linhas B e N; e, a resposta a um sinal de saída CN é retornados nas linhas C e N. Similarmente, a resposta a um sinal de saída AB é retornado nas linhas A e B, a resposta a um sinal de saída BC é retornado nas linhas B e C e a resposta a um sinal de saída CA é retornado nas linhas C e A. Uma unidade de aceleração do sinal de entrada IPU, que compreende um transformador de corrente, detecta e supri o sinal de entrada para um receptor de correlação e um conjunto processador CRPA do conjunto de processador de comunicação da estação CRU. O sinal é suprido ao CRPA através de um conjunto multiplexador receptor de correlação CRMA. Este conjunto provê uma capacidade de multiplexação 32:1, e conversão análoga parada digital (A/D) do sinal de entrada.

[013] Tão logo o sinal de saída é transmitido na linha A-N, a unidade de modulação envia uma terminação do sinal da mensagem (EOM) para o equipamento de comunicação de subestação. Isto permite que a unidade de modulação seja agora liberada para enviar um outro sinal de saída. Como mostrado na Fig. 3, enquanto a detecção do sinal de entrada IB1 está ainda em progresso a fase A, o equipamento de comunicação de subestação seleciona um outro sinal que pode ser processado e que não interfere com o processamento do sinal de entrada prévio. Este novo sinal de saída pode, portanto, ser um sinal BN, CN, ou BC. Assumindo que o equipamento de comunicação de subestação começa processando um sinal BN-B, a unidade de modulação gera e supre

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7/8 um sinal de saída OS2 na linha B-N, e o conjunto CRPA conectado àquela linha pode começar processando o retorno do sinal de entrada IB2 na fase B.

[014] Novamente, tão logo o sinal de saída é transmitido na linha B-N, a unidade de modulação novamente um sinal EOM para o equipamento de comunicação de subestação para efetuar a liberação da unidade de modulação. O equipamento de comunicação de subestação novamente procura por um comando em suas colunas que podem ser executadas sem interferir com o processamento do sinal de entrada que está em progresso. Agora, o sinal de saída pode ser um sinal CN, pois somente este é o sinal que não interfere com os dois sinais de entrada prévios sendo recebidos nas linhas para a fase A e a fase B respectivamente. Uma vez que o terceiro sinal de saída OS3 é enviado, existem agora três sinais sendo concomitantemente processados, e o equipamento de comunicação de subestação não pode iniciar a transmissão de um outro sinal de saída SO4-SO6 até o processamento da resposta do sinal de entrada a um sinal de saída prévio estar completo. Uma vez que isto ocorre, o equipamento de comunicação de subestação pode gerar um outro sinal de saída SO4, na linha A-N, existe um comando na coluna do equipamento de comunicação de subestação para esta linha.

[015] Como mostrado na Fig. 3, de acordo com a invenção, a transmissão dos sinais de saída SO4-SO6 resultam em sinais de respostas de entradas IB4-IB6 sendo enviados em resposta. A transmissão do sinal de saída SO4 e seu sinal de resposta IB4 sobrepõemse aos sinais de retorno de entrada IB2 e IB3, e assim por diante. Este processo pode continuar de maneira que o equipamento de comunicação de subestação tenha comandos que possam ser processados em paralelo de maneira que todas as três fases da linha neutral podem correr concomitantemente.

[016] Como um exemplo do tempo envolvido na

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8/8 implementação do sistema e método da invenção, um sinal de saída típico leva aproximadamente cinco segundos para ser transmitido. O tempo para o sinal de entrada de resposta é de aproximadamente trinta segundos, de maneira que o tempo total para cada ciclo de saída/entrada é aproximadamente trinta e cinco segundos.

[017] A importância do sistema e método da invenção é que ele triplica a largura da banca de comunicações potenciais para a rede de distribuição elétrica N. O método trabalhar com ambas as fases linha-linha e linha-neutral, embora o aperfeiçoamento para o medidor linha-linha é limitado em duas vezes à largura da banda.

[018] Finalmente, o sistema 10 emprega uma característica “representada” que permite que a absorção do transformador de corrente CT do IPU seja mapeada para cada um dos CRMA que estão sendo usados no sistema. Assim, qualquer absorção de IPU conectada a um orifício do primeiro conjunto multiplexador receptor de correlação CRMA possa também ser conectada a um orifício idêntico em todos os outros conjuntos multiplexadores receptores correlacionados CRMAs que estão instalados na CRU. Assim, as absorções mapeadas para um CRMA no equipamento de comunicação de subestação são automaticamente mapeadas para os outros CRMAs. A característica representada do IPU resultante é permitida se a comunicação de fase concorrente é usada.

[019] Em vista do acima, deve ser visto que vários objetos e vantagens da presente invenção serão alcançados e outras vantagens resultantes podem ser obtidas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de comunicações bidirecional (1O) usado com uma rede de distribuição de energia elétrica (N), um método para concomitantemente transmitir e receber sinais de comunicação em cada fase da rede compreendendo:

transmitir um primeiro sinal de saída (SO1) em uma fase (AN-A) de um barramento por meios de transmissão ;

tão logo o primeiro sinal de saída (SO1) é transmitido, liberação dos meios de transmissão para transmitir um segundo sinal de saída (SO2) em uma segunda fase (BN-B ou CN-C) do barramento, o segundo sinal de saída sendo concomitantemente transmitido com um sinal de entrada (IB1) enviado em resposta ao primeiro sinal de saída (S01), por meio disto provendo comunicações concomitantes nas duas fases da rede;

tão logo o segundo sinal de saída (SO2) é transmitido, liberando dos meios de transmissão para transmitir um terceiro sinal de saída (SO3) a terceira fase-(BN-B ou CN-C) do barramento, o terceiro sinal de saída sendo transmitido concomitantemente com um segundo sinal de entrada (IB2) enviado em resposta ao segundo sinal de saída (SO2), por meio do que existem comunicações concomitantes em todas as três fases da rede (N); e, caracterizado por os meios de transmissão incluírem uma unidade de modulação de saída tendo seis trajetórias de saída possíveis (A-N, B-N, C-N, A-B, B-C, C-A) para as três fases com a transmissão do primeiro sinal de saída (S01) restringindo o número de trajetórias de saída disponíveis para o segundo sinal de saída, e com a transmissão do segundo sinal de saída adicionalmente limitando o número de trajetórias de saída disponíveis para o terceiro sinal de saída.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui repetir as etapas da reivindicação 1 de maneira que existam comunicações concomitantes

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2/3 contínuas em todas as três fases das rede (N) por meio disto aumentando substancialmente as larguras das bandas de comunicações da rede.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente recebe cada sinal de entrada em uma trajetória de comunicações correspondendo à trajetória de saída sobre a qual o respectivo sinal de saída é transmitido.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui conectar meios receptores (IPU) nas trajetórias de comunicações para receber um sinal de entrada.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui conectar um meio receptor em cada trajetória de comunicações com entradas para os meios de receptores para receber um sinal de entrada em qualquer trajetória de comunicações.
6. Sistema de comunicações bidirecional (10) para uma rede de distribuição de energia elétrica (N) para concomitantemente transmitir e receber sinais de comunicação em cada fase da rede compreendendo:

um transmissor para transmitir um primeiro sinal de saída (SO1) em uma primeira fase (AN-A);

um controlador responsável pela transmissão do primeiro sinal de saída para liberar o transmissor da primeira fase do barramento, tão logo o primeiro sinal de saída (SO1) é transmitido, para o transmissor para transmitir um segundo sinal de saída (SO2) em uma segunda fase (BN-B ou CN-C), o segundo sinal de saída sendo concomitantemente transmitido com um sinal de entrada (IB1), enviado para a primeira fase em resposta ao primeiro sinal de saída (SO1), ocorrendo na primeira fase, por meio disto provendo comunicações concomitantes nas duas fases da rede, o controlado

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3/3 sendo adicionalmente responsável pela transmissão do segundo sinal de saída para liberar o transmissor da segunda fase, tão logo o segundo sinal de saída (502) é transmitido, para o transmissor transmitir um terceiro sinal de saída (503) em uma terceira fase (BN-N ou CN-N), o terceiro sinal de saída sendo concomitantemente transmitido com um sinal de entrada (IB2), enviado sobre a segunda fase em resposta ao segundo sinal de saída (SO2), ocorrendo na segunda fase, para prover comunicações concomitantes nas três fases da rede: e, caracterizado por os meios de transmissão incluírem uma unidade de modulação de saída tendo seis trajetórias de saída possíveis (A-N, B-N, C-N, A-B, B-C, C-A) para as três fases com a transmissão do primeiro sinal de saída (S01) restringindo o número de trajetórias de saída disponíveis para o segundo sinal de saída, e com a transmissão do segundo sinal de saída adicionalmente limitando o número de trajetórias de saída disponíveis para o terceiro sinal de saída.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui meios receptores (IPU) em cada trajetória de comunicações correspondentes a cada fase em que o respectivo sinal de saída é transmitido, para receber um sinal de entrada enviado em resposta ao sinal de saída.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os meios receptores incluem um multiplexador capaz de receber um sinal de entrada transmitido em quaisquer trajetórias de comunicações.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os meios receptores são conectados em paralelo em quaisquer meios receptores para receber um sinal de entrada viajando em quaisquer trajetórias de comunicações.

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LIGAÇAO

EXTERNA

IB1

LIGAÇAO INTERNA

S04

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TEMPO ?5

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505

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