SISTEMAS Y MÉTODOS PARA SINCRONIZACIÓN DE TIEMPO DE IED MEDIANTE ENLACE DE RADIO.

Sistemas y métodos para sincronización de tiempo de IED mediante enlace de radio.

La presente divulgación proporciona sistemas y métodos para sincronizar las señales de tiempo de IED maestros y remotos usando un enlace de radio. De acuerdo con una realización

, un IED maestro puede transmitir una señal de tiempo ajustada a un IED remoto mediante una señal de radio. El IED maestro puede determinar un retardo de propagación entre el IED maestro y un IED remoto. El IED maestro puede a continuación ajustar una señal de tiempo maestra mediante el retardo de propagación y transmitir la señal de tiempo ajustada al IED remoto. Como alternativa, un IED remoto puede pedir y recibir una señal de tiempo maestra desde un IED maestro mediante una señal de radio. El IED remoto puede a continuación determinar el retardo de propagación y ajustar la señal de tiempo maestra recibida en consecuencia. De acuerdo con diversas realizaciones, la señal de tiempo de un IED maestro y remoto puede sincronizarse en al menos un milisegundo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2012/068915.

Solicitante: SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 2350 NE Hopkins Court 99163 Pullmann WA Washington ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: ACHANTA,Shankar V.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION > Sistemas de radiotransmisión, es decir, utilizando... > H04B7/26 (en que al menos una es móvil)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > COMUNICACIONES MULTIPLEX (peculiar de la transmisión... > Sistemas múltiplex de división de tiempos (H04J... > H04J3/06 (Disposiciones de sincronización)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > DIFUSION (BROADCAST) (comunicación multiplex H04J;... > Disposiciones para la difusión o distribución combinada... > H04H20/67 (Sistemas de onda común, es decir, usando transmisores separados que funcionan básicamente a la misma frecuencia)
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SISTEMAS Y MÉTODOS PARA SINCRONIZACIÓN DE TIEMPO DE IED MEDIANTE ENLACE DE RADIO.

Fragmento de la descripción:

CAMPO TÉCNICO

Este informe se refiere a sincronización de tiempo de dispositivos electrónicos

inteligentes. Más particularmente, este informe se refiere a sincronización de tiempo de dispositivos electrónicos inteligentes mediante una señal de radio.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Se describen realizaciones no limitantes y no exhaustivas del informe, incluyendo 1 diversas realizaciones del informe con referencia a las figuras, en las que:

La Figura 1 ilustra una realización de una red de dispositivos electrónicos inteligentes (IED) en comunicación entre sí mediante enlaces de radio y/o mediante conexiones directas.

La Figura 2 ilustra un diagrama de una realización de un sistema de distribución de potencia eléctrica que incluye IED conectados a transceptores de radio.

La Figura 3A ilustra un diagrama de una realización de la sincronización de un IED

remoto con un IED maestro mediante una señal de radio en el que el IED maestro compensa retardos de propagación y/o procesamiento.

La Figura 3B ilustra un diagrama de una realización de la sincronización de un IED remoto con un IED maestro mediante una señal de radio en el que el IED remoto compensa 2 retardos de propagación y/o procesamiento.

La Figura 3C ilustra un diagrama de una realización de la sincronización de un IED remoto con un IED maestro mediante una señal de radio transmitida en un tiempo conocido tal como un pulso por segundo (PPS).

La Figura 4 ilustra un diagrama de bloques funcional de una realización de un IED 2 5 configurado para recibir, distribuir y/o determinar una señal de tiempo.

La Figura 5 ilustra una realización de un diagrama de bloques de función de un IED configurado para distribuir y/o recibir una señal de tiempo mediante un enlace de radio.

La Figura 6A ilustra un diagrama de flujo de una realización de un método para que un IED maestro transmita una señal de tiempo ajustada a un IED remoto mediante una señal de radio para que el IED remoto sincronice su señal de tiempo con una señal de tiempo de un IED maestro.

La Figura 6B ilustra un diagrama de flujo de una realización de un método para que un IED remoto sincronice su señal de tiempo con una señal de tiempo de un IED maestro mediante un enlace de radio.

La Figura 7 ilustra un diagrama de flujo de una realización de un método para usar un generador de tiempos independiente primario para sincronizar un IED remoto y usar un generador de tiempos secundario distribuido mediante un enlace de radio como una prevención de fallos.

En la siguiente descripción, se proporcionan numerosos detalles específicos para un entendimiento minucioso de las diversas realizaciones divulgadas en este documento. Los sistemas y métodos divulgados en este documento pueden llevarse a la práctica sin uno o más de los detalles específicos, o con otros métodos, componentes, materiales, etc. Además, en algunos casos, estructuras, materiales u operaciones bien conocidos pueden no mostrarse o describirse en detalle para evitar oscurecer aspectos del informe. Además, los rasgos, estructuras o características descritas pueden combinarse en cualquier manera adecuada en una o más realizaciones alternativas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Los dispositivos electrónicos inteligentes (IED) pueden usarse para supervisar, proteger y/o controlar equipo industrial y de servicios públicos, tal como en sistemas de suministro de potencia eléctrica. Tales sistemas pueden utilizar información de tiempo precisa para realizar diversas tareas de supervisión y protección. Los IED en un sistema de potencia pueden configurarse para realizar funciones de medición, control y protección que requieren un cierto nivel de precisión entre uno o más IED. Por ejemplo, los IED pueden configurarse para calcular y comunicar fasores sincronizados en tiempo (sincrofasores), que pueden requerir que los IED se sincronicen en microsegundos entre sí. Muchos algoritmos de protección, medición, control y automatización usados en sistemas de potencia pueden beneficiarse de o requerir indicaciones de tiempo sincronizadas en datos transmitidos entre una pluralidad de IED.

Pueden usarse diversos sistemas para distribuir información de tiempo precisa entre IED en red. De acuerdo con diversas realizaciones, una pluralidad de IED puede mantener señales de tiempo sincronizadas usando una red óptica sincronizada (SONET). En una realización de este tipo, la información de tiempo precisa puede distribuirse usando un protocolo de transporte síncrono y módulos de transporte síncronos (STM). De acuerdo con tales realizaciones, cada IED sincronizado debe estar conectado físicamente a la SONET.

De acuerdo con otras realizaciones, la información de tiempo precisa puede comunicarse entre IED en red usando el protocolo de tiempo de precisión (PTP), un sistema de posicionamiento global (GPS) y/o, con menos precisión, el protocolo de tiempo de red (NTP). PTP y NTP tradicionalmente utilizan conexiones cableadas. Un esquema de sincronización GPS puede requerir que cada nodo tenga su propio receptor GPS y que la señal GPS sea accesible. El presente informe proporciona diversos sistemas y métodos para sincronizar los relojes de cualquier número de IED usando enlaces de radio inalámbricos. De acuerdo con diversas realizaciones, la precisión de la sincronización de señal de tiempo mediante un enlace de radio puede estar en el rango de sub-milisegundos.

De acuerdo con diversas realizaciones, un IED puede utilizar un enlace de radio como un generador de tiempos primario para mantener un reloj local sincronizado con respecto a otros IED en red. Como alternativa, un IED puede utilizar SONET, PTP, NTP, GPS como un generador de tiempos independiente primario para mantener un reloj local sincronizado con respecto a otros IED en red. En tales realizaciones, un enlace de radio puede usarse como un generador de tiempos secundario para mantener la sincronización en el caso de que el generador de tiempos independiente primario no esté disponible o esté comprometido.

De acuerdo con diversas realizaciones, una subestación u otra localización remota puede no albergar una conexión cableada y/o una conexión de este tipo puede ser de coste prohibitivo. Los IED remotos en una subestación de este tipo pueden comunicar datos relacionados con supervisar, proteger y/o controlar componentes en un sistema de distribución de potencia eléctrica para IED maestros mediante un enlace de radio. De acuerdo con diversas realizaciones, este mismo enlace de radio puede utilizarse para mantener una señal de tiempo del IED remoto sincronizada con una señal de tiempo de un IED maestro.

El ancho de banda disponible en un enlace de radio puede limitarse y por lo tanto puede justificar un método de ancho de banda relativamente bajo para la sincronización de señal de tiempo. De acuerdo con una realización, un IED maestro determina el retardo de

propagación entre sí mismo y un IED remoto mediante una serie de intercambios de comunicación. El IED maestro puede a continuación transmitir una señal de tiempo maestra ajustada para el retardo de propagación calculado al IED remoto. El IED remoto puede a continuación sincronizar su señal de tiempo con la señal de tiempo maestra. Como alternativa, un IED remoto puede pedir una señal de tiempo maestra desde un IED maestro y a continuación determinar el retardo de propagación en base a cuando se recibió la respuesta. El IED remoto puede a continuación sincronizar su señal de tiempo con respecto a la señal de tiempo maestra.

En otra realización, los IED remotos pueden sincronizar sus señales de tiempo con un IED maestro usando las fases de transmisión y recepción del IED maestro. Por ejemplo, el IED maestro...

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo electrónico inteligente (IED) configurado para transmitir una señal de tiempo ajustada mediante un retardo de propagación calculado mediante un enlace de radio, comprendiendo el IED:

un transmisor de radio configurado para transmitir señales de radio; un receptor de radio configurado para recibir señales de radio;

un módulo de señal de tiempo configurado para mantener una señal de tiempo maestra;

un módulo de sincronización de señal de tiempo en comunicación con el transmisor de radio y el receptor de radio, el módulo de sincronización de señal de tiempo configurado para:

transmitir una señal de radio mediante el transmisor de radio que pide una respuesta; y

recibir la respuesta mediante el receptor de radio después de un primer retardo de tiempo;

un módulo de cálculo de retardo de propagación configurado para determinar un retardo de propagación asociado a la respuesta; y

un módulo de ajuste de señal de tiempo configurado para generar una señal de tiempo ajustada en base a la señal de tiempo maestra y al retardo de propagación, y en el que la señal de tiempo ajustada se transmite mediante el transmisor de radio.2. El IED de la reivindicación 1, que comprende además un procesador y un medio de almacenamiento legible por computadora en comunicación con el procesador; y

en el que el módulo de cálculo de retardo de propagación y el módulo de ajuste de señal de tiempo comprenden módulos de software en el medio de almacenamiento legible por computadora.

3. El IED de la reivindicación 1, que comprende además un módulo receptor de señal de generador de tiempos independiente configurado para recibir una señal de tiempo independiente y proporcionar la señal de tiempo independiente al módulo de señal de tiempo; y

en el que el módulo de señal de tiempo está configurado para sincronizar la señal de tiempo maestra con la señal de tiempo independiente.

4. El IED de la reivindicación 3, en el que el módulo receptor de señal de generador de tiempos independiente está configurado para recibir una señal de tiempo independiente desde un sistema de posicionamiento global.

5. El IED de la reivindicación 1, en el que el módulo de señal de tiempo comprende un generador de tiempos configurado para generar la señal de tiempo maestra.

6. El IED de la reivindicación 1, en el que la respuesta recibida mediante el módulo de sincronización de señal de tiempo comprende un retardo de procesamiento que corresponde a la diferencia entre cuando recibió un segundo IED la petición para una respuesta y cuando transmitió el segundo IED la respuesta; y

en el que determinar un retardo de propagación asociado a la respuesta comprende restar el retardo de procesamiento del primer retardo de tiempo y dividir la diferencia por la mitad.

7. El IED de la reivindicación 1, que comprende además un módulo de comunicaciones de datos configurado para transmitir datos mediante el transmisor de radio, relacionando los datos con la supervisión de al menos un componente en un sistema de suministro de potencia eléctrica.

8. El IED de la reivindicación 1, en el que el módulo de ajuste de señal de tiempo está configurado para generar la señal de tiempo ajustada con suficiente precisión para permitir la sincronización de señal de tiempo en al menos 1 milisegundo.

9. Un dispositivo electrónico inteligente (IED) configurado para ajustar una señal de tiempo recibida mediante una señal de radio desde un segundo IED en un retardo de propagación calculado, que comprende:

un transmisor de radio configurado para transmitir señales de radio; un receptor de radio configurado para recibir señales de radio; un módulo de señal de tiempo configurado para mantener una señal de tiempo local; un módulo de sincronización de señal de tiempo configurado para:

transmitir una petición mediante el transmisor de radio para una señal de tiempo maestra; y

recibir la señal de tiempo maestra mediante el receptor de radio después de un primer retardo de tiempo; y

un módulo de cálculo de retardo de propagación configurado para determinar un retardo de propagación asociado a la señal de tiempo maestra recibida; y

un módulo de ajuste de señal de tiempo configurado para ajustar la señal de tiempo maestra recibida mediante el retardo de propagación y usar la señal de tiempo ajustada para sincronizar la señal de tiempo local con la señal de tiempo maestra.

1. El IED de la reivindicación 9, que comprende además un procesador y un medio de almacenamiento legible por computadora en comunicación con el procesador; y

en el que el módulo de cálculo de retardo de propagación y el módulo de ajuste de señal de tiempo comprenden módulos de software en el medio de almacenamiento legible por computadora.

11. El IED de la reivindicación 9, que comprende además un módulo receptor de señal de generador de tiempos independiente configurado para recibir una señal de tiempo independiente y proporcionar la señal de tiempo independiente al módulo de señal de tiempo;

en el que el módulo de señal de tiempo está configurado para sincronizar la señal de tiempo local con la señal de tiempo independiente; y

en el que el módulo de ajuste de señal de tiempo está configurado para usar la señal de tiempo ajustada para sincronizar la señal de tiempo local con la señal de tiempo maestra únicamente cuando el módulo receptor de señal de generador de tiempos independiente pierde la recepción de la señal de tiempo independiente.

12. El IED de la reivindicación 11, en el que el módulo receptor de señal de generador de tiempos independiente está configurado para recibir una señal de generador de tiempos independiente desde un sistema de posicionamiento global.

13. El IED de la reivindicación 9, en el que el módulo de señal de tiempo comprende un generador de tiempos configurado para generar la señal de tiempo local.

14. El IED de la reivindicación 9, en el que el módulo de sincronización de señal de tiempo está configurado además para recibir un retardo de procesamiento, correspondiendo el retardo de procesamiento a la diferencia entre cuando recibió un segundo IED la petición para la señal de tiempo maestra y cuando transmitió el segundo IED la señal de tiempo maestra; y

en el que determinar un retardo de propagación asociado a la señal de tiempo maestra recibida comprende restar el retardo de procesamiento del primer retardo de tiempo y dividir la diferencia por la mitad.15. El IED de la reivindicación 9, que comprende además un módulo de comunicaciones de datos configurado para transmitir datos mediante el transmisor de radio, relacionando los datos con la supervisión de al menos un componente en un sistema de suministro de potencia eléctrica.

16. El IED de la reivindicación 9, en el que el módulo de ajuste de señal de tiempo está configurado para sincronizar la señal de tiempo local con la señal de tiempo maestra en al menos 1 milisegundo.

17. Un método para sincronizar un primer dispositivo electrónico inteligente (IED) y un segundo IED, comprendiendo el primer IED:

transmitir una señal de radio al segundo IED que pide una respuesta del segundo IED; recibir una respuesta mediante una señal de radio desde el segundo IED después de un primer retardo de tiempo;

determinar un retardo de propagación entre el primer IED y el segundo IED dividiendo el primer retardo de tiempo por la mitad; y

transmitir una señal de tiempo del primer IED ajustada mediante el retardo de propagación al segundo IED mediante una señal de radio para que el segundo IED sincronice una señal de tiempo del segundo IED con la señal de tiempo del primer IED.

18. El método de la reivindicación 17, en el que recibir una respuesta desde el segundo IED después de un primer retardo de tiempo comprende además:

recibir una respuesta que incluye un retardo de procesamiento correspondiente a la diferencia entre cuando recibió el segundo IED la petición desde el primer IED y cuando transmitió el segundo IED la respuesta al primer IED; y

en el que determinar un retardo de propagación entre el primer IED y el segundo IED dividiendo el primer retardo de tiempo por la mitad comprende además:

restar el retardo de procesamiento del primer retardo de tiempo antes de dividir el primer retardo de tiempo por la mitad.

19. El método de la reivindicación 17, que comprende además detectar la pérdida de comunicación entre el primer IED y un generador de tiempos independiente primario; y

en el que transmitir la señal de tiempo del primer IED ajustada mediante el retardo de propagación al segundo IED ocurre posterior a la detección de la pérdida de comunicación entre el primer IED y el generador de tiempos independiente primario.

2. El método de la reivindicación 19, en el que el generador de tiempos independiente primario comprende un sistema de posicionamiento global.

21. El método de la reivindicación 17, que comprende además que el primer IED transmite datos al segundo IED mediante una señal de radio, relacionando los datos con la

supervisión de al menos un componente en un sistema de suministro de potencia eléctrica.

22. El método de la reivindicación 17, en el que la señal de tiempo del primer IED ajustada mediante el retardo de propagación transmitida al segundo IED está configurada para permitir al segundo IED sincronizar la señal de tiempo del segundo IED a la señal de tiempo del primer IED en al menos 1 milisegundo.

23. Un método para sincronizar un primer dispositivo electrónico inteligente (IED) y un segundo IED, comprendiendo el primer IED:

transmitir una señal de radio al segundo IED que pide una señal de tiempo del segundo IED;

recibir una respuesta de señal de radio desde el segundo IED después de un primer retardo de tiempo, incluyendo la respuesta la señal de tiempo del segundo IED;

determinar un retardo de propagación entre el primer IED y el segundo IED dividiendo el primer retardo de tiempo por la mitad; y

sincronizar una señal de tiempo del primer IED con la señal de tiempo del segundo IED usando el retardo de propagación determinado.

24. El método de la reivindicación 23, en el que recibir una respuesta del segundo IED después de un primer retardo de tiempo comprende además:

recibir una respuesta que incluye un retardo de procesamiento correspondiente a la diferencia entre cuando recibió el segundo IED la petición desde el primer IED y cuando el segundo IED realmente transmitió la respuesta al primer IED; y

en el que determinar un retardo de propagación entre el primer IED y el segundo IED dividiendo el primer retardo de tiempo por la mitad comprende además:

restar el retardo de procesamiento del primer retardo de tiempo antes de dividir el primer retardo de tiempo por la mitad.

25. El método de la reivindicación 23, que comprende además detectar la pérdida de comunicación entre el primer IED y un generador de tiempos independiente primario; y en el que sincronizar la señal de tiempo del primer IED con la señal de tiempo recibida del segundo IED ajustada mediante el retardo de propagación ocurre posterior a la detección de la pérdida de comunicación entre el primer IED y el generador de tiempos independiente primario.

26. El método de la reivindicación 25, en el que el generador de tiempos independiente

primario comprende un sistema de posicionamiento global.

27. El método de la reivindicación 23, que comprende además que el primer IED transmita datos al segundo IED mediante una señal de radio, relacionando los datos con la

supervisión de al menos un componente en un sistema de suministro de potencia eléctrica.

28. El método de la reivindicación 23, en el que sincronizar una señal de tiempo del primer IED con la señal de tiempo recibida del segundo IED usando el retardo de propagación determinado es preciso en al menos 1 milisegundo.

29. Un dispositivo electrónico inteligente (IED) configurado para ajustar una señal de tiempo recibida mediante una señal de radio desde un segundo IED mediante un retardo de propagación calculado, que comprende:

un transmisor de radio configurado para transmitir señales de radio;

un receptor de radio configurado para recibir señales de radio;

un módulo de señal de tiempo configurado para mantener una señal de tiempo local; un módulo de sincronización de señal de tiempo configurado para recibir una señal de tiempo maestra desde el segundo IED transmitida a un intervalo conocido mediante el receptor de radio después de un retardo de tiempo de propagación; y 2 un módulo de ajuste de señal de tiempo configurado para ajustar la señal de tiempo

maestra recibida mediante el retardo de propagación y usar la señal de tiempo ajustada para sincronizar la señal de tiempo local con la señal de tiempo maestra.

3. El IED de la figura 29, en el que el intervalo conocido comprende un pulso por 2 5 segundo (PPS).