MODULO DE MUESTREO Y PROCEDIMIENTO PARA MUESTREAR UNA O MAS CARACTERISTICAS ANALOGICAS DE UN SISTEMA DE TRANSMISION DE POTENCIA.

Módulo (30) de muestreo para muestrear una o más características analógicas de un sistema de transmisión de potencia,

comprendiendo el módulo de muestreo al menos un circuito de entrada para muestrear una respectiva característica analógica, incluyendo el circuito de entrada:

un circuito (34) de escalado para reducir la magnitud de la característica analógica hasta un nivel deseado;

un circuito (40) de aislamiento para crear una barrera eléctrica entre respectivas partes aguas arriba y aguas abajo del circuito de entrada;

un convertidor (22) de analógico a digital para digitalizar la característica analógica para generar un flujo de datos digitales en serie de 1 bit,

estando conectado eléctricamente el circuito (34) de escalado a una entrada del convertidor (22) de analógico a digital y estando conectado eléctricamente el circuito (40) de aislamiento directamente a una salida del mismo,

caracterizado porque:

el módulo de muestreo comprende además un módulo (44) de procesamiento de señales en serie con el circuito (40) de aislamiento y que comprende un filtro (46) digital para el filtrado digital del flujo de datos digitales en serie de 1 bit y un módulo (48) de remuestreo para volver a muestrear el flujo de datos filtrados transmitido desde el filtro digital, y porque el módulo de muestreo comprende además un módulo (24) de procesamiento adicional en serie con el módulo (44) de procesamiento de señales digitales, generando el módulo (44) de procesamiento de señales digitales paquetes de muestras a una velocidad de muestra requerida por el módulo (24) de procesamiento adicional, configurando el módulo (24) de procesamiento adicional los parámetros del filtro digital y el periodo del módulo de remuestreo para adaptarlos a un algoritmo particular

Módulo de muestreo y procedimiento para muestrear una o más características analógicas de un sistema de transmisión de potencia.

Esta invención se refiere en particular, pero no exclusivamente, a un módulo de muestreo y a un procedimiento para muestrear una o más características analógicas de un sistema de transmisión de potencia.

Un dispositivo electrónico inteligente (IED, intelligent electronic device) utiliza muestras de las características analógicas de tensión y de corriente de un sistema de transmisión de potencia para ayudar a proteger y controlar el sistema.

Una disposición convencional para muestrear tales características analógicas es el denominado "sistema de muliplexación", mostrado de manera esquemática en la figura 1.

Un sistema 10 de muliplexación típico incluye una pluralidad de entradas 12, cada una para muestrear una respectiva característica analógica.

Cada entrada 12 incluye un transformador 14 de aislamiento y un filtro antisolapamiento 16 conectado eléctricamente en serie con el mismo.

Una salida de cada filtro antisolapamiento 16 está conectada a un multiplexor 18 analógico que, a su vez, está conectado en serie con un filtro 20 de retención.

El filtro 20 de retención está conectado en serie con un convertidor 22 de analógico a digital (ADC, analogue to digital converter).

Durante su utilización, cada transformador 14 de aislamiento disminuye, es decir, reduce, la magnitud de la característica analógica muestreada hasta un nivel adecuado para una conversión de analógico a digital mediante el ADC. Además, cada transformador 14 de aislamiento aísla la parte restante del sistema 10 de muliplexación.

El aislamiento es necesario ya que cada entrada 12 está conectada a través de un transformador de reducción (no mostrado) al sistema de transmisión de potencia que funciona a una tensión superior.

El transformador de aislamiento proporciona protección contra tensiones inducidas en el cableado y diferencias en el potencial de tierra que puedan existir entre la ubicación del transformador de reducción y la ubicación del IED. El aislamiento proporcionado también protege a un operador humano y a los demás componentes del sistema contra las altas tensiones en las entradas 12.

La característica analógica se introduce desde cada transformador 14 de aislamiento a través de un filtro antisolapamiento 16 correspondiente para eliminar ruido y armónicos de alta frecuencia.

El multiplexor analógico 18 introduce después secuencialmente cada característica analógica filtrada en el filtro 20 de retención, el cual estabiliza la respectiva característica analógica. Esto permite que el ADC 22 digitalice cada característica antes de transmitir un flujo de datos digitales a un módulo de procesamiento.

Existen varias desventajas asociadas con el sistema 10 de muliplexación mencionado anteriormente.

Cada uno de los transformadores 14 de aislamiento necesita tener grandes dimensiones con el fin de reproducir de manera precisa la característica analógica. En consecuencia, el sistema 10 es grande y pesado.

Además, cada uno de los transformadores 14 de aislamiento presenta un intervalo de funcionamiento lineal limitado. Esto da como resultado errores de no linealidad que normalmente son más graves cuando se necesita la mayor precisión.

Además, cada transformador 14 de aislamiento tiende a dispersar el flujo. Por consiguiente, un empaquetado compacto de los transformadores 14 de aislamiento genera diafonías entre transformadores 14 adyacentes.

Por otro lado se conoce, a partir de la técnica anterior, la solicitud de patente británica GB 2 321 713 que desvela un circuito electrónico para procesar información de una línea de transmisión de alta tensión y la solicitud de patente japonesa 55 110 428 que desvela una unidad altamente precisa que lleva a cabo el aislamiento y la separación de una señal de entrada después de una conversión A/D sin aumentar la precisión de un circuito de aislamien-to.

Un objetivo general de la invención es proporcionar un módulo de muestreo que sea más compacto y más preciso que los sistemas de muestreo de muliplexación convencionales.

Según un primer aspecto de la invención se proporciona un módulo de muestreo, para muestrear una o más características analógicas de un sistema de transmisión de potencia, que comprende al menos un circuito de entrada para muestrear una respectiva característica analógica, incluyendo el o cada circuito de entrada:

un circuito de escalado para reducir la magnitud de la característica analógica hasta un nivel deseado;

un circuito de aislamiento para crear una barrera eléctrica entre respectivas partes aguas arriba y aguas abajo del circuito de entrada; y

un convertidor de analógico a digital para digitalizar la característica analógica para generar un flujo de datos digitales,

estando conectados eléctricamente en serie el circuito de escalado, el circuito de aislamiento y el convertidor de analógico a digital.

La inclusión de circuitos de escalado y de aislamiento distintos permite la optimización de las funciones de escalado y de aislamiento, eliminando al mismo tiempo la necesidad de transformadores de aislamiento convencionales.

Esto da como resultado un módulo de muestreo más compacto y ligero que un sistema de muliplexación convencional. La invención también puede proporcionar un muestreo más preciso ya que permite la reducción de diafonías y errores de no linealidad.

Además, la inclusión de un convertidor de analógico a digital (ADC) en cada circuito de entrada permite el muestreo concurrente de una pluralidad de características analógicas, eliminando de ese modo el cuello de botella asociado con el multiplexor analógico 18 de los sistemas 10 de muliplexación convencionales.

Además, el muestreo concurrente elimina la distorsión introducida en los sistemas 10 de muliplexación convencionales cuando las muestras sólo pueden tomarse de manera consecutiva.

El muestreo concurrente también hace posible configurar diferentes velocidades de muestra para las respectivas características analógicas según el grado de resolución requerido.

Preferentemente, el circuito de escalado está conectado eléctricamente a una entrada del convertidor de analógico a digital y el circuito de aislamiento está conectado eléctricamente a una salida del mismo.

De esta manera, el aislamiento del flujo de datos digitales reduce la posibilidad de cualquier ruido externo que corrompa al flujo de datos.

Además, el aislamiento del flujo de datos digitales también significa que no es necesario reproducir fielmente los datos digitales cuando se transfieren a través de la barrera eléctrica. Esto se debe a que sólo es necesario que la parte aguas abajo de la barrera eléctrica pueda distinguir un 0 o un 1 en lugar de, por ejemplo, una forma de onda analógica completa.

Convenientemente, el circuito de escalado es o incluye una red de resistencias. Esto da como resultado que el circuito de escalado presente una respuesta lineal en un intervalo de medición deseado, ayudando de ese modo a minimizar los errores de no linealidad.

Opcionalmente, la red de resistencias define un divisor de tensión.

Como alternativa, la red de resistencias define una derivación.

Las disposiciones anteriores permiten el muestreo de características analógicas de tensión y de corriente, respectivamente.

En una realización preferida de la invención, el convertidor de analógico a digital es o incluye un modulador sigma-delta. La inclusión de un modulador sigma-delta permite la transferencia de una palabra de un único bit, es decir un 0 o un 1, a través de la barrera eléctrica del circuito de aislamiento a una alta frecuencia.

Esto da como resultado que la característica analógica digitalizada presente una mejor resolución en comparación con la generada por un ACD de 16 bits convencional.

Preferentemente, el circuito de aislamiento es o incluye un transformador de pulso único. Un transformador de este tipo presenta características de transferencia particularmente deseables, proporcionando al mismo tiempo un grado deseado de aislamiento eléctrico aguas abajo del mismo.

Opcionalmente, el módulo de muestreo incluye además...

1. Módulo (30) de muestreo para muestrear una o más características analógicas de un sistema de transmisión de potencia, comprendiendo el módulo de muestreo al menos un circuito de entrada para muestrear una respectiva característica analógica, incluyendo el circuito de entrada:

un circuito (34) de escalado para reducir la magnitud de la característica analógica hasta un nivel deseado;

un circuito (40) de aislamiento para crear una barrera eléctrica entre respectivas partes aguas arriba y aguas abajo del circuito de entrada;

un convertidor (22) de analógico a digital para digitalizar la característica analógica para generar un flujo de datos digitales en serie de 1 bit,

estando conectado eléctricamente el circuito (34) de escalado a una entrada del convertidor (22) de analógico a digital y estando conectado eléctricamente el circuito (40) de aislamiento directamente a una salida del mismo,

caracterizado porque:

el módulo de muestreo comprende además un módulo (44) de procesamiento de señales en serie con el circuito (40) de aislamiento y que comprende un filtro (46) digital para el filtrado digital del flujo de datos digitales en serie de 1 bit y un módulo (48) de remuestreo para volver a muestrear el flujo de datos filtrados transmitido desde el filtro digital, y porque el módulo de muestreo comprende además un módulo (24) de procesamiento adicional en serie con el módulo (44) de procesamiento de señales digitales, generando el módulo (44) de procesamiento de señales digitales paquetes de muestras a una velocidad de muestra requerida por el módulo (24) de procesamiento adicional, configurando el módulo (24) de procesamiento adicional los parámetros del filtro digital y el periodo del módulo de remuestreo para adaptarlos a un algoritmo particular.

2. Módulo de muestreo según la reivindicación 1, en el que el módulo (30) de muestreo comprende una pluralidad de circuitos de entrada en paralelo y una pluralidad de módulos de procesamiento de señales digitales en paralelo, estando conectada una salida de cada circuito de entrada a una entrada de cada módulo (44) de procesamiento de señales digitales, siendo configurados los parámetros de filtrado digital de los filtros (46) digitales de los módulos de procesamiento de señales digitales y el periodo de remuestreo de los módulos (48) de remuestreo por el módulo (24) de procesamiento adicional, para adaptarlos a diferentes algoritmos de protección que se ejecutan simultáneamente en el módulo (24) de procesamiento adicional y que requieren datos a diferentes velocidades y con diferentes niveles de filtrado.

3. Módulo de muestreo según la reivindicación 1 ó 2, en el que el circuito de escalado es o incluye una red de resistencias.

4. Módulo de muestreo según la reivindicación 3, en el que la red de resistencias define un divisor (34) de tensión.

5. Módulo de muestreo según la reivindicación 3, en el que la red de resistencias define una derivación.

6. Módulo de muestreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, en el que el convertidor de analógico a digital es o incluye un modulador (38) sigma-delta.

7. Módulo de muestreo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el convertidor (22) de analógico a digital se controla con una señal de reloj y el circuito (40) de aislamiento es o incluye un transformador (42) de pulso único que transfiere a) el flujo de datos digitales de 1 bit en una primera dirección desde el convertidor de analógico a digital hasta el módulo (44) de procesamiento de señales digitales y b) potencia para activar el convertidor de analógico a digital correspondiente y la señal de reloj en una segunda dirección opuesta, implementando el transformador (42) de pulso único una topología de convertidor directo con una frecuencia de funcionamiento igual a la de la señal de reloj, permitiendo de ese modo que el convertidor de analógico a digital correspondiente obtenga la señal de reloj directamente de la potencia transferida.

8. Un procedimiento para muestrear una o más características analógicas de un sistema de transmisión de potencia que comprende al menos un circuito de entrada, comprendiendo dicho procedimiento de muestreo al menos una etapa de entrada que comprende: