串接式网络电力控制系统 【技术领域】
本发明涉及一种串接式网络电力控制系统，尤其涉及一种利用一分时多任务的方式在主光纤上另外接收与传送一正常/异常信号的串接式网络电力控制系统，借此，本串接式网络电力控制系统的各受控站台便能将其是否正常或发生有异常的实时状况通知控制中心，并根据发生的异常状况以决定本受控站台是否脱离于整个电力系统之外。
背景技术
现有技术的电力变电所是电力转换站，用以提高或降低电压，并分配用电量。发电厂送电到用户家中的过程中，变电所扮演的角色，可比喻为高速公路的交流道。车辆在上高速公路前须在交流道先行加速；同理，电厂发出的电要先经过变电所升高电压才可大量快速的输送。车辆要进入市区，必须下交流道减速慢行，再驶向大街小巷，同样的，高压电须经过电力变电所降低电压才可依序分送各地，并逐段降低到用户可使用的电压。
一般的网络电力控制系统，均是采用星状连接，也就是说，一个控制中心分别可连接到至少一受控站台。而各受控站台以及与控制中心之间，必然需要进行一些实时数据的传递。除了这些实时数据外，各受控站台之间另外包含有实时的正常/异常信号的传递，如此才能让各控制站台之间准确掌握其前后相邻的受控站台的状况。然而，在现有技术的网络电力控制系统中，这些正常/异常信号是通过与传送这些信号地RS232连接端口连接的光电转换器先转换成光信号后，再在主光纤电缆上的一专用光纤上进行两点之间传送与接收。然而控制网络上各受控站台之间的连接会因为于光纤有效通讯长度的限制而无法进行实用的远距离扩充连接。
请参阅图1，其为现有技术的串接式网络电力控制系统10的结构方块图。串接式网络电力控制系统10包含有至少一电力受控站台(较佳为电力变电所)20与30以及一控制中心32。其中，各电力受控站台20、30与控制中心间利用一主光纤34或34’彼此连接，以传输实时数据。除此之外，另外有一电力线35(如22.8千伏)连接各电力受控站台20与30，该22.8千伏的电压将在电力受控站台完成降低电压的操作后，方能传送给客户端使用。
电力受控站台20(30同理)包含有至少一断路器36、136、236与336，至少一负载37、137、237与337，至少一中继器38、138，以及一前端处理器39。一旦电力受控站台20出现异常状况时，断路器36、136、236与336能将整个电力受控站台20从电力线35脱离，以保护该电力受控站台20乃至整个网络电力系统10。所谓的异常状况，包含有电流过负荷、短路、雷击、过电压、或是超温等情形。除了反应异常状况之外，各电力受控站台20与30之间同样会有一实时数据通过主光纤34在控制中心32以及各电力受控站台20与30之间进行交换。这些实时数据必须先经过前端处理器39内的光电转换器(未显示)以先转换成电子信号后，才能被电力受控站台20所接收；同样的道理，电力受控站台20所要输出的实时数据，也要先通过光电转换器转换成光信号后，才可在主光纤34上传送。
网络电力控制系统10另外包含有另外一电光转换器43、光电转换器44，以及连接于该电光转换器43及光电转换器44之间的一次光纤134。用来反应异常状况的一异常信号通过中继器138的RS232连接端口，经过电光转换器43、次光纤134以及光电转换器44后，才能传至下一电力受控站台30。不只是异常信号需要通过上述的电光/光电转换的流程才能被传送或接收，相对于该异常信号的一正常信号，也同样得通过电光/光电转换并经过次光纤134才能在各电力受控站台20与30间传送及接收。当电力受控站台20本身能传送所谓的正常信号给另一电力受控站台30，即是告知该电力受控站台30，电力受控站台20无异常情况发生。
主光纤34与次光纤134其频宽(如100兆位/每秒)都远大于RS232(指电光/光电转换器)的收发速率(9600位/秒)，如果能在主光纤34传送实时数据的时间空档，利用其频宽来传输这些正常/异常信号，将可免去电光转换器43、光电转换器44以及次光纤134的设置，同时也不影响到电力受控站台20或30与控制中心32间关于实时数据的交换，如此以来，在整个网络电力控制系统的建造上将可省下许多成本。
综上可知，所述现有技术的串接式网络电力控制系统，在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
【发明内容】
针对上述的缺陷，本发明的主要目的，在于提供一种利用分时多任务方式完成各电力受控站台与控制中心数据交换的串接式网络系统。本发明的网络系统在每一电力受控站台的前端处理器中提供一软件与韧体程序，使其得以将正常/异常信号同样通过用来传输实时数据的同一条主光纤上进行传送，不仅不会影响到各变电所与控制中心之间关于这些实时数据的交换传送，更能因此节省专用光纤与光电转换器的设置成本。
为了达到上述的目的，本发明的串接式网络电力控制系统包含有：至少一电力受控站台(site)，包含有：一前端处理器(Front End Processor，FEP)，至少包含有一上行网络端口与一下行网络端口，至少一断路器(circuit breaker)、至少一负载(load)，以及一前端中继器(Repeater)与一后端中继器分别与前端处理器电连接，以及一控制中心。控制中心利用一光纤与最接近的电力受控站台的前端处理器的上行网络端口连接，并利用该前端处理器的下行网络端口与各电力受控站台建立联系。上行网络端口与前一电力受控站台的前端处理器的下行网络端口电连接，以用来互通前一电力受控站内IED(智能型电力设备)的一正常/异常信号，并通过网络传输端口将本站IED的正常/异常信号传送至下一电力受控站台前端处理器的上行网络端口。正常/异常信号用来通知该电力受控站台的IED是否有一异常状况发生，以便使发生异常状况的电力受控站台脱离于整个串接式网络电力控制系统之外。
为了实现上述目的，本发明提供一种串接式网络电力控制系统，其中，包含有：
(1)至少一电力受控站台，包含有：
(a)一前端处理器，至少包含有一上行网络端口与一下行网络端口；
(b)至少一断路器；
(c)至少一负载；以及
(d)两智能型电力设备分别与该前端处理器以及该断路器电连接；以及
(2)一控制中心，其利用一光纤与该前端处理器的上行网络端口连接，并利用该前端处理器的下行网络端口与各该电力受控站台建立联系；
其中该上行网络端口与前一该电力受控站台的前端处理器的下行网络端口电连接，用来接收来自前一该电力受控站台的前端处理器的一正常/异常信号，并通过该下行网络端口将该正常/异常信号传送至下一该电力受控站台的前端处理器的上行网络端口，该正常/异常信号用来通知该控制中心是否有一异常状况发生，以便于该异常状况发生时，使该电力受控站台脱离该串接式网络电力控制系统。
所述的串接式网络电力控制系统，其中，该前端处理器还包含有一对光电转换器。
所述的串接式网络电力控制系统，其中，该前端处理器包含有一工业级单板计算机。
所述的串接式网络电力控制系统，其中，该光电转换器将该光纤上的一光信号转换成对应的一电子信号或将该智能型电力设备的该电子信号转换成该光信号。
所述的串接式网络电力控制系统，其中，该工业级单板计算机另外包含有至少一RS232连接端口与该智能型电力设备电连接。
所述的串接式网络电力控制系统，其中，该RS232连接端口的信号收发速率小于该光纤的信号收发速率。
所述的串接式网络电力控制系统，其中，回传至该控制中心的该正常/异常信号经过该光纤的一最短路径。
所述的串接式网络电力控制系统，其中，还包含有一实时控制数据通过该光纤传送。
一种分时多任务串接式网络电力控制系统，其中，它包含有：
(1)至少一电力受控站台，包含有：
v.一前端处理器，至少包含有一上行网络端口与一下行网络端口；
vi.至少一断路器；
vii.至少一负载；以及
viii.两智能型电力设备，分别与该前端处理器以及该断路器电连接；以及
(2)一控制中心，其利用一光纤与该前端处理器的上行网络端口连接，并利用该前端处理器的下行网络端口与各该电力受控站台建立联系；
其中该前端处理器用来传送与接收一正常/异常信号并传送至另一该电力受控站台的前端处理器，一旦某该电力受控站台有一异常状况发生时，该正常/异常信号得以通知该控制中心，并使该电力受控站台能脱离该分时多任务串接式网络电力控制系统，且该正常/异常信号以一分时多任务的方式在该光纤上以一最短路径传输。
所述的分时多任务串接式网络电力控制系统，其中，该前端处理器包含有一对光电转换器。
所述的分时多任务串接式网络电力控制系统，其中，该前端处理器包含有一工业级单板计算机。
所述的分时多任务串接式网络电力控制系统，其中，该光电转换器将该光纤上的一光信号转换成对应的一电子信号或将该智能型电力设备内的该电子信号转换成该光信号。
所述的分时多任务串接式网络电力控制系统，其中，该工业级单板计算机还包含有至少一RS232连接端口与该智能型电力设备电连接。
所述的分时多任务串接式网络电力控制系统，其中，该RS232连接端口的信号收发速率小于该光纤的信号收发速率。
附图简要说明
下面结合附图，通过对本发明的较佳实施例的详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中，
图1为现有技术的网络电力控制系统结构方块图；
图2为本发明的网络电力控制系统的结构方块图；
图3为本发明网络电力控制系统的前端处理器的内部功能方块图。
【具体实施方式】
下文，将详细描述本发明。
请参阅图2，其为本发明的串接式网络电力控制系统100的方块图。本发明的串接式网络电力控制系统100包含有至少一电力受控站台200、300以串连的方式彼此连接。本发明另外包含有一控制中心302通过光纤303连接这些电力受控站台200与300，以及一电力线304(本实施例中为22.8千伏的电力线)，同样连接至各电力受控站台200以及300。
电力受控站台200及300彼此相同，分别包含有至少一断路器305、401，一负载306、402，两智能型电力设备(IED)307、308及403、404，以及一前端处理器309与405。前端处理器309与405均包含有一上行网络端口与一下行网络端口(未显示)。
上行网络端口与前一电力受控站台(较佳为200)的前端处理器309的下行网络端口连接，并用以接收/传送来自前一受控站台200的前端处理器308的一正常/异常信号。正常/异常信号用来通知控制中心302是否有一异常状况发生，以便在异常状况发生时，使发生异常状况的电力受控站台的电力线部分(如304.1)脱离电力线304之外，从而使得该电力受控站台200脱离于电力控制系统100之外。
由于各电力受控站台200与300之间均通过主光纤303系列，如303.1、303.2～303.n连接。前端处理器309与405对外的接口即是连接光纤303，光电转换器已内建于前端处理器309与405内，光纤接口也称为“网络端口”。
各电力受控站台200与300与控制中心302之间，随时利用光纤303传送及接收一实时控制数据。除了这些实时控制数据外，用来通知控制中心302是否有任何电力受控站台处于异常状态的正常/异常信号，同样经过较大频宽(收发速率)的光纤303进行传送与接收。举例来说，当电力受控站台200有异常状况时，除了断路器305会将该电力受控站台200脱离，不与电力线304连接以保护电力受控站台200外，还会有一异常信号经过前端处理器309的下行网络端口传递至下一电力受控站台300的前端处理器405的上行网络端口，同时也会继续通过光纤303将该异常信号以一最短的光纤路径回送至控制中心302。同样的道理，如果换成电力受控站台300有异常状况发生，系统则会遵循最短光纤路径回传的原则，所以该异常信号便会通过本身的前端处理器405的上行网络端口传送至电力受控站台200的前端处理器309的下行网络端口，之后再由前端处理器309的上行网络端口通过光纤303传送至控制中心302。
在现有技术的系统上，正常信号或是异常信号，一般需另外使用RS232连接端口(9.6Kb)及专用的9.6Kb光电转换器等较为低速的序列传输端口进行收发，本发明则是利用于各个前端处理器309以及405中写入软件或是韧体程序，来将这些正常/异常信号通过光纤303传送及接收。如此设计的结果，不仅没有破坏原先利用光纤303传输实时控制数据的收发速率，还能更有效地以分时多任务的方式利用光纤的大频宽，以达到同样快速传送接收正常/异常信号的结果。同时，当通讯传送路径(也就是某些电力受控站台)发生异常状况时，由于光纤303被分成数个区段(如303.1至303.n)，所以其它未发生异常状况的电力站台也能经过其它未中断的电力受控站台光纤区段保持与控制中心302间的联系。
请参阅图3，其为本发明分时多任务串接式网络电力控制系统的前端处理器500的内部功能方块图。前端处理器500包含有一工业级单板计算机502，一组光电转换器503与504。光电转换器503以及504用来将输入的光信号转换成电子信号或将前端处理器500内部的电子信号转换成光信号，再分别传送至工业级单板计算机502的以太网络(Ethernet)连接端口508或光纤上。
工业级单板计算机502另外包含有一模块化磁盘(Disk On Module，DOM)507用来储存编写好的软件程序，至少二个以太网络连接端口508与光电转换器503与504电连接，以及至少一RS232连接端口509与智能型电力设备(IED)连接。如此，当本电力受控站台有异常状况时，前(后)端中继器内的智能型电力设备所反应的异常信号便能经过该RS232连接端口509以及以太网络连接端口508传送到光纤上，以往下一电力受控站台做中继传送或是直接送到控制中心(此状况发生于电力受控站台最接近控制中心为例)。除了异常信号外，RS232连接端口509同样可以用来传送正常信号，即在正常或异常的状况发生时均发生信号的传送。因为RS232连接端口509的信号收发速率肯定小于现有光纤技术的传输速率(因数据量极少的缘故)，所以通过光纤来传送实时控制数据之余，同样能利用储存在模块化磁盘507的软件/韧体程序的设计来额外传送正常/异常信号，不仅不影响原有的实时控制信号的传送与接收外，还能加快正常/异常信号的传送接收操作，从而增进整个串接式网络电力控制系统的运作效率。
以太网络连接端口508可另外与一计算机连接，系统管理员通过对计算机的操作便能进行软件/韧体程序的修改与补正。前端处理器500可另外包含有一液晶显示器(LCD)511与RS232连接端口509电连接，用来显示该前端处理器500的工作状态。
相比于现有技术，本发明的分时多任务串接式网络电力控制系统，能在可接受的时间延迟范围内将系统的实体分布距离扩展到更远的范围，还可通过原先仅用来传送实时控制数据的光纤的剩余频宽来传送与接收正常/异常信号。通过软件/韧体程序的设计，这些正常/异常信号将通过各个可能的电力受控站台的中继传送，并经过一最短光纤路径回传到控制中心，以通知控制中心是否有一异常状况的发生。如此，将可省下现有技术中各电力受控站台之间另外的光纤与光电转换器的设置，从而可大幅降低整个网络系统的建造成本。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。