| Dokumentenidentifikation |
EP1239600 27.12.2007 |
| EP-Veröffentlichungsnummer |
0001239600 |
| Titel |
Drahtloses Kommunikationssystem mit Wellenleiter |
| Anmelder |
ABB Research Ltd., Zürich, CH |
| Erfinder |
Lehmann, Josef, 79762 Waldshut-Tiengen, DE; Sabbattini, Bruno, 5430 Wettingen, CH; Deck, Bernhard, 79809 Weilheim, DE; Rudolf, Paul, CH-5234 Villigen, CH |
| Vertreter |
derzeit kein Vertreter bestellt |
| DE-Aktenzeichen |
60131365 |
| Vertragsstaaten |
AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR |
| Sprache des Dokument |
EN |
| EP-Anmeldetag |
07.03.2001 |
| EP-Aktenzeichen |
018102335 |
| EP-Offenlegungsdatum |
11.09.2002 |
| EP date of grant |
14.11.2007 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
27.12.2007 |
| IPC-Hauptklasse |
H04B 3/52(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
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| Beschreibung[en] |
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Field of the Invention
The invention relates to the field of substation automation,
control and monitoring. It relates to a substation with a communication device for
transmitting signals between a control unit of the substation and a control unit
of a bay of said substation and it further relates to a method for transmitting
a signal between a control unit of a substation and control units of bay elements
of said substation.
Background of the Invention
The main function of an electrical substation Is to transfer
and transform electrical power. A typical substation comprises a control unit and
one or several bays consisting of one or several bay elements.
The substation control unit usually comprises a control
room from where a person can monitor and control the substation.
The bays usually comprise bay elements such as disconnectors,
circuit breakers, transformers etc. These bay elements are called primary appliances.
On a single bay several different or similar primary appliances can be installed.
Such primary appliances are connected to a control unit, which regulates, controls
and monitors the primary appliances.
For controlling and monitoring purposes, the control units
of the bay elements have signal network connections between each other and to the
substation control unit, via which e.g. signals from the control units and real-time
data of the primary appliances are transmitted. Control units also may have communications
interfaces to which a service computer can be connected and via which service-relevant
status data and measurement data are transmitted. The communications interfaces
are used to allow a service computer to be connected to the controller in the event
of a fault or during maintenance of the primary appliances. Data stored in the controller
can then be read out by means of the service computer in order, for example, to
determine the cause of a fault, or in order to analyze a state of the primary appliances.
High currents and voltages cause interference and electromagnetic
noise in the vicinity of the substation. The low level signal connections between
the control units need special attention regarding electromagnetic shielding against
said noise.
Fiber optics are secure in terms of interference and therefore
often used for communication purposes within substation. Besides their resistance
against electromagnetic interference fiber optics have the advantage of being electrical
nonconductive. There is therefore no direct electric connection between two devices
connected by fiber optics. The disadvantage of fiber optic signal connections is
their complicated handling and the fact that a party line (bus) is hard to implement
with fiber optics only. This means that for every bay of a substation or even for
each bay element with its own control unit a dedicated fiber is needed, leading
to an immense bay wiring effort.
The invention relates to such a substation and substation
communication system, as described above and as is disclosed in the article by
G. Schett et al., "Die intelligente GIS - grundlegender Wandel in der Kombination
von Primär- und Sekundärtechnik", ABB Technik, Ausgabe 8/1996, S.4-14
. The data lines needed for the control and communication technology are
made of conductive wires and/or of fiber-optic connections. For redundancy purposes
doubled data lines can be provided.
Wireless Local Area Networks (WLAN) as e.g. described by
the IEEE 802.11 standard use e.g. electromagnetic radio frequency waves, to communicate
information from one point to another without relying on any physical connection.
Radio frequency waves are often referred to as radio carriers because they simply
perform the function of delivering energy to a remote receiver. The data being transmitted
is superimposed on the radio carrier so that it can be accurately extracted at the
receiving end. This is generally referred to as modulation of the carrier by the
information being transmitted. Once data is modulated onto the radio carrier, the
radio signal occupies more than a single frequency, since the frequency or bit rate
of the modulating information adds to the carrier.
In a typical WLAN configuration, a transmitter/ receiver
(transceiver) device, called an access point, connects to a server or a wired network.
At a minimum the access point receives, buffers, and transmits data between the
WLAN and the server or the wired network infrastructure. Other components access
the WLAN through WLAN-adapters. These adapters provide an interface between the
components operating system and the airwaves via an antenna.
Signal connections and networks via radio frequency system
give a maximum of flexibility and reduce the costs for wiring. State of the art
radio frequency systems like Bluetooth, Wireless LAN or DECT allow short-range,
point-to-multipoint data transfer. Their nominal link ranges are from 10 cm to 10
meters, but can be extended to 100 meters by increasing the transmit power.
But common radio frequency systems still have a rather
low reliability caused by general-purpose interference. Manufactures of such systems
try to increase the system availability and reliability by using intelligent modulation
and coding systems (e.g. FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) or DSSS (Direct
Sequence Spread Spectrum)).
Nevertheless, transmission of critical signals in the presence
of severe interference, as it can appear in a substation, via radio frequency systems
is still not generally accepted.
In the
WO 94/14252
a communication system is described, in which the transmission of electromagnetic
waves in the interior of buildings is shielded against in-building radio interference.
For this purpose several rectangular waveguide segments are connected together to
form an enclosed transmission medium. A plurality of transceiver devices are coupled
to the transmission medium for in-coupling and out-coupling of radio waves. The
waveguide segments are integrated into modular fumishing, such as partitioning walls,
desks, tables and cabinets.
In the
JP 10266629
radiocommunication with the same frequency is practiced inside a building
by partitioning the building into rooms that are shielded electromagnetically. Several
such rooms are connected together by means of a waveguide to form a zone.
Summary of the invention
One object of the invention is therefore to provide a substation
with an improved and simplified communication device for transmitting signals between
control units of the substation and to provide an improved and simplified method
for transmitting a signal between control units of a substation.
This object is achieved by a communication device, together
with a method having the features of patent claims 1 and 17, respectively.
In one embodiment, the present invention is a substation
with a communication device comprising a first transceiver with an antenna for sending/
receiving radio frequency signals connected to the substation control unit, second
transceivers with antennas for sending/receiving radio frequency waves connected
to the bay element control units and a waveguide for transmitting said radio frequency
waves enclosing the antennas of said first and second transceivers. The waveguide
shields said radio frequency waves from interference in the vicinity of the substation,
and also shields, or at least attenuates, the environment from electromagnetic emissions
caused by the sender. This allows to even increase transmission power beyond levels
that are normally used for non guided applications, or to use frequencies out of
normal bands and therefore an increased bandwith can be used.
Since several bays or bay elements are usually physically
side by side their control units can easily be connected by one waveguide enclosing
the several antennas. With very little effort a wireless party line (bus) can be
realised. Also, additional bays or bay elements can be added to the party line by
simply extending the waveguide. No extra wiring is needed. The wave guide can be
an integral part of a bay or of a bay element, so the party line can be extended,
by just placing the bay or the bay element in the right place.
Best shielding against interferece is achieved with a tubular
wave guide with a rectangular profile. On one side of the rectangular profile the
wave guide has an opening through which the antennas are stuck into the interior
of the wave guide. On both sides of the opening radiation protections are designed
to improve shielding and reduce radiation. The radiation protections are preferably
longer than the lengths of the opening in order to minimise radiation.
In another embodiment, the present invention is a method
to transmit the signals between the control unit of the substation and the control
units of a bay or of a bay element. Said signal is first frequency modulated in
the first transceiving device, is sent into the wave guide as a radio frequency
wave, and is then received by the second transceiving device, in which the control
signal is converted back into an electrical signal, which is then finally processed
by said bay control unit.
Brief description of the Drawing
Details and advantages of the present invention will become
more fully apparent from the following description, the claims and the accompanying
drawing in which
- Fig. 1
- shows a part of a substation with switchgear bay elements and a communication
device with transceiver devices according to the invention, and
- Figs. 2 a/ b
- show an enlarged view of two transceiver devices according to Fig. 1.
Description of preferred embodiments
Fig. 1 shows a possible embodiment of a part of a substation
with three bay elements 1 that are located on a bay and a substation control unit
4. The switchgear devices 2 are connected to the three phases of a primary transmission
line 10 and a secondary transmission line 11. Instead of switchgear devices, other
so called primary appliances like transformers could be installed on the bays. The
primary appliances need not to be the same on all the bays and the number of bays
or bay elements is in no way limited to three or less.
Each of the bay elements 1 has a control unit 3 to control
and monitor the primary appliances. The bay element control units usually comprise
a processor unit, a memory for storage of monitoring data and some kind of an interface,
e.g. for maintenance purposes, and/or a protection relay
The substation control unit 4 comprises a computer-based
server (and/or protection relay), which is network connected to the bay element
control units 3 in order to exchange data and control signals. Connected to the
server of the substation control unit as shown in Fig 2 b is a transceiving device
7, which serves as the access point of a wireless network. Attached to the access
point is an antenna 9 for sending electromagnetic radio waves with superimposed
data signals.
The bay element control unit 3 is connected to an other
transceiving device 6 with an antenna 9 as shown in Fig. 2 a for sending and receiving
control and real-time monitoring data signals. This transceiving device 6 is a wireless
network adapter that serves as an interface between the airwaves and the bay element
control units processor unit.
In order to shield the transmitted signals against interference
12 a waveguide 5 is connecting the antennas 9 of the transceiving devices 6 and
7 The waveguide has basically a tubular shape with a rectangular profile. On one
side the waveguide 5 has an opening through which the antennas of the transceiving
devices 6 and 7 are stuck into On both sides of the opening radiation protections
are arranged. The length t of the radiation protections is longer than the length
s of the opening in order to keep the radiation on a negligible low level.
The waveguide 5 is mounted onto the control units with
holders 8 as shown in Figs 2 a and 2 b
In most cases the waveguide connects bay element control
units that are physically side by side. Even if the control units are not 100 per
cent in line or there is some displacement between the dedicated devices it is possible
to communicate in a reliable way. The wave guide needs to have no complicated design
and is very easy to install.
Any electromagnetic shielding material can be chosen for
the wave guide, eg aluminum or copper.
Reliable waveguides for a broad band of frequencies can
be designed.
Typical values of such a waveguide are
width a of waveguide
=
0.1 m
height b of waveguide
=
0 05 m
length s of opening
=
0.03 m
Frequency
=
2-3 GHz
Attenuation
=
14 dB/km
Coupling Attenuation
=
4-6 dB
Material
=
Aluminum Profile
The waveguide 5 not only keeps interference out but it
also makes sure the radio wave does not or only to a very limited extend propagate
outside the waveguide. Therefore basically all frequencies that physically make
sense can be used for this kind of communication, particularly others than the very
narrow unlicensed 24 GHz frequency band which is used for state of the art WLAN
systems. By using two or more different frequencies very high data rates can be
achieved without having to somehow split a frequency in one way or another.
One possible setup could e.g. comprise transmission of
real time data at 2 GHz, synchronisation impulses at 2.5 GHz and the normal monitoring
data at 2.4 GHz.
By using more than just one frequency at the same time
a very good real time synchronization is achieved along with a high redundancy.
The communication device according to the invention is
simple to extend to additional bays or bay elements without any inter bay wiring.
Thanks to the state of the art wireless network protocols
high bandwidth communication party lines (buses) can easily be implemented.
Any state of the art or upcoming commercial wireless standard
technology can be used in the communication device according to this invention.
While in Highvoltage-Substations communication between
bay element control units of different elements of a bay (intra-bay) is necessary,
in Middlevoltage-Stibstation this communication can be reduced to bay-to-bay (inter-bay)
communication between bay control units and the substation control unit
List of Reference Signs
- 1
- Switchgear bay element
- 2
- Switchgear
- 3
- bay element control unit
- 4
- substation control unit
- 5
- wave guide
- 6
- transceiver, WLAN-adapter
- 7
- transceiver, WLAN access point
- 8
- mounting device, holder
- 9
- antenna
- 10, 11
- power lines
- 12
- electromagnetic noise, interference
- a, b, s, t
- Dimensions
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| Anspruch[de] |
|
Mittel- oder Hochspannungs-Unterstation mit folgendem:
- mindestens einem Feldelement (1) mit mindestens einem Primärgerät
(2) und einer Feldelement-Steuereinheit (3),
- eine Unterstations-Steuereinheit (4), und
- eine Kommunikationsvorrichtung,
wobei die Kommunikationsvorrichtung folgendes umfaßt
- eine mit der Unterstations-Steuereinheit (4) verbundene erste Sende-/Empfangsvorrichtung
(7),
- eine mit der Feldelement-Steuereinheit (3) verbundene zweite Sende-/Empfangsvorrichtung
(6), und
- die ersten und zweiten Sende-/Empfangsvorrichtungen verbindende Signalübertragungsmittel
(5),
dadurch gekennzeichnet, daß
- die erste (7) und zweite (6) Sende-/Empfangsvorrichtung Hochfrequenz-Modulations/Demodulationsvorrichtungen
(7, 6) zum Aufmodulieren eines elektrischen Signals auf/Demodulieren eines elektrischen
Signals von einer Hochfrequenzwelle,
- die erste (7) und zweite (6) Sende-/Empfangsvorrichtung Antennen (9)
zum Übertragen und/oder Empfangen von Hochfrequenzwellen umfaßt,
- das Signalübertragungsmittel eine Wellenleiter (5)-Vorrichtung
zum Übertragen der Hochfrequenzwellen umfaßt und die Wellenleitervorrichtung
(5) die Antennen (9) der ersten und zweiten Sende-/Empfangsvorrichtungen (7, 6)
so umschließt, daß der Wellenleiter (5) die Hochfrequenzwellen gegen Störungen
in der Nähe der Unterstation abschirmt und auch die Umgebung gegen durch die
Sende-/Empfangsvorrichtungen (7, 6) verursachte elektromagnetische Abstrahlungen
abschirmt.
Unterstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Unterstation mindestens zwei Feldelemente (1) mit einer Steuereinheit
(3) und eine zweite Sende-/Empfangsvorrichtung (6) mit einer Antenne (9) umfaßt
und daß
- die Antennen (9) der ersten Sende-/Empfangsvorrichtung (7) und die
Antennen (9) der mindestens zwei zweiten Sende-/Empfangsvorrichtungen (6) durch
den einen Wellenleiter (5) umschlossen sind.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Sendeleistung über die Pegel hinaus erhöht wird, die
normalerweise für nichtgeleitete Anwendungen benutzt werden oder
- Hochfrequenzen außerhalb normaler Bänder benutzt werden
können.
Unterstationen nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Wellenleiter (5) grundlegend eine Röhrenform mit rechteckigem
Profil aufweist und
- der Wellenleiter (5) an einer Seite eine Öffnung besitzt, durch
die die Antennen (9) der Sende-/Empfangsvorrichtungen (7, 6) in das innere des rechteckigen
Teils des Wellenleiters (5) gesteckt werden.
Unterstation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Wellenleiter (5) zwei erste entgegengesetzte Seiten und zwei zweite
entgegengesetzte Seiten aufweist, und
- eine der ersten entgegengesetzten Seiten die Öffnungen mit zwei
entgegengesetzten vorstehenden Strahlungsschutzvorrichtungen aufweist, wobei die
Strahlungsschutzvorrichtungen parallel zu den zwei zweiten entgegengesetzten Seiten
sind.
Unterstation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Länge (t) der Strahlungsschutzvorrichtungen länger als
die Länge (s) der Öffnung ist.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Wellenleiter (5) eine Breite von 0,1 m, eine Höhe von 0,05
m, eine Öffnungsbreite von 0,03 m aufweist und aus Aluminium besteht, und
- eine Frequenz zwischen 2 GHz und 3 GHz benutzt wird.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- zwei oder mehr unterschiedliche Frequenzen benutzt werden, um sehr
hohe Datenraten zu erreichen, und
- daß insbesondere die Übertragung von Echtzeitdaten mit 2
GHz durchgeführt wird, Synchronimpulse mit 2,5 GHz übertragen werden und
Überwachungsdaten mit 2,4 GHz übertragen werden.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- Protokolle des drahtlosen Netzes zum Implementieren eines Kommunikationsbusses
mit hoher Bandbreite benutzt werden, oder
- kommerzielle Technik des drahtlosen Standards benutzt wird.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- mehrere Felder oder Feldelemente (1) physikalisch nebeneinander angeordnet
sind und ihre Steuereinheiten (4) durch einen Wellenleiter (5) verbunden sind, der
die Antennen (9) einschließt, um einen drahtlosen Bus zu realisieren, und
- daß insbesondere zusätzliche Felder oder Feldelemente (1)
durch Verlängern des Wellenleiters (5) zum Bus hinzugefügt werden können.
Unterstation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Wellenleiter (5) ein integraler Teil eines Feldes oder eines Feldelements
(1) ist, so daß der Bus verlängert werden kann, indem das Feld oder das
Feldelement (1) einfach an die richtige Stelle gesetzt wird.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Wellenleiter (5) mit Haltern (8) an den Steuereinheiten (3, 4)
befestigt ist.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Wellenleiter (5) aus elektromagnetischem Abschirmmaterial besteht,
insbesondere aus Aluminium oder Kupfer.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Feldelement-Steuereinheit (3) eine Prozessoreinheit, einen Speicher
zur Speicherung von Überwachungsdaten und eine Schnittstelle, insbesondere
für Wartung, und/oder ein Schutzrelais umfaßt und
- die Unterstations-Steuereinheit (4) einen rechnerbasierenden Server
und/oder ein Schutzrelais umfaßt, das mit den Feldelement-Steuereinheiten (3)
im Netz verbunden ist, um Daten und Steuersignale auszutauschen.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die erste Sende-/Empfangsvorrichtung (7) mit dem Server der Unterstations-Steuereinheit
(4) verbunden ist, und als Zugangspunkt des drahtlosen Netzes dient, und an den
Zugangspunkt einer Antenne (9) zum Senden von elektromagnetischen Funkwellen mit
überlagerten Datensignalen angeschlossen ist, und
- die Feldelement-Steuereinheit (3) mit der zweiten Sende-/Empfangsvorrichtung
(6) mit einer Antenne (9) zum Senden und Empfangen von Steuerungs- und Echtzeitüberwachungssignalen
verbunden ist, wobei diese zweite Sende-/Empfangsvorrichtung (6) ein drahtloser
Netzadapter ist, der als Schnittstelle zwischen den Funkwellen und der Prozessoreinheit
der Feldelement-Steuereinheit (3) dient.
Unterstation nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Unterstation eine Hochspannungs-Unterstation ist und eine feldinterne
Kommunikation zwischen Feldelement-Steuereinheiten (3) unterschiedlicher Feldelemente
(1) bewirkt wird, oder
- die Unterstation eine Mittelspannungs-Unterstation ist und eine Kommunikation
zwischen Feldelement-Steuereinheiten (3) und der Unterstations-Steuereinheiten (4)
bewirkt wird.
Verfahren zum Übertragen eines Signals zwischen einer ersten und
einer zweiten Steuereinheit (3, 4), wobei die Steuereinheiten (3, 4) die Steuereinheit
einer Unterstation (4) und/oder die Steuereinheiten (3) von Feldelementen (1) der
Unterstation sind, dadurch gekennzeichnet, daß Signalübertragungsmittel
(5) benutzt werden, die eine Wellenleiter (5)-Vorrichtung zum Übertragen von
Hochfrequenzwellen benutzen, und die Wellenleitervorrichtung (5) Antennen (9) der
ersten und zweiten Sende-/Empfangsvorrichtung (7, 6) einschließt, so daß
der Wellenleiter (5) Hochfrequenzwellen gegen Störungen in der Nähe der
Unterstation abschirmt und auch die Umgebung gegen durch die Sende-/Empfangsvorrichtungen
(7, 6) verursachten elektromagnetischen Abstrahlungen abschirmt, wobei
- das elektrische Signal in einer ersten Sende-/Empfangsvorrichtung
(7, 6) moduliert wird, die mit einer ersten Steuereinheit (3, 4) verbunden ist,
- das Signal dann als modulierte elektromagnetische Welle von der Antenne
(9) der ersten Sende-/Empfangsvorrichtung (7, 6) in den Wellenleiter (5) gesendet
wird,
- die modulierte elektromagnetische Welle dann von der Antenne (9) der
zweiten Sende-/Empfangsvorrichtung (7, 6) empfangen wird, die mit einer zweiten
Steuereinheit (4, 3) verbunden ist.
- die elektromagnetische Welle dann wieder in ein elektrisches Signal
umgewandelt wird, und
- das umgewandelte elektrische Signal dann von der zweiten Steuereinheit
(4, 3) verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei
- die Sendeleistung zwischen den Sende-/Empfangsvorrichtungen (7, 6)
über die Pegel hinaus erhöht wird, die normalerweise für nichtgeleitete
Anwendungen benutzt werden, oder
- Hochfrequenzen außerhalb normaler Bänder benutzt werden.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 17-18, wobei
- zwei oder mehr unterschiedliche Frequenzen benutzt werden, um sehr
hohe Datenraten zu erreichen, und
- insbesondere die Übertragung von Echtzeitdaten mit 2 GHz durchgeführt
wird, Synchronimpulse mit 2,5 GHz übertragen werden und Überwachungsdaten
mit 2,4 GHz übertragen werden.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 17-19, wobei
- Protokolle drahtloser Netze zum Implementieren eines Kommunikationsbusses
mit hoher Bandbreite benutzt werden, oder
- kommerzielle Technik des drahtlosen Standards benutzt wird.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 17-20, wobei
- mehrere Felder oder Feldelemente (1) physikalisch nebeneinander angeordnet
sind und ihre Steuereinheiten (4) durch einen die Antennen (9) umschließenden
Wellenleiter (5) verbunden sind, um einen drahtlosen Bus zu realisieren, und
- zusätzliche Felder oder Feldelemente (1) durch Verlängern
des Wellenleiters (5) zum Bus hinzugefügt werden können.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei
- der Wellenleiter (5) ein integraler Teil eines Feldes oder eines Feldelements
(1) ist, so daß der Bus verlängert werden kann, indem das Feld oder das
Feldelement (1) einfach an die richtige Stelle gesetzt wird.
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| Anspruch[en] |
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Medium- or high-voltage Substation, comprising:
- at least one bay element (1) with at least one primary appliance (2)
and a bay element control unit (3),
- a substation control unit (4), and
- a communication device,
said communication device comprising
- a first transceiving device (7) connected to the substation control
unit (4),
- a second transceiving device (6) connected to the bay element control
unit (3), and
- signal transmission means (5) connecting said first and second transceiving
devices,
characterized in that
- said first (7) and said second (6) transceiving devices are radio
frequency modulating/demodulating devices (7, 6) for modulating an electrical signal
onto/demodulating an electrical signal from a radio frequency wave,
- said first (7) and said second (6) transceiving devices comprise antennas
(9) for transmitting and/ or receiving radio frequency waves,
- said signal transmission means comprise a waveguide (5) device for
transmitting said radio frequency waves, and said waveguide device (5) encloses
said antennas (9) of said first and second transceiving devices (7, 6) such that
the waveguide (5) shields said radio frequency waves from interference in the vicinity
of the substation and also shields the environment from electromagnetic emissions
caused by the transceiving devices (7, 6).
The substation as claimed In Claim 1, characterized in that
- said substation comprises at least two bay elements (1) with a control
unit (3) and a second transceiving device (6) with an antenna (9), and that
the antennas (9) of said one frist transceiving device (7) and the antennas (9)
of said at least two second transceiving devices (6) are enclosed by said one waveguide
(5).
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- the transmission power is increased beyond the levels that are normally
used for non-guided applications, or
- radio frequencies out of normal bands can be used.
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- said waveguide (5) has a basically tubular shape with a rectangular
profile and
- on one side the waveguide (5) has an opening through which the antennas
(9) of the transceiving devices (7, 6) are stuck into the interior of the rectangular
part of said waveguide (5).
The substation as claimed in Claim 4, characterized in that
- said waveguide (5) has two first opposite sides and two second opposite
sides, and
- one of said first opposite sides has the opening with two opposite
protruding radiation protections, said radiation protections being parallel to said
two second opposite sides.
The substation as claimed in Claim 5. characterized in that
- the length (t) of said radiation protections is longer than the length
(s) of said opening.
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- the waveguide (5) has a width of 0.1 m, a height of 0.05 m. an opening
width of 0.03 m and is made of Aluminum, and
- a frequency between 2 GHz and 3 GHz is used.
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- two or more different frequencies are used in order to achieve very
high data rates, and
- in particular that transmission of real time data is performed at
2 GHz, synchronization impulses are transmitted at 2.5 GHz and monitoring data are
transmitted at 2.4 GHz.
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- wireless network protocols are used to implement a high bandwidth
communication bus, or
- commercial wireless standard technology is used.
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- several bays or bay elements (1) are arranged physically side by side,
and their control units (4) are connected by one waveguide (5) enclosing the antennas
(9) in order to realize a wireless bus and
- in particular that additional bays or bay elements (1) can be added
to the bus by extending the waveguide (5).
The substation as claimed in Claim 10, characterized in that
- the waveguide (5) is an integral part of a bay or of a bay element
(1) such that the bus can be extended by just placing the bay or the bay element
(1) in the right place.
The substation as claimed In any of the preceding Claims,
characterized in that
- the waveguide (5) is mounted onto the control units (3, 4) with holders
(8).
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- said waveguide (5) is made of electromagnetic shielding material,
in particular of aluminum or copper.
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- the bay element control unit (3) comprises a processor unit, a memory
for storage of monitoring data and an interface, in particular for maintenance,
and/or a protection relay, and
- the substation control unit (4) comprises a computer-based server
and/or protection relay, which is network-connected to the bay element control units
(3) in order to exchange data and control signals.
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- the first transceiving device (7) is connected to the server of the
substation control unit (4) and serves as the access point of the wireless network,
and attached to the access point is an antenna (9) for sending electromagnetic radio
waves with superimposed data signals, and
- the bay element control unit (3) is connected to the second transceiving
device (6) with an antenna (9) for sending and receiving control and mal-time monitoring
data signals, this second transceiving device (6) being a wireless network adapter
that serves as an interface between the airwaves and the processor unit of the bay
element control unit (3).
The substation as claimed in any of the preceding Claims,
characterized in that
- the substation is a high-voltage substation and an intra-bay communication
is effected between bay element control units (3) of different bay elements (1)
or
- the substation is a medium-voltage substation and an inter-bay communication
is effected between bay element control units (3) and the substation control unit
(4).
A method for transmitting a signal between a first and a second control
unit (3,4), said control units (3, 4) being the control unit of a substation (4)
and/or the control units (3) of bay elements (1) of the substation, characterized
in that signal transmission means (5) are used that comprise a waveguide (5)
device for transmitting radio frequency waves, and said waveguide device (5) encloses
antennas (9) of first and second transceiving devices (7, 6) such that the waveguide
(5) shields said radio frequency waves from interference in the vicinity of the
substation and also shields the environment from electromagnetic emissions caused
by the transceiving devices (7, 6), wherein
- said electrical signal is modulated in a first transceiving device
(7, 6) which is connected to a first control unit (3, 4),
- said signal is then sent into the waveguide (5) as a modulated electromagnetic
wave by the antenna (9) of said first transceiving device (7, 6),
- said modulated electromagnetic wave is then received by the antenna
(9) of the second transceiving device (7, 6) which is connected to a second control
unit (4, 3),
- said electromagnetic wave is then converted back into an electrical
signal, and
- said converted electrical signal is then processed by the second control
unit (4, 3).
The method as claimed in Claim 17, wherein
- the transmission power between the transceiving devices (7, 6) is
increased beyond the levels that are normally used for non-guided applications,
or
- radio frequencies out of normal bands are used.
The method as claimed in any of the Claims 17-18, wherein
- two or more different frequencies are used in order to achieve very
high data rates, and
- in particular that transmission of real time data is performed at
2 GHz, synchronization impulses are transmitted at 2.5 GHz and monitoring data are
transmitted at 2.4 GHz.
The method as claimed in any of the Claims 17-19, wherein
- wireless network protocols are used to implement a high bandwidth
communication bus, or
- commercial wireless standard technology is used.
The method as claimed in any of the Claims 17-20, wherein
- several bays or bay elements (1) are arranged physically side by side,
and their control units (4) are connected by one waveguide (5) enclosing the antennas
(9) in order to realize a wireless bus and
- additional bays or bay elements (1) can be added to the bus by extending
the waveguide (5).
The method as claimed in Claim 21, wherein
- the waveguide (5) is an integral part of a bay or of a bay element
(1) such that the bus can be extended by just placing the bay or the bay element
(1) in the right place.
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| Anspruch[fr] |
Poste électrique à moyenne tension ou haute tension, comprenant
:
- au moins un élément de baie (1) avec au moins un appareil
primaire (2) et une unité de commande d'élément de baie (3),
- une unité de commande de poste électrique (4), et
- un dispositif de communication,
ledit dispositif de communication comprenant
- un premier dispositif d'émission-réception (7) connecté
à l'unité de commande de poste électrique (4),
- un second dispositif d'émission-réception (6) connecté
à l'unité de commande d'élément de baie (3), et
- des moyens de transmission de signaux (5) connectant lesdits premier
et second dispositifs d'émission-réception,
caractérisé en ce que
- ledit premier (7) et ledit second (6) dispositifs d'émission-réception
sont des dispositifs de modulation/démodulation de fréquence radio (7,
6) pour moduler un signal électrique dans/démoduler un signal électrique
à partir d'une onde de fréquence radio,
- ledit premier (7) et ledit second (6) dispositifs d'émission-réception
comprennent des antennes (9) pour transmettre et/ou recevoir des ondes de fréquences
radio,
- lesdits moyens de transmission de signaux comprennent un dispositif
de guide d'onde (5) pour transmettre lesdites ondes de fréquences radio, et
ledit dispositif de guide d'onde (5) enferme lesdites antennes (9) desdits premier
et second dispositifs d'émission-réception (7, 6) de telle sorte que le
guide d'onde (5) protège lesdites ondes de fréquences radio contre une
interférence dans le voisinage du poste électrique et protège également
l'environnement contre des émissions électromagnétiques provoquées
par les dispositifs d'émission-réception (7, 6).
Poste électrique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
- ledit poste électrique comprend au moins deux éléments
de baie (1) avec une unité de commande (3) et un second dispositif d'émission-réception
(6) avec une antenne (9), et que
- les antennes (9) dudit premier dispositif d'émission-réception
(7) et les antennes (9) desdits au moins deux seconds dispositifs d'émission-réception
(6) sont enfermées par ledit un guide d'onde (5).
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- la puissance d'émission est augmentée au-delà des niveaux
qui sont normalement utilisés pour des applications non guidées, et
- des fréquences radio en dehors des bandes normales peuvent être
utilisées.
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- ledit guide d'onde (5) a une forme essentiellement tubulaire avec
un profil rectangulaire et
- sur un côté, le guide d'onde (5) a une ouverture à
travers laquelle les antennes (9) des dispositifs d'émission-réception
(7, 6) sont coincées dans l'intérieur de la partie rectangulaire dudit
guide d'onde (5).
Poste électrique selon la revendication 4,
caractérisé en ce que
- ledit guide d'onde (5) a deux premiers côtés opposés
et deux seconds côtés opposés, et
- un desdits premiers côtés opposés a l'ouverture avec
deux protections contre le rayonnement, saillantes opposées, lesdites protections
contre le rayonnement étant parallèles auxdits deux seconds côtés
opposés.
Poste électrique selon la revendication 5,
caractérisé en ce que
- la longueur (t) desdites protections contre le rayonnement est supérieure
à la longueur (s) de ladite ouverture.
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- le guide d'onde (5) a une largeur de 0,1 m, une hauteur de 0,05 m,
une largeur d'ouverture de 0,03 m et est fait d'aluminium, et
- une fréquence entre 2 GHz et 3 GHz est utilisée.
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- deux fréquences différentes ou plus sont utilisées
pour obtenir des débits de données très élevés, et
- en particulier qu'une transmission de données en temps réel
est réalisée à 2 GHz, des impulsions de synchronisation sont transmises
à 2,5 GHz et des données de surveillance sont transmises à 2,4 GHz.
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- des protocoles de réseau sans fil sont utilisés pour mettre
en oeuvre un bus de communication à bande passante élevée, ou
- une technologie standard commerciale sans fil est utilisée.
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- plusieurs baies ou éléments de baie (1) sont agencé(e)s
physiquement côte à côte, et leurs unités de commande (4) sont
connectées par un guide d'onde (5) enfermant les antennes (9) pour réaliser
un bus sans fil et
- en particulier que des baies ou des éléments de baie (1)
peuvent être ajouté(e)s au bus par l'extension du guide d'onde (5).
Poste électrique selon la revendication 10,
caractérisé en ce que
- le guide d'onde (5) fait partie intégrante d'une baie ou d'un
élément de baie (1) de telle sorte que le bus peut être étendu
en plaçant juste la baie ou l'élément de baie (1) dans le bon endroit.
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- le guide d'onde (5) est monté sur les unités de commande
(3, 4) avec des supports (8).
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- ledit guide d'onde (5) est fait d'un matériau de protection électromagnétique,
en particulier d'aluminium ou de cuivre.
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- l'unité de commande d'élément de baie (3) comprend
une unité de processeur, une mémoire pour le stockage des données
de surveillance et une interface, en particulier pour la maintenance, et/ou un relais
de protection, et
- l'unité de commande de poste électrique (4) comprend un
serveur informatique et/ou un relais de protection, qui est connecté par réseau
aux unités de commande d'éléments de baie (3) pour échanger
des signaux de données et de commande.
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- le premier dispositif d'émission-réception (7) est connecté
au serveur de l'unité de commande de poste électrique (4) et fait office
de point d'accès au réseau sans fil, et il est rattaché au point
d'accès une antenne (9) pour envoyer des ondes radio électromagnétiques
avec des signaux de données superposés, et
- l'unité de commande d'élément de baie (3) est connectée
au second dispositif d'émission-réception (6) avec une antenne (9) pour
envoyer et recevoir des signaux de données de surveillance en temps réel
et de commande, ce second dispositif d'émission-réception (6) étant
un adaptateur de réseau sans fil qui fait office d'interface entre les ondes
aériennes et l'unité de processeur de l'unité de commande d'élément
de baie (3).
Poste électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
- le poste électrique est un poste électrique à haute
tension et une communication intra-baie est effectuée entre des unités
de commande d'éléments de baie (3) de différents éléments
de baie (1) ou
- le poste électrique est un poste électrique à moyenne
tension et une communication inter-baie est effectuée entre des unités
de commande d'éléments de baie (3) et l'unité de commande de poste
électrique (4).
Procédé de transmission d'un signal entre une première
et une seconde unités de commande (3, 4), lesdites unités de commande
(3,4) étant l'unité de commande d'un poste électrique (4) et/ou les
unités de commande (3) d'éléments de baie (1) du poste électrique,
caractérisé en ce que des moyens de transmission de signaux (5)
sont utilisés qui comprennent un dispositif de guide d'onde (5) pour transmettre
des ondes de fréquences radio, et ledit dispositif de guide d'onde (5) enferme
des antennes (9) des premier et second dispositifs d'émission-réception
(7, 6) de telle sorte que le guide d'onde (5) protège lesdites ondes de fréquences
radio contre une interférence dans le voisinage du poste électrique et
protège également l'environnement contre des émissions électromagnétiques
provoquées par les dispositifs d'émission-réception (7, 6), dans
lequel
- ledit signal électrique est modulé dans un premier dispositif
d'émission-réception (7, 6) qui est connecté à une première
unité de commande (3, 4),
- ledit signal est ensuite envoyé dans le guide d'onde (5) comme
une onde électromagnétique modulée par l'antenne (9) dudit premier
dispositif d'émission-réception (7, 6),
- ladite onde électromagnétique modulée est ensuite reçue
par l'antenne (9) du second dispositif d'émission-réception (7, 6) qui
est connecté à une seconde unité de commande (4, 3),
- ladite onde électromagnétique est ensuite reconvertie en
un signal électrique, et
- ledit signal électrique converti est ensuite traité par
la seconde unité de commande (4, 3).
Procédé selon la revendication de 17, dans lequel
- la puissance d'émission entre les dispositifs d'émission-réception
(7,6) est augmentée au-delà des niveaux qui sont normalement utilisés
pour des applications non guidées, ou
- des fréquences radio en dehors des bandes normales sont utilisées.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à
18, dans lequel
- deux fréquences différentes ou plus sont utilisées
pour obtenir des débits de données très élevés, et
- en particulier qu'une transmission de données en temps réel
est réalisée à 2 GHz, des impulsions de synchronisation sont transmises
à 2,5 GHz et des données de surveillance sont transmises à 2,4 GHz.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à
19, dans lequel
- des protocoles de réseau sans fil sont utilisés pour mettre
en oeuvre un bus de communication à bande passante élevée, ou
- une technologie standard commerciale sans fil est utilisée.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à
20, dans lequel
- plusieurs baies ou éléments de baie (1) sont agencé(e)s
physiquement côte à côte, et leurs unités de commande (4) sont
connectées par un guide d'onde (5) enfermant les antennes (9) pour réaliser
un bus sans fil et
- des baies additionnelles ou des éléments de baie additionnels
(1) peuvent être ajouté(e)s au bus par l'extension du guide d'onde (5).
Procédé selon la revendication 21, dans lequel
- le guide d'onde (5) fait partie intégrante d'une baie ou un élément
de baie (1) de telle sorte que le bus peut être étendu en plaçant
juste la baie ou l'élément de baie (1) dans le bon endroit.
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