TWI509926B

TWI509926B - Decentralized fault line automatic detection system and method

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Publication number: TWI509926B
Application number: TW103104248A
Authority: TW
Original assignee: Univ Ishou
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2015-11-21
Also published as: TW201532359A

Description

分散式分歧線故障自動偵測系統及方法

本發明是有關於一種偵測系統及方法，特別是指一種分散式分歧線故障自動偵測系統及方法。

習知一分歧線自動偵測系統包含一饋線自動化主裝置、複數個四路開關單元及複數個分歧線電路。每一四路開關單元電連接於該饋線自動化主裝置及多個分歧線電路之間，每一分歧線電路電連接多個負載。該饋線自動化主裝置可經由每一四路開關單元及其對應的分歧線電路供電予所電連接的負載。該饋線自動化主裝置持續偵測每一四路開關單元內的運作，當有分歧線電路發生故障時，該饋線自動化主裝置可得知發生故障的分歧線電路所對應的四路開關單元，並對電連接此四路開關單元的分歧線電路進行故障偵測、隔離及復電(Fault Detection Isolation and Restoration，FDIR)功能。

因此，習知控制每一分歧線電路的故障偵測、隔離及復電的方式具有以下缺點：

1.該分歧線自動偵測系統無法快速得知是否發生故障並對發生故障的分歧線電路進行FDIR。由於每一四路開關單元皆電連接該饋線自動化主裝置，導致當有分歧線電路發生故障時，該饋線自動化主裝置需藉由偵測每一四路開關單元內的運作才可得知發生故障的分歧線電路所對應的四路開關單元，並對電連接此四路開關單元的分歧線電路以人工方式進行FDIR，以致該分歧線自動偵測系統所需完成FDIR的時間延長。

2.程式軟體設計複雜。由於每一四路開關單元及分歧線電路皆由該饋線自動化主裝置偵測及控制，導致該饋線自動化主裝置之程式軟體的設計較複雜。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種可快速得知發生故障的分散式分歧線自動偵測系統。

於是本發明分散式分歧線自動偵測系統，包含K個停復電控制模組，K為正整數，K≧1，且每一停復電控制模組包括L個分歧線電路及M個串聯連接的第一控制電路，L、M為正整數，L、M≧1。

每一第一控制電路包括一第一四路開關單元及一第一偵測單元。

該第一四路開關單元電連接二個所對應的該分歧線電路，且該第一四路開關單元包括一第一斷路器及一保護電驛。

該第一斷路器電連接所對應的該分歧線電路，以傳遞一第一驅動電力至所對應的該分歧線電路，且受控制於導通與不導通間切換。

該保護電驛電連接所對應的該第一斷路器，以偵測來自該第一斷路器的該第一驅動電力之電流值是否大於一第一臨界電流值，當偵測結果為是時，則該保護電驛產生一第一控制信號，並輸出至其所對應的該第一斷路器，以使所對應的該第一斷路器不導通。

該第一偵測單元，電連接該第一四路開關單元，用以偵測該保護電驛是否產生該第一控制信號，以判斷該第一斷路器所對應的該分歧線電路是否有故障。

本發明之第二目的，即在提供一種可快速得知發生故障的分散式分歧線自動偵測方法。

該分散式分歧線自動偵測方法適用於一分散式分歧線故障自動偵測系統，該分散式分歧線故障自動偵測系統包含複數個第一偵測單元、第一四路開關單元及分歧線電路，每一第一四路開關單元電連接於各自所對應的該第一偵測單元與該等分歧線電路中的二個分歧線電路之間，每一第一四路開關單元包括一第一斷路器及一電連接該第一斷路器的保護電驛，該第一斷路器電連接所對應的該等分歧線電路中的一者，且該分散式分歧線自動偵測方法包含以下步驟：(A)利用每一保護電驛偵測來自所對應的該第一斷路器所傳遞的一第一驅動電力之電流值是否大於一第一臨界電流值；(B)當步驟(A)的偵測結果為是時，利用所對應之偵測結果為是的保護電驛產生一對應的第一控制信號，並輸出至其所對應的該第一斷路器，以使所對應的該第一斷路器不導通；及(C)利用每一第一偵測單元偵測各自所對應的該保護電驛是否產生該第一控制信號，以判斷每一第一斷路器各自所對應的該分歧線電路是否有故障。

1‧‧‧停復電控制模組

11‧‧‧第一控制電路

111‧‧‧第一四路開關單元

112‧‧‧第一偵測單元

113‧‧‧開關

114‧‧‧開關

115‧‧‧第一斷路器

116‧‧‧第二斷路器

117‧‧‧保護電驛

R‧‧‧共同接點

C1‧‧‧第一控制信號

C2‧‧‧第二控制信號

12‧‧‧第二控制電路

121‧‧‧第二四路開關單元

122‧‧‧第二偵測單元

123‧‧‧開關

124‧‧‧開關

125‧‧‧第一斷路器

126‧‧‧第二斷路器

127‧‧‧保護電驛

Q‧‧‧共同接點

C3‧‧‧第三控制信號

C4‧‧‧第四控制信號

13‧‧‧分歧線電路

131‧‧‧第一分站

132‧‧‧第二分站

133‧‧‧負載

134‧‧‧切換開關

P1‧‧‧第一導通路徑

P2‧‧‧第二導通路徑

P3‧‧‧第三導通路徑

2‧‧‧量測模組

3‧‧‧饋線自動化主裝置

4‧‧‧第一饋線端末模組

5‧‧‧第二饋線端末模組

60~69‧‧‧分歧線自動偵測步驟

f1、f2‧‧‧故障點

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一電路圖，說明本發明分散式分歧線自動偵測系統之一第一較佳實施例；圖2a、2b是一流程圖，說明該第一較佳實施例的一停復電控制模組執行一種分散式分歧線自動偵測方法；圖3a至圖3d是一電路圖，說明該第一較佳實施例的一保護電驛、二個第一分站，及一第二分站間的變化；圖4是一電路圖，說明該第一較佳實施例的一第一變形；圖5是一電路圖，說明該第一較佳實施例的一第二變形；及圖6是一電路圖，說明本發明分散式分歧線自動偵測系統之一第二較佳實施例。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

<第一較佳實施例>

參閱圖1，本發明分散式分歧線自動偵測系統之第一較佳實施例包含K個停復電控制模組1、一量測模組2、一饋線自動化主裝置3，及一第一與第二饋線端末模組4、5，K為正整數，且K≧1。在此實施例中，為方便說明，舉K=1為例，但不限於此。

每一停復電控制模組1包括M個串聯連接且各自具有一第一及第二輸出端的第一控制電路11、N個串聯連接且各自具有一第一及第二輸出端的第二控制電路12，及L個各自具有一第一與第二端及一第一與第二導通路徑P1、P2的分歧線電路13，其中M、N、L為正整數，M、N、L≧1。在此實施例中，M<N，L=2M，M=1，N=2，L=2，但不限於此。

每一第一控制電路11根據相關於一第一總驅動電力的驅動電力，於各自的該第一及第二輸出端分別傳遞出一第一及第二驅動電力。在此實施例中，每一第一控制電路11包括一第一四路開關單元111及一第一偵測單元112。

於每個第一控制電路11中，該第一四路開關單元111包括串聯連接的二個開關113、114、一第一及第二斷路器115、116，及一保護電驛117。每一開關113、114受控制於導通與不導通間切換。該第一及第二斷路器115、116分別具有一電連接該等開關113、114之一共同接點R的第一端，及一第二端，該第一及第二斷路器115、116的第二端分別作為所對應之該第一控制電路11的該第一及第二輸出端，以分別傳遞出該第一及第二驅動電力，且分別受控制於導通與不導通間切換。該保護電驛117電連接於該第一及第二斷路器115、116的第二端之間，以偵測來自該第一及第二斷路器115、116的該第一及第二驅動電力之電流值是否分別大於一第一及第二臨界電流值(即短路故障)，當偵測結果為是時，則該保護電驛117產生一第一及第二控制信號C1、C2，並分別輸出至其所對應的該第一及第二斷路器115、116，以使所對應的該第一及第二斷路器115、116不導通。

該第一偵測單元112電連接該第一四路開關單元111，用以偵測該保護電驛117是否產生該第一及第二控制信號C1、C2二者其中之一，以判斷是否有故障。

當M<N時，第一個第二控制電路12的第一輸出端及第N個第二控制電路12之第二輸出端分別電連接所對應之一分歧線單元(圖未示)，且第一至第N個第二控制電路12中的每一者根據相關於一第二總驅動電力的驅動電力，於對應者未電連接該分歧線單元的第一及第二輸出端分別產生一第三及第四驅動電力。在此實施例中，每一第二控制電路12包括一第二四路開關單元121及一第二偵測單元122，且第一及第二個第二控制電路12的該等第二四路開關單元121串聯連接，但不限於此。

於每個第二控制電路12中，該第二四路開關單元121包括串聯連接的二個開關123、124、一第一及第二斷路器125、126，及一保護電驛127。每一開關123、124 受控制於導通與不導通間切換。該第一及第二斷路器125、126分別具有一第一端，及一電連接該等開關123、124之一共同接點Q的第二端，該第一及第二斷路器125、126的第一端分別作為所對應之該第二控制電路12的該第一及第二輸出端，以分別傳遞出該第三及第四驅動電力，且分別受控制於導通與不導通間切換。該保護電驛127電連接於該第一及第二斷路器125、126的第一端之間，以偵測來自該第一及第二斷路器125、126的該第三及第四驅動電力之電流值是否分別大於一第三及第四臨界電流值，當偵測結果為是時，則該保護電驛127產生一第三及第四控制信號C3、C4，並分別輸出至其所對應的該第一及第二斷路器125、126，以使所對應的該第一及第二斷路器125、126不導通。

該第二偵測單元122電連接該第二四路開關單元121，用以偵測該保護電驛127是否產生該第三及第四控制信號C3、C4二者其中之一，以判斷是否有故障。

該L個分歧線電路13中，當M<N時，第2i-1個分歧線電路13的第一及第二端分別電連接第i個第一控制電路11之第一輸出端及第i個第二控制電路12之第二輸出端，以分別接收該第一及第四驅動電力，第2i個分歧線電路13的第一及第二端分別電連接第i個第一控制電路11之第二輸出端及第i+1個第二控制電路12之第一輸出端，以分別接收該第二及第三驅動電力，1≦i≦M，且每一分歧線電路13包括複數個導通的第一分站131、一不導通的第二分站132，及Y個負載133。在此實施例中，為方便說明，該等第一分站131數量為5，Y為正整數，Y≧1，Y=7，但不限於此。

於每個分歧線電路13中，每一分站131、132會持續產生一故障偵測信號，且包括一受控制於導通與不導通間切換的切換開關134，每一分歧線電路13中的第一端與對應者之該第二分站132間形成該第一導通路徑P1，每一分歧線電路13中的第二端與對應者之該第二分站132間形成該第二導通路徑P2。在此實施例中，舉第一個分歧線電路13之第四個分站作為該第二分站132(即一常開點)為例，但不限於此。

於每個分歧線電路13中，每一分歧線電路13中的第一及第Y個負載分別電連接對應者的該第一及第二端，第二至第Y-1個負載分別依序電連接各自所對應的相臨二個分站之間。每一分歧線電路13藉由其第一導通路徑P1將其該第一端所接收的該第一及第二驅動電力二者其中之一供應至所對應的負載133，每一分歧線電路13藉由其第二導通路徑P2將其該第二端所接收的該第三及第四驅動電力二者其中之一供應至所對應的負載133。

該量測模組2電連接每一停復電控制模組1，用以量測該停復電控制模組1，以產生一量測結果，並將該量測結果輸出至該饋線自動化主裝置3。

該饋線自動化主裝置3用以產生該第一及第二總驅動電力，且電連接該量測模組2以接收該量測結果，並根據該量測結果控制該等第一及第二偵測單元112、122。

該第一及第二饋線端末模組4、5分別電連接該饋線自動化主裝置3，以分別接收並傳遞該第一及第二總驅動電力。

於圖1中，參數f1表示一位於該第一分歧線電路13之該第一導通路徑P1的故障點。

配合參閱圖2a、2b及圖3a至圖3d，該分散式分歧線自動偵測系統中的每一第一及第二控制電路11、12皆可分別對該第一及第二導通路徑P1、P2執行一分散式分歧線自動偵測方法。在此實施例中，為方便說明，於圖3a至圖3d中以一開關作為該第一斷路器115，且舉第一個第一控制電路11對其所對應的該第一導通路徑P1執行該分散式分歧線自動偵測方法為例，但不限於此。該第一個第一控制電路11可根據該分散式分歧線自動偵測方法得知該第一個分歧線電路13是否有故障，以對該第一個分歧線電路13進行故障偵測、隔離及復電(Fault Detection Isolation and Restoration，FDIR)，該分散式分歧線自動偵測方法包含以下步驟：

步驟60：利用該保護電驛117偵測來自所對應的該第一斷路器115所傳遞的該第一驅動電力之電流值是否大於該第一臨界電流值，若是，則執行步驟61，若否，則重新執行步驟60。

步驟61：利用該保護電驛117產生該第一控制信號C1，並輸出至其所對應的該第一斷路器115，以使該第一斷路器115不導通(見圖3a)。

步驟62：利用該第一偵測單元112偵測該保護電驛117是否產生該第一控制信號C1，以判斷該第一斷路器115所對應的該分歧線電路13是否有故障，若是，則執行步驟63，若否，則重新執行步驟62。

步驟63：利用該第一偵測單元112根據該第一斷路器115不導通前該分歧線電路13中的每一分站131、132所產生的該故障偵測信號，判斷出該分歧線電路13中的該故障點f1的位置。

舉例來說，當該第一斷路器115不導通前，該第一與第二個第一分站131，及該第二分站132至第五個第一分站131各自所產生的該故障偵測信號相同，且該第二及第三個第一分站131各自所產生的該故障偵測信號不同時，該第一偵測單元112可根據每一分站131、132所產生的該等故障偵測信號判斷出該故障點f1的位置位於該第二及第三個第一分站131之間。

步驟64：若該故障點f1間隔該第二分站132至少一個該第一分站131，利用該第一偵測單元112，使相鄰所對應的該故障點f1的該二第一分站131中的該等切換開關134不導通(見圖3b)，此時電力檢測人員可即時對該故障點f1進行維修控制。

步驟65：利用該第一偵測單元112，使該第一斷路器115導通(見圖3c)。

步驟66：利用該第一偵測單元112，使該第二分站132的該切換開關134導通(見圖3d)。

步驟67：利用該量測模組2量測該故障點f1是否恢復正常，若是，則執行步驟68，若否，則重新執行步驟67。

舉例來說，該量測模組2量測相鄰該故障點f1的該二第一分站131間的一第三導通路徑P3是否可導電，以確認該故障點f1是否恢復正常。

步驟68：利用該量測模組2產生該量測結果，並輸出至該饋線自動化主裝置3。

步驟69：利用該饋線自動化主裝置3根據該量測結果控制該第一偵測單元112，使相鄰該故障點f1的該二第一分站131的該等切換開關134導通，並使該第二分站132的該切換開關134不導通。

此時，該第一分歧線電路13復原至原本的導通狀態(見圖1)。

因此，藉由上述該分散式分歧線自動偵測系統配合該分散式分歧線自動偵測方法，每一第一偵測單元112藉由偵測各自所對應的該第一四路開關單元111即可快速得知是否發生故障，並對發生故障的分歧線電路13進行FDIR。

參閱圖4，是該第一較佳實施例的一第一變形，該第一變形與該第一較佳實施例相似，二者不同之處在於：該第一變形中，M>N，L=2N，其中，M、N、L分別為該等第一與第二控制電路11、12及分歧線電路13的數量。在此實施例中，M=2，N=1，L=2，但不限於此。

當M>N時，該M個第一控制電路11中，第一個第一控制電路11的第一輸出端及第M個第一控制電路11的第二輸出端分別電連接所對應之一分歧線單元(圖未示)，且第一至第M個第一控制電路11中的每一者根據相關於該第一總驅動電力的驅動電力，於對應者未電連接該分歧線單元的第一及第二輸出端分別產生該第一及第二驅動電力。該N個第二控制電路12中，每一第二控制電路12根據相關於該第二總驅動電力的驅動電力，於各自的該第一及第二輸出端分別產生該第三及第四驅動電力。該L個分歧線電路13中，第2i-1個分歧線電路13的第一及第二端分別電連接第i個第一控制電路11之第二輸出端及第i個第二控制電路12之第一輸出端，以分別接收該第二及第三驅動電力，第2i個分歧線電路13的第一及第二端分別電連接第i+1個第一控制電路11之第一輸出端及第i個第二控制電路12之第二輸出端，以分別接收該第一及第四驅動電力，1≦i≦N。

在此實施例中，該第一變形的分散式分歧線自動偵測方法與該第一較佳實施例相似，於此不贅述。

參閱圖5，是該第一較佳實施例的一第二變形，該第二變形與該第一較佳實施例相似，二者不同之處在於：該第二變形中，M=N，L=2M-1。在此實施例中，M=N>1，M=2，N=2，L=3，但不限於此。

當M=N>1時，該M個第一控制電路11中，第一至第M-1個第一控制電路11中的每一者根據相關於該第一總驅動電力的驅動電力，於對應者的該第一及第二輸出端分別產生該第一及第二驅動電力，且第M個第一控制電路11根據相關於該第一總驅動電力的驅動電力，於其第一輸出端產生該第一驅動電力，且其第二輸出端電連接一分歧線單元(圖未示)。該N個第二控制電路12中，第一個第二控制電路12的第一輸出端電連接一分歧線單元(圖未示)，且其根據相關於該第二總驅動電力的驅動電力，於其第二輸出端產生該第四驅動電力，且第二至第N個第二控制電路12中的每一者根據相關於該第二總驅動電力的驅動電力，於對應者的該第一及第二輸出端分別產生該第三及第四驅動電力。該L個分歧線電路13中，第2i-1個分歧線電路13的第一及第二端分別電連接第i個第一控制電路11之第一輸出端及第i個第二控制電路12之第二輸出端，以分別接收該第一及第四驅動電力，第2i個分歧線電路13的第一及第二端分別電連接第i個第一控制電路11之第二輸出端及第i+1個第二控制電路12之第一輸出端，以分別接收該第二及第三驅動電力，1≦i≦N。

此外，當M=N=1，L=1時，該第一控制電路11根據相關於該第一總驅動電力的驅動電力，於其第一輸出端產生該第一驅動電力，且其第二輸出端電連接一分歧線單元(圖未示)。該第二控制電路12的第一輸出端電連接一分歧線單元(圖未示)，且其根據相關於該第二總驅動電力的驅動電力，於其第二輸出端產生該第四驅動電力。該分歧線電路13的第一及第二端分別電連接該第一控制電路11之第一輸出端及該第二控制電路12之第二輸出端，以分別接收該第一及第四驅動電力。

在此實施例中，該第二變形的分散式分歧線自動偵測方法與該第一較佳實施例相似，於此不贅述。

<第二較佳實施例>

參閱圖6，本發明分散式分歧線自動偵測系統之第二較佳實施例與該第一較佳實施例相似，二者不同之處在於：此實施例以一位於該第一分歧線電路13之該第二導通路徑P2的故障點f2取代該第一較佳實施例中的該故障點f1。

該第一個第二控制電路12可對該第一分歧線電路13進行FDIR，該第一個第二控制電路12所執行的分散式分歧線自動偵測方法與該第一較佳實施例相似，於此不贅述。

綜上所述，上述實施例具有以下優點：

1.該分散式分歧線自動偵測系統可快速得知是否發生故障並對發生故障的分歧線電路13進行FDIR。由於每一第一及第二四路開關單元111、121及分歧線電路13皆受控於對應者的該第一或第二偵測單元112、122，導致當有分歧線電路13發生故障時，每一第一或第二偵測單元112、122藉由偵測各自所對應的該第一或第二四路開關單元111、121即可得知是否發生故障，並對電連接此四路開關單元的分歧線電路13進行FDIR，以致該分散式分歧線自動偵測系統所需完成FDIR的時間減少。

2.程式軟體設計簡單。由於每一第一及第二四路開關單元111、121及分歧線電路13皆受控於對應者的該第一或第二控制電路11、12，並非如習知所有四路開關單元及分歧線電路13皆由該饋線自動化主裝置3控制，導致該饋線自動化主裝置3之程式軟體的設計較簡單。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。