CN100495858C - 输电线路光纤纵差保护传输数据采样和处理的方法 - Google Patents
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Abstract
输电线路光纤纵差保护传输数据采样和处理的方法，包括主机和从机侧的光纤纵差的信号进行处理；从机发送报文格式，传送的数据为未经计算处理的实时采样点数据和从机侧母线电压以及母线负序电压；主机发送从机纵差保护故障信息，从机侧同时报告保护信号：用于实现纵差保护两侧电压闭锁；Ia、Ib、Ic：从机侧三相电流采样点数据；主机接收从机发送的三相电流的采样数据，和本机的三相电流比较，计算三相差流；纵差保护采用分相式比率差动，并且根据线路故障的特点，采用两侧电压闭锁差动保护。
Description
技术领域
本发明涉及基于纳秒级精度同步采样控制和高速率数据传输技术，用于实现输电线路光纤纵差保护传输采样点原始数据和对采样原始数据处理。尤其是利用基于编、解码的同步采样控制和数据传输技术实现光纤纵差保护。
背景技术
目前现有的线路光纤纵差保护的数据传输和处理方法描述如下：
基于光纤通信的电流差动保护为线路的继电保护提供良好的解决方案。其关键技术在于解决线路两端通信问题，即如何同步采样，获得可靠的对侧数据，失去同步后如何调整等等。目前现有的线路光纤纵差保护同步技术一般基于采样时刻调整法或GPS同步法。采样时刻调整法同步采样精度控制在毫秒级，GPS同步法同步采样精度控制在微妙级。受同步采样精度和数据传输速率的限制，传输的电流数据为三相电流的复合电流或经富氏计算得到的电流向量r+lj。数据处理仅限于实现纵差保护和简单的数据监视。
现有的线路光纤纵差保护的数据传输和处理方法的不足之处：
1.由于同步采样精度低，只能传输三相电流的复合电流或经富氏计算得到的电流向量r+lj。传输实时采样原始数据的意义不大。
2.主机侧不能监视从机侧电流的相位，对于投运调试带来不便。
3.故障时，两侧装置录波功能只能录取各自的采样电流，对于故障分析带来困难。
4.对于通道造成的误码，只能监视，并且扔掉当前传送电流数据，无法纠错，使保护灵敏度降低。
发明内容
本发明的目的是：提出一种基于纳秒级同步采样控制和高速率数据传输技术，实现线路光纤纵差保护传输采样原始数据和对采样原始数据处理的方法。
本发明的技术解决方案是：输电线路光纤纵差保护传输数据采样和处理的方法，
从机发送报文格式，传送的数据为未经计算处理的实时采样点数据和从机侧母线电压以及母线负序电压；主机发送从机纵差保护故障信息，从机侧同时报告保护信号：包括同步状态：本机同步状态；Uab、Ubc、U2：从机侧母线电压幅值和母线负序电压幅值，用于实现纵差保护两侧电压闭锁；Ia、Ib、Ic：从机侧三相电流采样点数据；主机接收从机发送的三相电流的采样数据，和本机的三相电流比较，计算三相差流；纵差保护采用分相式比率差动，并且根据线路故障的特点，采用两侧电压闭锁差动保护。
本发明的主机发送报文格式：同一跳闸指令分原跳闸指令和取反跳闸指令在同一帧中发送，同时发送故障信息。
主机采用纠错接收的从机采样数据，处理本机采样和从机发送数据。
实现主机计算主机的电流电压和从机传送的三相电流的相位、幅值，并且实时显示。其特征是计算从机三相电流的幅值相位，并显示其幅值和相位。
实现故障时录取从机侧的三相电流。录波时，主机可以录取从机的三相电流。
实现主机监测到在两个周波内仅有一次误码产生时，采用平均值算法，对有误码数据进行纠错。其特征是在两个周波内仅有一次误码产生时，采用平均值算法，对有误码数据进行纠错。
快速识别故障光纤通道：根据主从机的同步状态，快速识别故障光纤通道。本发明工作基于这样的原理：对于主从式结构的系统，主机侧定时采样，从机侧受控于主机侧并回传采样数据；数据采样和数据传输的信道编码方式采用同步和数据双向传输，由主机的信道编码器启动数据传输脉冲，信道编码器数据传输脉冲中设有输出同步信号；从机使用此信号启动数据采样和数据传输；即在时刻Ts启动从机采样，在其余时段传输数据的；
输出同步信号是连续两个宽度th(如＝3/4T)表示帧同步开始的信号，并在随后的域中传送应用层数据。其中连续两个宽度th(如＝3/4T)表示帧同步开始的信号，宽度为t0(＝1/4T)脉冲表示逻辑0，其中宽度为t1(＝1/4T)脉冲表示逻辑1；th--同步信号tf--同步帧宽度 t0--逻辑0编码 t1--逻辑1编码，T--码元宽度Ts--同步时刻；从机在接到编码信号，从中恢复出同步信号DSYN和命令信息，并在DSYN的上升沿启动ADC采样，同时后启动编码器发送上一时刻采样数据。
由FPGA或CPLD构建出中断控制器，控制器的中断源包括解码器中断和ADC中断，可分别屏蔽。其中ADC中断发生在ADC转换结束且数据已被读入ADC控制器后。解码器中断发生在解码器将上一帧数据存入解码器的双口RAM中并且接收到新的同步信号之后。由FPGA或CPLD控制A/D采样，而同步采样控制信号由信道解码器输出，采样信号通过信道编码器附加同步控制信号后送至对侧解码器，实现同步信号恢复和数据解码。
LOCK为解码器接收到有效编码数据并锁定。
主机使用同步信号启动ADC并利用ESYN和DSYN计算信道延迟：
假设在传输过程中双向传输路径延迟一样，即
Δ2t＝t上行+t下行，取Δt＝(t上行+t下行)/2
在主机侧编码器启动时，利用ESYN启动计时器，利用解码器DSYN输出结束信道计时器，计时器的计数值即为信道延迟2Δt。
本发明特点是：提出了利用基于编、解码的同步采样控制和数据传输技术实现光纤纵差保护的方法。同步采样精度高，主机侧能监视从机侧电流的相位，便于投运调试带来不便。故障分析方便，并使保护灵敏度提高。本发明还具有下述优点：
1.从机每次采样完成后传输数据三相电流实时采样数据和从机侧母线电压以及母线负序电压。
2.在主机侧显示主机电压相位，主、从机电流相位，主、从机三相电流幅值，差流幅值。方便调试和运行中，监视差流和分析差流的产生原因。
3.故障启动录波，除录取主机侧信息外，还录取从机侧三相电流波形。方便分析故障过程和故障产生原因。
4.主机监测到在两个周波内仅有一次误码产生时，采用平均值算法，对有误码数据进行纠错。
5.实时监视同步状态，并根据主从机的同步状态快速识别故障光纤通道。
附图说明
图1是本发明主机中断处理流程图
图2是本发明主机发送报文格式
图3是本发明从机流程图
图4是本发明从机发送报文格式例子
图5是本发明采样示意图
具体实施方式
1.FPGA产生中断，主机响应中断，主机流程图如图1：
主机发送28个字节，主机发送报文格式如图2：
图2说明：同步状态：本机同步状态；远跳命令1、远跳命令2：主机发送跳闸命令给从机，远跳命令1为原跳闸命令，跳闸命令2为原跳闸命令取反发送，从机只有在远跳命令1和远跳命令2同时正确时才出口跳闸，可靠避免因误码导致从机误动；故障类型、测量类型、动作值：主机发送从机纵差保护故障信息，从机侧同时报告保护信号。
2.FPGA产生中断，从机响应中断，从机流程图3如下：
从机发送28个字节，从机发送报文格式如图4：图4说明：同步状态：本机同步状态；Uab、Ubc、U2：从机侧母线电压幅值和母线负序电压幅值，用于实现纵差保护两侧电压闭锁；Ia、Ib、Ic：从机侧三相电流采样点数据。
3.主机接收从机发送的三相电流的采样数据，和本机的三相电流比较，计算三相差流。纵差保护采用分相式比率差动，并且根据线路故障的特点，采用两侧电压闭锁差动保护。
4.主机接收的从机三相电流采样数据并计算其幅值、相位，并且实时显示。在调试和运行中，只需在主机侧观察主、从机电流的相位关系，就可以方便快捷的查出两侧产生差流的原因。
5.主机接收的从机数据和本机采样数据做同样处理。线路故障时，主机启动录波，除录取本机相关信息外，还录取从机侧电流，并可以在同一坐标下显示。方便快捷准确的分析故障时，两侧电流的变化。
6.对于主、从机，实时监测通道误码。基于从机传送的是实时采样数据，当主机监测到在在两个周波内仅有一次误码产生时，采用平均值算法，对有误码数据进行纠错。算法描述如图5：
其中：y2，y3，y4为一个周波内连续的三个采样点；y1为y4一个周波前对应的采样点。误码点为y4。
算法第一步通过微分确定误码点y4的位置：
设K1＝(y4-y3)/(t4-t3)，K2＝(y3-y2)/(t3-t2)。因为t4-t3＝t3-t2，并且只需要知道结果的正负，所以K1*K2＝(y4-y3)*(y3-y2)。而此时y4因为误码不确定，所以取一个周波前的y1来代替y4，即K1*K2＝(y1-y3)*(y3-y2)。
算法第二步根据误码点y4的位置确定纠错算法：
如果K1*K2>0，则y4在波峰至波谷或波谷至波峰的半个周波内。此时，y4＝2*y3-y2；
如果K1*K2<＝0，则y4在波峰或波谷后的一个点，此时y4＝y3。
7.对于住、从机，读取FPGA的同步信号，判断同步状态，并且实时显示。由于FPGA的同步信号由本机解码同步脉冲判断产生，光纤通道故障时，根据主从机的同步状态快速判断出哪条通道故障。为初期判断通道故障提供快捷方便的依据。具体为：如果本机同步状态为1(同步成功)，另一侧装置同步状态为0(同步失败)，则可以判断为本机发送端对应的光纤通道故障；如果本机同步状态为0(同步失败)，另一侧装置同步状态为1(同步成功)，则可以判断为本机接收端对应的光纤通道故障。
实施例：同步完成后，从机将本机本次采样点数据传送至主机，主机计算主机的电流电压和从机传送的三相电流的相位、幅值，并且实时显示，计算差流，保护采用分相式比率差动。故障时，启动录波录取主机信息和从机的三相电流数据。主机监测到在两个周波内仅有一次误码产生时，采用平均值算法，对有误码数据进行纠错。
Claims (3)
1.输电线路光纤纵差保护传输数据采样和处理的方法，包括对主机侧和从机侧的光纤纵差信号进行处理；其特征是从机发送报文格式，传送的数据为未经计算处理的实时采样点数据和从机侧母线电压以及母线负序电压；主机发送从机侧纵差保护故障信息、，从机侧同时报告保护信号；Uab、Ubc、U2：从机侧母线电压幅值和母线负序电压幅值，用于实现纵差保护两侧电压闭锁；Ia、Ib、Ic：从机侧三相电流采样点数据；主机接收从机发送的从机侧三相电流采样点数据，并和主机侧的三相电流比较，从而计算三相差流；纵差保护采用分相式比率差动，并且根据线路故障的特点，采用两侧电压闭锁差动保护；主机发送报文格式，同一跳闸指令分为原跳闸指令和取反跳闸指令，且在同一帧中发送；主机计算主机侧的电流、电压和从机传送的从机侧三相电流采样点数据的相位、幅值，并且实时显示；当主机监测到在两个周波内仅有一次误码产生时，采用平均值算法，对有误码数据进行纠错。
2.根据权利要求1所述的输电线路光纤纵差保护传输数据采样和处理的方法，其特征是当线路故障时主机录取从机侧的三相电流。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路光纤纵差保护传输数据采样和处理的方法，其特征是根据主机、从机的同步状态，快速识别故障光纤通道。
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| 光纤电流纵联差动保护在大同电网的运行分析. 孟智东.华北电力大学工程硕士专业学位论文，第3期. 2006 |
| 光纤电流纵联差动保护在大同电网的运行分析. 孟智东.华北电力大学工程硕士专业学位论文，第3期. 2006 * |
| 新型光纤纵差保护原理及装置的研究. 史泽兵.华中科技大学硕士学位论文，第5期. 2006 |
| 新型光纤纵差保护原理及装置的研究. 史泽兵.华中科技大学硕士学位论文，第5期. 2006 * |
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