CN101534002A - Et接入的光纤差动保护装置的数据同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ET接入的光纤差动保护装置的数据同步方法，包括以下步骤：1)将两侧ET二次变送延时作为整定值输入线路两侧保护装置；2)各侧MU以符合IEC60044－8标准的接口接入各自侧保护装置；3)每侧保护装置处理器内设一只计时器，用于记录每帧数据的接收与发送时刻；4)各侧装置计算出通道延时；5)计算与对侧采样点同步的本侧采样点时刻tmd；6)各侧装置从存储的本侧MU采样数据中，找到tmd时刻前后收到的两帧数据，通过插值计算得出一组采样值，即为所求的与在tmr时刻收到的对侧采样数据同步的本侧采样值。本发明可实现ET按IEC60044－7/8标准接口接入的线路光纤差动保护装置的两端数据同步。

Description

ET接入的光纤差动保护装置的数据同步方法

技术领域

本发明涉及一种电子式互感器(ET)接入的线路光纤差动保护装置的数据同步方法，属于电力系统继电保护领域。

背景技术

随着数字化变电站技术在电力系统逐步试点与推广，基于ET接入的各种数字化保护装置逐步被开发出来，在这些保护装置中，线路光纤差动保护装置是较为复杂的一种，因为它除了要解决数字化保护装置开发的共性问题外，还要解决两侧保护装置采样数据同步的问题。与传统光纤差动保护装置相比，ET接入的线路光纤差动保护存在以下困难：

(1)按照IEC60044-7/8标准制造的电子式互感器及其合并单元(MU)，不具备接收从保护装置到MU方向的控制命令(如采样时刻调整)的接口，以致目前广泛使用的通过调整采样时刻实现两侧数据同步的方法在ET接入的光纤差动保护装置中不能适用。

(2)线路一次电流经ET变换，再经合MU传送到保护装置的过程存在比较明显的延时，一般在几百微秒以上，甚至超过1毫秒。

(3)一侧先期投运ET的线路另一侧互感器仍然是传统互感器，光纤差动保护装置要能适应这种一侧是ET接入另一侧是传统互感器接入的情况。

由于以上几个方面的困难，在传统光纤差动保护装置中应用良好的数据同步方法将不能或不能直接应用于ET接入的光纤差动保护装置中。

使用全球定位系统GPS(Global Position System)为整个差动保护系统提供一个统一的高稳定的基准时钟，来实现采样数据的同步是一个简单直接的方法。IEC60044-8标准明确提到了该方法。在工程中，GPS也早已是厂站自动化系统的标准配置，设备基础是容易满足的。不过，采用GPS秒脉冲来同步两侧ET采样时刻的方法固然简单方便，但方法本身依赖于GPS，一向被继电保护专业认为降低了保护装置可靠性。另外，使用他国控制GPS系统，可能会受国际政治、军事关系的影响。

继电保护专业注重可靠性，保护装置的设计总是希望用尽可能少的设备、器件、外部条件来完成所需的功能。减少对外部设备的依赖从体系结构上减少了可能的故障点，对保证保护的可靠性有全局性的意义。本发明基于这一原则设计适用于ET接入的光纤差动保护的数据同步新方法。

解决ET接入的线路光纤差动保护装置数据同步问题的外部技术条件与基础包括：

(1)分别安装于两变电站中的保护装置之间的纵联光纤通信通道，未因数字化变电站技术的推广和应用而有太多变化，电力运行部门自建或租用的光纤通道，提供给线路差动保护用的通道及其路由双向延时是相等的，这跟传统光纤差动保护的数据同步方法的前提相同，在工程中也是完全能保证的。

(2)MU输出接口采用满足IEC60044-8标准规定的点对点或点对多点的串行接口时，ET的二次变送延时是稳定的，可测的。

(3)MU输出的标准帧格式中，包含有ET的额定延时时间，可以是2Ts、3Ts(Ts为采样周期)，对采用同步脉冲的MU，也可以为3ms(+10％-100％)。该延时时间给出了一次电流变送到MU的过程延时。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可直接应用于ET接入的光纤差动保护装置的两端数据同步方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于ET二次变送延时整定值和改进插值法的数据同步方法，其特征在于包括以下步骤(参见附图1)：

1)将本侧与对侧ET二次变送延时Te1、Te2作为整定值输入本侧保护装置与对侧保护装置；

2)各侧MU以符合IEC60044-8标准的接口，输出标准格式的采样数据报文到各自侧保护装置；

3)每侧保护装置处理器内设一只计时器(时钟)，用于记录从MU收到的每帧数据的接收时刻，以及向对侧保护装置发送数据、从对侧保护装置接收数据的时刻；

4)本侧保护装置在收到本侧MU送来的采样数据后，立即将其发送到对侧保护装置，同时记下该时刻tm1；对侧保护装置收到本侧数据后，并在收到同侧MU送来的一帧采样数据后立即回送一帧报文给本侧保护装置，回送延时记为Tm；回送报文中除包含最新收到的同侧MU送来的电压电流采样数据外还包括报文回送延时Tm；本侧保护装置收到返回报文时，记下收到时刻tmr，然后根据等腰梯形法计算出通道延时Td：

Td＝(tmr-tm1-Tm)/2                 (1)

5)本侧保护装置按下式计算与对侧采样点同步的本侧采样点时刻tmd：

tmd＝tmr-Td-ΔTe              (2)

式中，ΔTe＝Te2-Te1           (3)

6)本侧装置根据所存储的从本侧MU接收到的各帧采样数据的时刻，找到tmd前后收到的两帧数据，设该两时刻为tm1、tm2，相应的采样数据为A(m1)、A(m2)，然后按下(4)(5)式计算Ta、Tb：

Ta＝tmd-tm1                         (4)

Tb＝tm2-tmd                         (5)

按(6)式作一阶线性插值计算，得出一组电压电流采样值，

A(md)＝Tb*A(m1)/Ts+Ta*A(m2)/Ts      (6)

式中A(m1)、A(m2)分别为tm1、tm2两时刻从MU收到的各相电压或电流的采样值，Ts为ET的采样间隔时间，Ta为tmd与tm1时刻的时间差，Tb为tmd与tm2时刻的时间差，并且有Ts＝Ta+Tb；

按上式计算出的一组电压电流采样值就是所求的与在tmr时刻收到的对侧采样数据同步的本侧采样值，可与其对应的用于装置的差动保护计算；

7)对侧保护装置根据第4)、5)、6)步所述内容，按与本侧保护装置相同的处理方法，一样可以得到同步的采样数据，然后作差动保护计算。

本发明解决了ET按IEC60044-7/8标准接口接入的线路光纤差动保护装置的两端数据同步问题，达到了以下有益效果：数据同步过程与算法不依赖于除保护装置自身和MU之外任何其他设备，大大提高了继电保护的可靠性；数据同步过程不调整采样时刻，适应于ET标准规定的MU功能结构条件；对前文所提的线路一侧为ET另一侧为传统互感器接入保护装置的情况，装置中只要将传统互感器的二次变送延时整定为0即可解决。

附图说明

图1是本发明的数据同步过程示意图。

具体实施方式

下面首先结合附图1对本发明作进一步的说明。

图1中M1、M2、M3(N1、N2、N3)，代表本侧(对侧)ET的采样时刻，由于ET采样部分晶振的相对稳定性，它们在较长的时间内是等间隔的(M1、M2之间的间隔时间与N1、N2之间的间隔时间肯定存在微小的差别，但由于量值太小，对问题没有影响，可忽略)。设本侧电量采样数据经ET二次变送延时Te1到达二次侧保护装置，对侧电量采样值经ET二次变送延时Te2到达二次侧保护装置，两侧采样值的交换与同步过程在保护装置之间完成。

设本侧保护装置在m1点(对应时刻为tm1)收到本侧MU送来的数据，并立即将其发送到对侧保护装置，对侧保护装置收到数据后，并在收到同侧MU送来的一帧采样数据后立即(于n2点)回送一帧报文给本侧保护装置，该帧报文中包含了最新收到的同侧MU送来的采样数据以及回送延时Tm。本侧保护装置于mr点(对应时刻为tmr)收到返回报文，在通信通道双向延时相等的条件下，可根据等腰梯形法计算出通道延时Td：Td＝(tmr-tm1-Tm)/2。

进而本侧保护装置可推断出对侧n2时刻对应本侧的mr点之前Td时间的mc点时刻。对于传统保护装置，在m2和m3点之间通过插值可求得一个“虚拟”的mc点采样值，mc点采样值与对侧n2点采样值是同步的，一次数据同步就完成了。但在ET接入的情况下，需要对上述方法做出修正。修正的原则是保证两侧保护装置同步过程的结果使得对应的一次电流值同一时刻的，即同步的。

图1中的对侧保护装置n2点对应到一次侧为N2点，两者间隔Te2，N2点对应本侧一次侧为Md点，再对应到本侧保护装置为md点，Md与md点之间间隔时间为Te1，由图1可知，md与mc之间间隔△Te＝Te2-Te1，要使两侧一次电量在保护装置中处理成同步，插值点应由mc点前推△Te时间至md点。

由于在md点时刻基本不会恰巧真有一帧采样数据送到保护装置中来，我们可以根据该点距其前后两帧采样数据到来时刻(设为tm1、tm2)的时差Ta、Tb及这两点的采样值，通过插值运算来计算出一个“虚拟”的采样值。若采用拉格朗日插值法作一阶线性插值，则该点采样值A(md)计算为：

A(md)＝Tb*A(m1)/Ts+Ta*A(m2)/Ts。

式中A(m1)、A(m2)分别为m1(M1)、m2(M2)两点的采样值，Ts为ET的采样间隔时间，并且有Ts＝Ta+Tb。

至此，一个完整的数据同步过程完成。

以上过程的前提条件有两个，一个是保护装置之间的通信通道双向延时相等，这跟传统光纤差动保护的数据同步方法的前提是一样的，在工程中也是完全能保证的；另外一个是两侧的二次变送延时是稳定的，这一条件在MU输出接口采用满足IEC60044-8标准规定的点对点或点对多点的串行接口时也是完全可以满足的。因此可以说只要MU输出时使用IEC60044-8的接口，保护装置采用本发明所述的改进插值法进行数据同步即可解决。

MU使用IEC60044-8接口向保护装置输出数据时，整个系统二次传变延时是可计算，也可实测出来的。由于该延时稳定，可在事先测出后，以整定值的形式通知保护装置。ET二次传变延时由以下几个部分组成：(1)从ET的AD采样启动开始到MU收到的延时，该延时在IEC60044-8有具体规定。(2)从MU处理器接收到AD数据然后进行处理、打包成帧开始，到处理器开始从串行口发送第一帧数据的时间。该时间可控制稳定不变，可通过计算程序执行时间或实测得到。

(3)MU处理器通过串行口向保护装置发送完一帧完整的数据报文的时间。该时间可由数据速率的倒数和传送字节总数相乘得到。标准规定MU数字输出接口速率为2.5Mbit/s，每帧报文长度为56byte，共448bit，总计耗时可计算得知为179.2us。

(4)从保护装置处理器接收到MU传来的数据然后进行处理到将数据用于同步过程的时间。可通过计算程序执行时间或实测得到。

以上四部分的总和即为整个二次传变延时。

关于插值计算的误差评估可按现有技术进行计算。

下面给出本发明的一个具体实施方式：

1)将本侧与对侧ET二次变送延时Te1、Te2作为整定值输入本侧保护装置与对侧保护装置；

2)各侧MU以符合IEC60044-8标准的接口，输出标准格式的采样数据报文到各自侧保护装置。MU采样周期Ts为0.417ms；

3)每侧保护装置处理器内设一只计时器(时钟)，用于记录从MU收到的每帧数据的接收时刻，以及向对侧保护装置发送数据、从对侧保护装置接收数据的时刻；

4)本侧保护装置在收到本侧MU送来的采样数据后，立即将其发送到对侧保护装置，同时记下该时刻tm1；对侧保护装置收到本侧数据后，并在收到同侧MU送来的一帧采样数据后立即回送一帧报文给本侧保护装置，回送延时记为Tm；回送报文中除包含最新收到的同侧MU送来的电压电流采样数据外还包括报文回送延时Tm；本侧保护装置收到返回报文时，记下收到时刻tmr，然后根据(1)式计算出通道延时Td；

5)本侧保护装置按(2)(3)式计算与对侧采样点同步的本侧采样点时刻tmd；

6)本侧装置根据所存储的从本侧MU接收到的各帧采样数据的时刻，找到tmd前后收到的两帧数据，按(4)(5)式计算Ta、Tb，按(6)式作一阶线性插值计算，得出一组电压电流采样值A(md)，该组电压电流采样值就是所求的与在tmr时刻收到的对侧采样数据同步的本侧采样值，可与其对应的用于装置的差动保护计算；

7)对侧保护装置根据第4)、5)、6)项所述内容，按与本侧保护装置相同的处理方法，可以得到同步的采样数据，然后作差动保护计算，不再复述。

Claims (2)

1.一种ET接入的光纤差动保护装置的数据同步方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将本侧与对侧ET二次变送延时Te1、Te2作为整定值输入本侧保护装置与对侧保护装置；

2)各侧MU以符合IEC60044-8标准的接口，输出标准格式的采样数据报文到各自侧保护装置；

3)每侧保护装置处理器内设一只内部计时器，用于记录从MU收到的每帧数据的接收时刻，以及向对侧保护装置发送数据、从对侧保护装置接收数据的时刻；

4)本侧保护装置在收到本侧MU送来的采样数据后，立即将其发送到对侧保护装置，同时记下该时刻tm1；对侧保护装置收到本侧数据后，并在收到同侧MU送来的一帧采样数据后立即回送一帧报文给本侧保护装置，回送延时记为Tm；回送报文中除包含最新收到的同侧MU送来的电压电流采样数据外还包括报文回送延时Tm；本侧保护装置收到返回报文时，记下收到时刻tmr，然后根据等腰梯形法计算出通道延时Td：

Td＝(tmr-tm1-Tm)/2              (1)

5)本侧保护装置按下式计算与对侧采样点同步的本侧采样点时刻tmd：

tmd＝tmr-Td-ΔTe              (2)

式中，ΔTe＝Te2-Te1            (3)

6)本侧装置根据所存储的从本侧MU接收到的各帧采样数据的时刻，找到tmd前后收到的两帧数据，设该两时刻为tm1、tm2，相应的采样数据为A(m1)、A(m2)，然后按下(4)(5)式计算Ta、Tb：

Ta＝tmd-tm1             (4)

Tb＝tm2-tmd             (5)

按(6)式作一阶线性插值计算，得出一组电压电流采样值，

A(md)＝Tb*A(m1)/Ts+Ta*A(m2)/Ts          (6)

式中A(m1)、A(m2)分别为tm1、tm2两时刻从MU收到的各相电压或电流的采样值，Ts为ET的采样间隔时间，Ta为tmd与tm1时刻的时间差，Tb为tmd与tm2时刻的时间差，并且有Ts＝Ta+Tb；

按上式计算出的一组电压电流采样值就是所求的与在tmr时刻收到的对侧采样数据同步的本侧采样值；

7)对侧保护装置根据第4)、5)、6)步所述内容，按与本侧保护装置相同的处理方法，得到同步的采样数据，然后作差动保护计算。

2.根据权利要求1所述的ET接入的光纤差动保护装置的数据同步方法，其特征在于：在所述步骤2)中，所述MU采样周期Ts为0.417ms。

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