CN105896489A - 一种多端t接输电线路差动保护方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多端T接输电线路差动保护方法及系统，本发明通过选取多端T接输电线路中一端作为同步参考端，其余各端作为同步执行端，同步参考端和各同步执行端之间通信连接，同步执行端之间相互不进行通信，同步参考端进行自由采样，同步执行端计算自身采样时刻和同步参考端的采样时刻偏差，调整自身的采样时刻，完成多端采样时刻的同步；同步参考端接收所有同步执行端的采样数据并进行差动计算，满足动作条件时向同步执行端下发跳闸命令，同步执行端接收到跳闸命令并结合本端的启动条件作用于跳闸出口。本发明在多端输电线路中采用一主多从的方式，各同步执行端之间相互不需要通信，可大大减少光纤通道铺设数量。
Description
技术领域
本发明涉及一种多端T接输电线路差动保护方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
继电保护装置是电力系统的重要组成部分，它对保证系统安全运行起着非常重要的作用。电流差动保护因其原理简单可靠，被广泛应用于高压输电线路保护中，电流差动保护工作的基本原理是基于霍夫电流定律，根据被保护设备各端的电流来综合判别区内是否发生故障。
对于输电线路，使用电流差动保护的关键在于远距离采样数据的同步，常规的输电线路一般是两端方式，线路中间没有T接点，差动保护装置仅需要和对侧完成采样数据的同步即可，装置的通道接口数量以及装置的功能均相对固定，随着新能源的蓬勃发展，新能源上网问题已经成为业内研究的热点，为了减少投资，使用多端T接输电线路汇集新能源上送也成为一个研究方向，因此研究多端T接输电线路光纤差动保护方法也显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种多端T接输电线路差动保护方法及系统，以在多端输电线路上实现差动保护。
本发明为解决上述技术问题而提供一种多端T接输电线路差动保护方法，该方法包括以下步骤：
1)选取多端T接输电线路中一端作为同步参考端，其余各端均作为同步执行端，同步参考端和各同步执行端之间均通信连接，同步执行端之间相互不进行通信；
2)同步参考端自由采样，同步执行端实时计算自身采样时刻和同步参考端的采样时刻偏差，调整自身的采样时刻，完成多端采样时刻的同步；
3)同步参考端接收所有同步执行端的采样数据并进行差动计算，满足动作条件时向同步执行端下发跳闸命令，同步执行端接收到跳闸命令并结合本端的启动条件作用于跳闸出口。
所述的同步参考端采用一个主机+多个从机的分布式结构，主机用于完成本端电压电流模拟量采样、保护运算以及跳闸出口，从机的数量由输电线路的T接端数量确定，主机和各从机间采用光以太网方式连接，各从机与对应的同步执行端直线通过光纤连接。
所述采样时刻偏差的计算过程如下：同步执行端接收到对端的采样值报文的第一个字节后记录系统时刻作为接收时标，再将接收时标减去光纤通道延时即可得到同步参考端的采样时刻，使用本端的采样时刻减去对端的采样时刻可得出同步执行端和同步参考端采样时刻的偏差。
同步执行端自身采样时刻的调整过程如下：当同步执行端计算的两端采样时刻偏差大于设定的门槛时开始调整自身的采样中断定时器，如果采样时刻大于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上减去设定时间；如果采样时刻小于于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上加上设定时间，N为两端采样时刻偏差的微秒为单位的数值。
所述步骤3)中差动保护逻辑包括相量差动、零序差动、采样值差动以及变化量差动。
所述步骤3)同步执行端启动条件包括但不局限于相电流突变量启动和零序电流启动。
本发明还提供了一种多端T接输电线路差动保护系统，该保护系统包括同步参考端和同步执行端，所述同步参考端为多端T接输电线路中一端，其余各端为同步执行端，同步参考端和各同步执行端之间均通信连接，同步执行端之间相互不进行通信；所述同步参考端自由采样，同步执行端用于实时计算自身采样时刻和同步参考端的采样时刻偏差，调整自身的采样时刻，完成多端采样时刻的同步；同步参考端接收所有同步执行端的采样数据并进行差动计算，满足动作条件时向同步执行端下发跳闸命令，同步执行端接收到跳闸命令并结合本端的启动条件作用于跳闸出口。
所述的同步参考端采用一个主机+多个从机的分布式结构，主机用于完成本端电压电流模拟量采样、保护运算以及跳闸出口，从机的数量由输电线路的T接端数量确定，主机和各从机间采用光以太网方式连接，各从机与对应的同步执行端之间通过光纤连接。
所述采样时刻偏差的计算过程如下：同步执行端接收到对端的采样值报文的第一个字节后记录系统时刻作为接收时标，再将接收时标减去光纤通道延时即可得到同步参考端的采样时刻，使用本端的采样时刻减去对端的采样时刻可得出同步执行端和同步参考端采样时刻的偏差。
同步执行端自身采样时刻的调整过程如下：当同步执行端计算的两端采样时刻偏差大于设定的门槛时开始调整自身的采样中断定时器，如果采样时刻大于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上减去设定时间；如果采样时刻小于于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上加上设定时间，N为两端采样时刻偏差的微秒为单位的数值。
本发明的有益效果是:本发明通过多端输电线路保护装置间采用一主多从方式，选取一端作为同步参考端，其余各端均作为同步执行端，同步参考端和所有同步执行端之间均采用光纤通道相连进行通信，同步执行端之间相互不进行通信。同步参考端进行自由采样，同步执行端实时计算自身采样时刻和同步参考端的采样时刻偏差，调整自身的采样时刻，完成多端采样时刻的同步；同步参考端接收所有同步执行端的采样数据并进行差动计算，满足动作条件时向同步执行端下发跳闸命令，同步执行端接收到跳闸命令并结合本端的启动条件作用于跳闸出口。多端输电线路中通过一主多从的方式，由于各同步执行端之间相互不需要通信，可大大减少光纤通道铺设数量。
进一步的同步参考端采用主机+从机的分布式结构，同步执行端采用单主机结构，根据实际T接点个数配置多个从机，可灵活适应不同多端输电线路T接点个数不同的情况，实现简单，易于扩展。
附图说明
图1是本发明实施例中同步参考端主机的功能框架图；
图2是本发明实施例中同步参考端从机的功能框架图；
图3是本发明实施例中多端T接输电线路差动总体接线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本发明的一种多端T接输电线路差动保护方法的实施例
本发明的多端T接输电线路差动保护方法是针对四端及以上输电线路，通过在多端输电线路保护装置间采用一主多从方式，选取一端作为同步参考端，其余各端均作为同步执行端，同步参考端和各同步执行端之间均通信连接，同步执行端之间相互不进行通信。该差动保护方法的具体实施步骤如下：
1.在多端输电线路保护装置间采用一主多从方式，选取一端作为同步参考端，其余各端均作为同步执行端，同步参考端和各同步执行端之间均通信连接，同步执行端之间相互不进行通信，其结构如图3所示。同步参考端和同步执行端的识别可通过装置识别码进行识别，识别码最小的为同步参考端，其余均作为同步执行端，根据实际工程情况对装置识别码进行设置完成同步参考端和同步执行端的设置。
同步参考端采用采用主机+从机的分布式结构，如图3所示，包括一个主机和若干个从机，从机的数量由输电线路的T接端数量确定。根据主机端口的设置从机的数量可以与同步执行端的数量相同，也可以比同步执行端的数量少一个。当主机设置有一路纵联光纤通道接口和多个光以太网接口时，主机可以通过纵联光纤通道接口与一个同步执行端连接，此时，从机的数量可以比同步执行端的数量少一个，如果输电线路为两端，则仅配置1个主机；如果为三端，则配置1个主机+1个从机；如果为四端，则配置1个主机+2个从机，依次类推，输电线路的T接端每增加一个则对应增加从机。当主机仅设置多个光以太网接口时，从机的数量与同步执行端的个数相同，每一个从机与一个同步执行端通信连接，主机通过从机与各同步执行端通信。本实施例中为了减少从机的数量，主机设置有一路纵联光纤通道接口，如图1所示。
主机用于完成本端电压电流模拟量采样、保护运算以及跳闸出口功能，本实施例中的主机结构如图1所示，包括双端数据同步模块、采样数据缓存区、差动保护逻辑模块和从机数据接口，采样数据缓存起通过AD模块与本地采样模块相连，用于缓存本地采样的电压电流，采样数据缓存区与差动保护逻辑模块相连，用于将本地采样的电压电流传输至差动保护逻辑模块，由差动保护逻辑模块进行差动计算和差动逻辑判别，并将判别结果由从机数据接口发送给从机。从机的结构如图2所示，包括双端数据同步模块、采样数据缓存区和主机数据接口。主机和从机间采用光以太网方式，采样值信息的传输采用IEC 61850-9-2规约定义的SV报文，状态量信息采用IEC 61850-8-1规约定义的GOOSE报文。
同步执行端采用单主机结构，同步参考端的主机可以完成和一个同步执行端的光纤通信功能，其余各同步执行端和同步参考端的从机相连，同步参考端的每台从机可完成和一个同步执行端的光纤通信功能。
2.同步参考端主机进行自由采样并同时发送采样脉冲信号，从机接收并根据主机的采样脉冲信号进行虚拟同步采样。
同步参考端主机自由采样为：主机根据自身的晶振时钟设置定时器触发采样中断，采样定时器周期固定不变化，采样序号每秒翻转一次，同步参考端主机发送的采样脉冲信号的频率可为但不限于每当主机进行采样序号为0的采样时发送的一个脉冲信号。
从机接收并根据主机的采样脉冲信号进行虚拟同步采样为：当从机接收到主机发出的采样脉冲信号时记录下信号产生的时刻，该时刻作为本端采样序号为0的采样时刻，再根据两次采样脉冲信号的时间差和采样频率调整内部定时器产生虚拟采样中断，以达到和主机采样时刻同步的效果，从机仅产生虚拟采样中断，但不进行实际采样。
3.同步执行端计算自身采样时刻和同步参考端采样时刻偏差，并根据两者时刻的偏差，调整自身的采样时刻，以达到和同步参考端采样时刻的同步。
同步执行端采用光纤通道同步算法来计算与主端采样时刻的偏差，本实施例中光纤通道同步算法可采用但不局限于乒乓算法。同步参考端采样时刻为同步参考端采样值报文发送时刻，同步执行端采样时刻为采样中断时刻所记录下的当前系统时间。两者时刻偏差的计算过程如下：同步执行端首先将接收到对端的采样值报文的第一个字节后记录系统时刻作为接收时标；然后将接收时标减去光纤通道延时以得到同步参考端的采样时刻；最后用本端的采样时刻减去对端的采样时刻即为同步执行端和同步参考端采样时刻的偏差。
同步执行端自身的调整过程为：当从端计算的两端采样时刻偏差大于设定的门槛时开始调整自身的采样中断定时器，如果采样时刻大于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上减去1μs，N为两端采样时刻偏差的微秒单位的数值。如果采样时刻小于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上加上1μs。
4.同步参考端接收所有从端的采样数据，将输电线路各端的采样数据进行同步并存储。
同步参考端接收从端的采样值报文数据并根据光纤通道延时计算出其报文所带采样值的采样时刻，在本端采样值存储序列中找到和对侧采样时刻最接近的点进行对齐存储。
5.同步参考端从机采样同步后的对端采样值报文并发送给主机。
从机将同步后的对端采样值数据包打包，采样值报文序号采用本端的虚拟同步采样序号，以SV方式发送给主机，主机接收从机转发的采样值，并根据采样值报文序号在内部采样值序列找到相同序号的采样值对齐存储。
6.同步参考端根据同步后的各端采样数据进行差动保护逻辑判别，当满足差动保护动作条件驱动本端跳闸出口的同时向各从侧发送跳闸命令。
本实施例中的差动保护逻辑可采用相量差动、零序差动、采样值差动或者变化量差动等，同步参考端主机驱动本装置跳闸出口信号，主机向和主机直接相连的光纤通道发送跳闸命令，同时通过GOOSE报文向从机发送跳闸命令，从机收到主机下发的GOOSE跳闸命令后立即通过光纤通道向对端发送跳闸命令。
7.同步执行端收到同步参考端的跳闸命令，并且满足本端故障启动条件时驱动本装置跳闸出口信号。
本实施例中同步执行端启动条件包括但不局限于相电流突变量启动和零序电流启动。
本发明的一种多端T接输电线路差动保护系统的实施例
本实施例中的保护系统包括同步参考端和同步执行端，同步参考端为多端T接输电线路中一端，其余各端为同步执行端，同步参考端和各同步执行端之间均通信连接，同步执行端之间相互不进行通信；同步参考端采用自由采样，同步执行端用于实时计算自身采样时刻和同步参考端的采样时刻偏差，调整自身的采样时刻，完成多端采样时刻的同步；同步参考端接收所有同步执行端的采样数据并进行差动计算，满足动作条件时向同步执行端下发跳闸命令，同步执行端接收到跳闸命令并结合本端的启动条件作用于跳闸出口。该多端T接输电线路差动保护系统的具体实现过程已在方法的实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。
在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种多端T接输电线路差动保护方法，其特征在于，该保护方法的步骤如下：
1)选取多端T接输电线路中一端作为同步参考端，其余各端均作为同步执行端，同步参考端和各同步执行端之间均通信连接，同步执行端之间相互不进行通信；
2)同步参考端自由采样，同步执行端实时计算自身采样时刻和同步参考端的采样时刻偏差，调整自身的采样时刻，完成多端采样时刻的同步；
3)同步参考端接收所有同步执行端的采样数据并进行差动计算，满足动作条件时向同步执行端下发跳闸命令，同步执行端接收到跳闸命令并结合本端的启动条件作用于跳闸出口。
2.根据权利要求1所述的多端T接输电线路差动保护方法，其特征在于，所述的同步参考端采用一个主机+多个从机的分布式结构，主机用于完成本端电压电流模拟量采样、保护运算以及跳闸出口，从机的数量由输电线路的T接端数量确定，主机和各从机间采用光以太网方式连接，各从机与对应的同步执行端直线通过光纤连接。
3.根据权利要求1所述的多端T接输电线路差动保护方法，其特征在于，所述采样时刻偏差的计算过程如下：同步执行端接收到对端的采样值报文的第一个字节后记录系统时刻作为接收时标，再将接收时标减去光纤通道延时即可得到同步参考端的采样时刻，使用本端的采样时刻减去对端的采样时刻可得出同步执行端和同步参考端采样时刻的偏差。
4.根据权利要求1所述的多端T接输电线路差动保护方法，其特征在于，同步执行端自身采样时刻的调整过程如下：当同步执行端计算的两端采样时刻偏差大于设定的门槛时开始调整自身的采样中断定时器，如果采样时刻大于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上减去设定时间；如果采样时刻小于于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上加上设定时间，N为两端采样时刻偏差的微秒为单位的数值。
5.根据权利要求1所述的多端T接输电线路差动保护方法，其特征在于，所述步骤3)中差动保护逻辑包括相量差动、零序差动、采样值差动以及变化量差动。
6.根据权利要求1所述的多端T接输电线路差动保护方法，其特征在于，所述步骤3)同步执行端启动条件包括但不局限于相电流突变量启动和零序电流启动。
7.一种多端T接输电线路差动保护系统，其特征在于，该保护系统包括同步参考端和同步执行端，所述同步参考端为多端T接输电线路中一端，其余各端为同步执行端，同步参考端和各同步执行端之间均通信连接，同步执行端之间相互不进行通信；所述同步参考端自由采样，同步执行端用于实时计算自身采样时刻和同步参考端的采样时刻偏差，调整自身的采样时刻，完成多端采样时刻的同步；同步参考端接收所有同步执行端的采样数据并进行差动计算，满足动作条件时向同步执行端下发跳闸命令，同步执行端接收到跳闸命令并结合本端的启动条件作用于跳闸出口。
8.根据权利要求7所述的多端T接输电线路差动保护系统，其特征在于，所述的同步参考端采用一个主机+多个从机的分布式结构，主机用于完成本端电压电流模拟量采样、保护运算以及跳闸出口，从机的数量由输电线路的T接端数量确定，主机和各从机间采用光以太网方式连接，各从机与对应的同步执行端之间通过光纤连接。
9.根据权利要求7所述的多端T接输电线路差动保护系统，其特征在于，所述采样时刻偏差的计算过程如下：同步执行端接收到对端的采样值报文的第一个字节后记录系统时刻作为接收时标，再将接收时标减去光纤通道延时即可得到同步参考端的采样时刻，使用本端的采样时刻减去对端的采样时刻可得出同步执行端和同步参考端采样时刻的偏差。
10.根据权利要求7所述的多端T接输电线路差动保护系统，其特征在于，同步执行端自身采样时刻的调整过程如下：当同步执行端计算的两端采样时刻偏差大于设定的门槛时开始调整自身的采样中断定时器，如果采样时刻大于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上减去设定时间；如果采样时刻小于于0，将接下来连续的N个采样定时器在初始设置值的基础上加上设定时间，N为两端采样时刻偏差的微秒为单位的数值。
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