CN107483291B - 一种光纤纵联差动对时方法 - Google Patents

一种光纤纵联差动对时方法 Download PDF

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Abstract

一种光纤纵联差动对时方法，属于智能变电站的继电保护技术领域，基于智能变电站中的光纤纵联差动保护装置实现，所述光纤纵联差动保护装置包括卫星对时设备、合并单元以及线路保护装置，智能变电站之间的线路保护装置使用光纤线路连接，本方法由成对的线路保护装置完成，包括以下步骤：1.线路保护装置通过发送测量帧获取光纤线路传输的通道延时T_delay；2.线路保护装置收到合并单元发来的SV信息帧后，加入滞留时间，生成光纤数据帧并发送；3.线路保护装置从光纤线路收到光纤数据帧后，根据接收时刻、光纤数据帧中的滞留时间信息以及光纤线路传输的通道延时，计算出该光纤数据帧在对端的采样时刻。

Description

一种光纤纵联差动对时方法
技术领域
本发明属于智能变电站的继电保护技术领域，涉及一种光纤纵联差动对时方法。
背景技术
近年来，智能电网发展迅速，智能变电站的应用率也越来越高。在智能变电站中本地模拟量采集数据通常是由合并单元通过SV（IEC-61850-9-2）报文发送到本地线路保护装置，再由本地线路保护装置借助光纤通道传输个对端的线路保护装置，这其中线路保护装置被分别放置在不同的变电站中，各自使用本站卫星对时设备进行对时，这就可能会出现单侧或两侧的线路保护装置处于非同步状态，影响光纤纵联差动保护功能的正常工作。另外，合并单元发出的SV报文还会供测量与计量功能使用，由于合并单元内部使用恒温晶振，即使智能电站的卫星对时设备发生异常，合并单元也会基于自身晶振进行守时、并能保证较长时间的守时精度；而线路保护装置中的晶振一般不如合并单元使用的晶振守时性能好，而在实际运行中在丢失卫星对时设备的信号时，两侧线路保护装置就会出现不同步状态，这会造成智能变电站的差动逻辑保护无法正常运行，严重影响电网安全；因此，设计出对卫星对时设备依赖程度较小的光纤纵联差动对时方法，对保证光纤纵联差动保护装置的工作可靠性有全局性的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光纤纵联差动对时方法，通过对光纤纵联差动同步逻辑进行改进，减少对卫星对时设备的依赖，从根本上减少光纤纵联差动保护装置可能的发生故障的几率，这对提高光纤纵联差动保护装置的工作可靠性有着极其重要的进步意义。
本发明采用的技术方案是：一种光纤纵联差动对时方法，基于智能变电站中的光纤纵联差动保护装置实现，所述光纤纵联差动保护装置包括卫星对时设备、合并单元以及线路保护装置，智能变电站之间的线路保护装置使用光纤线路连接，本方法由成对的线路保护装置完成，包括以下步骤：
步骤A、线路保护装置通过发送测量帧获取光纤线路传输的通道延时T_delay；
步骤B、线路保护装置收到合并单元发来的SV信息帧后，加入滞留时间，生成光纤数据帧并发送，包括以下步骤：
B1.获取SV信息帧在合并单元中的额定滞留延时Tsv_delay；
B2.获取光纤数据帧在本装置中的发送延时Tsend_delay；
B3.计算光纤数据帧在内部的滞留时间TlaTer，
TlaTer=Tsv_delay+Tsend_delay；
B4.在光纤数据帧中加入滞留时间TlaTer信息, 通过光纤线路，在线路保护装置产生的PWM周期的上升沿发送给对端；
步骤C、线路保护装置从光纤线路收到光纤数据帧后，根据接收时刻、光纤数据帧中的滞留时间信息以及光纤线路传输的通道延时，计算出该光纤数据帧在对端的采样时刻。
进一步地，所述步骤A中成对的本地和对端线路保护装置通过发送测量帧来获取光纤线路传输的通道延时，当两侧的卫星对时设备正常工作时，包括以下步骤：
A1.本地的线路保护装置通过光纤向对端的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T0信息；
A2. 对端的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T1，并通过光纤向本地的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T2信息；
A3.本地的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T3；
本地的线路保护装置到对端的线路保护装置的光纤线路传输的通道延时为T1-T0，存储在对端的线路保护装置中；
对端的线路保护装置到本地的线路保护装置的光纤线路传输的通道延时为T3-T2，存储在本地的线路保护装置中。
进一步地，所述步骤A中成对的本地和对端线路保护装置通过发送测量帧来获取光纤线路传输的通道延时，当一侧或两侧的卫星对时设备工作不正常时，包括以下步骤：
A4. 本地的线路保护装置通过光纤向对端的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T0信息；
A5. 对端的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T1，并通过光纤向本地的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T2与接收时间T1之间的差值信息；
A6. 本地的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T3；
光纤线路传输的通道延时为[(T3-T0)-( T2-T1)]/2，本地线路保护装置存储上述通道延时；
A7. 本地的线路保护装置收到测量帧后，通过光纤向对端的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T4与接收时间T3之间的差值信息，
A8.对端的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T5，
光纤线路传输的通道延时为[(T5-T2)-(T4-T3)]/2，对端的线路保护装置存储上述通道延时。
进一步地，所述光纤线路传输的通道延时的测量连续进行三次，取这三次测量数值的平均值，存入线路保护装置中；在这三次测量数值中，如果任意两个测量数值之间的差大于平均值的20%，则放弃这三次测量数值、重新开始测量。
进一步地，所述测量帧在线路保护装置产生的PWM周期的上升沿发送，发送时刻的选择为与最后一次捕获卫星对时设备秒脉冲时间相距最近的下一个或再下一个PWM周期的上升沿。
进一步地，所述步骤B中在步骤B2之前，预定光纤数据帧的发送时刻为下一个或再下一个PWM周期的上升沿。
进一步地，所述步骤B2中光纤数据帧的发送延时Tsend_delay为线路保护装置从合并单元接收SV信息帧的时刻到光纤数据帧预定发送时刻之间的时间间隔。
进一步地，所述线路保护装置产生的PWM周期按照从合并单元接收的SV信息帧的帧频率进行实时调整；PWM周期值为连续两个SV信息帧之间的时间间隔；连续接收两个SV信息帧之间的时间间隔超过10us时，则认为SV信息帧接收异常、光纤差动保护功能重新初始化。
进一步地，所述步骤C中线路保护装置的接收时刻为Tr，光纤数据帧中的滞留时间为TlaTer，线路保护装置存储的对端到本地的光纤线路传输的通道延时T_delay，该光纤数据帧在对端的采样时刻为：
Ty_sample=Tr-TlaTer-T_delay。
进一步地，执行步骤A的频率为每秒1次至每秒4k。
采用本发明产生的有益效果：1）本发明通过对光纤纵联差动同步逻辑进行改进，减少对卫星对时设备的依赖，从根本上减少光纤纵联差动保护装置可能的发生故障的几率，这对提高光纤纵联差动保护装置的工作可靠性有着极其重要的进步意义；2)本发明可以降低线路保护装置硬件成本和软件运算量，以最简方式快速实现差动保护逻辑的目的，提高了光纤纵联差动逻辑的反应速度和精度。
附图说明
图1是本发明光纤纵联差动保护装置的的示意图；
图2是光纤线路传输的通道延时测量原理图；
图3是线路保护装置发送光纤数据帧的状态图；
图4是对端采样时刻的计算原理图。
具体实施方式
本发明是基于智能变电站中的光纤纵联差动保护装置来实现的，可以解决以往光纤纵联差动对时方法中对卫星对时设备依赖性大的问题，同时也提高同步对时的准确性，减少发生误动和拒动的几率。
上述光纤纵联差动保护装置的结构，祥见附图1，包括卫星对时设备、合并单元以及线路保护装置，智能变电站之间的线路保护装置使用光纤线路连接。其中的合并单元在失去卫星对时设备的信号时，利用自身的晶振进行守时、并能保证较长时间的守时精度。
本发明的光纤纵联差动对时方法由成对的线路保护装置完成，具体步骤如下：
步骤A、线路保护装置通过发送测量帧获取光纤线路传输的通道延时T_delay；在具体实践中，步骤A的执行频率可设置为每秒1次至每秒4k，默认是每秒钟进行一次；
步骤B、线路保护装置收到合并单元发来的SV信息帧后，加入滞留时间，生成光纤数据帧并发送，包括以下步骤：
B1.获取SV信息帧在合并单元中的额定滞留延时Tsv_delay；SV信息帧中的额定滞留延时Tsv_delay是由合并单元决定的，一般是不发生变化的；
B2.获取光纤数据帧在本装置中的发送延时Tsend_delay；线路保护装置预定该光纤数据帧的发送时刻为下一个或再下一个PWM周期的上升沿，详见附图3，因此，光纤数据帧的发送延时Tsend_delay为线路保护装置从合并单元接收SV信息帧的时刻到光纤数据帧预定发送时刻之间的时间间隔；
B3.计算光纤数据帧在内部的滞留时间TlaTer，
TlaTer=Tsv_delay+Tsend_delay；
B4.在光纤数据帧中加入滞留时间TlaTer信息, 通过光纤线路，在线路保护装置产生的PWM周期的上升沿发送给对端；步骤中的PWM是线路保护装置本身的处理器输出的脉冲宽度调制波形，按照一定规则可以对脉冲时间、周期等进行调节，广泛应用在测量、通信等技术领域，通常是在波形的上升沿发送/回复通讯帧。
步骤C、线路保护装置从光纤线路收到光纤数据帧后，根据接收时刻、光纤数据帧中的滞留时间信息以及光纤线路传输的通道延时，计算出该光纤数据帧在对端的采样时刻；因此，对端的采样时刻的计算公式为：Ty_sample=Tr-TlaTer-T_delay，原理详见附图4，并且在上式中：Tr代表线路保护装置的接收时刻，TlaTer代表光纤数据帧中的滞留时间，T_delay代表线路保护装置存储的对端到本地的光纤线路传输的通道延时。
在本方法步骤A中，成对的本地和对端线路保护装置是通过发送测量帧来获取光纤线路传输的通道延时，并且在实际测量过程中是分为两种情况来执行的：
执行第一种情况的条件是：当两侧的线路保护装置可以正常接收卫星对时设备信号时，并利用卫星对时设备对时的精确绝对时标。因此，此种情况下，光纤数据帧在光纤线路中传输的通道延时的测量计算步骤如下：
A1.本地的线路保护装置通过光纤向对端的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T0信息；
A2. 对端的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T1，并通过光纤向本地的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T2信息；
A3.本地的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T3；
本地的线路保护装置到对端的线路保护装置的光纤线路传输的通道延时为T1-T0，存储在对端的线路保护装置中；对端的线路保护装置到本地的线路保护装置的光纤线路传输的通道延时为T3-T2，存储在本地的线路保护装置中。
上述测量帧在线路保护装置产生的PWM周期的上升沿发送，发送时刻的选择为与最后一次捕获卫星对时设备秒脉冲时间相距最近的下一个或再下一个PWM周期的上升沿；这种选择是为了提高测量精度的准确性。
执行第二种情况的条件是：当一侧或两侧的线路保护装置失去卫星对时设备的信号时，两侧线路保护装置的时间轴产生不同步现象。因此，此种情况下，光纤数据帧在光纤线路中传输的通道延时的测量计算步骤如下：
A4. 本地的线路保护装置通过光纤向对端的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T0信息；
A5. 对端的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T1，并通过光纤向本地的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T2与接收时间T1之间的差值信息；
A6. 本地的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T3；
光纤线路传输的通道延时为[(T3-T0)-( T2-T1)]/2，本地线路保护装置存储上述通道延时；
A7. 本地的线路保护装置收到测量帧后，通过光纤向对端的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T4与接收时间T3之间的差值信息，
A8.对端的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T5，
光纤线路传输的通道延时为[(T5-T2)-(T4-T3)]/2，对端的线路保护装置存储上述通道延时。
当成对的线路保护装置恢复与卫星对时设备连接的信号后，重新执行第一种情况下光纤线路传输的通道延时的测量计算步骤，更新两侧线路保护装置的光纤线路传输的通道延时数据。
在上述两种情况中，光纤线路传输的通道延时测量一般是连续进行三次，取这三次测量数值的平均值，存入线路保护装置中；在这三次测量数值中，如果任意两个测量数值之间的差大于平均值的20%，则放弃这三次测量数值、重新开始测量。此种对通道延时测量数值的过滤、修正，可有效防止光纤线路传输通道中延时突变带来的不利影响。
在上述整个方法中，线路保护装置产生的PWM周期按照从合并单元接收的SV信息帧的帧频率进行实时调整；PWM周期值为连续两个SV信息帧之间的时间间隔；连续接收两个SV信息帧之间的时间间隔超过10us时，则认为SV信息帧接收异常、光纤差动保护功能重新初始化。PWM周期值是依靠线路保护装置自身的处理器产生的，而SV信息帧的帧频率是由合并单元决定的，线路保护装置和合并单元之间由于处理器的不同，光纤数据帧的发送频率和SV信息帧的帧频率之间必然存在差异，如果不实时调整光纤数据帧的发送频率，与sv信息帧的帧频率保持一致，则会产生累积误差，影响整个系统的对时准确性。

Claims (6)

1.一种光纤纵联差动对时方法，基于智能变电站中的光纤纵联差动保护装置实现，所述光纤纵联差动保护装置包括卫星对时设备、合并单元以及线路保护装置，智能变电站之间的线路保护装置使用光纤线路连接，其特征在于本方法由成对的线路保护装置完成，包括以下步骤：
步骤A、线路保护装置通过发送测量帧获取光纤线路传输的通道延时T_delay；
步骤B、线路保护装置收到合并单元发来的SV信息帧后，加入滞留时间，生成光纤数据帧并发送，包括以下步骤：
B1.获取SV信息帧在合并单元中的额定滞留延时Tsv_delay；
B2.获取光纤数据帧在本装置中的发送延时Tsend_delay；
B3.计算光纤数据帧在内部的滞留时间TlaTer，
TlaTer=Tsv_delay+Tsend_delay；
B4.在光纤数据帧中加入滞留时间TlaTer信息, 通过光纤线路，在线路保护装置产生的PWM周期的上升沿发送给对端；
所述步骤B中在步骤B2之前，预定光纤数据帧的发送时刻为下一个或再下一个PWM周期的上升沿；
所述步骤B2中光纤数据帧的发送延时Tsend_delay为线路保护装置从合并单元接收SV信息帧的时刻到光纤数据帧预定发送时刻之间的时间间隔；
步骤C、线路保护装置从光纤线路收到光纤数据帧后，根据接收时刻、光纤数据帧中的滞留时间信息以及光纤线路传输的通道延时，计算出该光纤数据帧在对端的采样时刻；
所述线路保护装置产生的PWM周期按照从合并单元接收的SV信息帧的帧频率进行实时调整；PWM周期值为连续两个SV信息帧之间的时间间隔；如果连续接收两个SV信息帧之间的时间间隔超过10us时，则认为SV信息帧接收异常、光纤差动保护功能重新初始化；
所述步骤C中线路保护装置的接收时刻为Tr，光纤数据帧中的滞留时间为TlaTer，线路保护装置存储的对端到本地的光纤线路传输的通道延时T_delay，该光纤数据帧在对端的采样时刻为：
Ty_sample=Tr-TlaTer-T_delay。
2.根据权利要求1所述的光纤纵联差动对时方法，其特征在于：所述步骤A中成对的本地和对端线路保护装置通过发送测量帧来获取光纤线路传输的通道延时，当两侧的卫星对时设备正常工作时，包括以下步骤：
A1.本地的线路保护装置通过光纤向对端的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T0信息；
A2. 对端的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T1，并通过光纤向本地的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T2信息；
A3.本地的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T3；
本地的线路保护装置到对端的线路保护装置的光纤线路传输的通道延时为T1-T0，存储在对端的线路保护装置中；
对端的线路保护装置到本地的线路保护装置的光纤线路传输的通道延时为T3-T2，存储在本地的线路保护装置中。
3.根据权利要求1所述的光纤纵联差动对时方法，其特征在于：所述步骤A中成对的本地和对端线路保护装置通过发送测量帧来获取光纤线路传输的通道延时，当一侧或两侧的卫星对时设备工作不正常时，包括以下步骤：
A4. 本地的线路保护装置通过光纤向对端的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T0信息；
A5. 对端的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T1，并通过光纤向本地的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T2与接收时间T1之间的差值信息；
A6. 本地的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T3；
光纤线路传输的通道延时为[(T3-T0)-( T2-T1)]/2，本地线路保护装置存储上述通道延时；
A7. 本地的线路保护装置收到测量帧后，通过光纤向对端的线路保护装置发送测量帧，其中包含发送时刻T4与接收时间T3之间的差值信息，
A8.对端的线路保护装置收到测量帧后，记录接收时间T5，
光纤线路传输的通道延时为[(T5-T2)-(T4-T3)]/2，对端的线路保护装置存储上述通道延时。
4.根据权利要求2或3所述的光纤纵联差动对时方法，其特征在于：所述光纤线路传输的通道延时的测量连续进行三次，取这三次测量数值的平均值，存入线路保护装置中；在这三次测量数值中，如果任意两个测量数值之间的差大于平均值的20%，则放弃这三次测量数值、重新开始测量。
5.根据权利要求2所述的光纤纵联差动对时方法，其特征在于：所述测量帧在线路保护装置产生的PWM周期的上升沿发送，发送时刻的选择为与最后一次捕获卫星对时设备秒脉冲时间相距最近的下一个或再下一个PWM周期的上升沿。
6.根据权利要求1所述的光纤纵联差动对时方法，其特征在于：执行步骤A的频率为每秒1次至每秒4k。
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