CN108616111A - 一种基于插值同步的多端t接输电线路光纤差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于采样数据插值同步的多端T接输电线路光纤差动保护方法。本发明通过采样插值同步算法，使得T接线路各侧保护装置的采样值保持同步。每一个参与差动保护的装置都是平等的，不需要区分主机、从机，也不需要对采样时刻做出调整，提高了采样的稳定性和精度；同时，每台装置都会进行差动保护计算，互相交换保护闭锁和允许信号，提高了差动保护的可靠性。本发明使得多端差动有着强大的扩展性，可以适应线路接点数量的变化。

Description

一种基于插值同步的多端T接输电线路光纤差动保护方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统输电线路的继电保护方案，特别涉及一种基于多端T接输电线路光纤差动保护方法。

背景技术

继电保护装置是为了保证电力系统安全稳定运行，在电气元件发生故障后，有选择而且迅速的切除故障元件的装置。对于应用于输电线路的光纤纵差保护装置，其保护原理以基尔霍夫电流定律为基础，即在任一时刻，进入某线路的电流总和等于所有离开该线路的电流总和。线路光纤纵差保护是通过光纤信道将输电线路两端或各端的保护装置纵向连接起来，将本侧的电流量传送到其它侧保护装置并加以计算比较，以判断故障是在本线路范围内还是本线路范围之外，从而决定是否切断被保护线路。

所谓T接线路是指在一条输电线上支接出另一条输电线，随着分布式电源的推广，电力系统输电结构日益复杂，由于T接线路具有经济性好、建设周期短、节约土地等优点，在高压和中压线路中的应用越来越多。

为了保证差动计算的有效性，采自T接线路各端的采样电流需要满足同步性要求，目前大多数多端T接光纤差动方案都是基于主-从结构，即一台装置作为主机，其余装置作为从机，通过不断的调整从机装置采样中断，保证线路各端采样中断时刻一致，来实现各端保护采样电流的同步。这种实现方式存在以下一些不足：1)测量精度受干扰。对于保护测控一体装置来说，装置为了保证在系统频率变化时的测量精度，也需要通过调整采样频率方式来跟踪系统频率的变化，这与为保证多端采样时刻同步而进行的采样中断调整会产生冲突，调整采样中断的过程会互相干扰，由于保护的优先级更高，测量的精度会因此受到影响。2)通道异常时切换主从机会带来保护闭锁。采用主-从方案时，如果与主机相连的光纤通道出现异常，需要将主机切换为从机，并将两个通道均完好的从机改设为主机，尽管这一过程是由装置自动完成的，但在切换过程中，由于主机从机的配置方式发生变化，重新建立同步的过程中会带来短暂的保护闭锁风险。

发明内容

本发明的目的是提出一种对等式的多端T接光纤差动方案，参与差动保护的各端装置在架构上地位对等，不采取主机—从机方式，不依靠调整从机的采样中断来保持同步，而是依靠对采样数据的插值处理来实现数据同步。

本发明为解决上述技术问题而提供了一种基于插值同步的多端T接光纤差动方案，该方案包括以下步骤：

步骤1：多端T接线路中保护装置的地位平等，保护装置两两之间由光纤通信连接，不用像传统方法一样设置主机和从机。

步骤2：每一台装置都会将采样数据和保护信息发送给其它侧保护装置。

步骤3：每一个装置，都可接收来自其它侧装置的采样数据，并计算出各通道的采样延时，通过插值算法，将采样数据同步插值到某个时刻，插值出的数据用于差动保护计算。

步骤4：保护装置用同步好的采样数据进行差动计算，当满足启动条件和差动条件，还需要接收到来自任一侧的差动允许信号，才可以开放保护动作于跳闸出口。

本方案中的差动保护装置采用对等架构，不区分主机、从机，每台装置既是电流、电压模拟量采集单元，可以通过光纤通道进行对等的数据交换，同时也都具备保护计算单元，各装置同时进行着保护电流的同步和差动保护计算，并根据其它侧传来的闭锁或允许信号，在满足动作条件的情况下跳闸出口。

所述的采样延时计算过程如下：装置接收到各通道传来的数据帧，并将收到数据帧报文帧头的系统时刻作为接收时标，从数据帧中可以提取到模拟量数据从采样时刻到发送时刻之间的延迟时间，该发送延迟时间是由发送端装置在数据发送前计算好并写入数据帧的。再通过乒乓法计算出光纤通道传输延迟，用接收时刻减去传输延时和采样延迟时间即可以得到接收的采样数据以本装置系统时间为参照对应的采样时刻。

所述采样数据插值同步过程如下：综合各通道采样数据在本装置系统时间下的采样时刻，装置选择一个插值时刻，要求该插值时刻早于最早的通道数据采样时刻，将本侧和其它各侧的采样数据对该时刻进行插值处理，插值后的数据即为同步采样数据。

所述步骤3中差动保护逻辑包括相量差动、零序差动和变化量差动。

所述步骤3启动条件包括但不限于相电流启动、零序电流启动和相间电流变化量启动。

所述步骤3来自任一侧的差动允许信号，指其它侧装置满足启动条件和差动动作条件后，通过光纤通道传过来的允许信号。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：

(1)装置间对等布置，非主从架构，可适应T接点个数不同的情况，便于扩展。

(2)装置之间两两通信，构成环状网络，存在冗余通道，在某个光纤通道发生异常时，数据可藉由其它通道传达。在某条光纤通道发生异常时，可以直接切换到备用通道继续进行数据传输，保护方式和配置不受影响。

(3)同步算法不需要调整采样中断时刻，与测量频率跟踪相互独立，保证了数据采样的稳定性，提高了采样的精度。

(4)参与T接的每台装置都同时在进行差动保护计算，互相发送允许和闭锁信号，避免了现有技术中因一台主机集中计算，发生计算错误导致差动误动的情况，提高了差动保护的可靠性。

附图说明

图1 T接输电线路光纤差动保护架构示意图；

图2本发明差动保护装置数据处理示意图；

图3是本发明所采用的通道延迟计算方法示意图；

图4是本发明区所采用的插值方法示意图。

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。

本次发明的基于插值同步的多端T接输电线路光纤差动保护方法是适用于三端或更多支路的输电线路，每一支路开关配置一个保护装置，保护之间两两通过光纤连接，相连装置之间对等的交换采样数据和保护信息，如图1所示。

保护装置所配置的光纤通道数量比输电线路的T接支路的数量少一个。当为三端线路，配置3台装置，每个装置配置2组光纤通道接口。当为四端线路，配置4台装置，每个装置配置3组光纤通道接口，以此类推。

在每个保护中断，装置都需要将本侧采集的模拟量和保护允许、闭锁、联跳等开关量信号打包成数据帧，发送给其它侧保护。

保护装置接收来自光纤通道的数据帧，将从数据帧中解析出的采样数据存放到缓存中，如图2所示。同时记录下数据帧头到达的时刻Trecv，从数据帧中解析得到采样发送延迟时间Tgap_st，该时间为从装置本地数据采样时刻到数据帧发送时刻之间的时间间隔。

通道传输延迟的计算，可以采用但不限于乒乓法。以乒乓法为例，此方法是建立在光纤通道对称，对上通道延时与对下通道延时一致的前提下，如附图3所示，数据帧从N侧装置发给M侧装置，以及N侧收到M侧回送的数据帧，构成一个等腰梯形abcd。M侧收到N侧的数据帧记录下时刻tb，开始发送数据给N侧的时标记录为tc，并将两者的时间差tcb打包在数据帧里传给N侧；N侧根据收到M侧数据帧时刻td和上一次发送数据帧时刻ta，可以计算出a点和d点之间时间差tda，就可以计算出通道延时Tdly＝(tda-tcb)/2。

根据数据帧到达时刻、采样发送延迟时间和通道传输延迟，可以计算出该帧采样数据对应本地系统时间系下的采样时刻t1＝Trecv-Tgap_st–Tdly，如图4所示，并将该时刻存入缓存中。同时，本地从A/D采样通道读取出的模拟采样数据和采样时标也存放在数据缓存中。

在数据缓存中，无论是本地数据还是接收通道传来的数据，都记录有对应到当前系统下的采样时刻。本方案中采用的插值算法可采用但不限于拉格朗日插值算法。若采用拉格朗日插值法做一阶线性插值，如附图4中，M1、M2点为N侧收到的来自M侧的连续两帧模拟量采样数据，采样值为A(M1)和A(M2)，对应的采样时刻为t0和t1，L1、L2点为N侧收到的来自L侧的连续两帧模拟量采样数据，采样值为A(L1)和A(L2)对应的采样时刻为t2和t3，选择插值时刻tintp，使得tintp早于t1和t3时刻，则插值点MK和LK对应的模拟量分别可以计算为：

A(MK)＝tb*A(M1)/(t1-t0)+ta*A(M2)/(t1-t0)

A(LK)＝td*A(L1)/(t3-t2)+tc*A(L2)/(t3-t2)

由于插值点MK和LK为同时刻，所以插值出的采样数据A(MK)和A(LK)也是同步的，可用于差动保护计算。

保护装置将本侧和其它侧采样数据进行同步处理后，送到差动保护计算模块，进行差动电流、制动电流的计算，并依照差动方程判断是否满足差动条件。本地采样数据用于单独进行启动元件(包括但不限于相电流启动、变化量启动、零序电流启动)的计算，当满足启动条件和差动动作条件时，结合任一侧发送过来的差动允许信号，则差动保护可以动作于跳闸出口。

Claims (7)

1.一种基于插值同步的多端T接输电线路光纤差动保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：多端T接线路中保护装置的地位平等，保护装置两两之间由光纤通信连接，不区分主机和从机；

步骤2：每一个装置，接收来自其它侧保护装置的采样数据，并计算出各通道采样数据对应到本装置系统时间下的采样时刻；通过插值算法，将采样数据同步插值到某个时刻，插值出的数据用于差动保护计算；

步骤3：保护装置用经过同步的采样数据进行差动计算，当满足启动条件和差动条件，向其它侧保护发差动允许信号，在接收到来自任一侧的差动允许信号时，开放差动保护动作于跳闸出口。

2.根据权利要求1所述的一种基于插值同步的多端对等T接输电线路光纤差动保护方法，其特征在于，参与差动计算的各装置之间传输的数据帧的数据结构一致。

3.根据权利要求1所述的一种基于插值同步的多端对等T接输电线路光纤差动保护方法，其特征在于，所述步骤2的数据采样时刻计算过程如下：

装置接收到各通道传来的数据帧存放在数据缓存中，并将收到数据帧报文帧头的系统时刻作为接收时标，从数据帧中可以提取到模拟量数据从采样时刻到发送时刻之间的延迟时间，所述发送延迟时间由发送端装置在数据发送前计算好并写入数据帧；

再通过乒乓法计算出光纤通道传输延迟，用接收时刻减去传输延时和发送延迟时间得出采样数据在本地时间坐标系下的采样时刻。

4.根据权利要求1所述的一种基于插值同步的多端对等T接输电线路光纤差动保护方法，其特征在于：步骤2中所述将采样数据同步插值到某个时刻，此处的插值时刻早于最早的通道数据采样时刻。

5.根据权利1要求所述的一种基于插值同步的多端对等T接输电线路光纤差动保护方法，其特征在于，步骤3中所述差动条件中的差动保护逻辑包括相量差动、零序差动和变化量差动。

6.根据权利1要求所述的一种基于插值同步的多端对等T接输电线路光纤差动保护方法，其特征在于，步骤3中所述启动条件包括相电流启动、零序电流启动和相间电流变化量启动。

7.根据权利1要求所述的一种基于插值同步的多端对等T接输电线路光纤差动保护方法，其特征在于，步骤3中所述来自任一侧的差动允许信号，指其它侧装置满足启动条件和差动动作条件后，通过光纤通道传过来的允许信号。