CN111478295B - 一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法及系统，该数据同步系统包括：预处理模块，用于：获取线路电气参数，建立线路数学模型；数据发送侧模块，用于：输电线路两侧通过无线互发带序列标识的采样值报文；数据接收侧模块，用于：接收侧利用接收数据与线路数学模型获得本侧的同步数据计算值；计算值与本侧数据做时间差，对本侧数据插值同步出新的序列；根据序列对数据进行匹配同步，然后进行差动保护工作；若线路故障发生或保护装置重启则转入数据发送侧模块以重新获得同步序列，否则转入根据序列对数据进行匹配同步。本发明可以有效避开无线传输的通道延时抖动，不依赖同步源，当两侧数据同步在一个交流周期内的误差条件下，系统依然可以正常工作。

Description

一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法及系统

技术领域

本发明涉及一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法及系统，属于电力系统保护和通信技术领域。

背景技术

差动保护原理因其判别故障原理简单、工作稳定可靠等优点,长期以来在电力系统保护中得到了广泛应用。以光纤作为通道是理想的线路差动保护信息载体，但是随着城市化进程，输电线路尤其配网更加复杂，使得建设光纤通道的成本及难度增加。而伴随通信技术的发展，无线通信已经进入5G时代，其传输速率与带宽已经完全可以满足无线线路差动保护信息交互，但其存在传输路由不一致，通道延时抖动等问题，导致不能满足差动保护两侧同步的精确性，制约了无线通信在差动保护上的应用。

要运用线路差动保护,首先要解决的是数据传输通道以及数据同步问题。目前在工程应用的主要是光纤作为数据传输通道，其两端采用乒乓算法进行同步，因为通道路径是固定的，所以同步精度高，传输速率快。但由于无线传输的路由在乒乓时可能发生不一致，所以乒乓算法无法应用在无线通信同步中。另一种方案是利用两端装置的同步源方案，在数据传输中加入时标信息，可以有效支持两端的数据同步，亦可以在无线差动保护中应用，但该方案依赖同步源如GPS信号，在特殊天气等条件下将使同步信号发生异常导致差动保护无法工作。所以在无线线路差动保护中需要一种不依赖于计算通道延时时间并且可以实现两端数据同步的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法，包括如下步骤：

步骤SS1：获取电力网络的基本参数信息，建立线路频域Bergeron模型；

步骤SS2：获取输电线路实时的量测参数，缓存一个交流周期的采样值数据；

步骤SS3：输电线路两侧保护装置发送采样值信息；

步骤SS4：数据接收侧依据所述步骤SS1的线路频域Bergeron模型，利用接收数据推导出描述本侧电流值的计算值；

步骤SS5：数据接收侧计算本侧电流数据与计算值的时间差，通过插值方式对本侧采样值数据处理，完成两侧采样值报文的同步与序列匹配；

步骤SS6：获得序列匹配后，根据序列完成后续采样值数据的同步，进行差动保护动作；

步骤SS7：故障发生后或线路两侧保护装置重启后，返回所述步骤SS2进行重新获得同步序列。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1中的基本参数信息包括：输电线路单位长度的电阻、电感和电容值，工频角频率值信息。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2中的采样值数据具体包括：输电线路两侧满足保护采样点要求的电流值采样数据。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3具体包括：数据发送侧完成本侧数据采样后，通过无线通信方式发送采样值报文给数据接收侧。

作为一种较佳的实施例，所述建立线路频域Bergeron模型具体包括：

由Bergeron长线公式知，若线路中任意两点间没有其他分支回路，则可由其中一点的电压电流计算出另一点的电压电流；

当输电线路正常运行时，考察m点和n点的电压电流关系，则有：

其中，Um和Im为线路首端m点的电压和电流，U_n2和I_n2为计算得到的n点的电压和电流，Zc和γ分别为线路的波阻抗和传播系数，并有：

其中，R、L和C分别为线路单位长度的电阻、电感和电容，ω为工频角频率。

作为一种较佳的实施例，所述建立线路频域Bergeron模型具体还包括：

正常情况下，由公式(1)通过计算得到的n点电压电流应与n点测得的电压电流相同；如果两侧的数据不同步，n点数据超前m点的时间为Δt，则有

利用线路m侧的电压电流计算得到n侧的电压电流计算值，然后与n侧的电压电流测量值进行比较，如采用的电流差动保护，则有In/In2＝e^jwΔt，即可利用上式得到两侧数据的时间差Δt。

本发明还提出一种适用于无线线路差动保护的数据同步系统，包括：

预处理模块，用于：获取线路电气参数，建立线路数学模型；

数据发送侧模块，用于：输电线路两侧通过无线互发带序列标识的采样值报文；

数据接收侧模块，用于：接收侧利用接收数据与线路数学模型获得本侧的同步数据计算值；计算值与本侧数据做时间差，对本侧数据插值同步出新的序列；根据序列对数据进行匹配同步，然后进行差动保护工作；若线路故障发生或保护装置重启则转入数据发送侧模块，否则转入根据序列对数据进行匹配同步。

作为一种较佳的实施例，所述线路电气参数包括：输电线路单位长度的电阻、电感和电容值，工频角频率值。

作为一种较佳的实施例，所述建立线路数学模型具体包括：

由Bergeron长线公式知，若线路中任意两点间没有其他分支回路，则可由其中一点的电压电流计算出另一点的电压电流；

当输电线路正常运行时，考察m点和n点的电压电流关系，则有：

其中，Um和Im为线路首端m点的电压和电流，U_n2和I_n2为计算得到的n点的电压和电流，Zc和γ分别为线路的波阻抗和传播系数，并有：

其中，R、L和C分别为线路单位长度的电阻、电感和电容，ω为工频角频率。

作为一种较佳的实施例，所述建立线路数学模型具体还包括：

正常情况下，由公式(1)通过计算得到的n点电压电流应与n点测得的电压电流相同；如果两侧的数据不同步，n点数据超前m点的时间为Δt，则有

利用线路m侧的电压电流计算得到n侧的电压电流计算值，然后与n侧的电压电流测量值进行比较，如采用的电流差动保护，则有In/In2＝e^jwΔt，即可利用上式得到两侧数据的时间差Δt。

本发明所达到的有益效果：本发明针对如何解决不依赖于计算通道延时时间并且可以实现两端数据同步的技术需求，基于获取线路的单位长度电气参数基本信息从而引入了频域Bergeron长线公式对线路建立模型，在两侧保护装置完成采样值准备以及通过无线方式发送后，根据模型将发送侧采样值推算接收侧采样值，获得计算值；然后将计算值与接收端实时采样值做比较获得传输延时时间并插值出新的同步序列，再根据采样值报文中的序列信息依次配对，最后从而实现数据同步，支持线路差动保护工作，本发明的数据同步处理可以避开无线数据通道延时抖动影响，直接使用非故障下的采样数据寻找同步数据并对误差在一个交流周期内的数据都可以有效匹配，从而提高了线路差动保护数据同步的可靠性；采样值报文中加入了序列信息，有效避免数据因为延时不同造成的数据到达时间错乱，同时也降低数据的处理难度。

附图说明

图1是本发明的一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法的流程图。

图2是本发明方法建立的线路模型图。

图3是本发明方法数据同步的过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：如图1所示，本发明提出一种适用于无线线路差动保护的数据同步系统，包括：预处理模块，用于：获取线路电气参数，建立线路数学模型；数据发送侧模块，用于：输电线路两侧通过无线互发带序列标识的采样值报文；数据接收侧模块，用于：接收侧利用接收数据与线路数学模型获得本侧的同步数据计算值；计算值与本侧数据做时间差，对本侧数据插值同步出新的序列；根据序列对数据进行匹配同步，然后进行差动保护工作；若线路故障发生或保护装置重启则转入数据发送侧模块，否则转入根据序列对数据进行匹配同步。

线路电气参数主要包括单位长度的电阻、电感和电容值以及工频角频率值。线路数学模型参见图2所示，由Bergeron长线公式可知，若线路中任意两点间没有其他分支回路(比如故障支路)，则可由其中一点的电压电流计算出另一点的电压电流。

当线路正常运行时(即图2中故障f不存在时)，考察m点和n点的电压电流关系，有

其中，Um和Im为线路首端m点的电压电流，U_n2和I_n2为计算得到的n点的电压电流，Zc和分别为线路的波阻抗和传播系数，并有

其中，R、L和C分别为线路单位长度的电阻、电感和电容。ω为工频角频率。

正常情况下，由公式(1)通过计算得到的n点电压电流应与n点测得的电压电流相同。如果两侧的数据不同步，n侧数据超前m侧的时间为Δt，则有

可以利用线路m侧的电压电流计算得到n侧的电压电流计算值，然后与n侧的电压电流测量值进行比较，如采用的电流差动保护，则有In/In2＝e^jwΔt，即可利用上式得到两侧数据的时间差Δt。

以上分析都是基于单根线路进行的计算。实际应用于三相线路时，需进行相模变换，在模量中应用以上方法。

其次是数据的采集与发送。在获取了线路的模型后，两侧保护装置将通过插值等方法完成站内数据的同步处理，获得保护要求点数的采样值报文信息，完成信息采集后缓存前一个周期点数报文并通过无线通信方式发送带序列标识的采样值报文。

最后是数据的处理流程。图3所示为本发明方法的数据处理过程示意图，当发送侧的采样值报文序列号x通过无线传输到另一侧保护时，中间由于无线传输已延时了t1时间。报文到达后，根据模型计算出x报文采样值对应的接收侧计算值，获得与接收侧实时的采样值时间差，并根据此时间差向前插值获得新的对应同步序列。此后，虽然存在无线通道传输延时t2，t3不相等，依然可以依靠其对应的序列值x+1，x+2对应到接收侧插值同步后的序列采样点1与2。但线路模型仅在线路故障未发生时有效，所以当线路发生故障或装置重启后需要重新同步。

实施例2：本发明提供一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法，包括如下步骤：

步骤SS1：获取电力网络的基本参数信息，建立线路频域Bergeron模型；所述步骤SS1中的基本参数信息包括：输电线路单位长度的电阻、电感和电容值，工频角频率值信息；

步骤SS2：获取输电线路实时的量测参数，缓存一个交流周期的采样值数据；所述步骤SS2中的采样值数据具体包括：输电线路两侧满足保护采样点要求的电流值采样数据；

步骤SS3：输电线路两侧保护装置发送采样值信息；所述步骤SS3具体包括：数据发送侧完成本侧数据采样后，通过无线通信方式发送采样值报文给数据接收侧；

步骤SS4：数据接收侧依据所述步骤SS1的线路频域Bergeron模型，利用接收数据推导出描述本侧电流值的计算值；

步骤SS5：数据接收侧计算本侧电流数据与计算值的时间差，通过插值方式对本侧采样值数据处理，完成两侧采样值报文的同步与序列匹配；

步骤SS6：获得序列匹配后，根据序列完成后续采样值数据的同步，进行差动保护动作；

步骤SS7：故障发生后或线路两侧保护装置重启后，返回所述步骤SS2进行重新获得同步序列。

所述建立线路频域Bergeron模型具体包括：

由Bergeron长线公式知，若线路中任意两点间没有其他分支回路，则可由其中一点的电压电流计算出另一点的电压电流；

当输电线路正常运行时，考察m点和n点的电压电流关系，则有：

其中，Um和Im为线路首端m点的电压和电流，U_n2和I_n2为计算得到的n点的电压和电流，Zc和γ分别为线路的波阻抗和传播系数，并有：

其中，R、L和C分别为线路单位长度的电阻、电感和电容，ω为工频角频率。

作为一种较佳的实施例，所述建立线路频域Bergeron模型具体还包括：

正常情况下，由公式(1)通过计算得到的n点电压电流应与n点测得的电压电流相同；如果两侧的数据不同步，n点数据超前m点的时间为Δt，则有

利用线路m侧的电压电流计算得到n侧的电压电流计算值，然后与n侧的电压电流测量值进行比较，如采用的电流差动保护，则有In/In2＝e^jwΔt，即可利用上式得到两侧数据的时间差Δt。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1：获取电力网络的基本参数信息，建立线路频域Bergeron模型；

步骤SS2：获取输电线路实时的量测参数，缓存一个交流周期的采样值数据；

步骤SS3：输电线路两侧保护装置发送采样值信息；

步骤SS4：数据接收侧依据所述步骤SS1的线路频域Bergeron模型，利用接收数据推导出描述本侧电流值的计算值；

步骤SS5：数据接收侧计算本侧电流数据与计算值的时间差，通过插值方式对本侧采样值数据处理，完成两侧采样值报文的同步与序列匹配；

步骤SS6：获得序列匹配后，根据序列完成后续采样值数据的同步，进行差动保护动作；

步骤SS7：故障发生后或线路两侧保护装置重启后，返回所述步骤SS2进行重新获得同步序列；

所述建立线路数学模型具体包括：

由Bergeron长线公式知，若线路中任意两点间没有其他分支回路，则可由其中一点的电压电流计算出另一点的电压电流；

当输电线路正常运行时，考察m点和n点的电压电流关系，则有：

其中，Um和Im为线路首端m点的电压和电流，U_n2和I_n2为计算得到的n点的电压和电流，Zc和γ分别为线路的波阻抗和传播系数，并有：

其中，R、L和C分别为线路单位长度的电阻、电感和电容，ω为工频角频率。

2.根据权利要求1所述的一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法，其特征在于，所述步骤SS1中的基本参数信息包括：输电线路单位长度的电阻、电感和电容值，工频角频率值信息。

3.根据权利要求1所述的一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法，其特征在于，所述步骤SS2中的采样值数据具体包括：输电线路两侧满足保护采样点要求的电流值采样数据。

4.根据权利要求1所述的一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法，其特征在于，所述步骤SS3具体包括：数据发送侧完成本侧数据采样后，通过无线通信方式发送采样值报文给数据接收侧。

5.根据权利要求1所述的一种适用于无线线路差动保护的数据同步方法，其特征在于，所述建立线路频域Bergeron模型具体还包括：

正常情况下，由公式(1)通过计算得到的n点电压电流应与n点测得的电压电流相同；如果两侧的数据不同步，n点数据超前m点的时间为Δt，则有

利用线路m侧的电压电流计算得到n侧的电压电流计算值，然后与n侧的电压电流测量值进行比较，如采用的电流差动保护，则有In/In2＝e^jwΔt，即可利用上式得到两侧数据的时间差Δt。

6.一种适用于无线线路差动保护的数据同步系统，其特征在于，包括：

预处理模块，用于：获取线路电气参数，建立线路数学模型；

数据发送侧模块，用于：输电线路两侧通过无线互发带序列标识的采样值报文；

数据接收侧模块，用于：接收侧利用接收数据与线路数学模型获得本侧的同步数据计算值；计算值与本侧数据做时间差，对本侧数据插值同步出新的序列；根据序列对数据进行匹配同步，然后进行差动保护工作；若线路故障发生或保护装置重启则转入数据发送侧模块，否则转入根据序列对数据进行匹配同步；

所述建立线路数学模型具体包括：

由Bergeron长线公式知，若线路中任意两点间没有其他分支回路，则可由其中一点的电压电流计算出另一点的电压电流；

当输电线路正常运行时，考察m点和n点的电压电流关系，则有：

其中，Um和Im为线路首端m点的电压和电流，U_n2和I_n2为计算得到的n点的电压和电流，Zc和γ分别为线路的波阻抗和传播系数，并有：

其中，R、L和C分别为线路单位长度的电阻、电感和电容，ω为工频角频率。

7.根据权利要求6所述的一种适用于无线线路差动保护的数据同步系统，其特征在于，所述线路电气参数包括：输电线路单位长度的电阻、电感和电容值，工频角频率值。

8.根据权利要求6所述的一种适用于无线线路差动保护的数据同步系统，其特征在于，所述建立线路数学模型具体还包括：

正常情况下，由公式(1)通过计算得到的n点电压电流应与n点测得的电压电流相同；如果两侧的数据不同步，n点数据超前m点的时间为Δt，则有

利用线路m侧的电压电流计算得到n侧的电压电流计算值，然后与n侧的电压电流测量值进行比较，如采用的电流差动保护，则有In/In2＝e^jwΔt，即可利用上式得到两侧数据的时间差Δt。

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