CN111668800B - 基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法和系统，两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；若装置对时正常，获得对时方式下的整秒绝对时刻，对采样点进行循环编号，基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，装置向对侧装置发送各采样点数据，差动保护正常计算；若装置对时异常，差动保护采用备用光纤通道对时，如果备用光纤通道完成同步，则差动保护正常计算；如果备用光纤通道对时无效则闭锁差动保护；若装置正常同步后出现对时异常，则在设定的时间内采用晶振维持时钟，差动保护抬高门槛防止误动。本发明实现了线路差动保护数据同步。
Description
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，涉及一种基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法和系统。
背景技术
随着5G网络的全面建设，高传输速率与高传输可靠性的无线通信即将深入到各工业领域；继电保护是电力系统第一道防线，在线路保护中，线路差动保护是其核心主保护；线路差动保护的核心之一是线路两侧保护装置的数据传递。目前最常用的传递媒介是光纤通道。光纤通道有其优势，也有一定的弊端。通常的，每一条线路配备的线路保护需要与线路同等长度的专用光纤铺设且仅为这一套线路保护服务，建设成本之高可见一斑；此外，光纤通道虽不受电磁环境干扰，但其实物本身较为脆弱，容易受自然灾害等外物破坏引起损伤导致数据通道失效。随着5G技术的完善，采用无线网络进行数据传输，一方面节省了光纤铺设的建设成本，另一方面也避免了光纤易损伤导致的通道中断，使得维护更加快速便捷。
线路差动保护要求两侧电流或电压数据同步采样，传统的光纤通道同步方法采用乒乓对时进行同步，此方法要求通道的收发延时相等。采用5G无线网络进行数据传输，不能够完全保障数据收发延时相等，因而乒乓对时可能无法保障两侧采样同步，从而可能引起线路差动保护的误动作。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法和系统，解决了基于无线通信的线路差动保护不能够完全保障数据收发延时相等，无法保障两侧采样同步，可能引起线路差动保护的误动作的问题。
本发明提出了一种基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法，包括步骤：
两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；
若装置对时正常，获得对时方式下的整秒绝对时刻，基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，装置向对侧装置发送各采样点数据，差动保护正常计算；
若装置对时异常，且若装置同步标志为非同步，则差动保护采用备用光纤通道，采用乒乓同步算法进行同步，差动保护正常计算；如果备用光纤通道无效则闭锁差动保护；且若装置同步标志为同步，则在设定的时间内采用晶振维持时钟，差动保护抬高门槛防止误动。
进一步的，对时方式包括：GPS、北斗卫星、5G网络授时。
进一步的，判断两侧线路保护装置对时是否正常，包括：
若GPS、北斗卫星、5G网络授时有一种对时方式正常则置正常对时标志为正常，若GPS、北斗、5G网络授时均异常时，则置正常对时标志为异常；两侧线路保护装置正常对时标志均为正常且对时方式一致时判断对时正常，否则对时异常。
进一步的，基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，包括：
线路保护装置对采样点进行循环编号，装置对时正常后第一个整秒时刻附近最接近整秒时刻的点编号为0，随后进行0～(N-1)循环编号，N为采样频率；计算线路保护装置每一个编号为0的采样点对应时刻与对应整秒绝对时刻之间的差值dt，获取上一个整秒绝对时刻附近编号为0的采样点对应的时刻与上一个整秒绝对时刻之间的差值dt1，从第二个整秒开始每个整秒处求出两个时间差值的差值Δdt＝dt-dt1，调整采样间隔时间，使得Δdt趋于0后，再调整采样间隔时间，使得dt趋于0；当Δdt约等于0且dt约等于0时，装置同步标志为同步。
进一步的，线路保护装置对采样点进行循环编号的方法为：
当整秒绝对时刻后的第一个采样点距整秒绝对时刻时间若大于
该采样点编号从1开始，前一个点编号为0；若小于
时，该采样点编号从0开始；随后编号按顺序依次循环递增，编号为(N-1)的采样点的下一个采样点编号回归到0继续循环编号，循环编号范围为0～(N-1)，N为采样频率。
进一步的，调整采样间隔时间，使得Δdt趋于0，方法如下：
当Δdt＞0时，采样间隔偏大的值为
从第一个采样点开始，随后每个点的采样间隔时间按等差数列递减
当Δdt＜0时，采样间隔偏小的值为
从第一个采样点开始，随后每个点的采样间隔时间按等差数列递增
使得Δdt趋于0。
进一步的，再调整采样间隔时间，使得dt趋于0，方法如下：
当Δdt趋于0后，确定此时的采样间隔时间，并得到此时的第一个采样点与整秒绝对时刻的时间差dt值，若dt＞0，则在随后1s内每个点的采样间隔时间按等差数列递减
1s后每个点的采样间隔时间按等差数列递增
2s后dt趋于0且Δdt仍然趋于0；若dt＜0，则在随后1s内每个点的采样间隔时间递增
1s后每个点的采样间隔时间按等差数列递减
2s后dt趋于0且Δdt仍然趋于0。
进一步的，差动保护抬高门槛的门槛值随着失去对时后时间的增长而增加，最大不超过定值的10倍。
一种基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步系统，包括：
对时判断模块，两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；
差动保护同步模块，两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；
若装置对时正常，获得对时方式下的整秒绝对时刻，基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，装置向对侧装置发送各采样点数据，差动保护正常计算；
若装置对时异常，且若装置同步标志为非同步，则差动保护采用备用光纤通道，采用乒乓同步算法进行同步，差动保护正常计算；如果备用光纤通道无效则闭锁差动保护；且若装置同步标志为同步，则在设定的时间内采用晶振维持时钟，差动保护抬高门槛防止误动。
进一步的，对时方式包括：GPS、北斗卫星、5G网络授时。
本发明所达到的有益效果：
解决了基于无线通信的线路差动保护不能够完全保障数据收发延时相等，无法保障两侧采样同步，可能引起线路差动保护的误动作的问题；两侧线路保护装置采样同步不受通道延时等因素的影响；绝对时刻的获取可通过GPS对时，也可切换至北斗卫星对时以及5G网络授时；当对时失效时，可切换至备用通道进行数据同步；解决了线路差动保护中关键的数据同步的问题，使得无线网络作为线路差动保护的通道成为可能。
附图说明
图1本发明具体实施方式中的一种同步方法流程图；
图2本发明具体实施方式中的对时连接示意图；
图3本发明具体实施方式中的采样时刻同步调整示意图；
图4本发明具体实施方式中的5G网络无线差动同步示意图。
具体实施方式
下面是本发明的一个优选实施案例，包含了采用本发明方法的一个实例。
实施例1：
一种基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法，包括如下步骤：
步骤1，两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；
对时方式包括：GPS对时、北斗卫星对时、5G网络授时；
对时连接示意图如图2所示，对时具体过程包括：将两侧保护装置分别与GPS、北斗卫星、5G网络授时连接，获取三种对时方式下的整秒绝对时刻；整秒绝对时刻为：GPS、北斗卫星或者5G网络授时的整秒时刻；
优先采用GPS卫星对时，当GPS信号异常时采用北斗卫星对时，当GPS与北斗卫星信号均异常时，采用5G网络授时；线路保护装置通过无线通道或光纤通道将本侧对时方式传输至对侧并接收对侧对时方式信息进行判别对时方式是否一致，若不一致，需要调整为对时方式一致。
判断两侧线路保护装置对时是否正常，具体为：
若GPS、北斗卫星、5G网络授时有一种对时方式正常则置“正常对时标志”为1，若GPS、北斗、5G网络授时均异常时，则置“正常对时标志”为0；两侧线路保护装置“正常对时标志”均为1且对时方式一致时代表对时正常，否则为对时异常。
步骤2，若装置对时正常，获得对时方式下的整秒绝对时刻，并对采样点进行循环编号，基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，装置向对侧装置发送各采样点数据(包括携带正常对时标志和采样点编号)，差动保护正常计算，如图1所示；
具体为：
求线路保护装置P0采样点对应的时刻与当前整秒绝对时刻之间的差值dt，求得上一个整秒绝对时刻附近第一个采样点对应的时刻与上一个整秒绝对时刻之间的差值dt1，求出两个时间差值的差值Δdt＝dt-dt1，调整采样间隔时间ts，使得Δdt趋于0后，再调整采样间隔时间ts，使得dt趋于0；当Δdt趋于0且dt趋于0时，则表示线路保护装置同步，同步标志置1；装置同步标志初始值为非同步，即0；
如图3所示，线路保护装置对电流或电压的采样点进行循环编号的方法为：
当整秒绝对时刻后的第一个采样点距整秒绝对时刻时间若大于
编号从1开始(前一个采样点编号记为0)；若小于
时，该采样点编号从0开始，随后编号按顺序依次循环递增，第N个采样点的下一个点编号回归到0继续循环编号，循环编号范围为0～(N-1)，采样点称为P0点、P1点、……P(N-1)点，其中N为采样频率，本实施例中，N＝1200。
上述目的是使编号为0的点离整秒点最近，如果整秒后的第一个点大于采样间隔的一半，则说明整秒前的那个采样点离得近。
如图3、4所示，调整采样间隔时间ts，首先每个整秒绝对时刻附近计算当前整秒时P0点与整秒绝对时刻的时间差dt，dt可正可负，并获取上一个整秒附近计算的P0点与整秒绝对时刻时间差，记为dt1，求出两个时间差的差值Δdt＝dt-dt1，当Δdt＞0时，逐步微调减小采样间隔时间ts，直至Δdt趋于0，当Δdt＜0时，逐步微调增大采样间隔时间ts，直至Δdt趋近于0。
调整采样间隔时间ts，使得Δdt趋于0(即Δdt小于一定门槛，例如Δdt＜5μs)，具体方法如下：
当Δdt＞0时，说明采样间隔偏大，偏大的值为
N为采样频率，则逐步微调减小采样间隔时间ts，从P0点开始，随后每个点的采样间隔时间按等差数列递减
当Δdt＜0时，说明采样间隔偏小，偏小的值为
N为采样频率，则逐步微调增大采样间隔时间ts，从P0点开始，随后每个点的采样间隔时间按等差数列递增
1s后保持采样间隔不变持续1s时间，理想情况2s后即可使得Δdt趋于0，考虑误差则在多次调整后(重新计算两个相邻整秒的时间差的差值Δdt＝dt-dt1，按照上述方法调整采样时间间隔)即可使得Δdt趋于0。
再调整采样间隔时间，使得dt趋于0；具体为：
当Δdt趋于0后，确定此时的采样间隔时间，并得到此时的P0点与整秒时刻的时间差dt值，随后逐步调整装置采样时刻，若dt＞0，则在随后1s内逐步微调减小采样间隔时间ts，即从P0点开始，随后每个点的采样间隔时间按等差数列递减
1s时使得dt缩小一半，1s后逐步微调增大采样间隔时间ts，即从P0点开始，随后每个点的采样间隔时间按等差数列递增
2s后dt趋于0且采样间隔时间ts与2s前一致；若dt＜0，则在随后1s逐步微调增大采样间隔时间ts，从P0点开始，随后1s内每个点的采样间隔时间递增
1s时使得dt缩小一半，1s后逐步微调减小采样间隔时间ts，即从P0点开始，随后每个点的采样间隔时间按等差数列递减
2s后dt趋于0且ts与2s前一致；dt趋于0的判别条件为dt小于一定门槛，例如dt＜2μs；当Δdt趋于0且dt趋于0时则表示装置同步,装置同步标志置1。
步骤3，若装置对时异常，且若装置同步标志为非同步，则差动保护采用备用光纤通道，采用乒乓同步算法进行同步，差动保护正常计算；如果备用光纤通道无效则闭锁差动保护；且若装置同步标志为同步，则在设定的时间内采用晶振维持时钟，装置向对侧装置发送数据携带短时未对时标志，差动保护抬高门槛防止误动。
差动保护抬高门槛的门槛值随着失去对时后时间的增长而增加，最大不超过定值的10倍。如，每0.2秒将差动保护门槛抬高1倍，2秒时门槛抬高至10倍定值。2秒后若装置仍然对时异常则判为长时间未对时，装置非同步，装置同步标志置0。
线路保护装置向对侧装置发送的各采样点数据均携带正常对时标志、同步标志及采样点编号，用于与对侧同时刻的电压或电流进行差动计算。
实施例2：
一种基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步系统，包括：
对时判断模块，两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；
差动保护同步模块，两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；
若装置对时正常，获得对时方式下的整秒绝对时刻，基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，装置向对侧装置发送各采样点数据，差动保护正常计算；
若装置对时异常，且若装置同步标志为非同步，则差动保护采用备用光纤通道，采用乒乓同步算法进行同步，差动保护正常计算；如果备用光纤通道无效则闭锁差动保护；且若装置同步标志为同步，则在设定的时间内采用晶振维持时钟，差动保护抬高门槛防止误动。
对时方式包括：GPS、北斗卫星、5G网络授时。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (7)
1.一种基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法，其特征在于：包括步骤：
两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；
若装置对时正常，获得对时方式下的整秒绝对时刻，基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，装置向对侧装置发送各采样点数据，差动保护正常计算；
若装置对时异常，且若装置同步标志为非同步，则差动保护采用备用光纤通道，采用乒乓同步算法进行同步，差动保护正常计算；如果备用光纤通道无效则闭锁差动保护；且若装置同步标志为同步，则在设定的时间内采用晶振维持时钟，差动保护抬高门槛防止误动；
对时方式包括：GPS、北斗卫星、5G网络授时；
判断两侧线路保护装置对时是否正常，包括：
若GPS、北斗卫星、5G网络授时有一种对时方式正常则置正常对时标志为正常，若GPS、北斗、5G网络授时均异常时，则置正常对时标志为异常；两侧线路保护装置正常对时标志均为正常且对时方式一致时判断对时正常，否则对时异常；
基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，包括：
线路保护装置对采样点进行循环编号，装置对时正常后第一个整秒时刻附近最接近整秒时刻的点编号为0，随后进行0～(N-1)循环编号，N为采样频率；计算线路保护装置每一个编号为0的采样点对应时刻与对应整秒绝对时刻之间的差值dt，获取上一个整秒绝对时刻附近编号为0的采样点对应的时刻与上一个整秒绝对时刻之间的差值dt1，从第二个整秒开始每个整秒处求出两个时间差值的差值Δdt＝dt-dt1，调整采样间隔时间，使得Δdt趋于0后，再调整采样间隔时间，使得dt趋于0；当Δdt约等于0且dt约等于0时，装置同步标志为同步。
2.根据权利要求1所述的基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法，其特征在于：线路保护装置对采样点进行循环编号的方法为：
当整秒绝对时刻后的第一个采样点距整秒绝对时刻时间若大于
该采样点编号从1开始，前一个点编号为0；若小于
时，该采样点编号从0开始；随后编号按顺序依次循环递增，编号为(N-1)的采样点的下一个采样点编号回归到0继续循环编号，循环编号范围为0～(N-1)，N为采样频率。
3.根据权利要求1所述的基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法，其特征在于：调整采样间隔时间，使得Δdt趋于0，方法如下：
当Δdt＞0时，采样间隔偏大的值为
从第一个采样点开始，随后每个点的采样间隔时间按等差数列递减
当Δdt＜0时，采样间隔偏小的值为
从第一个采样点开始，随后每个点的采样间隔时间按等差数列递增
使得Δdt趋于0。
4.根据权利要求3所述的基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法，其特征在于：再调整采样间隔时间，使得dt趋于0，方法如下：
当Δdt趋于0后，确定此时的采样间隔时间，并得到此时的第一个采样点与整秒绝对时刻的时间差dt值，若dt＞0，则在随后1s内每个点的采样间隔时间按等差数列递减
1s后每个点的采样间隔时间按等差数列递增
2s后dt趋于0且Δdt仍然趋于0；若dt＜0，则在随后1s内每个点的采样间隔时间递增
1s后每个点的采样间隔时间按等差数列递减
2s后dt趋于0且Δdt仍然趋于0。
5.根据权利要求1所述的基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步方法，其特征在于：差动保护抬高门槛的门槛值随着失去对时后时间的增长而增加，最大不超过定值的10倍。
6.一种基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步系统，其特征在于：包括：
对时判断模块，两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；
差动保护同步模块，两侧线路保护装置均通过不同对时方式进行对时，判断两侧线路保护装置对时是否正常；
若装置对时正常，获得对时方式下的整秒绝对时刻，基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，装置向对侧装置发送各采样点数据，差动保护正常计算；
若装置对时异常，且若装置同步标志为非同步，则差动保护采用备用光纤通道，采用乒乓同步算法进行同步，差动保护正常计算；如果备用光纤通道无效则闭锁差动保护；且若装置同步标志为同步，则在设定的时间内采用晶振维持时钟，差动保护抬高门槛防止误动；
对时方式包括：GPS、北斗卫星、5G网络授时；判断两侧线路保护装置对时是否正常，包括：
若GPS、北斗卫星、5G网络授时有一种对时方式正常则置正常对时标志为正常，若GPS、北斗、5G网络授时均异常时，则置正常对时标志为异常；两侧线路保护装置正常对时标志均为正常且对时方式一致时判断对时正常，否则对时异常；
基于整秒绝对时刻通过微调采样间隔使得采样时刻同步，包括：
线路保护装置对采样点进行循环编号，装置对时正常后第一个整秒时刻附近最接近整秒时刻的点编号为0，随后进行0～(N-1)循环编号，N为采样频率；计算线路保护装置每一个编号为0的采样点对应时刻与对应整秒绝对时刻之间的差值dt，获取上一个整秒绝对时刻附近编号为0的采样点对应的时刻与上一个整秒绝对时刻之间的差值dt1，从第二个整秒开始每个整秒处求出两个时间差值的差值Δdt＝dt-dt1，调整采样间隔时间，使得Δdt趋于0后，再调整采样间隔时间，使得dt趋于0；当Δdt约等于0且dt约等于0时，装置同步标志为同步。
7.根据权利要求6所述的基于无线通信和绝对时刻的线路差动保护同步系统，其特征在于：对时方式包括：GPS、北斗卫星、5G网络授时。
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