CN111697541A - 一种配电网线路电流差动保护同步方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网线路电流差动保护同步方法及系统，本发明无需外部同步设备，采用基于参考电压的采样调整与基于故障变化量检测相结合的方法，实现两侧保护装置采样值的同步。

Description

一种配电网线路电流差动保护同步方法及系统
技术领域
本发明涉及一种配电网线路电流差动保护同步方法及系统，属于配电网继电保护领域。
背景技术
配电网结构复杂，并且随着大量电力电子器件在配电网使用，配电网的故障特性发生了显著改变，传统基于过电流或者距离元件的故障定位、隔离方法受到了极大的挑战。电流差动保护具有简单可靠的特点，可以很好地解决配电网的问题，但是传统的电流差动保护以光纤专线通信为主，且多应用于高电压等级的输电网，存在通信通道敷设成本高、施工难度大、保护配置不灵活、运维难度大的问题，无法应对配电网海量终端连接的需求。
无线通信技术的快速发展，尤其是新一代无线通信技术(如：5G通信技术)的迅猛发展，为在配电网中配置电流差动保护提供了新的思路。但是现阶段无线通信技术信号传输延时具有抖动大、双向延时不一致、端到端延时不可精确测量等特点。因此在不借助于外部同步设备的情况下，传统的线路电流差动保护同步方法不适用于基于无线通信的配电网电流差动保护装置同步。
发明内容
本发明提供了一种配电网线路电流差动保护同步方法及系统，解决了不借助于外部同步设备的情况下，传统的线路电流差动保护同步方法不适用于基于无线通信的配电网电流差动保护装置同步的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种配电网线路电流差动保护同步方法，包括，
将与对侧同名相过零采样点的编号置为预设点起始值，将对应的周波编号置为预设周波起始值；
以周波编号递增和同一周波采样点编号递增的方式，进行采样，并将采样点编号、对应的周波编号和对应的采样值作为采样数据发送至本侧缓存和对侧装置；
响应本侧装置整组启动上升沿，将当前周波编号置为预设周波起始值，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
响应接收到周波编号为预设周波起始值的对侧采样数据，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
将两侧采样数据中周波编号和采样点编号均相同的采样点作为准同步点，实现两侧差动数据同步。
响应于一周波采样开始、且本侧装置未启动，根据预设调整原则调整本周波的采样间隔。
预设调整原则为，
响应于编号为预设点起始值的采样点采样值大于0，则本周波采样间隔调整为略小于阈值；
响应于编号为预设点起始值的采样点采样值小于0，则本周波采样间隔调整为略大于阈值；
响应于编号为预设点起始值的采样点采样值等于0，则本周波采样间隔调整为阈值。
响应于两侧相位差小于预设值，准同步点采样值直接用于差动数据计算；
响应于两侧相位差不小于预设值，根据相位差重新采样对侧数据，进行差动数据计算。
一种配电网线路电流差动保护同步系统，包括，
初始模块：将与对侧同名相过零采样点的编号置为预设点起始值，将对应的周波编号置为预设周波起始值；
采样模块：以周波编号递增和同一周波采样点编号递增的方式，进行采样，并将采样点编号、对应的周波编号和对应的采样值作为采样数据发送至本侧缓存和对侧装置；
本侧编号调整模块：响应本侧装置整组启动上升沿，将当前周波编号置为预设周波起始值，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
对侧编号调整模块：响应接收到周波编号为预设周波起始值的对侧采样数据，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
同步模块：将两侧采样数据中周波编号和采样点编号均相同的采样点作为准同步点，实现两侧差动数据同步。
还包括采样间隔调整模块，采样间隔调整模块：响应于一周波采样开始、且本侧装置未启动，根据预设调整原则调整本周波的采样间隔。
采样间隔调整模块中采样的预设调整原则为，
响应于采样点编号为预设点起始值、且采样值大于0，则本周波采样间隔调整为略小于阈值；
响应于采样点编号为预设点起始值、且采样值小于0，则本周波采样间隔调整为略大于阈值；
响应于采样点编号为预设点起始值、且采样值等于0，则本周波采样间隔调整为阈值。
同步模块：响应于两侧相位差小于预设值，准同步点采样值直接用于差动数据计算；响应于两侧相位差不小于预设值，根据相位差重新采样对侧数据，进行差动数据计算。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行配电网线路电流差动保护同步系统。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行配电网线路电流差动保护同步系统的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明无需外部同步设备，采用基于参考电压的采样调整与基于故障变化量检测相结合的方法，实现两侧保护装置采样值的同步。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为采样间隔调整示意图；
图3为采样数据修正法示意图。
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。
如图1所示，一种配电网线路电流差动保护同步方法，包括以下步骤；
步骤1，将与对侧同名相过零采样点的编号置为预设点起始值，将对应的周波编号置为预设周波起始值。
在装置(电流差动保护装置)采样初始化未完成的情况下，响应于采样中断触发，当参考电压采样值由负到正过零时(每周波实际有两个过零点，一个由负到正，一个由正到负)，将该采样点编号置为预设点起始值，一般设置为0，将对应的周波编号置为预设周波起始值，一般设置为0，并置装置采样初始化完成。
以两侧A相为例，如果A相电压有压，则实时检测A相电压实时采样值，当检测到当前点采样值≥0且前一点采样值＜0时，置当前采样点编号为0，当前周波编号为0。两侧A相采样点编号和周波编号设置完成后，装置采样初始化完成。
步骤2，以周波编号递增和同一周波采样点编号递增的方式，进行采样，并将采样点编号、对应的周波编号和对应的采样值作为采样数据发送至本侧缓存和对侧装置。
假设装置的采样间隔为0.833ms，每工频周波对应24点，每个采样点的编号范围为0～23，每个采样点可根据周波编号m(0～232-1)与采样点编号n(0～23)来表述(可简化表述为Cm.Pn)。当前一采样点编号为23时，认为前一周波数据采集完成，选取前一周波24点数据通过傅里叶算法计算出电压、电流的同步相量，置当前采样点编号为0，当前周波编号在前一周波编号的基础上加1，并开始新一周波的数据采样。例如假设前一周波各采样点编号分别为Cm.P0～Cm.P23，则本周波各点编号分别为C(m+1).P0～C(m+1).P23。
响应于一周波采样开始、且本侧装置未启动，如图2所示，根据预设调整原则调整本周波的采样间隔；如果装置已整组启动，则不对采样间隔进行调整。
调整原则：响应于编号为预设点起始值(即0)的采样点采样值大于0，则本周波采样间隔调整为略小于阈值，即本周波采样间隔<阈值，阈值与本周波采样间隔的差值在预设动态调整范围内(预设动态调整范围很小)；响应于编号为预设点起始值的采样点采样值小于0，则本周波采样间隔调整为略大于阈值，即本周波采样间隔>阈值，本周波采样间隔与阈值的差值在预设动态调整范围内；响应于编号为预设点起始值的采样点采样值等于0，则本周波采样间隔调整为阈值。
以1200Hz的采样率为例，采样间隔的阈值为0.833ms，保护装置能够调整的采样间隔步长为0.001ms，即采样间隔最小调整1us(对于需要调整采样间隔的情况而言)。保护装置根据编号为预设点起始值(即0)的采样点采样值与0的偏差值，计算出需要调整后的采样间隔。例如：有时采样间隔可能仅需调小1us，调至0.832ms；有时需要将采样间隔调大，调至0.838ms；有时不需要调整。对于本例来说，设定采样间隔的范围为(0.833±0.017)ms，即预设动态调整范围为0.017ms。0.017ms对应于比较恶劣的同步情况，在正常连续调整的情况下，采样间隔的调整不会很大。对于其他采样率，如2000Hz，预设动态调整范围可设定为0.006ms。
采样完成后，将本侧的采样值、采样点编号以及周波编号存入本侧缓存，并通过逐点发送或多点打包发送的方式发送给对侧装置。对侧装置接收到本侧采样数据后存入当地缓存；本侧装置接收到对侧采样数据后存入本地缓存。
在采样中断触发时，实时采集本侧装置安装处的电压、电流以及开关位置等信号，并实时计算本侧装置所采集电压、电流的幅值以及变化量，当变化量满足定值条件时，判定为一次系统发生故障，置装置整组启动标志，即装置启动。
步骤3，响应本侧装置整组启动上升沿，将当前周波编号置为预设周波起始值，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变。
步骤4，响应接收到周波编号为预设周波起始值的对侧采样数据，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变。
假设本侧装置已接收到的对侧前一包采样数据的周波编号为xxxx，该包最后一个数据的采样点编号为11，而当前接收到的对侧采样数据周波编号为0，则依次将已缓存的对侧周波编号为xxxx的0～11点的周波编号置为0。
步骤5，将两侧采样数据中周波编号和采样点编号均相同的采样点作为准同步点，实现两侧差动数据同步。
在配电网线路较短的情况下，线路两侧参考电压的相位差可以忽略不计，准同步点可直接用于差动电流计算，即响应于两侧相位差小于预设值，准同步点采样值直接用于差动数据计算，实现两侧差动数据同步。在配电网线路较长的情况下，线路两侧参考电压会存在一定的相位差，可以根据线路参数计算出相位差，并根据相位差针对对侧采样数据进行重采样，以提高两侧电流的同步精度，即响应于两侧相位差不小于预设值，根据相位差重新采样对侧数据(即根据相位差采样对侧同本侧时间同步的采样值)，进行差动数据计算。
重采样过程：当线路较长时，线路两侧的电压相量相位不能被认定为相同。然而，当线路两端保护装置分别通过捕捉电压波形过零点采样，线路两端保护装置的实际采样时刻就会存在一定误差。根据线路的参数模型可以计算出两侧电压相量的相位差，因此在本侧收到对侧的采样数据后，可以根据已知的相位差对数据进行修正。
例如：假定两侧均以相同的采样频率f进行采样，线路M侧为线路送端，N侧为线路受端，则M侧的参考电压相位要超前于N侧参考电压的相位，由于两侧保护装置采样时刻均对应于电压波形过零点，因此M侧的采样时刻超前于N侧的采样时刻。根据线路参数模型，即可以事先测算出M侧保护装置采样超前于N侧保护装置采样的时间(对应于两侧参考电压相位差
Figure BDA0002474777300000081
(角度制)，则采样超前时间为
Figure BDA0002474777300000082
)。
以图3为例，tM1为M侧电压波形过零点的绝对采样时刻，tN1为N侧电压波形过零点的绝对采样时刻。N侧收到的M侧数据分别在tM1和tM2时刻采样，由于M侧超前于N侧采样，可以根据线路参数模型计算的M侧超前于N侧的采样超前时间，推算出对应于N侧电压波形过零点，M侧tM1采样时刻折算后的采样时刻
Figure BDA0002474777300000083
N侧根据tM1和tM2时刻收到的数据，基于插值算法算出t′N1时刻的M侧数据，这是重采样方法之一。
另外一种重采样方法为利用旋转变换将傅里叶变换后的电流相量进行变换。N将接收到的tM1时刻的采样数据
Figure BDA0002474777300000084
经旋转变换后得到t′N1时刻的数据
Figure BDA0002474777300000085
上述方法中，系统正常运行的情况下，线路两侧装置分别以系统正常运行情况的同名相电压作为参考(如上述的A相电压)，通过对各侧同名相电压过零点的采样，对各自的采样间隔进行动态调整，以提高两侧装置采样的同步性能，确保两侧装置故障检测元件的同步性，即通过基于电压参考量的采样调整，可保证系统未发生故障的情况下，同一时刻两侧装置采样点编号相同，但是周波编号不一定相同；当检测到系统发生故障时，两侧装置分别将该周波的周波编号置0，因此在系统发生故障的情况下，同一时刻两侧装置采样点的点编号相同，周波编号也相同；根据同一时刻两侧装置采样点所对应的周波编号与采样点编号相同的原则，即可实现两侧保护装置的差动数据同步。
上述方法无需外部同步设备，采用基于参考电压的采样调整与基于故障变化量检测相结合的方法，实现两侧保护装置采样值的同步。
一种配电网线路电流差动保护同步系统，包括，
初始模块：将与对侧同名相过零采样点的编号置为预设点起始值，将对应的周波编号置为预设周波起始值；
采样模块：以周波编号递增和同一周波采样点编号递增的方式，进行采样，并将采样点编号、对应的周波编号和对应的采样值作为采样数据发送至本侧缓存和对侧装置；
本侧编号调整模块：响应本侧装置整组启动上升沿，将当前周波编号置为预设周波起始值，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
对侧编号调整模块：响应接收到周波编号为预设周波起始值的对侧采样数据，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
同步模块：将两侧采样数据中周波编号和采样点编号均相同的采样点作为准同步点，实现两侧差动数据同步。具体为：响应于两侧相位差小于预设值，准同步点采样值直接用于差动数据计算；响应于两侧相位差不小于预设值，根据相位差重新采样对侧数据，进行差动数据计算。
采样间隔调整模块，采样间隔调整模块：响应于一周波采样开始、且本侧装置未启动，根据预设调整原则调整本周波的采样间隔。
采样间隔调整模块中采样的预设调整原则为，
响应于采样点编号为预设点起始值、且采样值大于0，则本周波采样间隔调整为略小于阈值；
响应于采样点编号为预设点起始值、且采样值小于0，则本周波采样间隔调整为略大于阈值；
响应于采样点编号为预设点起始值、且采样值等于0，则本周波采样间隔调整为阈值。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行配电网线路电流差动保护同步方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行配电网线路电流差动保护同步方法的指令。
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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网线路电流差动保护同步方法，其特征在于：包括，
将与对侧同名相过零采样点的编号置为预设点起始值，将对应的周波编号置为预设周波起始值；
以周波编号递增和同一周波采样点编号递增的方式，进行采样，并将采样点编号、对应的周波编号和对应的采样值作为采样数据发送至本侧缓存和对侧装置；
响应本侧装置整组启动上升沿，将当前周波编号置为预设周波起始值，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
响应接收到周波编号为预设周波起始值的对侧采样数据，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
将两侧采样数据中周波编号和采样点编号均相同的采样点作为准同步点，实现两侧差动数据同步。
2.根据权利要求1所述的一种配电网线路电流差动保护同步方法，其特征在于：响应于一周波采样开始、且本侧装置未启动，根据预设调整原则调整本周波的采样间隔。
3.根据权利要求1或2所述的一种配电网线路电流差动保护同步方法，其特征在于：预设调整原则为，
响应于编号为预设点起始值的采样点采样值大于0，则本周波采样间隔调整为略小于阈值；
响应于编号为预设点起始值的采样点采样值小于0，则本周波采样间隔调整为略大于阈值；
响应于编号为预设点起始值的采样点采样值等于0，则本周波采样间隔调整为阈值。
4.根据权利要求1所述的一种配电网线路电流差动保护同步方法，其特征在于：响应于两侧相位差小于预设值，准同步点采样值直接用于差动数据计算；
响应于两侧相位差不小于预设值，根据相位差重新采样对侧数据，进行差动数据计算。
5.一种配电网线路电流差动保护同步系统，其特征在于：包括，
初始模块：将与对侧同名相过零采样点的编号置为预设点起始值，将对应的周波编号置为预设周波起始值；
采样模块：以周波编号递增和同一周波采样点编号递增的方式，进行采样，并将采样点编号、对应的周波编号和对应的采样值作为采样数据发送至本侧缓存和对侧装置；
本侧编号调整模块：响应本侧装置整组启动上升沿，将当前周波编号置为预设周波起始值，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
对侧编号调整模块：响应接收到周波编号为预设周波起始值的对侧采样数据，将本侧已缓存的该周波采样点周波编号置为预设周波起始值、采样点编号保持不变；
同步模块：将两侧采样数据中周波编号和采样点编号均相同的采样点作为准同步点，实现两侧差动数据同步。
6.根据权利要求5所述的一种配电网线路电流差动保护同步新系统，其特征在于：还包括采样间隔调整模块，采样间隔调整模块：响应于一周波采样开始、且本侧装置未启动，根据预设调整原则调整本周波的采样间隔。
7.根据权利要求5或6所述的一种配电网线路电流差动保护同步新系统，其特征在于：采样间隔调整模块中采样的预设调整原则为，
响应于采样点编号为预设点起始值、且采样值大于0，则本周波采样间隔调整为略小于阈值；
响应于采样点编号为预设点起始值、且采样值小于0，则本周波采样间隔调整为略大于阈值；
响应于采样点编号为预设点起始值、且采样值等于0，则本周波采样间隔调整为阈值。
8.根据权利要求1所述的一种配电网线路电流差动保护同步新系统，其特征在于：同步模块：响应于两侧相位差小于预设值，准同步点采样值直接用于差动数据计算；响应于两侧相位差不小于预设值，根据相位差重新采样对侧数据，进行差动数据计算。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至4所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至4所述的方法中的任一方法的指令。
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