CN112600179B - 一种适用于5g无线通信的差动同步方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于5G无线通信的差动同步方法及系统，属于电力技术领域，包括所有设备均采用高速采样并根据高速采样数据实时进行故障检测；所有设备均以首次检测到满足故障检测判别条件的时刻作为故障时刻；所有设备在进行低速采样数据采样时，计算该数据采样时刻与故障时刻之间的时间差，作为相对时间；两侧装置依据相对时间，将对侧数据进行重采样，从而使两侧数据的同步，解决了采用高速采样与实时故障检测相结合实现差动数据同步，实现不依赖于卫星同步时钟提供的同步信号而进行差动数据同步的技术问题，本发明可广泛适用于采用4G/5G等无线通信通道的线路纵联电流差动保护，不依赖外部同步信号。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种适用于5G无线通信的差动同步方法及系统。
背景技术
配电自动化建设是提高供电可靠性、降低停电时间、降低设备冗余、提高配电网运行效率的有效手段。在配电自动化业务中，通信是最为薄弱的环节，严重制约了电力设备智能化程度，在时间进度上也影响了配电自动化的发展。受制于通信条件，传统配电网缺乏有效的自动化和保护手段。配电网引入基于光纤的线路纵联电流差动保护可以减少停电时间，高效处理配电故障。但是配电网敷设全光纤线路，建设成本高，施工通道紧张，从而制约了线路纵联电流差动保护的推广。
无线通信具有建设成本低、施工难度小、扩展灵活的特点，相对于有线通信来说有巨大的优势。作为新一代无线通信技术，5G具有高带宽、高可靠、低时延等优点，为配电网基于无线通信实现配电网线路电流差动保护提供了通信基础。但是，相比光纤通信，5G通信具有延时抖动大、双向延时不一致等特点，传统纵联电流差动保护所采用采样时刻调整法与采样数据修正法在5G通信情况下均无法正常使用。而另一方面，受制于现阶段5G通信技术无法提供高精度的端对端的授时信号，基于5G通信的纵联电流差动保护一般采用外置的GPS或北斗等卫星同步时钟提供的授时信号，来实现差动各侧采样数据的同步。而配电网中大量设备放置于高楼地下层，基本无法提供GPS或北斗等卫星同步时钟所需要的卫星信号，有必要研究一种可以不依赖于外部同步信号的新型差动数据同步方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于5G无线通信的差动同步方法及系统，解决了采用高速采样与实时故障检测相结合实现差动数据同步，实现不依赖于卫星同步时钟提供的同步信号而进行差动数据同步的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于5G无线通信的差动同步方法，包括所有设备均采用高速采样并根据高速采样数据实时进行故障检测；
所有设备均以首次检测到满足故障检测判别条件的时刻作为故障时刻；
所有设备在进行低速采样数据采样时，计算该数据采样时刻与故障时刻之间的时间差，作为相对时间；
两侧装置依据相对时间，将对侧数据进行重采样，从而使两侧数据的同步。
优选的，所述低速采样数据用于差动计算。
优选的，在所述设备实时进行故障检测时，如未检测到故障，所述两侧设备实时计算本侧电压、电力的向量，并定时传送到对侧。
优选的，在未检测到故障时，两侧设备分别计算两侧电压向量之间的相位关系，并根据负荷电流与线路参数进行补偿；根据两侧电压向量之间的相位关系，对电流进行相位调整，从而使两侧向量同步。
优选的，所有所述设备均采用无线通信进行数据交互。
优选的，所述无线通信包括5G通信网络。
一种适用于5G无线通信的差动同步系统，包括一条配电网输电线路与两条线路纵联差动保护装置，差动保护装置为两个，分别设于线路的M侧与N侧，电压相位关系完全一致。
优选的，所述配电网输电线路过长时，通过流过输电线路的负荷电流与输电线路的系统阻抗进行补偿。
优选的，所述M侧与所述N侧的设备均按照两种采样率进行实时采样，两种采样率分别为高采样率和低采样率，高采样率采样的数据用于检测故障发生时刻，低采样率采样的数据用于数据交互与差动电流计算。
本发明所述的一种适用于5G无线通信的差动同步方法及系统，解决了采用高速采样与实时故障检测相结合实现差动数据同步，实现不依赖于卫星同步时钟提供的同步信号而进行差动数据同步的技术问题，本发明可广泛适用于采用4G/5G等无线通信通道的线路纵联电流差动保护，不依赖外部同步信号，本发明的差动同步精度与高采样率有关，采样率越高同步精度越高，当采样率达到50000Hz时，同步精度可高于40μs，满足纵联电流差动保护对同步精度的要求。
附图说明
图1是本发明的配网线路差动保护配置示意图；
图2是本发明的M侧装置基于相对时间的数据同步示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
由图1-图2所示的一种适用于5G无线通信的差动同步方法，包括所有设备均采用高速采样并根据高速采样数据实时进行故障检测；
所有设备均以首次检测到满足故障检测判别条件的时刻作为故障时刻；
所有设备在进行低速采样数据采样时，计算该数据采样时刻与故障时刻之间的时间差，作为相对时间；
两侧装置依据相对时间，将对侧数据进行重采样，从而使两侧数据的同步。
优选的，所述低速采样数据用于差动计算。
优选的，在所述设备实时进行故障检测时，如未检测到故障，所述两侧设备实时计算本侧电压、电力的向量，并定时传送到对侧。
优选的，在未检测到故障时，两侧设备分别计算两侧电压向量之间的相位关系，并根据负荷电流与线路参数进行补偿；根据两侧电压向量之间的相位关系，对电流进行相位调整，从而使两侧向量同步。
优选的，所有所述设备均采用无线通信进行数据交互。
优选的，所述无线通信包括5G通信网络。
本实施例具备包括如下步骤：
步骤1：各设备分别按照两种采样率进行实时采样，一种采样率较高，主要用于检测故障发生时刻；一种采样率较低，主要用于数据交互与差动电流计算。当高采样速率是低采样率的整数倍时，可以仅按高采样率进行采样，低采样率相关数据从高采样率数据中进行抽取。例如高采样率12000Hz，低采样率为1200Hz时，设备可以仅按照12000Hz进行采样，低采样率数据从高采样率数据中抽取，每10个点抽取1个点；
步骤2：各设备针对高速采样数据实时计算各相电压、电流变化量，并与预置的电压、电流变化量门槛进行比较，检测到电压或电流变化量大于预置门槛则判定系统发生故障。一段时间内，首次检测到电压或电流变化量达到预置门槛的采样时刻，记为故障起始时刻Tflt；
步骤3：判定系统发生故障后，根据每一个低速采样数据的采样时刻Tsmpln，计算出该采样点相对故障发生时刻的相对时间Tn，Tn＝Tsmpln-Tflt。将采样数据与相对时间进行缓存，并实时发送给对侧装置；
步骤4：判定系统发生故障后，各侧装置接收到对侧带相对时间的采样数据后，根据各侧数据的相对时间将对侧数据进行重采样，从而实现差动数据的同步。如附图2所示，根据TN1与TN2这两个采样点的采样数据，通过插值算法即可算出T′N2时刻的采样数据，该采样数据与TM2时刻的采样数据，即为同步数据。
步骤5：判定系统发生故障后，采用同步后的差动数据，即可进行故障后差动电流与制动电流的计算。
步骤6：在未检测到系统发生故障的情况下，各侧设备根据低速采样数据采用傅里叶算法分别计算出本侧电压与电流的向量，并定时传送给对侧。
步骤7：在未检测到系统发生故障的情况下，接收到对侧电压、电流的向量后，以本侧电压向量为基准，计算对侧电压向量与本侧电压向量之间的相位差β。当输电线路较短时，可以工程近似认为M侧与N侧电压相位关系完全一致时，可以直接采用β计算差动电流与制动电流；当输电线路较长，则根据负荷电流与线路阻抗，可以计算出补偿后的相位差β′。
步骤8：在未检测到系统发生故障的情况下，将对侧电流向量乘以e-jβ得到的向量即与本侧电流向量为同步向量，根据两侧的电流同步向量，即可进行差动电流与制动电流计算。
实施例2：
如图1所示，实施例2所述的一种适用于5G无线通信的差动同步系统是与实施例1所述的一种适用于5G无线通信的差动同步方法配套的，包括一条配电网输电线路与两条线路纵联差动保护装置，差动保护装置为两个，分别设于线路的M侧与N侧，电压相位关系完全一致。
优选的，所述配电网输电线路过长时，通过流过输电线路的负荷电流与输电线路的系统阻抗进行补偿。
优选的，所述M侧与所述N侧的设备均按照两种采样率进行实时采样，两种采样率分别为高采样率和低采样率，高采样率采样的数据用于检测故障发生时刻，低采样率采样的数据用于数据交互与差动电流计算。
在未检测到系统故障的情况下，各侧设备选取低速采样数据采用傅里叶算法，计算本侧电压与电流的向量，并将计算结果传送给对侧，两侧设备分别根据M侧与N侧电压、电流向量进行差动电流与制动电流计算。各侧设备基于自身高速采集到的电压、电流信号判出系统发生故障后，实时记录下故障发生时的本地时间Tflt。检测到故障后的各低采样率点均根据采样时间Tsmpln计算出各采样点相对故障的时间Tn，并将采样数据与相对故障的采样时间进行缓存，并实时发送给对侧装置。各侧装置接收到对侧带相对时间的采样数据后，根据两侧数据的相对时间将对侧数据进行重采样，即可实现故障后两侧数据的同步。
本发明所述的一种适用于5G无线通信的差动同步方法及系统，解决了采用高速采样与实时故障检测相结合实现差动数据同步，实现不依赖于卫星同步时钟提供的同步信号而进行差动数据同步的技术问题，本发明可广泛适用于采用4G/5G等无线通信通道的线路纵联电流差动保护，不依赖外部同步信号，本发明的差动同步精度与高采样率有关，采样率越高同步精度越高，当采样率达到50000Hz时，同步精度可高于40μs，满足纵联电流差动保护对同步精度的要求。
在本发明中，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例非穷尽性列表包括以下：具有一个或多个布线的电连接部电子装置，便携式计算机盘盒磁装置，随机存取存储器RAM，只读存储器ROM，可擦除可编辑只读存储器EPROM或闪速存储器，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器CDROM。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列PGA，现场可编程门阵列FPGA等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种适用于5G无线通信的差动同步方法，其特征在于：包括所有设备均采用高速采样并根据高速采样数据实时进行故障检测；
所有设备均以首次检测到满足故障检测判别条件的时刻作为故障时刻；
所有设备在进行低速采样数据采样时，计算数据采样时刻与故障时刻之间的时间差，作为相对时间；
两侧装置依据相对时间，将对侧数据进行重采样，从而使两侧数据的同步；
该方法包括以下步骤：
步骤1：各设备分别按照两种采样率进行实时采样：高采样率，主要用于检测故障发生时刻；低采样率，主要用于数据交互与差动电流计算，当高采样率是低采样率的整数倍时，可以仅按高采样率进行采样，低采样率相关数据从高采样率数据中进行抽取，当高采样率12000Hz，低采样率为1200Hz时，设备仅按照12000Hz进行采样，低采样率数据从高采样率数据中抽取，每10个点抽取1个点；
步骤2：各设备针对高速采样数据实时计算各相电压、电流变化量，并与预置的电压、电流变化量门槛进行比较，检测到电压或电流变化量大于预置门槛则判定系统发生故障，一段时间内，首次检测到电压或电流变化量达到预置门槛的采样时刻，记为故障起始时刻Tflt；
步骤3：判定系统发生故障后，根据每一个低速采样数据的采样时刻Tsmpln，计算出采样点相对故障发生时刻的相对时间Tn，Tn＝Tsmpln-Tflt，将采样数据与相对时间进行缓存，并实时发送给对侧装置；
步骤4：判定系统发生故障后，各侧装置接收到对侧带相对时间的采样数据后，根据各侧数据的相对时间将对侧数据进行重采样，从而实现差动数据的同步，根据TN1与TN2这两个采样点的采样数据，通过插值算法即可算出T’N2时刻的采样数据，该采样数据与TM2时刻的采样数据，即为同步数据；
步骤5：判定系统发生故障后，采用同步后的差动数据，即可进行故障后差动电流与制动电流的计算；
步骤6：在未检测到系统发生故障的情况下，各侧设备根据低速采样数据采用傅里叶算法分别计算出本侧电压与电流的向量，并定时传送给对侧；
步骤7：在未检测到系统发生故障的情况下，接收到对侧电压、电流的向量后，以本侧电压向量为基准，计算对侧电压向量与本侧电压向量之间的相位差β；
步骤8：在未检测到系统发生故障的情况下，将对侧电流向量乘以e-jβ得到的向量即与本侧电流向量为同步向量，根据两侧的电流同步向量，即可进行差动电流与制动电流计算。
2.如权利要求1所述的一种适用于5G无线通信的差动同步方法，其特征在于：所述低速采样数据用于差动计算。
3.如权利要求1所述的一种适用于5G无线通信的差动同步方法，其特征在于：在设备实时进行故障检测时，如未检测到故障，两侧设备实时计算本侧电压、电力的向量，并定时传送到对侧。
4.如权利要求3所述的一种适用于5G无线通信的差动同步方法，其特征在于：在未检测到故障时，两侧设备分别计算两侧电压向量之间的相位关系，并根据负荷电流与线路参数进行补偿；根据两侧电压向量之间的相位关系，对电流进行相位调整，从而使两侧向量同步。
5.如权利要求1所述的一种适用于5G无线通信的差动同步方法，其特征在于：所有所述设备均采用无线通信进行数据交互。
6.如权利要求5所述的一种适用于5G无线通信的差动同步方法，其特征在于：所述无线通信包括5G通信网络。
7.应用于如权利要求1所述的一种适用于5G无线通信的差动同步方法的一种适用于5G无线通信的差动同步系统，其特征在于：包括一条配电网输电线路与两条线路纵联差动保护装置，差动保护装置为两个，分别设于线路的M侧与N侧，电压相位关系完全一致。
8.如权利要求7所述的一种适用于5G无线通信的差动同步系统，其特征在于：配电网输电线路过长时，通过流过输电线路的负荷电流与输电线路的系统阻抗进行补偿。
9.如权利要求7所述的一种适用于5G无线通信的差动同步系统，其特征在于：所述M侧与所述N侧的设备均按照两种采样率进行实时采样，两种采样率分别为高采样率和低采样率，高采样率采样的数据用于检测故障发生时刻，低采样率采样的数据用于数据交互与差动电流计算。
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