CN114069572B - 一种基于5g通信的电网保护数据传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于5G通信的电网保护数据传输方法，包括如下步骤：判别差动电流及相电流是否存在扰动，如果判别差动电流不存在扰动，则以第一预定周期向接收侧发送正常态数据帧，其中，正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示；如果判断发送侧电流有扰动，则以第二预定周期向接收侧发送故障状态数据帧，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示。保护终端根据系统的故障情况，动态调整报文数据的组成及频率，完成正常态数据及故障态数据的收发和处理，实现系统正常时节省流量、同时不影响系统故障时保护正确动作的目标，提升配网5G差动保护的应用效果。

Description

一种基于5G通信的电网保护数据传输方法及装置
技术领域
本发明是关于电网通信技术领域，特别是关于一种基于5G通信的电网保护数据传输方法及装置。
背景技术
随着大量分布式能源的接入，配电网的故障特性发生了显著改变，传统依靠过流或者距离元件的故障定位、隔离方法受到了极大的挑战。差动保护具有简单可靠的特点，可以很好的解决配网的问题，但是传统光纤差动保护依赖于光纤通信，无法灵活应对配电网海量连接需求。近年来，5G通信技术日益成熟，其大带宽、超可靠、低时延等特点满足了以纵联差动保护数据传输为代表的电力保护控制类通信性能要求，为配电网提供了可行的保护控制通信方案。
目前5G差动保护的数据报文主要采用R-GOOSE、R-SV格式，主要包括前导信息、链路地址和应用数据三个部分，差动保护所使用的应用数据一般包括三相电流模拟量采样值、三相电压模拟量采样值、保护相关状态等信息。考虑一定的扩展裕度，数据报文单帧长度一般约200字节。R-GOOSE、R-SV报文一般4000Hz的频率发送，所占带宽为8Mbit/s。现阶段保护装置采用实时的传输数据方式，即无论系统是否发生故障，保护装置均时刻不停地向外发送数据报文，按照此带宽计算，单台5G保护装置每月的流量将达到惊人的3T左右，浪费了巨大网络资源的同时，也产生高额的流量费用，严重阻碍了5G配网差动保护的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于5G通信的电网保护数据传输方法及装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于5G通信的电网保护数据传输方法，其特征在于，方法由电网保护数据发送侧装置执行，方法包括如下步骤：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，/>为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足公式(1)以及公式(2)，则判断发送侧电流无扰动；
在判断发送侧电流无扰动之后，以第一预定周期向接收侧发送正常态数据帧，其中，正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示；
如果差动电流的变化量满足公式(1)，则判断发送侧电流有扰动；
在判断发送侧电流有扰动之后，以第二预定周期向接收侧发送故障状态数据帧，其中，第二预定周期长度是第一预定周期长度的1/80，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态。
在一优选的实施方式中，方法包括如下步骤：
如果相电流的变化量满足公式(2)，则判断发送侧相电流有扰动；
在判断发送侧相电流有扰动之后，以第二预定周期向接收侧发送故障状态数据帧，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态。
本发明提供了一种基于5G通信的用于发送电网保护数据的发送侧装置，其特征在于，发送侧装置被配置为进行以下操作：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，/>为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足公式(1)以及公式(2)，则判断发送侧电流无扰动；
在判断发送侧电流无扰动之后，以第一预定周期向接收侧发送正常态数据帧，其中，正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示；
如果差动电流的变化量满足公式(1)，则判断发送侧电流有扰动；
在判断发送侧电流有扰动之后，以第二预定周期向接收侧发送故障状态数据帧，其中，第二预定周期长度是第一预定周期长度的1/80，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态。
在一优选的实施方式中，发送侧装置还被配置为进行以下操作：
如果相电流的变化量满足公式(2)，则判断发送侧相电流有扰动；
在判断发送侧相电流有扰动之后，以第二预定周期向接收侧发送故障状态数据帧，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态。
本发明提供了一种基于5G通信的电网保护数据传输方法，其特征在于，方法由电网保护数据接收侧装置执行，方法包括如下步骤：
以第一预定周期接收正常态数据帧，其中，正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示，其中，正常态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，/>为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足公式(1)以及公式(2)，则发送正常态数据帧；
在接收到正常态数据帧之后，则闭锁接收侧差动保护及纵联方向保护。
在一优选的实施方式中，方法包括如下步骤：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，第二预定周期长度是第一预定周期长度的1/80，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态，其中，故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足公式(1)，则发送故障状态数据帧；
在接收到故障状态数据帧之后，开放差动保护及纵联方向保护，按照预定的格式解析故障状态数据帧，并以正常的差动及纵联方向保护判别方法识别故障。
在一优选的实施方式中，方法包括如下步骤：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，第二预定周期长度是第一预定周期长度的1/80，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态，其中，故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足公式(2)，则发送故障状态数据帧；
在接收到故障状态数据帧之后，开放纵联方向保护，接收M侧故障方向状态，完成纵联方向保护功能。
本发明提供了一种基于5G通信的用于发送电网保护数据的接收侧装置，其特征在于，接收侧装置被配置为进行以下操作：
以第一预定周期接收正常态数据帧，其中，正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示，其中，正常态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，/>为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足公式(1)以及公式(2)，则发送正常态数据帧；
在接收到正常态数据帧之后，则闭锁接收侧差动保护及纵联方向保护。
在一优选的实施方式中，接收侧装置被配置为进行以下操作：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，第二预定周期长度是第一预定周期长度的1/80，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态，其中，故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足公式(1)，则发送故障状态数据帧；
在接收到故障状态数据帧之后，开放差动保护及纵联方向保护，按照预定的格式解析故障状态数据帧，并以正常的差动及纵联方向保护判别方法识别故障。
在一优选的实施方式中，接收侧装置被配置为进行以下操作：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，第二预定周期长度是第一预定周期长度的1/80，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态，其中，故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足公式(2)，则发送故障状态数据帧；
在接收到故障状态数据帧之后，开放纵联方向保护，接收M侧故障方向状态，完成纵联方向保护功能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点，针对采用R-GOOSE、R-SV的5G通信数据流量过大的问题，本发明提出一种5G保护通信流量控制方法，保护终端根据系统的故障情况，动态调整报文数据的组成及频率，完成正常态数据及故障态数据的收发和处理，实现系统正常时节省流量、同时不影响系统故障时保护正确动作的目标，提升配网5G差动保护的应用效果。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的网络架构示意图。
图2是根据本发明一实施方式的帧结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
针对采用R-GOOSE、R-SV的5G通信数据流量过大的问题，本发明提出一种5G保护通信流量控制方法，保护终端根据系统的故障情况，动态调整报文数据的组成及频率，完成正常态数据及故障态数据的收发和处理，实现系统正常时节省流量、同时不影响系统故障时保护正确动作的目标，提升配网5G差动保护的应用效果。
本发明的5G保护装置的数据报文包含信息帧头、链路信息及应用数据三个部分，其中应用数据有两种：
正常态数据：当M侧采样无扰动时，应用数据中仅为一个布尔型数值0，表示M侧无故障状态；
故障态数据：当M侧采样出现扰动时，应用数据的起始数据为一个布尔型数值1，表示M侧有故障，之后的数据为M侧的三相电压、三相电流及各种保护状态量。帧结构的示例参见图2。
本发明提供了一种基于5G通信的电网保护数据传输方法，其特征在于，方法由电网保护数据发送侧装置执行，方法包括如下步骤：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，/>为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足公式(1)以及公式(2)，则判断发送侧电流无扰动；
在判断发送侧电流无扰动之后，以第一预定周期(默认为20ms，可调整)向接收侧发送正常态数据帧，其中，正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示；
如果差动电流的变化量满足公式(1)，则判断发送侧电流有扰动；
在判断发送侧电流有扰动之后，以第二预定周期向接收侧发送故障状态数据帧，其中，第二预定周期长度是第一预定周期长度的1/80，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示(例如通过1比特的比特0来指示)，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态。
在一优选的实施方式中，方法包括如下步骤：
如果相电流的变化量满足公式(2)，则判断发送侧相电流有扰动；
在判断发送侧相电流有扰动之后，以第二预定周期向接收侧发送故障状态数据帧，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示(例如通过1比特的比特1来指示)，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态(例如，比特1为正方向，比特0为反方向)。
本发明提供了一种基于5G通信的电网保护数据传输方法，其特征在于，方法由电网保护数据接收侧装置执行，方法包括如下步骤：
以第一预定周期接收正常态数据帧，其中，正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示，其中，正常态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，/>为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足公式(1)以及公式(2)，则发送正常态数据帧；
在接收到正常态数据帧之后，则闭锁接收侧差动保护及纵联方向保护。
在一优选的实施方式中，方法包括如下步骤：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，第二预定周期长度是第一预定周期长度的1/80，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态，其中，故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足公式(1)，则发送故障状态数据帧；
在接收到故障状态数据帧之后，开放差动保护及纵联方向保护，按照预定的格式解析故障状态数据帧，并以正常的差动及纵联方向保护判别方法识别故障。
在一优选的实施方式中，方法包括如下步骤：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，第二预定周期长度是第一预定周期长度的1/80，其中，故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态，其中，故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足公式(2)，则发送故障状态数据帧；
在接收到故障状态数据帧之后，开放纵联方向保护，接收M侧故障方向状态，完成纵联方向保护功能。
应当理解的是，在本发明的各种实施例中，上述各过程的撰写的先后顺序并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于5G通信的电网保护数据传输方法，其特征在于，所述方法由电网保护数据发送侧装置执行，所述方法包括如下步骤：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足所述公式(1)以及公式(2)，则判断所述发送侧电流无扰动；
在判断所述发送侧电流无扰动之后，以第一预定周期向接收侧发送正常态数据帧，其中，所述正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示；
如果差动电流的变化量满足所述公式(1)，则判断所述发送侧电流有扰动；
在判断所述发送侧电流有扰动之后，以第二预定周期向所述接收侧发送故障状态数据帧，其中，所述第二预定周期长度是所述第一预定周期长度的1/80，其中，所述故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，所述故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态。
2.如权利要求1所述的基于5G通信的电网保护数据传输方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
如果相电流的变化量满足所述公式(2)，则判断所述发送侧相电流有扰动；
在判断所述发送侧相电流有扰动之后，以第二预定周期向所述接收侧发送故障状态数据帧，其中，所述故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，所述故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态。
3.一种基于5G通信的用于发送电网保护数据的发送侧装置，其特征在于，所述发送侧装置被配置为进行以下操作：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足所述公式(1)以及公式(2)，则判断所述发送侧电流无扰动；
在判断所述发送侧电流无扰动之后，以第一预定周期向接收侧发送正常态数据帧，其中，所述正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示；
如果差动电流的变化量满足所述公式(1)，则判断所述发送侧电流有扰动；
在判断所述发送侧电流有扰动之后，以第二预定周期向所述接收侧发送故障状态数据帧，其中，所述第二预定周期长度是所述第一预定周期长度的1/80，其中，所述故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，所述故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态。
4.如权利要求3所述的基于5G通信的用于发送电网保护数据的发送侧装置，其特征在于，所述发送侧装置还被配置为进行以下操作：
如果相电流的变化量满足所述公式(2)，则判断所述发送侧相电流有扰动；
在判断所述发送侧相电流有扰动之后，以第二预定周期向所述接收侧发送故障状态数据帧，其中，所述故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，所述故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态。
5.一种基于5G通信的电网保护数据传输方法，其特征在于，所述方法由电网保护数据接收侧装置执行，所述方法包括如下步骤：
以第一预定周期接收正常态数据帧，其中，所述正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示，其中，所述正常态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足所述公式(1)以及公式(2)，则发送所述正常态数据帧；
在接收到所述正常态数据帧之后，则闭锁接收侧差动保护及纵联方向保护。
6.如权利要求5所述的基于5G通信的电网保护数据传输方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，所述第二预定周期长度是所述第一预定周期长度的1/80，其中，所述故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，所述故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态，其中，所述故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足所述公式(1)，则发送所述故障状态数据帧；
在接收到所述故障状态数据帧之后，开放差动保护及纵联方向保护，按照预定的格式解析所述故障状态数据帧，并以正常的差动及纵联方向保护判别方法识别故障。
7.如权利要求6所述的基于5G通信的电网保护数据传输方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，所述第二预定周期长度是所述第一预定周期长度的1/80，其中，所述故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，所述故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态，其中，所述故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足所述公式(2)，则发送所述故障状态数据帧；
在接收到所述故障状态数据帧之后，开放纵联方向保护，接收M侧故障方向状态，完成纵联方向保护功能。
8.一种基于5G通信的用于发送电网保护数据的接收侧装置，其特征在于，所述接收侧装置被配置为进行以下操作：
以第一预定周期接收正常态数据帧，其中，所述正常态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧正常状态的指示，其中，所述正常态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
判别差动电流及相电流的变化量是否满足以下公式：
Δ|iop|>Iop.start (1)
其中，Δ|iop|为差动电流的变化量，Iop.start为差动扰动门槛；为相电流的变化量，为相电流扰动门槛；
如果差动电流及相电流的变化量不满足所述公式(1)以及公式(2)，则发送所述正常态数据帧；
在接收到所述正常态数据帧之后，则闭锁接收侧差动保护及纵联方向保护。
9.如权利要求8所述的基于5G通信的用于发送电网保护数据的接收侧装置，其特征在于，所述接收侧装置被配置为进行以下操作：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，所述第二预定周期长度是所述第一预定周期长度的1/80，其中，所述故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，所述故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示、发送侧每个采样点的采样数据、保护相关状态量以及发送侧故障方向状态，其中，所述故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足所述公式(1)，则发送所述故障状态数据帧；
在接收到所述故障状态数据帧之后，开放差动保护及纵联方向保护，按照预定的格式解析所述故障状态数据帧，并以正常的差动及纵联方向保护判别方法识别故障。
10.如权利要求9所述的基于5G通信的用于发送电网保护数据的接收侧装置，其特征在于，所述接收侧装置被配置为进行以下操作：
以第二预定周期接收故障状态数据帧，其中，所述第二预定周期长度是所述第一预定周期长度的1/80，其中，所述故障状态数据帧包括信息帧头、链路信息以及对于发送侧故障状态的指示，其中，所述故障状态数据帧还包括对于发送侧差动故障状态的指示以及发送侧故障方向状态，其中，所述故障状态数据帧是在以下条件下，由发送侧装置发送的：
如果差动电流的变化量满足所述公式(2)，则发送所述故障状态数据帧；
在接收到所述故障状态数据帧之后，开放纵联方向保护，接收M侧故障方向状态，完成纵联方向保护功能。
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