CN114069574A - 一种计及运行工况的5g配电网保护系统及保护方法 - Google Patents

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Abstract

一种计及运行工况的5G配电网保护系统和保护方法，其中两侧保护装置包括：接收模块，接收对侧保护装置的对侧报文，对侧报文包括对侧采样值数据或/和状态量数据，还包括对侧报文的报文数据自带时刻；发送模块，向对侧保护装置发送本侧保护装置的本侧报文，本侧报文包括本侧采样值数据或/和状态量数据，还包括本侧报文的报文数据自带时刻；判断模块，根据接收到的对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置当前绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据5G通信工况确定本侧保护装置的保护工作模式。通过不同的保护工作模式能保证5G通信正常时保护装置能够快速切除故障，又能在5G通信故障时使得保护装置仍可兼具保护的选择性和速动性。

Description

一种计及运行工况的5G配电网保护系统及保护方法
技术领域
本发明涉及配电网领域，特别涉及一种计及运行工况的5G配电网保护系统及保护方法。
背景技术
随着大量分布式新能源的接入，配电网拓扑结构和故障特性发生变化，每段线路的距离短、级数多，传统的三段式过流保护因不能同时兼顾选择性及速动性的要求而难以应用。另外，由于大规模部署光纤网络难度极大、成本极高，使得以光纤差动保护为代表的纵联比较技术在配电网领域难以施展。以5G技术为代表的无线通信技术的发展，解决了配电网光缆不足、通信条件差等长期面临的制约因素，其大带宽、超可靠、低时延等特点恰好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。
现阶段5G通信网络正逐步开展部署，基于5G通信的纵联差动保护功能也正在开展应用。由于5G为无线通信，存在通信状况不佳导致通信延时增大、链路中断的情况，为避免5G通信差动保护的误动作，目前通用的处理措施为闭锁保护，这将使得保护功能部分缺失，导致保护失去选择性，严重时会出现保护拒动、误动的问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种计及运行工况的5G配电网保护系统及保护方法，通过根据5G通信工况选择保护装置的不同保护工作模式，解决了保护拒动、误动的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种计及运行工况的5G配电网保护系统，所述5G配电网的配电线路包括两侧保护装置，所述两侧保护装置包括：
接收模块，用于接收对侧保护装置的对侧报文，所述对侧报文包括对侧采样值数据或/和状态量数据，还包括对侧报文的报文数据自带时刻；
发送模块，用于向对侧保护装置发送本侧保护装置的本侧报文，所述本侧报文包括本侧采样值数据或/和状态量数据，还包括本侧报文的报文数据自带时刻；
还包括：
判断模块，用于根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置当前绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况确定本侧保护装置的保护工作模式。
进一步地，所述保护工作模式包括5G通信差动保护、第一5G通信过流保护和第二5G通信过流保护。
进一步地，所述根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置的当前GPS的绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况的确定本侧保护装置的保护工作模式具体包括：
计算t-tN，并与tdelay.set1比较，其中tdelay.set1为本侧保护装置设定的网络延时定值；
当|t-tN|≤tdelay.set1时，则判断5G通信工况为正常，此时投入5G通信差动保护，正常接收所述对侧保护装置的采样值数据，完成差动保护功能；
当连续有N1帧对侧报文的tN满足|t-tN|＞tdelay.set1时，则判断5G通信工况为延时过长，此时闭锁5G通信差动保护，向对侧保护装置发送“差动保护退出”状态后，投入第一5G通信过流保护，其中所述第一5G通信过流保护具有t1时限；
当连续N2帧对侧报文的tN均满足|t-tN|≤tdelay.set1时，则判断5G通信工况为延时恢复正常，此时投入5G通信差动保护，其中N1<N2。
进一步地，所述根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置的当前GPS的绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况的确定本侧保护装置的保护工作模式具体包括：
当本侧保护装置在tdelay.set2时间内持续未收到对侧报文时，则判断5G通信工况为通信中断，其中tdelay.set2为5G通信链路中断延时定值，且tdelay.set1<tdelay.set2，此时闭锁5G通信差动保护，同时，闭锁第一5G通信过流保护，投入第二5G通信过流保护，其中所述第二5G通信过流保护具有t2时限，且t1<t2。
进一步地，所述判断5G通信工况为通信中断后，
当连续有N2帧对侧报文的tN均满足tdelay.set1≤|t-tN|≤tdelay.set2时，此时仍闭锁5G通信差动保护，自动投入第一5G通信过流保护；
当连续有N2帧对侧报文的tN均满足|t-tN|≤tdelay.set1时，此时自动投入5G通信差动保护。
本发明实施例还提供了一种计及运行工况的5G配电网保护系统的保护方法，所述5G配电网的配电线路包括两侧保护装置，所述保护方法包括：
接收对侧保护装置的对侧报文，所述对侧报文包括对侧采样值数据或/和状态量数据，还包括对侧报文的报文数据自带时刻；
向对侧保护装置发送本侧保护装置的本侧报文，所述本侧报文包括本侧采样值数据或/和状态量数据，还包括本侧报文的报文数据自带时刻；
判断模块，用于根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置当前绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况确定本侧保护装置的保护工作模式。
进一步地，所述保护工作模式包括5G通信差动保护、第一5G通信过流保护和第二5G通信过流保护。
进一步地，所述根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置的当前GPS的绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况的确定本侧保护装置的保护工作模式具体包括：
计算t-tN，并与tdelay.set1比较，其中tdelay.set1为本侧保护装置设定的网络延时定值；
当|t-tN|≤tdelay.set1时，则判断5G通信工况为正常，此时投入5G通信差动保护，正常接收所述对侧保护装置的采样值数据，完成差动保护功能；
当连续有N1帧对侧报文的tN满足|t-tN|＞tdelay.set1时，则判断5G通信工况为延时过长，此时闭锁5G通信差动保护，向对侧保护装置发送“差动保护退出”状态后，投入第一5G通信过流保护，其中所述第一5G通信过流保护具有t1时限；
当连续N2帧对侧报文的tN均满足|t-tN|≤tdelay.set1时，则判断5G通信工况为延时恢复正常，此时投入5G通信差动保护，其中N1<N2。
进一步地，所述根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置的当前GPS的绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况的确定本侧保护装置的保护工作模式具体包括：
当本侧保护装置在tdelay.set2时间内持续未收到对侧报文时，则判断5G通信工况为通信中断，其中tdelay.set2为5G通信链路中断延时定值，且tdelay.set1<tdelay.set2，此时闭锁5G通信差动保护，同时，闭锁第一5G通信过流保护，投入第二5G通信过流保护，其中所述第二5G通信过流保护具有t2时限，且t1<t2。
进一步地，所述判断5G通信工况为通信中断后，
当连续有N2帧对侧报文的tN均满足tdelay.set1≤|t-tN|≤tdelay.set2时，此时仍闭锁5G通信差动保护，自动投入第一5G通信过流保护；
当连续有N2帧对侧报文的tN均满足|t-tN|≤tdelay.set1时，此时自动投入5G通信差动保护。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明提出的一种计及运行工况的5G配电网保护系统及保护方法，通过根据5G通信工况选择保护装置的不同保护工作模式，在通信工况正常时，采用差动保护，在5G通信工况的延时过长时，采用5G通信过流保护，过流保护为t1时限，大大减小了通信量的同时能保证保护动作，在5G通信工况为通信中断时，采用5G通信过流保护，过流保护为t2时限，仅采用本侧数据判断，能保证保护快速动作，本发明的保护系统和方法既能保证5G通信正常时保护装置能够快速切除故障，又能在5G通信时延大、通信中断、保护装置故障时使得保护装置仍可兼具保护的选择性和速动性，支撑配电线路5G保护功能的应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的计及运行工况的5G配电网保护系统结构图；
图2是本发明实施例提供的计及运行工况的5G配电网保护系统的保护装置结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参照图1，本发明实施例提供一种计及运行工况的5G配电网保护系统，以配电系统中的配电线路L为例，配电线路包括M、N两侧保护装置，两侧保护装置均采用GPS统一对时，并相互收发对侧保护装置的包含采样值数据及状态量数据的报文(每一帧报文中均自带当前的绝对时刻)，M、N两侧保护装置配置5G通信差动保护及5G通信过流保护，本发明的保护系统充分研究差动保护和过流保护的通信功能需求，在不同通信工况下采用相应的保护，并传输相应的数据。其中5G通信差动保护使用线路两侧的采样值数据完成差动功能，数据量大，实时性要求高，作为线路的主保护使用；5G通信过流保护使用线路两侧装置的保护启动状态、方向判别结果等状态量完成保护功能，数据量大，实时性要求一般，作为线路的快速后备保护使用。
M、N两侧保护装置其中一侧或两侧实时计算网络延时，以M侧保护装置为例进行说明。
M侧保护装置根据接收到的N侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置当前绝对时间t的差值关系判断5G通信工况，即M侧保护装置首先计算t-tN，t为M侧保护装置当前GPS的绝对时间，tN为N侧保护装置发送的报文数据自带时刻。
当|t-tN|≤tdelay.set1时，认为5G通信工况正常，此时投入5G通信差动保护，正常接收N侧保护装置的采样值数据，完成差动保护功能。其中，tdelay.set1为M侧保护装置设定的网络延时定值，tdelay.set1默认为20ms，当配电线路L发生故障时，差动保护可在30ms内动作于故障。tdelay.set1也可以设置为10ms～25ms之间。
当连续有N1帧N侧报文的tN满足|t-tN|＞tdelay.set1时，认为5G通信工况的延时过长，已不满足差动保护的运行条件，其中N1默认为3，也可以设置为2～5之间。此时M侧保护装置采取下列动作：
(1)闭锁5G通信差动保护、发送“差动保护退出”状态至N侧保护装置，使两侧5G差动保护退出运行；
(2)投入5G通信过流保护t1时限，同时只接收N侧保护装置的状态量数据，完成配电线路L两端的5G通信过流保护。此时由于只传输状态量数据，大大减小了通信量。
5G通信过流保护在当配电线路L故障时保护动作的条件是：本侧保护装置电压及电流的功率为正方向，且收到N侧保护装置电压及电流的功率正方向状态量信号时，5G通信过流保护t1时限可在100ms内有选择性地动作于故障。
当连续有N2帧N侧报文的tN均满足|t-tN|≤tdelay.set1，认为5G通信工况已延时恢复正常，其中N2默认为10，也可以设置为8～15之间，N1<N2。此时自动投入5G通信差动保护，可以闭锁5G通信过流保护t1，也可同投入5G通信过流保护t1，作为差动保护的快速后备功能使用。
当M侧保护装置在tdelay.set2时间内持续未收到N侧报文时，M侧保护装置判定5G通信中断，已不能使用通信构成配电线路L两端的保护功能，其中tdelay.set2为5G通信链路中断延时定值，其中tdelay.set2默认为100ms，也可以设置为80～120之间。此时M侧保护装置采取下列动作：
在继续闭锁差动保护的同时，闭锁5G通信过流保护t1时限，并投入5G通信过流保护t2时限，且t1<t2。
5G通信过流保护在当配单线路L发生故障时保护动作条件：本侧电压及电流的功率为正方向，经延时t2，可在500ms内有选择性地动作于故障。
本发明在判定5G通信中断后还提供了返回条件：
当连续N2帧N侧报文的tN满足tdelay.set1≤|t-tN|≤tdelay.set2时，此时仍闭锁差动保护，自动投入5G通信过流保护t1时限；
当连续N2帧N侧报文的tN满足|t-tN|≤tdelay.set1时，此时自动投入5G通信差动保护，可以闭锁5G通信过流保护t1，也可同投入5G通信过流保护t1，作为差动保护的快速后备功能使用。
以上为M侧保护装置的保护方法，N侧装置保护方法亦然。
请参照图2，本发明实施例提供一种计及运行工况的5G配电网保护系统中的M侧和N侧保护装置结构图。
M侧或N侧保护装置分别包括发送模块、接收模块和判断模块；
接收模块，用于接收对侧保护装置的对侧报文，对侧报文包括对侧采样值数据或/和状态量数据，还包括对侧报文的报文数据自带时刻；
发送模块，用于向对侧保护装置发送本侧保护装置的本侧报文，本侧报文包括本侧采样值数据或/和状态量数据，还包括本侧报文的报文数据自带时刻；
判断模块，用于根据接收到的对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置当前绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据5G通信工况确定本侧保护装置的保护工作模式。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种计及运行工况的5G配电网保护系统，5G配电网的配电线路包括两侧保护装置，所述两侧保护装置包括：
接收模块，用于接收对侧保护装置的对侧报文，所述对侧报文包括对侧采样值数据或/和状态量数据，还包括对侧报文的报文数据自带时刻；
发送模块，用于向对侧保护装置发送本侧保护装置的本侧报文，所述本侧报文包括本侧采样值数据或/和状态量数据，还包括本侧报文的报文数据自带时刻；
其特征在于，还包括：
判断模块，用于根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置当前绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况确定本侧保护装置的保护工作模式。
2.如权利要求1所述的一种计及运行工况的5G配电网保护系统，其特征在于，所述保护工作模式包括5G通信差动保护、第一5G通信过流保护和第二5G通信过流保护。
3.如权利要求2所述的一种计及运行工况的5G配电网保护系统，其特征在于，所述根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置的当前GPS的绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况的确定本侧保护装置的保护工作模式具体包括：
计算t-tN，并与tdelay.set1比较，其中tdelay.set1为本侧保护装置设定的网络延时定值；
当|t-tN|≤tdelay.set1时，则判断5G通信工况为正常，此时投入5G通信差动保护，正常接收所述对侧保护装置的采样值数据，完成差动保护功能；
当连续有N1帧对侧报文的tN满足|t-tN|＞tdelay.set1时，则判断5G通信工况为延时过长，此时闭锁5G通信差动保护，向对侧保护装置发送“差动保护退出”状态后，投入第一5G通信过流保护，其中所述第一5G通信过流保护具有t1时限；
当连续N2帧对侧报文的tN均满足|t-tN|≤tdelay.set1时，则判断5G通信工况为延时恢复正常，此时投入5G通信差动保护，其中N1<N2。
4.如权利要求3所述的一种计及运行工况的5G配电网保护系统，其特征在于，所述根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置的当前GPS的绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况的确定本侧保护装置的保护工作模式具体包括：
当本侧保护装置在tdelay.set2时间内持续未收到对侧报文时，则判断5G通信工况为通信中断，其中tdelay.set2为5G通信链路中断延时定值，且tdelay.set1<tdelay.set2，此时闭锁5G通信差动保护，同时，闭锁第一5G通信过流保护，投入第二5G通信过流保护，其中所述第二5G通信过流保护具有t2时限，且t1<t2。
5.如权利要求4所述的一种计及运行工况的5G配电网保护系统，其特征在于，所述判断5G通信工况为通信中断后，
当连续有N2帧对侧报文的tN均满足tdelay.set1≤|t-tN|≤tdelay.set2时，此时仍闭锁5G通信差动保护，自动投入第一5G通信过流保护；
当连续有N2帧对侧报文的tN均满足|t-tN|≤tdelay.set1时，此时自动投入5G通信差动保护。
6.一种计及运行工况的5G配电网保护系统的保护方法，所述5G配电网的配电线路包括两侧保护装置，其特征在于，所述保护方法包括：
接收对侧保护装置的对侧报文，所述对侧报文包括对侧采样值数据或/和状态量数据，还包括对侧报文的报文数据自带时刻；
向对侧保护装置发送本侧保护装置的本侧报文，所述本侧报文包括本侧采样值数据或/和状态量数据，还包括本侧报文的报文数据自带时刻；
判断模块，用于根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置当前绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况确定本侧保护装置的保护工作模式。
7.如权利要求6所述的一种计及运行工况的5G配电网保护系统，其特征在于，所述保护工作模式包括5G通信差动保护、第一5G通信过流保护和第二5G通信过流保护。
8.如权利要求7所述的一种计及运行工况的5G配电网保护系统，其特征在于，所述根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置的当前GPS的绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况的确定本侧保护装置的保护工作模式具体包括：
计算t-tN，并与tdelay.set1比较，其中tdelay.set1为本侧保护装置设定的网络延时定值；
当|t-tN|≤tdelay.set1时，则判断5G通信工况为正常，此时投入5G通信差动保护，正常接收所述对侧保护装置的采样值数据，完成差动保护功能；
当连续有N1帧对侧报文的tN满足|t-tN|＞tdelay.set1时，则判断5G通信工况为延时过长，此时闭锁5G通信差动保护，向对侧保护装置发送“差动保护退出”状态后，投入第一5G通信过流保护，其中所述第一5G通信过流保护具有t1时限；
当连续N2帧对侧报文的tN均满足|t-tN|≤tdelay.set1时，则判断5G通信工况为延时恢复正常，此时投入5G通信差动保护，其中N1<N2。
9.如权利要求8所述的一种计及运行工况的5G配电网保护系统，其特征在于，所述根据接收到的所述对侧报文的报文数据自带时刻tN与本侧保护装置的当前GPS的绝对时间t的关系判断5G通信工况，并根据所述5G通信工况的确定本侧保护装置的保护工作模式具体包括：
当本侧保护装置在tdelay.set2时间内持续未收到对侧报文时，则判断5G通信工况为通信中断，其中tdelay.set2为5G通信链路中断延时定值，且tdelay.set1<tdelay.set2，此时闭锁5G通信差动保护，同时，闭锁第一5G通信过流保护，投入第二5G通信过流保护，其中所述第二5G通信过流保护具有t2时限，且t1<t2。
10.如权利要求9所述的一种计及运行工况的5G配电网保护系统，其特征在于，所述判断5G通信工况为通信中断后，
当连续有N2帧对侧报文的tN均满足tdelay.set1≤|t-tN|≤tdelay.set2时，此时仍闭锁5G通信差动保护，自动投入第一5G通信过流保护；
当连续有N2帧对侧报文的tN均满足|t-tN|≤tdelay.set1时，此时自动投入5G通信差动保护。
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