CN115065038A - 一种动态响应的5g通信差动保护的数据传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，使得基于5G通信的差动保护业务广泛应用于中低压配网领域，推动电网继电保护新技术的发展，解决传统中低压电网不依赖通道的保护终端无法兼顾速动性和选择性要求，通过采用先进的5G通信技术，借助5G通信网络的高带宽、低时延和高可靠性的无线通信环境，在闭环运行的中低压电网中实现纵联差动保护的大规模应用，提高电网的保护水平。本发明在基于5G通信的配电网输电线路差动保护通信过程中应用动态响应传输模式，满足了继电保护快速性要求，同时减小了5G通信传输流量、节约了通信资源、降低了通信成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
高比例分布式电源接入配电网，改变了原有网络电源的分布特征，仅依靠简单的过电流保护原理难以实现故障区段的快速、准确识别，必然要求采用具备绝对选择性的多点信息比较方法，纵联差动保护充分利用通信通道扩大信息采集范围，具有灵敏可靠、动作速度快等优点，且能适应各种复杂的故障运行状态，有效提升电网保护水平。
线路差动保护首先要解决数据同步和快速通信的问题，专用光纤可满足纵联保护的快速通信需求，但需要大规模铺设光纤，施工难度大，投资高，且有些地方的配用电终端所在地不具备光纤铺设条件，不利于差动保护在配电网的推广应用。
线路差动保护利用通道将本侧电压、电流等电气量和开关量信号传送到对侧，每侧保护根据对两侧数据比较的结果区分是区内还是区外故障。现有基于5G通信的线路差动保护通常借鉴传统光纤差动保护数据传输模式采用实时通信模式，即线路两侧保护装置分别以1.2KHz频率向对侧装置发送本侧采集的数据以进行实时逻辑计算和判别，经计算，实时通信的装置每月将产生高达500GB的数据流量，流量开销大、通信资费高、经济性差，不适合大面积推广应用。
因此，现有技术中线路差动保护数据传输5G流量开销大，5G通讯成本高是本领域技术人员急需要解决的技术问题。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，在满足继电保护快速性要求的同时，减小5G通信数据传输流量和通信资费，有效提高基于5G通信线路差动保护的经济性。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，包括以下步骤：
当配电网线路工作正常时，配电网线路强电源M侧、弱电源N侧的5G差动保护装置采用非实时通信模式传输数据，用于维系通道正常建链保持和差动保护正常运行期间检测逻辑所需的相应数据。
当配电网线路发生系统扰动或者故障时，强电源M侧的5G差动保护装置启动，配电网线路强电源M侧、弱电源N侧的5G差动保护装置切换至实时通信模式传输数据，并使差动允许信号DifStart和通信模式ComMode置标志位。
当配电网线路发生系统扰动或者故障时，弱电源N侧的5G差动保护装置启动元件无法动作时，弱电源N侧5G差动保护装置若收到对侧5G差动保护装置差动允许信号DifStart标志位，则立即切换至实时通信模式传输数据，并使ComMode置标志位。
作为优选方案，还包括：当配电网线路发生系统扰动或者故障时，强电源M侧的5G差动保护装置启动，配电网线路强电源M侧、弱电源N侧的5G差动保护装置切换至实时通信模式传输数据，并使差动允许信号DifStart和通信模式ComMode置标志位；当保护启动元件返回后，配电网线路强电源M侧、弱电源N侧的5G差动保护装置切换至非实时通信模式传输数据，并退出DifStart和ComMode标志位。
作为优选方案，还包括：当配电网线路发生系统扰动或者故障时，弱电源N侧的5G差动保护装置启动元件无法动作时，弱电源N侧5G差动保护装置若收到对侧5G差动保护装置差动允许信号DifStart标志位，则立即切换至实时通信模式传输数据，并使ComMode置标志位；当弱电源N侧的5G差动保护装置接收到对侧保护号DifStart标志位返回后，弱电源N侧5G差动保护切换至非实时通信模式传输数据，退出ComMode标志位。
作为优选方案，所述非实时通信模式表示5G差动保护装置每秒向对侧发送采样点数据Sw所对应的UDP报文帧，每秒共发送T个UDP报文帧。
其中，T为自然数，f为每秒采样点的个数。
所述UDP报文帧包括：UDP报文头数据、SV报文数据和UDP报文尾数据。UDP报文头数据包括MAC头部、IP头部、长度/类型和UDP头部，UDP报文尾数据包括世纪秒、世纪纳秒和CRC码。SV报文数据包括目的地址(Destination address)、源地址(Source address)、报文类型(Ethertype)、应用标识符(APPID)、报文长度(Length)、保留位(reserved)、应用协议数据单元(APDU)。
作为优选方案，应用协议数据单元包括SV配置以及采样点数据Sw，w表示每秒中第w个采样点数据，每个采样点数据包括三相电流基波余弦幅值Ac1、三相电流基波正弦幅值As1、同步标志Syn、采样序号SamCnt、差动投入标志Ena、三相差动允许标志DifStart、通信模式ComMode、开关位置TWJ以及校验码SumCRC。
作为优选方案，T取值范围为1至10。
作为优选方案，所述实时通信模式表示5G差动保护装置以每秒f点向对侧5G差动保护装置实时发送当前采样点数据所封装的UDP报文帧。
作为优选方案，f＝1200。
作为优选方案，5G差动保护装置保护启动判据如下，
工频变化量电流启动元件。满足以下动作方程时工频变化量电流启动元件动作并展宽7s；
ΔIΦΦMAX＞1.25ΔIT+ΔIset
其中，ΔIΦΦMAX为3个相间电流有效值半波积分中最大值；ΔIset为可整定的固定门坎；ΔIT为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整。
零序电流启动元件。自产零序电流大于零序电流启动整定值时，零序电流启动元件动作并展宽7s；
负序电流启动元件。负序电流大于负序电流启动整定值时，负序电流启动元件动作并展宽7s；
低压差流启动元件。保护装置收到对侧的差动保护允许信号，且与差动元件动作相关的相或相间电压小于65％额定电压，低压差流启动元件动作并延时7s；
以上任一启动元件动作，则判定5G差动保护装置保护启动。
有益效果：本发明提供的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，使得基于5G通信的差动保护业务广泛应用于中低压配网领域，推动电网继电保护新技术的发展，解决传统中低压电网不依赖通道的保护终端无法兼顾速动性和选择性要求，通过采用先进的5G通信技术，借助5G通信网络的高带宽、低时延和高可靠性的无线通信环境，在闭环运行的中低压电网中实现纵联差动保护的大规模应用，提高电网的保护水平。
本发明在基于5G通信的配电网输电线路差动保护通信过程中应用动态响应传输模式，满足了继电保护快速性要求，同时减小了5G通信传输流量、节约了通信资源、降低了通信成本。
附图说明
图1为一种动态响应的5G差动保护数据传输流程图。
图2为一种动态响应的5G差动保护数据传输架构图。
图3为动态响应的5G差动保护数据传输帧结构。
图4为动态响应的5G差动保护数据传输示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，包括以下步骤：
步骤S1，如图2所示，中低压配电网线路M、N两侧分别布置5G差动保护装置，并接入时钟源完成时间同步。各侧5G差动保护装置在时钟秒脉冲上升沿同时以1.2KHz频率采集本侧三相电压瞬时值、三相电流瞬时值、时钟信息和开关位置信息。
步骤S2，如图3所示，各侧5G差动保护装置每秒形成1200个UDP报文帧用于5G通信数据传输；
其中，UDP报文帧由UDP报文头数据、SV报文数据和UDP报文尾数据组成。UDP报文头数据包括MAC头部、IP头部、长度/类型和UDP头部，UDP报文尾数据包括世纪秒、世纪纳秒和CRC码。
SV报文数据包括目的地址(Destination address)、源地址(Source address)、报文类型(Ethertype)、应用标识符(APPID)、报文长度(Length)、保留位(reserved)、应用协议数据单元(APDU)。
APDU包括SV配置以及采样点数据Sw(1≤w≤1200)。
每个采样点数据包括三相电流基波余弦幅值Ac1、三相电流基波正弦幅值As1、同步标志Syn、采样序号SamCnt、差动投入标志Ena、三相差动允许标志DifStart、通信模式ComMode、开关位置TWJ以及校验码SumCRC。
其中，
上式中xk为采样点的电流瞬时值，N为每周波采样点数24点。
步骤S3，5G差动保护装置在数据传输初始阶段，M、N侧5G差动保护装置采用非实时通信模式传输数据以维系通道正常建链保持和差动保护正常运行期间检测逻辑所需的相应数据。
所述的非实时通信模式是指各5G差动保护装置每秒向对侧发送采样点数据Sw所对应的UDP报文帧，每秒共发送T个UDP报文帧。
其中，每秒传输点数T为固定值，取值范围为1至10。T取值会根据当前5G网络环境的不同，影响双侧5G差动保护之间通道延时，通常情况下T值越小，通道延时越大。为充分降低数据传输流量，在保证通道延时小于20ms的情况下T值应设置为最小值。如f取1200，T取5，t则依次为1-5中一个自然数，求得的w依次为240，480，720，960，1200，即取S240，S480，S720，S960，S12005个1秒内的采样点数据。
步骤S4，当中低压配电网线路发生系统扰动或者故障时强电源侧M侧的5G差动保护装置保护启动，保护启动判据由以下元件构成：
1)工频变化量电流启动元件。满足以下动作方程时工频变化量电流启动元件动作并展宽7s；
ΔIΦΦMAX＞1.25ΔIT+ΔIset (4)
其中，ΔIΦΦMAX为3个相间电流有效值半波积分中最大值；ΔIset为可整定的固定门坎；ΔIT为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整。
2)零序电流启动元件。自产零序电流大于零序电流启动整定值时，零序电流启动元件动作并展宽7s；
3)负序电流启动元件。负序电流大于负序电流启动整定值时，负序电流启动元件动作并展宽7s；
4)低压差流启动元件。保护装置收到对侧的差动保护允许信号，且与差动元件动作相关的相或相间电压小于65％额定电压，低压差流启动元件动作并延时7s；
步骤S5，如图4所示，5G差动保护在以上任一保护启动元件动作时切换至实时通信模式传输数据，并使差动允许信号DifStart和通信模式ComMode置标志位；保护启动元件返回后5G差动保护切换至非实时通信模式传输数据，并退出DifStart和ComMode标志位；
所述的实时通信模式指5G差动保护以每秒1200点向对侧装置实时发送当前采样点所封装的UDP报文帧以供对侧装置进行差动保护逻辑计算；
步骤S6，对于中低压线路系统扰动或者故障，弱电源侧N侧保护启动元件无法动作时，N侧5G差动保护装置若收到对侧保护差动允许信号DifStart标志位则立即切换至实时通信模式，并使ComMode置标志位；接收到对侧保护号DifStart标志位返回后，N侧5G差动保护切换至非实时通信模式传输数据，退出ComMode标志位；
步骤S7，各侧5G差动保护装置收到对侧ComMode标志位后，对对侧5G差动保护装置数据进行处理并依据差动保护逻辑计算结果作出跳闸出口决策。
在未采用本发明的动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法的情况下，保护装置采用实时发送数据工作模式，取每帧报文帧长190Byte，保护装置实时通信报文发送频率为1200Hz,每月上行消耗流量为
190Byte*1200*3600s*24h*30d≈550GB
而当采用本发明的动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法的情况下，由于在系统发生扰动时切换至实时传输模式，在保护速动性方面与现阶段5G差动保护一致，在非实时传输模式下，每秒发送点数T取值为1时，每月上行消耗流量为：
190Byte*3600s*24h*30d≈0.459GB
每秒发送点数T取值为10时，每月上行消耗流量为：
190Byte*10*3600s*24h*30d≈4.59GB
由此可见，采用本发明5G差动保护在满足继电保护快速性要求的同时，数据传输流量可下降至原来的1％，大幅减小5G通信传输流量、节约通信资源、降低通信成本。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
当配电网线路工作正常时，配电网线路强电源M侧、弱电源N侧的5G差动保护装置采用非实时通信模式传输数据，用于维系通道正常建链保持和差动保护正常运行期间检测逻辑所需的相应数据；
当配电网线路发生系统扰动或者故障时，强电源M侧的5G差动保护装置启动，配电网线路强电源M侧、弱电源N侧的5G差动保护装置切换至实时通信模式传输数据，并使差动允许信号DifStart和通信模式ComMode置标志位；
当配电网线路发生系统扰动或者故障时，弱电源N侧的5G差动保护装置启动元件无法动作时，弱电源N侧5G差动保护装置若收到对侧5G差动保护装置差动允许信号DifStart标志位，则立即切换至实时通信模式传输数据，并使ComMode置标志位。
2.根据权利要求1所述的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：还包括：当配电网线路发生系统扰动或者故障时，强电源M侧的5G差动保护装置启动，配电网线路强电源M侧、弱电源N侧的5G差动保护装置切换至实时通信模式传输数据，并使差动允许信号DifStart和通信模式ComMode置标志位；当保护启动元件返回后，配电网线路强电源M侧、弱电源N侧的5G差动保护装置切换至非实时通信模式传输数据，并退出DifStart和ComMode标志位。
3.根据权利要求1所述的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：还包括：当配电网线路发生系统扰动或者故障时，弱电源N侧的5G差动保护装置启动元件无法动作时，弱电源N侧5G差动保护装置若收到对侧5G差动保护装置差动允许信号DifStart标志位，则立即切换至实时通信模式传输数据，并使ComMode置标志位；当弱电源N侧的5G差动保护装置接收到对侧保护号DifStart标志位返回后，弱电源N侧5G差动保护切换至非实时通信模式传输数据，退出ComMode标志位。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：所述非实时通信模式表示5G差动保护装置每秒向对侧发送采样点数据Sw所对应的UDP报文帧，每秒共发送T个UDP报文帧；
其中，T为自然数，f为每秒采样点的个数；
所述UDP报文帧包括：UDP报文头数据、SV报文数据和UDP报文尾数据；UDP报文头数据包括MAC头部、IP头部、长度/类型和UDP头部，UDP报文尾数据包括世纪秒、世纪纳秒和CRC码；SV报文数据包括目的地址(Destination address)、源地址(Source address)、报文类型(Ethertype)、应用标识符(APPID)、报文长度(Length)、保留位(reserved)、应用协议数据单元(APDU)。
5.根据权利要求4所述的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：应用协议数据单元包括SV配置以及采样点数据Sw，w表示每秒中第w个采样点数据，每个采样点数据包括三相电流基波余弦幅值Ac1、三相电流基波正弦幅值As1、同步标志Syn、采样序号SamCnt、差动投入标志Ena、三相差动允许标志DifStart、通信模式ComMode、开关位置TWJ以及校验码SumCRC。
6.根据权利要求4所述的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：T取值范围为1至10。
7.根据权利要求1-3任一项所述的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：所述实时通信模式表示5G差动保护装置以每秒f点向对侧5G差动保护装置实时发送当前采样点数据所封装的UDP报文帧。
8.根据权利要求7所述的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：f＝1200。
9.根据权利要求1-3任一项所述的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：5G差动保护装置保护启动判据如下，
工频变化量电流启动元件；满足以下动作方程时工频变化量电流启动元件动作并展宽ns；
ΔIΦΦMAX＞1.25ΔIT+ΔIset
其中，ΔIΦΦMAX为3个相间电流有效值半波积分中最大值；ΔIset为可整定的固定门坎；ΔIT为浮动门坎，随着变化量的变化而自动调整；
零序电流启动元件；自产零序电流大于零序电流启动整定值时，零序电流启动元件动作并展宽ns；
负序电流启动元件；负序电流大于负序电流启动整定值时，负序电流启动元件动作并展宽ns；
低压差流启动元件；保护装置收到对侧的差动保护允许信号，且与差动元件动作相关的相或相间电压小于65％额定电压，低压差流启动元件动作并延时ns；
以上任一启动元件动作，则判定5G差动保护装置保护启动。
10.根据权利要求9所述的一种动态响应的5G通信差动保护的数据传输方法，其特征在于：n＝7。
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| CN116995625B (zh) * | 2023-08-08 | 2024-01-30 | 国网重庆市电力公司 | 一种基于区域自组网通讯的配电网差动保护方法及系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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