CN115693613A - 一种基于5g通信的差动保护数据同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统继电保护技术领域的一种基于5G通信的差动保护数据同步方法及装置，用于输电线路两侧的差动保护数据同步，方法包括通过移动通信网络接收输电线路对侧的采样点数据；对接收到的输电线路对侧的采样点数据进行解析，得到输电线路对侧的同步标志和采样点序号；当输电线路对侧的同步标志与输电线路本侧的同步标志均为“true”时，根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步。本发明解决了由于5G通信延时抖动大且来回路由不一致导致的数据同步问题，同时满足继电保护快速性和灵敏性要求。

Description

一种基于5G通信的差动保护数据同步方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种基于5G通信的差动保护数据同步方法及装置。

背景技术

随着越来越多的分布式新能源接入配电网，改变了配电网的网络架构，影响故障电流分布特征，造成传统单端量保护不再适用。虽然基于光纤通信的差动保护在配电网也有应用，但其需要铺设大量的光纤通道，实施成本和维护工作量都较高，推广难度大。随着5G（5th generation mobile networks）技术的发展，其通信延时短，通道带宽大的特点能满足差动保护的需求，为配电网线路差动提供了一种更优的解决方案。

数据同步问题是线路差动保护必须首先解决的问题，原有光纤通讯的差动保护采用采样时刻调整法实现两侧同步采样，以同步方式交换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息，同步端随时调整采样间隔，直到满足同步条件为止。但以上方法是以通道的收发路由一致，以保证两个方向的传输延时相等为前提。5G无线网络由于传输路径的不固定，且传输延时和速率等易受周围环境、网络流量等影响，5G无线通信的延时存在实时变化，且收发路由存在不对称性，所以传统的差动保护数据同步方法不适用于基于5G通信的线路差动保护中。

现有技术主要包括两种解决方法，一种不依赖外部时钟，而是基于线路两侧电气量故障特征实现数据同步，例如以故障发生时刻为起点进行同步采样。另一种是通过接入外部绝对时钟为线路两侧设备进行授时，通过插值方式实现数据同步采样。

对于第一种方法，在现有配电网中，弱馈系统（单端供电或弱电源供电）仍大量存在，发生故障时线路两侧故障特征差异明显，保护启动时刻不统一或者一侧不启动，造成数据同步失败。对于第二种方法，现有技术多是采用记录发送端采样时刻的绝对时标，在接收端数据插值的方法实现线路两侧数据的同步，计算方法较为复杂，影响差动保护速动性和灵敏性。

因此，基于5G通信的线路差动保护数据同步是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于5G通信的差动保护数据同步方法及装置，解决了由于5G通信延时抖动大且来回路由不一致导致的数据同步问题，同时满足继电保护快速性和灵敏性要求。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，提供一种差动保护数据同步方法，通过移动通信网络接收输电线路对侧的采样点数据；对接收到的输电线路对侧的采样点数据进行解析，得到输电线路对侧的同步标志和采样点序号；当输电线路对侧的同步标志与输电线路本侧的同步标志均为“true”时，根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步。

进一步地，所述采样点数据包括采样数值，所述采样数值的获取方法，具体为：每秒在外部时钟的整秒时刻对时信号上升沿触发采样，并且将该采样点序号设定为0，每秒按照固定间隔进行采样，并按顺序依次编号，得到采样数值及与采样数值对应的采样点序号。

进一步地，所述采样点数据还包括绝对时标信息，通过外部时钟信息解析得出所述绝对时标信息，若时钟有效，则同步标志置“1”，若时钟无效，则同步标志置“0”。

进一步地，所述根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步，具体过程为：将接收到的当前输电线路对侧的采样点数据按照采样点序号回退若干点作为基准点进行数据同步；在本地数据缓存区内找寻和基准点采样点序号一致的输电线路本侧的采样点数据，比对基准点处的采样点数据中的绝对时标信息T_{v_r}和输电线路本侧的采样点数据中的绝对时标信息T_{v_m}；若│T_{v_r}−T_{v_m}│<T，T是设定的裕度；则认为S_{v_r}、S_{v_m}数据同步有效，否则数据同步失败；基准点处完成数据同步后，依次选用除基准点外的其它采样点数据完成数据同步。

第二方面，提供一种差动保护数据同步装置，用于输电线路两侧的差动保护数据同步，所述装置包括：移动通信模块，用于通过移动通信网络接收输电线路对侧的采样点数据；通道数据处理模块，用于对接收到的输电线路对侧的采样点数据进行解析，得到输电线路对侧的同步标志和采样点序号；还用于当输电线路对侧的同步标志与输电线路本侧的同步标志均为“true”时，根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步。

进一步地，还包括采样数据处理模块，用于获取采样数值；所述采样数值的获取方法，具体为：每秒在外部时钟的整秒时刻对时信号上升沿触发采样，并且将该采样点序号设定为0，每秒按照固定间隔进行采样，并按顺序依次编号，得到采样数值及与采样数值对应的采样点序号。

进一步地，还包括时钟模块，用于通过外部时钟信息解析得出所述绝对时标信息，若时钟有效，则同步标志置“1”，若时钟无效，则同步标志置“0”。

第三方面，提供一种差动保护方法，包括：采用第一方面所述的差动保护数据同步方法，完成数据同步；根据数据同步后的采样点数据进行差动计算，获得差动计算结果；根据差动计算结果及设定的差动保护逻辑进行跳闸出口决策，用于实现差动保护。

第四方面，提供一种差动保护装置，包括第二方面所述的差动保护数据同步装置；保护逻辑运算模块，用于根据数据同步后的采样点数据进行差动计算，获得差动计算结果；保护跳闸出口模块，用于根据差动计算结果及设定的差动保护逻辑进行跳闸出口决策，实现差动保护。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

（1）本发明通过对接收到的输电线路对侧的采样点数据进行解析，得到输电线路对侧的同步标志和采样点序号；当输电线路对侧的同步标志与输电线路本侧的同步标志均为“true”时，根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步，解决了由于5G通信延时抖动大且来回路由不一致导致的数据同步问题；

（2）本发明计算方式简单，满足继电保护快速性和灵敏性要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于5G通信的差动保护数据同步方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于5G通信的差动保护数据同步装置示意图；

图3是本发明实施例中的数据流传输示意图；

图4是本发明实施例中的数据缓存区示意图；

图5是本发明实施例中的差动保护装置架构示意图。

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。

实施例一：

如图1~图5所示，一种基于5G通信的差动保护数据同步方法，用于输电线路两侧的差动保护数据同步，所述方法包括：通过5G通信网络接收输电线路对侧的采样点数据；对接收到的输电线路对侧的采样点数据进行解析，得到输电线路对侧的同步标志和采样点序号；当输电线路对侧的同步标志与输电线路本侧的同步标志均为“true”时，根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步。

步骤S1，如图2所示，配网输电线路M、N侧5G差动保护装置均接入外部时钟并获取绝对时标信息，其中，若本侧时钟有效，则各侧同步标志置“1”即同步标志为“true”，若本侧时钟无效，则同步标志置“0”。

步骤S2，如图3所示，M、N侧保护装置每秒在外部时钟的整秒时刻对时信号（PPS）上升沿触发采样，并且将该采样点序号设定为0，每秒按照固定间隔共采集1200点采样点数据，对所有采样点依次进行编号，M侧保护装置形成序号连续的采样点S_{0_m}、S_{1_m}···S_{1199_m}，N侧保护装置形成序号连续的采样点S_{0_n}、S_{1_n}···S_{1199_n}。

步骤S3，M侧5G差动保护装置将采样点数据存储至M侧本地数据缓存区，存储当前采样点S_{k_m}及之前共240点采样点数据[S_{u_m},…S_{k_m}]；

若k≥239，则u=k-239；若k＜239，则u=1200-(239-k)，表示缓存区内最早的点为上一秒采样序号为961+k的采样点数据；

相同的，N侧5G差动保护装置将采样点数据存储至N侧本地数据缓存区，存储当前采样点S_{k_n}及之前共240点采样点数据[S_{u_n},…S_{k_n}]；

M侧保护装置分别将当前采样点数据S_{k_m}组帧后通过5G网络通道发送至N侧保护装置，N侧保护装置分别将当前采样点数据S_{k_n}组帧后通过5G网络通道发送至M侧保护装置；

其中，M侧采样点数据包括采样数值V_{k_m}、采样点序号k_m、同步标志、绝对时标信息T_{k_m}以及状态信息；N侧采样点数据包括采样数值V_{k_n}、采样点序号k_n、同步标志、绝对时标信息T_{k_n}以及状态信息。

步骤S4，如图4所示，以M侧为例，M侧5G差动保护装置接收到N侧采样点数据后进行报文解析，得到N侧同步标志和采样点序号k_n，判断总同步标志是否为true，只有在本侧和N侧装置同步标志均置“1”时，总同步标志才为true，则进行下一步，否则结束同步计算；

M侧保护装置将连续采样点序号的采样点数据存储至接收数据缓存区得到数据组[S_{v_r},…S_{k’_r}]；

其中，S_{k’_r}表示M侧接收数据缓存区内当前接收到的对侧采样点数据，v=k’-3，S_{v_r}表示S_{k’_r}回退3点的采样点数据。

步骤S5，M侧将S_{v_r}作为当前基准点进行数据同步，在本地数据缓存区内找寻和基准点采样点序号一致的本侧采样点数据S_{v_m}，比对基准点S_{v_r}和本侧采样点数据S_{v_m}中的绝对时标信息T_{v_r}和T_{v_m}；

若│T_{v_r}−T_{v_m}│<T，T是设定的裕度；本实施例中T取250us，则认为S_{v_r}、S_{v_m}数据同步有效，否则数据同步失败。

步骤S6，基准点完成数据同步后依次选用接收数据缓存区中的其它数据完成数据同步，数据同步方式同步骤S5。

本发明解决了5G网络收发路由不一致导致传统光纤差动同步方法无法适用的问题，同时能适应5G通信延时抖动和大延时偶发的特性，计算方式简单，满足继电保护快速性和灵敏性要求。

实施例二：

基于实施例一所述的一种基于5G通信的差动保护数据同步方法，本实施例提供一种差动保护方法，如图1、图5所示，采用实施例一所述的基于5G通信的差动保护数据同步方法，完成数据同步；根据数据同步后的采样点数据进行差动计算，获得差动计算结果；根据差动计算结果及设定的差动保护逻辑进行跳闸出口决策，用于实现差动保护。

步骤S7，M侧5G差动保护装置利用同步有效的采样数值V_{v_r}、V_{v_m}进行差动计算，并依据差动保护逻辑计算结果进行跳闸出口决策，N侧保护装置同M侧。

实施例三：

基于实施例一所述的一种基于5G通信的差动保护数据同步方法，本实施例提供一种基于5G通信的差动保护数据同步装置，用于输电线路两侧的差动保护数据同步，所述装置包括：

5G通信模块，用于通过5G通信网络接收输电线路对侧的采样点数据；

通道数据处理模块，用于对接收到的输电线路对侧的采样点数据进行解析，得到输电线路对侧的同步标志和采样点序号；还用于当输电线路对侧的同步标志与输电线路本侧的同步标志均为“true”时，根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步；

采样数据处理模块，用于获取采样数据中的采样数值；

时钟模块，用于通过外部时钟信息解析得出所述绝对时标信息。

通道数据处理模块，负责将本地采样点数据组帧经5G通信模块发送至对侧，同时解析接收到的对侧数据信息，将接收对侧采样点数据和本地采样点数据进行同步处理；通道数据处理模块包含本地数据寄存器、接收数据寄存器。本地数据寄存器用于本地采样点数据缓存，本实施例中，寄存器最大可存储240点数据；接收数据寄存器，用于接收对侧采样点数据缓存。

实施例四：

基于实施例一至实施例三，本实施例提供一种差动保护装置，如图1、图5所示，包括：

实施例二所述的基于5G通信的差动保护数据同步装置；

保护逻辑运算模块，用于根据数据同步后的采样点数据进行差动计算，获得差动计算结果；

保护跳闸出口模块，用于根据差动计算结果及设定的差动保护逻辑进行跳闸出口决策，实现差动保护。

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。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

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。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种差动保护数据同步方法，其特征在于，用于输电线路两侧的差动保护数据同步，所述方法包括：

通过移动通信网络接收输电线路对侧的采样点数据；

对接收到的输电线路对侧的采样点数据进行解析，得到输电线路对侧的同步标志和采样点序号；

当输电线路对侧的同步标志与输电线路本侧的同步标志均为“true”时，根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步。

2.根据权利要求1所述的差动保护数据同步方法，其特征在于，所述采样点数据包括采样数值，所述采样数值的获取方法，具体为：

每秒在外部时钟的整秒时刻对时信号上升沿触发采样，并且将该采样点序号设定为0，每秒按照固定间隔进行采样，并按顺序依次编号，得到采样数值及与采样数值对应的采样点序号。

3.根据权利要求1所述的差动保护数据同步方法，其特征在于，所述采样点数据还包括绝对时标信息，通过外部时钟信息解析得出所述绝对时标信息，若时钟有效，则同步标志置“1”，若时钟无效，则同步标志置“0”。

4.根据权利要求1所述的差动保护数据同步方法，其特征在于，所述根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步，具体过程为：

将接收到的当前输电线路对侧的采样点数据按照采样点序号回退若干点作为基准点进行数据同步；

在本地数据缓存区内找寻和基准点采样点序号一致的输电线路本侧的采样点数据，比对基准点处的采样点数据中的绝对时标信息T_{v_r}和输电线路本侧的采样点数据中的绝对时标信息T_{v_m}；

若│T_{v_r}−T_{v_m}│<T，T是设定的裕度；则认为S_{v_r}、S_{v_m}数据同步有效，否则数据同步失败；

基准点处完成数据同步后，依次选用除基准点外的其它采样点数据完成数据同步。

5.一种差动保护数据同步装置，其特征在于，用于输电线路两侧的差动保护数据同步，所述装置包括：

移动通信模块，用于通过移动通信网络接收输电线路对侧的采样点数据；

通道数据处理模块，用于对接收到的输电线路对侧的采样点数据进行解析，得到输电线路对侧的同步标志和采样点序号；

还用于当输电线路对侧的同步标志与输电线路本侧的同步标志均为“true”时，根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步。

6.根据权利要求5所述的差动保护数据同步装置，其特征在于，还包括采样数据处理模块，用于获取采样数值；所述采样数值的获取方法，具体为：

每秒在外部时钟的整秒时刻对时信号上升沿触发采样，并且将该采样点序号设定为0，每秒按照固定间隔进行采样，并按顺序依次编号，得到采样数值及与采样数值对应的采样点序号。

7.根据权利要求5所述的差动保护数据同步装置，其特征在于，还包括时钟模块，用于通过外部时钟信息解析得出所述绝对时标信息，若时钟有效，则同步标志置“1”，若时钟无效，则同步标志置“0”。

8.根据权利要求5所述的差动保护数据同步装置，其特征在于，所述根据输电线路对侧的采样点序号与输电线路本侧的采样点序号进行数据同步，具体过程为：

将接收到的当前输电线路对侧的采样点数据按照采样点序号回退若干点作为基准点进行数据同步；

在本地数据缓存区内找寻和基准点采样点序号一致的输电线路本侧的采样点数据，比对基准点处的采样点数据中的绝对时标信息T_{v_r}和输电线路本侧的采样点数据中的绝对时标信息T_{v_m}；

若│T_{v_r}−T_{v_m}│<T，T是设定的裕度；则认为S_{v_r}、S_{v_m}数据同步有效，否则数据同步失败；

基准点处完成数据同步后，依次选用除基准点外的其它采样点数据完成数据同步。

9.一种差动保护方法，其特征在于，包括：

采用权利要求1~4任一项所述的差动保护数据同步方法，完成数据同步；

根据数据同步后的采样点数据进行差动计算，获得差动计算结果；

根据差动计算结果及设定的差动保护逻辑进行跳闸出口决策，用于实现差动保护。

10.一种差动保护装置，其特征在于，包括：

权利要求5~8任一项所述的差动保护数据同步装置；

保护逻辑运算模块，用于根据数据同步后的采样点数据进行差动计算，获得差动计算结果；

保护跳闸出口模块，用于根据差动计算结果及设定的差动保护逻辑进行跳闸出口决策，实现差动保护。

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