CN116566530A - 差动保护装置的对时方法、差动保护装置和差动保护系统 - Google Patents

差动保护装置的对时方法、差动保护装置和差动保护系统 Download PDF

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CN116566530A CN202210113257.2A CN202210113257A CN116566530A CN 116566530 A CN116566530 A CN 116566530A CN 202210113257 A CN202210113257 A CN 202210113257A CN 116566530 A CN116566530 A CN 116566530A
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Abstract

公开了一种用于差动保护装置的对时方法，包括：从电力线的合并单元获取电力线的多个电流采样值和每个电流采样值的计数值，多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为合并单元的秒脉冲信号的生成时刻；根据差动保护装置的采样频率J点/周波对多个电流采样值进行重采样以获取多个电流重采样值，多个电流重采样值包括与计数值为第一值的电流采样值对应的基准电流重采样值；对多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值，多个电流傅里叶值包括与计数值为第一值的电流采样值的采样时刻对应的基准电流傅里叶值，并且基准电流傅里叶值是基于基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J‑1个电流重采样值确定。

Description

差动保护装置的对时方法、差动保护装置和差动保护系统
技术领域
本公开涉及一种用于电力线的差动保护装置的对时方法、执行该对时方法的差动保护装置以及包括该差动保护装置的差动保护系统。
背景技术
根据差动保护原理，差动保护装置需要获取来自差动保护区域的各个端 (两端或者更多个端)的电流采样值，这些电流采样值必须在时间上对齐。传统地，在变电站自动化系统的过程层和间隔层之间采用并行电缆通信，差动保护装置直接从电流互感器接收电流模拟量，然后以其卫星定位模块生成的秒脉冲信号为基准时间对该电流模拟量进行转换和对时。然而，随着变电站自动化系统的发展，逐步演变成其过程层和间隔层之间采用过程总线 (process bus)通信，差动保护装置不直接从电流互感器接收电流模拟量而经由该过程总线从合并单元接收电流采样值报文。此情况下，若差动保护装置仍以其自身的卫星定位模块生成的秒脉冲信号为基准时间进行对时，则存在较大误差，在例如穿越故障等情形下，存在较大的安全风险。
发明内容
鉴于以上现有技术的问题，本公开的一方面提供了一种用于电力线的差动保护装置的对时方法。该方法包括：从所述电力线的合并单元获取所述电力线的多个电流采样值以及每个电流采样值的计数值，所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为所述合并单元的卫星定位模块的秒脉冲信号的生成时刻；根据所述差动保护装置的采样频率J点/周波对所述多个电流采样值进行重采样以获取多个电流重采样值，所述多个电流重采样值包括与所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值对应的基准电流重采样值，所述J为大于1的整数；以及对所述多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值，所述多个电流傅里叶值包括与计数值为第一值的电流采样值的采样时刻对应的基准电流傅里叶值，并且所述基准电流傅里叶值是基于所述基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值来确定的。
本公开的另一方面提供了一种用于电力线的差动保护装置。该装置包括通信模块、采样模块和对时模块。通信模块用于从所述电力线的合并单元获取所述电力线的多个电流采样值以及每个电流采样值的计数值，所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为所述合并单元的卫星定位模块的秒脉冲信号的生成时刻。采样模块用于根据所述差动保护装置的采样频率J点/周波对所述多个电流采样值进行重采样以获取多个电流重采样值，所述多个电流重采样值包括与所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值对应的基准电流重采样值，所述J为大于1的整数。对时模块用于对所述多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值，所述多个电流傅里叶值包括与计数值为第一值的电流采样值的采样时刻对应的基准电流傅里叶值，并且所述基准电流傅里叶值是基于所述基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值来确定的。
本公开的另一方面提供了一种用于电力线的差动保护系统。该系统包括电流互感器、合并单元以及差动保护装置。电流互感器用于测量所述电力线的电流模拟值。合并单元用于对所述电流模拟值采样而产生多个原始电流采样值，并对所述多个原始电流采样值进行插值而获取多个电流采样值，并对每个电流采样值标记计数值，所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为所述合并单元的卫星定位模块的秒脉冲信号的生成时刻。差动保护装置用于：从所述电力线的合并单元获取所述电力线的多个电流采样值以及每个电流采样值的计数值；根据所述差动保护装置的采样频率J点/ 周波对所述多个电流采样值进行重采样以获取多个电流重采样值，所述多个电流重采样值包括与所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值对应的基准电流重采样值，所述J为大于1的整数；对所述多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值，所述多个电流傅里叶值包括与计数值为第一值的电流采样值的采样时刻对应的基准电流傅里叶值，并且所述基准电流傅里叶值是基于所述基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值来确定的。
附图说明
图1是电力线的差动保护原理的示意图；
图2是根据现有技术的对时方法的示例使用场景图；
图3是示出根据现有技术的对时方法的示例的图；
图4是根据本公开实施例的对时方法的示例使用场景图；
图5是根据本公开实施例的对时方法的流程图；
图6是根据本公开实施例的对时方法的数据变换示意图；
图7是根据本公开实施例的对时方法的另一示例使用场景图；
图8是根据本公开实施例的差动保护装置的示意框图。
图9是根据本公开实施例的差动保护系统的示意框图。
具体实施方式
下面将参考本公开的示例性实施例对本公开进行详细描述。然而，本公开不限于这里所描述的实施例，其可以以许多不同的形式来实施。所描述的实施例仅用于使本公开彻底和完整，并全面地向本领域的技术人员传递本发明的构思。所描述的各个实施例的特征可以互相组合或替换，除非明确排除或根据上下文应当排除。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
图1是电力线的差动保护原理的示意图。
参考图1，电力线L的差动保护原理是，根据电力线L的差动电流是否为零，即电力线L两端的电流I1和I2的矢量和是否为零，来判断是否应该触发对电力线L的差动保护动作(例如，使相关联的断路器断路等)。
例如，可以根据以下标准判断是否应当触发电力线L的差动保护动作：
对于Ibias<Is2，当|Idiff|>k1|Ibias|+Is1时触发；
对于Ibias>Is2，当|Idiff|>k2|Ibias|-(k2-k1)Is2+Is1时触发；
其中：
是电力线L的偏置电流，即电力线L两端电流的标量和的均值；
Idiff＝I1+I2，是电力线L的差动电流，即电力线L两端电流的矢量和；
k1和k2为偏置百分比；
Is1、Is2、k1和k2的值可以根据电力线L的实际情况来选择。这里的I1和 I2分别指电力线L两端电流I1和I2的基波分量。
图1示出以包括两个端的电力线L作为保护区域仅仅是为了举例，包括更多个端的保护区域也是可能的。例如，保护区域的一侧为母线变电站，保护区域的另一侧包含多个支线的各个变电站，则针对母线变电站的差动保护装置需要考虑本侧的电流信息和另一侧的各个变电站的电流信息的总的矢量和来判断是否应该触发对该保护区域的差动保护动作。
图2是根据现有技术的对时方法的示例使用场景图。
如前所述，根据现有技术的对时方法适用于其过程层和间隔层之间通过并行电缆连接的变电站自动化系统，图2中示出的电力线L的A端和B端的变电站属于这样的变电站自动化系统。
如图2所示，在A端，电流互感器CT1作为A端变电站自动化系统的过程层设备，其测量A端的电流模拟量。差动保护装置R1作为A端变电站自动化系统的间隔层设备，其经由并行电缆从电流互感器CT1接收电流模拟量，然后根据现有技术的对时方法对A端的电流模拟量进行处理，以将其转换成A端的经对时的电流数字量。B端的布置与A端类似，差动保护装置R1 也根据现有技术的对时方法对B端的电流模拟量进行处理，以将其转换成B 端的经对时的电流数字量。差动保护装置R1和R2之间经由通信信道CH交换彼此的经对时的电流数字量，然后依据图1所示的差动保护原理做出是否采取差动保护动作的差动保护决策。
差动保护装置R1和R2具有卫星定位模块，该模块能够接收诸如全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、北斗系统(BeiDou System，BDS)、伽利略(Galileo)系统和格洛纳斯系统(GLONASS)等授时系统的基准时间源，并基于该基准时间源校正自身的时间，并每秒生成一个秒脉冲(Pulse Per Second，PPS)信号。
图3是示出根据现有技术的对时方法的示例的图。
根据现有技术的对时方法可由图1中的差动保护装置R1和/或R2执行。该方法例如可概括为以下三个步骤：在第一步骤，差动保护装置R1从电流互感器CT1接收电流模拟量；在第二步骤，差动保护装置R1对该电流模拟量进行采样以获取电流采样值；在第三步骤，差动保护装置R以其自身的卫星定位模块生成的秒脉冲PPS信号为基准时间，对所获取的电流采样值进行傅里叶变换以获得多个电流傅里叶值。
参考图3，其示出根据现有技术的对时方法的一个示例。在第一步骤，差动保护装置R1从电流互感器CT1接收电流模拟量，如图3的曲线310所示，该电流模拟量为正弦波。在第二步骤，差动保护装置R1根据其采样频率对该电流模拟量进行采样，以工频50Hz、采样频率为48点/周波为例，差动保护装置R1每周波获取48个电流采样值，每秒内获取2400个电流采样值。根据需要，可以通过插值或以其他方式使得每2400个电流采样值中有一个电流采样值的采样时刻为差动保护装置R1的卫星定位模块生成的PPS信号的生成时刻。如图示320所示，电流采样值Si的采样时刻为差动保护装置R1的卫星定位模块的第1个PPS信号的生成时刻tpps1，电流采样值Si+4000的采样时刻为差动保护装置R1的卫星定位模块的第2个PPS信号的生成时刻tpps2。在第三步骤，差动保护装置R1以其自身PPS信号的生成时刻tpps1和tpps2为基准时间，每间隔6个电流采样值取连续48个电流采样值进行一次傅里叶变换，分别生成与电流采样值Si～Si+3999对应的电流傅里叶值DFT0～DFT399和与电流采样值Si+4000～Si+7999对应的DFT400～DFT799。由于相邻两个PPS信号的生成时刻tpps1和tpps2之间相距1s，则相邻两个电流傅里叶值所对齐的时刻在时间上相距2.5ms。
B端的差动保护装置R2也以其自身的卫星定位模块PPS信号的生成时刻为基准时间，以类似的方式生成经对时的电流傅里叶值。经由通信信道CH 相互交换各自生成的电流信息，该电流信息包括电流傅里叶值和电流傅里叶值所对齐的时刻，差动保护装置R1和R2便可以根据图1所示的差动保护原理计算目标时刻的差动电流。
然而，根据现有技术的对时方法并不适用于采用过程总线(process bus) 通信的变电站自动化系统，如符合标准IEC61850-9-2的变电站自动化系统。
图4是根据本公开实施例的对时方法的示例使用场景图。
参考图4，在电力线L的A端和B端，都是采用过程总线通信的变电站自动化系统。
在A端，电流互感器CT1作为A端变电站自动化系统的过程层设备，其测量A端的电流模拟量。合并单元401作为A端变电站自动化系统的过程层和间隔层之间的接口的重要组成部分，其一端与电流互感器CT1经由并行电缆连接，接收电流互感器CT1所测量的A端的电流模拟量并将该电流模拟量处理成电流采样值报文，其另一端与作为间隔层设备的差动保护装置402 经由过程总线连接，将电流采样值报文传输到差动保护装置402。
在B端，与A端类似，电流互感器CT2测量B端的电流模拟量。合并单元403经由并行电缆接收电流互感器CT2所测量的B端的电流模拟量，并将该电流模拟量处理成电流采样值报文，然后经由过程总线将该采样值报文传输到差动保护装置404。
与图2不同之处在于，在图4的使用场景中引入了合并单元401，且合并单元401与差动保护装置402之间的传输不是依靠并行电缆而是依靠过程总线，引起对于差动保护来说不容忽视的较大传输延迟，且由于过程总线易遭受较多的干扰因素，该传输延迟还不稳定。若差动保护装置402和404仍采用图3所示的对时方法，会导致电流傅里叶值所对齐的时刻与该电流傅里叶值对应电流值的采集时刻之间存在偏差。这进而导致差动电流的计算不正确，在短时间内电流幅值变化较大的情况下(例如穿越故障等情况下)，这会使差动保护装置做出错误的差动保护决策。鉴于此，本公开提出可以适用于采用过程总线通信的具有合并单元的变电站自动化系统的对时方法。
图4中的差动保护装置402和404执行根据本公开实施例的对时方法将采样值转换成经对时的电流傅里叶值。差动保护装置402和404在经由通信信道CH交换彼此产生的经对时的电流傅里叶值之后，便可依据图1所示的差动保护原理做出正确的差动保护决策。
合并单元401和403以及差动保护装置402和402均包括如前所述的用于接收诸如GPS、BDS、Galileo或GLONASS等授时系统的基准时间源以及生成PPS信号的卫星定位模块。
下面结合图5和图6描述根据本公开实施例的对时方法。
图5是根据本公开实施例的对时方法的流程图。图6是根据本公开实施例的对时方法的数据变换示意图。
参考图5，根据本公开实施例的对时方法500包括步骤S510至S530。该对时方法500可以由差动保护装置402和/或404执行，下面以差动保护装置 402为例进行说明。
在步骤S510，差动保护装置402从合并单元401获取电力线L的多个电流采样值以及每个电流采样值的计数值，该多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为合并单元401的卫星定位模块的PPS信号的生成时刻。
图6中的图示610示出合并单元401对电流互感器CT1测量的电流模拟量进行采样而获取的电流采样值的一个示例。其中，tppsh、tppsi、tppsj和tppsk分别表示合并单元401的卫星定位模块先后生成的第h个PPS信号PPSh、第i 个PPS信号PPSi、第j个PPS信号PPSj和第k个PPS信号PPSk的生成时刻。合并单元401每秒采样N个电流采样值。例如，在第i个PPS信号PPSi的生成时刻tppsi和第j个PPS信号PPSj的生成时刻tppsj之间排列有N个电流采样值Xi,0～Xi,N-1，其中Xi,0是在第i个PPS信号PPSi的生成时刻tppsi采样的电流采样值。N为大于1的整数。
这里，取决于合并单元401与电流互感器CT1之间的采样控制方式，合并单元401对电流模拟量进行采样而获得的原始电流采样值可能不包含其采样时刻刚好为各个PPS信号的生成时刻tppsh、tppsi、tppsj和tppsk的电流采样值。合并单元401可以通过对原始电流采样值进行例如插值等运算来实现如图示 610所示的具有其采样时刻为各个PPS信号的生成时刻tppsh、tppsi、tppsj和tppsk的电流采样值。鉴于插值运算是本领域较熟知的技术并且为了避免模糊本公开，本公开对此操作不做详细描述。
合并单元401将每一个采样值以采样值报文(例如，符合标准IEC61850- 9-2等的报文格式)的形式传输到差动保护装置402，每一个采样值报文包含指示该采样值的计数值的标签SmpCnt(下文中简称SC)，并且该计数值以包含在连续两个PPS信号的生成时刻之间的N个电流采样值为单位来进行标记。本文将包含在连续两个PPS信号的生成时刻之间的N个电流采样值称为一个电流采样值集。多个电流采样值包括至少一个电流采样值集，每一个电流采样值集中的N个电流采样值的计数值按时间顺序依次标记为0至N-1，并且该计数值的第一值为0。
例如，如图示610所示，横轴表示合并单元401的时间，纵轴表示合并单元401获取的电流采样值。以工频为50Hz、合并单元的采样频率为80点/ 周波为例，合并单元401每秒采样4000个电流采样值，即N＝4000。第i电流采样值集包括排列在第i个PPS信号PPSi的生成时刻tppsi和第j个PPS信号PPSj的生成时刻tppsj之间的N个电流采样值Xi,0～Xi,3999，它们的计数值分别为SCi,0～SCi,3999。同理，第i电流采样值集之后的第j电流采样值集包括排列在第j个PPS信号PPSj的生成时刻tppsj和第k个PPS信号PPSk的生成时刻tppsk之间的N个电流采样值Xj,0～Xj,3999，它们的计数值分别为SCj,0～SCj,3999。
图6中的图示620示出差动保护装置402从合并单元401接收到的电流采样值的示例。图示620的横轴表示差动保护装置401的时间，纵轴表示差动保护装置401接收的电流采样值。差动保护装置402经由过程总线接收合并单元401生成的采样值报文，该传输过程可能具有较大传输延迟，导致例如差动保护装置402接收到第i电流采样值集中的计数值为第一值的SCi,0的电流采样值Xi,0的时刻ti,0与差动保护装置402的卫星定位系统生成第i个PPS信号PPSi的生成时刻tppsi相距Δti,delay；接收到第j电流采样值集中的计数值为第一值的SCj,0的电流采样值Xj,0的接收时刻tj,0与差动保护装置402的卫星定位系统的第j个PPS信号PPSj的时刻tppsj相距Δtj,delay，依次类推。在一些示例中，合并单元401可以实时地传输采样值报文，但由于过程总线传输易遭受的干扰因素较多而导致传输延迟不稳定，时间间隔Δti,delay和时间间隔Δtj,delay不一定相等。
在步骤S520，差动保护装置402根据其采样频率J点/周波(J为大于1 的整数)对多个电流采样值进行重采样以获取多个电流重采样值，该多个电流重采样值包括与该多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值对应的基准电流重采样值。
由于差动保护装置402的采样频率往往不同于合并单元401的采样频率，因此，差动保护装置402需要对多个电流采样值进行重采样。重采样的方式可以是线性插值或其他方式，以形成每秒M个电流重采样值。重采样后，与计数值为第一值的电流采样值对应的电流重采样值作为基准电流重采样值。
图6中的图示630是差动保护装置402对图示620中的电流采样值进行重采样而获取的多个电流重采样值的示例。图示630的横轴表示差动保护装置402的时间，纵轴表示差动保护装置401获取的电流重采样值。由于差动保护装置402做重采样运算的时间相对于差动电流的计算精度来说可以忽略不计，因此在图示630中不考虑差动保护装置401做重采样运算的时间。如图示630所示，以工频50Hz、差动保护装置402的采样频率为J＝48点/周波为例，重采样后形成每秒M＝2400个电流重采样值，例如电流重采样值Yi,0至 Yi,2399。
本文将与一个电流采样值集对应的M个电流重采样值称为一个电流重采样值集。差动保护装置402重采样所获得的多个重采样值包括与至少一个电流重采样值集，该至少一个电流重采样值集与如图示620所示的至少一个电流采样值集一一对应。并且每一个电流重采样值集中的第一个电流重采样值作为前述基准电流重采样值。
如图示630所示，第i电流重采样值集包括对应于第i电流采样值集 Xi,0～Xi,3999的2400个电流重采样值Yi,0～Yi,2399，且其中的第一个电流重采样值 Yi,0与计数值为第一值的电流采样值Xi,0对应，作为该第i电流重采样值集的基准电流重采样值。紧接第i电流采样值集之后的第j电流重采样值集包括对应于第j电流采样值集Xj,0～Xj,3999的2400个电流重采样值Yj,0～Yj,2399,且其中的第一个电流重采样值Yj,0与计数值为第一值的电流采样值Xj,0对应，作为该第j电流重采样值集的基准电流重采样值。
此外，取决于对差动电流计算精度的需求，差动保护装置402对电流采样值进行重采样的次数可以不止一次，例如考虑到进一步降噪、滤波或者减少计算量等需求，可以对电流采样值进行多次重采样。
在步骤S530，对多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值，该多个电流傅里叶值包括与计数值为第一值的电流采样值的采样时刻对应的基准电流傅里叶值，并且该基准电流傅里叶值是基于基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值来确定的。
如图示640所示，所获取的多个电流傅里叶值可以包括至少一个电流傅里叶值集，例如第i电流傅里叶值集包括在时间上排列的对应于电流重采样值Yi,0～Yi,M-1的G个电流重采样值DFTi,0～DFTi,G-1，其中DFTi,0是对应于基准电流重采样值Yi,0的电流傅里叶值，也是对应于计数值为第一值的电流采样值Xi,0的电流傅里叶值，作为该第i电流傅里叶值集的基准电流傅里叶值；第 j电流傅里叶值集包括在时间上排列的对应于电流重采样值Yj,0～Yj,M-1的G个电流重采样值DFTj,0～DFTj,G-1，其中DFTji,0是对应于基准电流重采样值Yj,0的电流傅里叶值，也是对应于计数值为第一值的电流采样值Xj,0的电流傅里叶值，作为该第j电流傅里叶值集的基准电流傅里叶值；依次类推。
根据傅里叶变换原理，对于以重采样频率为J点/周波获得的多个电流重采样值，可以每间隔K个电流重采样值取连续J个电流重采样值进行一次傅里叶变换，则每个傅里叶值集包含的电流傅里叶值的数量为其中符号/>表示向下取整，G通常为整数。
差动保护装置402获取多个电流傅里叶值包括获取至少一个电流傅立叶值集中的每一个电流傅里叶值集。
下面以获取第i电流傅里叶值集DFTi,0～DFTi,G-1为例说明如何进行傅立叶变换。
首先，获取第i电流傅里叶值集中的第一电流傅里叶值DFTi,0。如图示 640所示，以J为48点/周波为例，将第i电流重采样值集的基准电流重采样值Yi,0和在时间上排列在其之前的47个电流重采样值，即Yh,2353～Yi,0，作为变换对象，执行傅里叶变换，以获取第一电流傅里叶值DFTi,0。由于该第一电流傅里叶值DFTi,0与基准电流重采样值Yi,0对应，而基准电流重采样值Yi,0与计数值为第一值的电流采样值Xi,0对应，因此，该第一电流傅里叶值DFTi,0与计数值为第一值的电流采样值Xi,0对应，作为第i电流傅里叶值集的基准电流傅里叶值。
然后，获取第i电流傅里叶值集中的第二电流傅里叶值DFTi,1。如图示 640所示，以K为6为例，将第一电流傅里叶值的变换对象，即Yh,2353～Yi,0，在时间上向后推移6个电流重采样值所得到的48个电流重采样值，Yh,2359～Yi,6，作为第二电流傅里叶值的变换对象，执行傅里叶变换，可以获取第二电流傅里叶值DFTi,1。
然后，与获取第二电流傅里叶值DFTi,1类似地，依次将前一个电流傅里叶值的变换对象在时间上向后推移6个电流重采样值所得到的48个电流重采样值作为后一个电流傅里叶值的变换对象，并执行傅里叶变换，可以依次获取第三至第G电流傅里叶值DFTi,2～DFTi,399。
以相同的方法可以获取与图示630对应的所有电流傅里叶值。
此外，在差动保护装置402对电流采样值进行了多次重采样的情况下，J 为最后一次重采样的采样频率。
如此，根据本公开实施例的对时方法，所获取的电流傅里叶值中的每一个电流傅里叶值集中的第一个电流傅里叶值，例如DFTi,0、DFTj,0，作为基准电流傅里叶值，分别与每一个计数值为第一值的电流采样值，例如Xi,0、Xj,0，对应。而每一个计数值为第一值的电流采样值，例如Xi,0、Xj,0，分别为合并单元的卫星定位模块的PPS信号，例如PPSi、PPSj，的生成时刻tPPSi、tPPSi对应，因此，作为基准电流傅里叶值的各个第一个电流傅里叶值，例如DFTi,0、DFTj,0分别与相应PPS信号PPSi、PPSj的生成时刻对齐。
根据本公开实施例的对时方法还可以包括步骤540，标记所获取的多个电流傅里叶值中的每一个电流傅里叶值的时刻，以便发送到外部设备用于计算差动电流。该外部设备可以是例如电力线L的另一端的差动保护装置404 或者收集电力线L的A端和B端两者的电流信息的其他设备。标记所获取的多个电流傅里叶值中的每一个电流傅里叶值的时刻包括针对每一个电流傅里叶值集，标记其中的每一个电流傅里叶值的时刻。
下面以第i电流傅里叶值集中的DFTi,0～DFTi,G-1为例说明如何标记时刻。
首先，标记第i电流傅里叶值集中的基准电流傅里叶值的时刻。如前所述，作为基准电流傅里叶值的各个第一个电流傅里叶值DFTi,0、DFTj,0分别与相应PPS信号PPSi、PPSj的生成时刻对齐。因此，如图示640所示，将第i 电流傅里叶值集中的第一电流傅里叶值(即，基准电流傅里叶值)的时刻标记为与其对应的PPS信号PPSi的生成时刻tPPSi。
然后，标记第i电流傅里叶值集中的第二至第G电流傅里叶值的时刻。将电流傅里叶值集中的第Q(2<Q≤G)电流傅里叶值的时刻标记为基准电流傅里叶值的时刻加上(Q-1)*Δt，Δt＝(1个周波的时长)/(J/K)。例如，以工频50Hz、差动保护装置402的重采样频率J＝48点/周波、每间隔K＝6个电流重采样值取连续48个电流重采样值计算一个电流傅里叶值为例， 第i电流傅里叶值集中的第二电流傅里叶值的时刻被标记为tPPSi+2.5ms，第三电流傅里叶值的时刻被标记为tPPSi+5ms，依次类推。
此外，如前面提到的，在一些示例中，由于合并单元401与差动保护单元402之间的传输延迟不稳定，图示620中的时间间隔Δti,delay和时间间隔Δtj,delay不一定相等，这可能导致不同电流傅里叶集中的电流傅里叶值的数量 G不同。
参考图示620，时间间隔Δti,delay与时间间隔Δtj,delay不一定相等，换言之，相邻两个电流采样值集中的两个计数值为第一值的电流采样值被差动保护装置402接收到的接收时刻之间的时间间隔，例如tj,0-ti,0，不一定为1秒。例如，当Δtj,delay>Δti,delay时，tj,0-ti,0大于1秒。当Δtj,delay<Δti,delay时，tj,0-ti,0小于1秒，这可能造成相应电流傅里叶值集中的电流傅里叶值的数量G发生变化。
以工频50Hz，差动保护装置402的重采样频率为J＝48点/周波为例，在Δtj,delay≥Δti,delay，从而tj,0-ti,0≥1秒的情况下，差动保护装置402在时刻ti,0计算第i电流傅里叶值集中的第一傅里叶值DFTi,0，然后，每间隔6个重采样值计算第二个傅里叶值DFTi,1，依次类推，直到计算出DFTi,399，之后等待时刻 tj,0的到来而计算第j电流傅里叶值集中的第一傅里叶值DFTj,0。这样，第i电流傅里叶值集中的电流傅里叶值的数量G为400。
然而，在Δtj,delay<Δti,delay，从而tj,0-ti,0﹤1秒的情况下，有可能出现在差动保护装置402还没来得及计算第i电流傅里叶值集中的最后一个或多个电流傅里叶值就已经接收到第j电流傅里叶值集中的计数值为第一值的电流采样值。则差动保护装置402停止计算第i电流傅里叶值集中的最后一个或多个电流傅里叶值，转而立即计算第j电流傅里叶值集中的第一个电流傅里叶值 DFTj,0。这样，第i电流傅里叶值集中的电流傅里叶值的数量G＜400。
使用以上描述的根据本公开实施例的对时方法的差动保护设备402可以获取电力线L的A端的电流信息I1，该电流信息I1包括被标记了对齐时刻的 A端的电流傅里叶值。该电流信息可以被发送到外部设备以用于计算电力线 L的差动电流。
与根据现有技术的对时方法相比，根据本公开实施例的对时方法500不是以差动保护装置自身的卫星定位模块生成的PPS信号为基准时间来计算电流傅立叶值，而是考虑了合并单元和差动保护装置之间的传输延迟，以差动保护装置从合并单元接收到的SmpCnt＝0的电流采样值为基准将电流傅里叶值对齐到与该电流傅里叶值对应的电流值的采集时刻。
由此，提高了电流傅里叶值的对时准确度，增强了根据该电流傅里叶值计算出的差动电流值的可靠性，在短时间内电流幅值变化较大(例如，穿越故障等)的情况下能够避免因计算出的差动电流与真实差动电流之间存在较大误差而做出错误的差动保护决策。
图7是根据本公开实施例的对时方法的另一示例使用场景图。
以上描述的根据本公开实施例的对时方法500还适用于图7所示的场景。参考图7，电力线L的A端与图4的A端具有相同的布置，B端与图2的B 端具有相同的布置。A端的差动保护装置402执行根据本公开实施例的对时方法500获取经对时的A端的电流信息I1，I1包括被标记了对齐时刻的A端的电流傅里叶值。B端的差动保护装置R2执行如前面结合图2所描述的根据现有技术的对时方法获取经对时的B端的电流信息I2，I2包括被标记了对齐时刻的B端的电流傅里叶值。在经由通信信道CH交换电流信息I1和I2之后，差动保护装置402和R2能够计算电力线L的差动电流，从而基于图1所示的差动保护原理做出正确的差动保护决策。
图8是根据本公开实施例的差动保护装置的示意框图。
参考图8，根据本公开实施例的差动保护装置800(例如，可以是图4中的401、402)包括通信模块801、采样模块802和对时模块803。
通信模块801用于从电力线L的合并单元获取电力线的多个电流采样值以及每个电流采样值的计数值，该多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为合并单元的第一卫星定位系统模块的秒脉冲(PPS)信号的生成时刻。
采样模块802用于根据差动保护装置的采样频率J点/周波对多个电流采样值进行重采样以获取多个电流重采样值，该多个电流重采样值包括与多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值对应的基准电流重采样值。
对时模块803用于对多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值，多个电流傅里叶值包括与计数值为第一值的电流采样值的采样时刻对应的基准电流傅里叶值，并且基准电流傅里叶值是基于基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值来确定的。
此外，差动保护装置402还可以包括卫星定位模块804(图中未示出)，用于接收授时系统的基准时间源，并生成PPS信号。
由于前面已经结合图5和图6详细描述了根据本公开实施例的差动保护装置402、404执行根据本公开实施例的对时方法500的过程，为避免重复，此处不再赘述。
图9是根据本公开实施例的差动保护系统900的示意框图。
参考图9，根据本公开实施例的差动保护系统900包括如图2、图4、图 7中的电流互感器CT1或CT2，如图4、图7中的合并单元401或403，以及如图8中的差动保护装置800。
电流互感器用于测量电力线的电流模拟值。
合并单元用于对电流模拟值采样而产生多个原始电流采样值，并对多个原始电流采样值进行插值而获取多个电流采样值，并对每个电流采样值标记计数值，并且多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为合并单元的卫星定位模块的秒脉冲信号的生成时刻。
差动保护装置用于：从合并单元获取电力线的多个电流采样值以及每个电流采样值的计数值，多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为合并单元的秒脉冲信号的生成时刻；根据差动保护装置的采样频率 J点/周波对多个电流采样值进行重采样以获取多个电流重采样值，多个电流重采样值包括与多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值对应的基准电流重采样值；对多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值，多个电流傅里叶值包括与计数值为第一值的电流采样值的采样时刻对应的基准电流傅里叶值，并且基准电流傅里叶值是基于基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值来确定的。
由于前面已经结合图5和图6详细描述了电流互感器CT1、合并单元401 和差动保护装置402如何协作来实施根据本公开实施例的对时方法500的过程，为避免重复，此处不再赘述。
根据本公开实施例的对时方法、差动保护装置和差动保护系统考虑了变电站自动化系统的过程层和间隔层之间以过程总线传输采样值报文而带来的传输延迟对计算电力线L差动电流的影响，适用于采用过程总线通信的变电站自动化系统的对时。以差动保护装置从合并单元接收到的SmpCnt＝0的电流采样值为基准来对齐电流傅里叶值和其所对应的电流值的采样时刻，提高了差动电流的计算准确度，对于电气系统的安全有重大益处。
本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是示例而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本公开的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本公开所要保护的权利范围。

Claims (19)

1.一种用于电力线的差动保护装置的对时方法，包括：
从所述电力线的合并单元获取所述电力线的多个电流采样值以及每个电流采样值的计数值，所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为所述合并单元的卫星定位模块的秒脉冲信号的生成时刻；
根据所述差动保护装置的采样频率J点/周波对所述多个电流采样值进行重采样以获取多个电流重采样值，所述多个电流重采样值包括与计数值为第一值的电流采样值对应的基准电流重采样值，其中J为大于1的整数；以及
对所述多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值，所述多个电流傅里叶值包括与所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻对应的基准电流傅里叶值，并且所述基准电流傅里叶值是基于所述基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值来确定的。
2.如权利要求1所述的对时方法，其中，
所述多个电流采样值包括至少一个电流采样值集，所述至少一个电流采样值集中的每一个电流采样值集包括位于两个秒脉冲信号的生成时刻之间的N个电流采样值，所述N个电流采样值的计数值按时间顺序依次标记为0至N-1，并且所述第一值为0，其中N为大于1的整数。
3.如权利要求2所述的对时方法，其中，
所述多个电流重采样值包括与所述至少一个电流采样值集一一对应的至少一个电流重采样值集，所述至少一个电流重采样值集中的每一个电流重采样值集包括M个电流重采样值，所述每一个电流重采样值集中的第一个电流重采样值作为所述基准电流重采样值，其中M为大于1的整数。
4.如权利要求3所述的对时方法，其中，
所述多个电流傅里叶值包括至少一个电流傅里叶值集，所述至少一个电流傅里叶值集中的每一个电流傅里叶值集包括G个电流傅里叶值，所述每一个电流傅里叶值集中的第一个电流傅里叶值作为所述基准电流傅里叶值，其中G为大于1的整数。
5.如权利要求4所述的对时方法，其中，对所述多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值包括：
获取所述至少一个电流傅里叶值集中的每一个电流傅里叶值集，其中，获取每一个电流傅里叶值集包括：
将所述基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值作为所述电流傅里叶值集中的基准电流傅里叶值的变换对象来执行傅里叶变换，以获取所述电流傅里叶值集中的第一电流傅里叶值作为所述基准电流傅里叶值；以及
依次进行将前一个电流傅里叶值的变换对象在时间上向后推移K个电流重采样值所得到的J个电流重采样值作为后一个电流傅里叶值的变换对象来执行傅里叶变换G-1次，以依次获取所述电流傅里叶值集中的第二至第G电流傅里叶值；
其中，所述并且所述/>表示对M/K向下取整。
6.如权利要求5所述的对时方法，还包括标记所述多个电流傅里叶值中的每一个电流傅里叶值的时刻，包括：
对于每一个电流傅里叶值集：
将所述电流傅里叶值集中的基准电流傅里叶值的时刻标记为与其对应的计数值为第一值的电流采样值的采样时刻；
将所述电流傅里叶值集中的第Q电流傅里叶值的时刻标记为所述基准电流傅里叶值的时刻加上(Q-1)*Δt，其中所述Q为大于1且不大于G的整数，所述Δt＝(1个周波的时长)/(J/K)。
7.如权利要求5所述的对时方法，其中，获取每一个电流傅里叶值集还包括：
响应于接收到与所述电流傅里叶值集的后一个电流傅里叶值集的基准电流傅里叶值对应的计数值为第一值的电流采样值，停止获取所述电流傅里叶值集中的尚未获取的电流傅里叶值，并转而获取所述后一个电流傅里叶值集的基准电流傅里叶值。
8.如权利要求7所述的对时方法，还包括：
将所述多个电流傅里叶值发送到外部设备以用于计算所述电力线的差动电流。
9.如权利要求1所述的对时方法，其中，所述卫星定位模块包括基于全球定位系统的定位模块或基于北斗定位系统的定位模块。
10.如权利要求1所述的对时方法，其中，所述多个电流采样值是所述合并单元对采样所述电力线的电流模拟值而产生的原始电流采样值进行插值而获取的，所述电流模拟值是由所述电力线的电流互感器测量的。
11.一种用于电力线的差动保护装置，包括：
通信模块，用于从所述电力线的合并单元获取所述电力线的多个电流采样值以及每个电流采样值的计数值，所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为所述合并单元的卫星定位模块的秒脉冲信号的生成时刻；
采样模块，用于根据所述差动保护装置的采样频率J点/周波对所述多个电流采样值进行重采样以获取多个电流重采样值，所述多个电流重采样值包括与所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值对应的基准电流重采样值；
对时模块，用于对所述多个电流重采样值进行傅里叶变换以获取时间上排列的多个电流傅里叶值，所述多个电流傅里叶值包括与所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻对应的基准电流傅里叶值，并且所述基准电流傅里叶值是基于所述基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值来确定的，其中所述J为大于1的整数。
12.如权利要求11所述的差动保护装置，其中，
所述多个电流采样值包括至少一个电流采样值集，所述至少一个电流采样值集中的每一个电流采样值集包括位于两个秒脉冲信号的生成时刻之间的N个电流采样值，所述N个电流采样值的计数值按时间顺序依次标记为0至N-1，并且所述第一值为0，其中所述N为大于1的整数。
13.如权利要求12所述的差动保护装置，其中，
所述多个电流重采样值包括与所述至少一个电流采样值集一一对应的至少一个电流重采样值集，所述至少一个电流重采样值集中的每一个电流重采样值集包括M个电流重采样值，所述每一个电流重采样值集中的第一个电流重采样值作为所述基准电流重采样值，其中所述M为大于1的整数。
14.如权利要求13所述的差动保护装置，其中，
所述多个电流傅里叶值包括至少一个电流傅里叶值集，所述至少一个电流傅里叶值集中的每一个电流傅里叶值集包括G个电流傅里叶值，所述每一个电流傅里叶值集中的第一个电流傅里叶值作为所述基准电流傅里叶值，其中所述G为大于1的整数。
15.如权利要求14所述的差动保护装置，其中，所述对时模块通过获取所述至少一个电流傅里叶值集中的每一个电流傅里叶值集来执行对所述多个电流重采样值的傅里叶变换，并且其通过执行以下操作来获取每一个电流傅里叶值集：
将所述基准电流重采样值和在时间上排列在其之前的J-1个电流重采样值作为所述电流傅里叶值集中的基准电流傅里叶值的变换对象来执行傅里叶变换，以获取所述电流傅里叶值集中的第一电流傅里叶值作为所述基准电流傅里叶值；以及
依次进行将前一个电流傅里叶值的变换对象在时间上向后推移K个电流重采样值所得到的J个电流重采样值作为后一个电流傅里叶值的变换对象来执行傅里叶变换G-1次，以依次获取所述电流傅里叶值集中的第二至第G电流傅里叶值，
其中，并且所述/>表示对M/K向下取整。
16.如权利要求15所述的差动保护装置，其中，所述对时模块还用于通过以下操作来标记所述多个电流傅里叶值中的每一个电流傅里叶值的时刻：
将所述电流傅里叶值集中的基准电流傅里叶值的时刻标记为与其对应的计数值为第一值的电流采样值的采样时刻；
将所述电流傅里叶值集中的第Q电流傅里叶值的时刻标记为所述基准电流傅里叶值的时刻加上(Q-1)*Δt，其中所述Q为大于1且不大于G的整数，所述Δt＝(1个周波的时长)/(J/K)。
17.如权利要求15或16所述的差动保护装置，其中，
所述对时模块响应于所述通信模块接收到与所述电流傅里叶值集的后一个电流傅里叶值集的基准电流傅里叶值对应的计数值为第一值的电流采样值，停止获取所述电流傅里叶值集中的尚未获取的电流傅里叶值，并转而获取所述后一个电流傅里叶值集的基准电流傅里叶值。
18.如权利要求17所述的差动保护装置，所述通信模块还用于将所述多个电流傅里叶值发送到外部设备以用于计算所述电力线的差动电流。
19.一种用于电力线的差动保护系统，包括：
电流互感器，用于测量所述电力线的电流模拟值；
合并单元，用于对所述电流模拟值采样而产生多个原始电流采样值，并对所述多个原始电流采样值进行插值而获取多个电流采样值，并对每个电流采样值标记计数值，所述多个电流采样值中计数值为第一值的电流采样值的采样时刻为所述合并单元的卫星定位模块的秒脉冲信号的生成时刻；
如权利要求11-18中任一项所述的差动保护装置。
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