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CN103812630B - 线路差动保护的时钟同步 - Google Patents

线路差动保护的时钟同步 Download PDF

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CN103812630B CN201310327708.3A CN201310327708A CN103812630B CN 103812630 B CN103812630 B CN 103812630B CN 201310327708 A CN201310327708 A CN 201310327708A CN 103812630 B CN103812630 B CN 103812630B
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Abstract

本发明涉及两个地理上分隔的固定时钟、具体来说是输电线两端的时钟之间的时间同步。该方法由如下步骤组成：通过测量或记录电力线的第一端的电力线量、即记录振荡周期之内的振荡量q的充分数量的样本q(t1)来产生诸如AC电流之类的振荡电力线量q的诸如波形之类的第一表示，并且通过第一时钟来对第一表示加时间戳；通过测量电力线的第二端的电力线量来产生相同振荡电力线量q的第二表示，并且通过第二时钟来对所述第二表示加时间戳；使用相应时间戳来比较（即调准）第一和第二表示，以便确定第一与第二时钟之间的时钟偏移，并且基于比较来调整第一和第二时钟的一个或两个或者至少第一时钟，以便减小所确定时钟偏移。

Description

线路差动保护的时钟同步
技术领域
本发明涉及两个地理上分隔的固定时钟、具体来说是输电线两端的时钟之间的时间同步的领域。
背景技术
输电线是任何配电系统的关键部分，因为它们提供在发电与消费者之间传递电力的通路。输电线为了可靠操作而紧密地互连。经济和环境要求引起输电线的操作接近其操作极限。任何故障将级联为全系统扰动，从而引起接近其极限进行操作的密切互连系统的广泛断电。因此，建立传输保护系统以识别故障。传输线保护的主要任务在于可靠地检测损害系统安全性的故障。
对于输电线的差动保护系统，传输线两端的保护装置测量诸如电流之类的电力线量的表示，并且比较两端的所测量的量。在正常无故障条件下，该量在两端是相同的。偏离测量指示传输线上的故障，并且触发保护动作、例如断开断路器。所布置的差动保护系统的先决条件是两端上的测量装置的精确同步。
为了同步，将分布式保护装置时钟调准（align）到某种主时钟。为了这样做，公共时钟源例如通过通信网络发送同步信号。分布式保护装置的各时钟接收同步信号，并且相应地执行必要调整。一般来说，同步信号经由直接或间接卫星通信从全球定位系统(GPS)卫星时钟发送，或者经由保护装置连接到的通信网络从网络主时钟发送。
但是，与主时钟的同步可能既不是始终可靠的也不是节省成本的。基于GPS的同步信号的接收可能是费用大并且甚至是不可靠的，因为与卫星的通信可能例如被无线电干扰或者削弱信号传播的恶劣气候条件中断。另外，基于网络的同步假定时钟之间的通信延迟是对称的、即在两个方向相等，该假设一般没有得到保证。
发明内容
因此，本发明的目的是增加输电线的保护系统的可靠性，具体来说是改进这种系统的时钟同步。
这个目的通过按照独立权利要求的用于使位于电力线的相对端的时钟同步的方法和布置来实现。优选实施例通过从属专利权利要求是显而易见的，其中权利要求从属性将不是被理解为排除其它有意义权利要求组合。
按照本发明，分别位于AC电力线的第一和第二端的第一和第二时钟按照例如电流的振荡电力线量q来调准，其中最初使两个时钟同步为处于电力线量q的频率周期之内。为了使时钟同步，振荡电力线量q的诸如波形之类的第一表示通过测量电力线的第一端的电力线量来产生。具体来说，量q可采用振荡周期之内的充分数量的样本q(t1)来测量或记录，使得振荡量被正确表示，并且可与不同的时间点或空间点上的其它测量进行比较。与第一表示的值或多个值同样重要的是它被记录或测量的时间，因此，所取样本通过位于AC电力线的第一端的第一时钟来加时间戳。这实际上允许保持跟踪第一时钟的定时。
为了同步，还需要来自电力线的第二端的相同振荡电力线量q的测量。因此，在电力线的第二端测量振荡电力线量的第二表示。为了能够进行时钟与电力线量之间的相关，第二表示通过第二时钟来加时间戳。
在另一步骤中，可将第一和第二表示发送给电力线两端的一个或两个或者任何其它公共位置，以用于比较第一和第二表示。可通过调准表示并且使用相应时间戳确定第一与第二时钟之间的时钟偏移，来执行比较。换言之，假定时钟偏移对应于时间间隔，表示之一必须移位该时间间隔以便匹配或重叠振荡性质的另一表示。
最终，执行调整以减少所确定时钟偏移，其中第一和第二时钟的一个或两个基于比较和所计算偏移来设置或重置。
在本发明的优选变体中，第一表示或者其副本经由通信链路传送或发送给电力线的第二端，并且仅将第二时钟调整所确定时钟偏移。这样，该方法可容易并且快速地执行，这是因为只需要发送一个消息并且只需要调整一个时钟。
在本发明的有利实施例中，通过计算第一表示的零交叉的第一时钟时间戳t1与第二表示的零交叉的第二时钟时间戳t2之间的差，来确定时钟偏移。但是，还可通过计算涉及整个波形的两个表示之间的相关函数，来确定时钟偏移。这种方式更加复杂，但是也更加可靠，因此对有噪测量更加健壮。
但是，在一些情况下，因线路充电电流效应、特别是对于轻负载条件期间的长线路而可能存在电力线的第一端与第二端的振荡电力线量q之间的显著相位差。这种固有的时钟同步无关相位差需要被补偿以便于实现高精度时钟同步，其包括计算相位差并且通过加入或减去与所计算相位差对应的时间延迟来调整先前确定的时钟偏移。
无论如何，执行按照本发明的方法的先决条件是输电线的初始无故障操作。因此，至关重要的是在可执行该方法以及最终的时钟调准之前使线路差动保护功能发信号通知电力线的无故障操作。但是，如果操作不是无故障的，则时钟调整不可继续进行，直到恢复和发信号通知无故障操作为止。
按照本发明的方法作为细微调整或高精度同步是特别有用的，因为其它同步方法可遭遇固有时间延迟或移位。具体来说，在基于网络的时间同步中，根本假设是对称节点间通信。但是，在现代通信网络中，这个基本假设可能不是有效的。在同步消息节点间传播时间超过先前所计算并且用于在接收节点补偿残余时钟偏移的对称延迟的情况下，这是特别重要的。
因此，在运行该方法之前基于对于电力线的第一与第二端之间的通信链路的完全操作的基于网络的时间同步（例如网络时间协议(NTP)或精确时间协议(PTP)）所建立的对称通信延迟来使第一和第二时钟同步的情况下，本发明是特别有用的。本发明考虑基于网络的时间同步方法中的任何不对称时间延迟，并且提供高精度同步。
此外，在其中GPS信号可能有时丢失的基于全球定位系统(GPS)的时间同步的情况下，按照本发明的方法是有用的。因此，本发明提供同步，其中在运行本发明的方法之前，基于GPS信号来使第一和第二时钟同步，并且其中在GPS信号丢失之后，将时钟的同步保持超过30秒的延期周期。
本发明还涉及一种用于使分别位于电力线的第一和第二端的第一和第二时钟同步的布置，即，该布置包括：记录器，其用于测量电力线的第一端的例如电流之类的振荡电力线量q的第一表示，并且用于通过第一时钟对第一表示加时间戳；接收器，其用于接收在电力线的第二端所测量并且通过第二时钟加时间戳的振荡电力线量q的第二表示；比较器，其用于比较第一和第二表示，以便确定第一与第二时钟之间的时钟偏移；以及时钟调整器，其用于调整第一时钟以减小所确定时钟偏移。
无论如何，在给定输电线的初始无故障状态的情况下，本发明以高精度和可靠性基于所测量和加时间戳的表示来使位于输电线末端的时钟同步。这样，本发明可用作独立或附加同步方法，从而克服其它、即基于网络或GPS的同步方法的缺点。
附图说明
下文中将参照附图中示出的优选示范实施例更详细地说明本发明的主题，其中：
图1示出使位于输电线两端并且用于所述输电线的差动保护的时钟同步的方法的示意性概览，以及
图2示出以遭遇细微偏移的两个时钟记录的振荡电力线量的两个表示。
附图中使用的参考标号及其含意在名称列表中以汇总形式列示。原则上，附图中，相同部件提供有相同参考标号。
具体实施方式
图1示出包括位于输电线的每个端的第一时钟1和第二时钟2的输电线的线路差动保护系统的第一端的示意性概览。振荡电力线量q的第一表示3和第二表示4在第一本地位置的第一记录器5和远程第二位置的第二记录器产生。记录器5在例如振荡周期之内多次测量电流，以便产生适合于同步的表示3。第一表示3使用采样单元6通过第一时钟1来加时间戳。
加时间戳的表示3、4例如经由网络链路10、11转发到线路差动保护功能9，以便检查线路状态并且检测输电线的任何故障。线路差动保护功能9生成包含输电线的状态的信号18，并且通过网络将信号转发到相应接收方。
加时间戳的表示3、4进一步经由网络链路13、14来转发到比较8供进一步处理，其中计算任何偏移或不对称延迟估计。因线路充电电流效应引起的在电力线的第一端与第二端的振荡电力线量之间的任何相位差可先前由相位补偿器17来补偿。
在本发明的这个实施例中，第一时钟1一般经由GPS信号15或者基于网络的同步信号16来同步。但是，在存在GPS信号15丢失的情况下，本发明提供在GPS信号15丢失期间使时钟1、2同步的方法。另外，本发明提供在网络同步信号16中有任何不对称的情况下执行时钟1、2的较高精度同步的系统和方法。
在接收第一和第二表示3、4之后，比较器8计算偏移19。在比较器8接收来自线路差动保护功能9的非故障状态信号18的情况下，将偏移19转发到由同步单元20和例如第一时钟1所组成的定时单元21的同步单元20。同步单元20则重置或调准第一时钟，和/或可向接收器7发送用于部分调准的相应偏移22以用于调整远程表示4的时间戳。
图2示出在现有技术线路差动保护装置所观测的移位23。该标绘图示出线电流的本地信号或第一表示3和远程信号或第二表示4，其中在y轴24的幅度分别作为x轴25上所报告的本地和远程时间的函数。所观测移位23归因于本地与远程时钟之间的时钟偏移，并且还可包括因线路充电电流效应引起的相位差。本发明利用这个所观测移位来校正例如例如因基于网络的时间同步方法中的不对称通信时间延迟而产生的任何时钟偏移，并且因而提供高精度同步。
名称列表
1 第一时钟
2 第二时钟
3 第一表示
4 第二表示
5 记录器
6 采样单元
7 接收器
8 比较器
9 线路差动保护功能
10 网络链路
11 网络链路
12 线路保护信号
13 GPS信号
14 网络同步信号
17 相位补偿器
18 状态信号
19 偏移
20 同步单元
21 定时单元
22 偏移
23 不对称
24 Y轴
25 X轴。

Claims (7)

1.一种使分别位于AC电力线的第一和第二端的第一与第二时钟(1，2)同步的方法，包括
-通过测量电力线的第一端的电力线量来产生振荡电力线量q的第一表示(3)，并且通过第一时钟来对所述第一表示加时间戳，
-通过测量所述电力线的第二端的电力线量来产生所述振荡电力线量q的第二表示(4)，并且通过所述第二时钟(2)来对所述第二表示加时间戳，
-比较第一和第二表示(3，4)，以便确定所述第一与所述第二时钟(1，2)之间的时钟偏移(19)，以及
-调整所述第一和第二时钟的一个或两个，以便减小所确定的时钟偏移(19)，
所述方法进一步包括，检查所确定的时钟偏移(19)是否处于预定极限之内，或者线路差动保护功能是否发信号通知所述电力线的无故障操作，
其中所述调整的步骤在所述检查的步骤之后在所述电力线的无故障操作中执行。
2.如权利要求1所述的方法，包括：
-将所述第一表示(3)传送给所述电力线的第二端，以及
-通过所确定的时钟偏移(19)来调整所述第二时钟(2)。
3.如权利要求1所述的方法，所述时钟偏移(19)确定包括
-计算所述第一表示(3)的零交叉的时间戳t1与所述第二表示(4)的零交叉的时间戳t2之间的差，或者
-计算所述两个表示(3，4)之间的相关函数，并且确定所述相关函数的峰值的位置。
4.如权利要求1所述的方法，所述时钟偏移(19)确定包括
-补偿在所述电力线的第一端与第二端的振荡电力线量q之间的相位差。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，所述第一和所述第二时钟(1，2)基于所述电力线的第一与第二端之间的通信链路的对称通信延迟来同步，从而所述第一与第二时钟之间的任何残余时钟偏移被减小。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，所述第一和所述第二时钟(1，2)基于GPS信号来同步，并且其中在所述GPS信号丢失之后，所述时钟(1，2)的同步被保持。
7.一种用于使分别位于电力线的第一和第二端的第一与第二时钟(1，2)同步的装置，包括
-记录器(5)，其用于测量所述电力线的第一端的振荡电力线量q的第一表示(3)，并且用于通过所述第一时钟(1)来对所述第一表示加时间戳，以及
-接收器(7)，其用于接收在所述电力线的第二端所测量并且通过所述第二时钟(2)加时间戳的振荡电力线量q的第二表示(4)，
-比较器(8)，其用于比较所述第一和所述第二表示(3，4)，以便确定所述第一与所述第二时钟(1，2)之间的时钟偏移，以及
-时钟调整器(20)，其用于调整所述第一时钟(1)以减小所确定时钟偏移，
所述装置进一步配置成检查所确定时钟偏移(19)是否处于预定极限之内，或者线路差动保护功能是否发信号通知所述电力线的无故障操作，
其中所述比较器（8）配置成在所述电力线的无故障操作中提供所确定的时钟偏移至所述时钟调整器（20）。
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