CN114977132B - 一种电力载波同步的配电网5g差动保护同步方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法包括：主载波机发送同步信号脉冲，同时载波接收装置接收所述同步信号脉冲；所述载波接收装置每收到一次所述同步信号脉冲，进行一次计数；当计数值到达设定值时，所述载波接收装置给智能配电终端设备的数据采集模块发送一个同步信号；所述数据采集模块接收所述同步信号，并进入中断直接对AD采样脉冲校准，实现同步。本发明通过电力载波的方式实现一种低成本、高同步、无延时抖动问题的差动保护功能，出现故障时可以快速判断定位，及时进行检修；具有广泛的可实施性和易用性。

Description

一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法及系统

技术领域

本发明涉及配电网技术领域，具体为一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法及系统。

背景技术

在电力系统继电保护中，差动保护对于两端设备采样数据的同步要求很高。目前差动保护的同步方案主要有基于数据通道(光纤通讯、5G通讯)的同步方法和基于GPS/北斗的同步方法。传统的差动保护，一般采用光纤通信，光纤通讯的延时为固定延时，受外界环境影响很小，可以方便实现采样数据的同步，但光纤同步方案存在的问题是，光纤管线敷设难度大，建设成本高，有些地区也不具备光纤敷设条件，并且当光纤出现损坏时，存在定位困难和维护成本高的问题。

随着5G商业化的广泛应用，5G网络端到端的通讯延时可达到10毫秒以内，其低延时的特点有利于实现差动保护功能，但5G保护存在的问题是由于信号路由路径不同，存在通讯延时抖动问题，延时抖动给两端设备的采样数据同步带来了很大的挑战，因此5G差动保护最主要的问题是两端设备的同步问题。

基于GPS/北斗授时的数据同步可以实现两端采样脉冲误差不超过2us，同步后的采样数据通过5G网络实现信息传输，可以实现差动保护功能，这种同步方式存在的问题是GPS/北斗授时导航接收机的成本高昂，经济上难以接受，难以进行大范围推广。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

因此，本发明解决的技术问题是：目前基于数据通道法的光纤管线敷设难度大，建设成本高，定位困难和维护成本高的问题，5G保护存在通讯延时抖动问题，GPS/北斗授时导航接收机的成本高昂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，包括：

主载波机发送同步信号脉冲，同时载波接收装置接收所述同步信号脉冲；

所述载波接收装置每收到一次所述同步信号脉冲，进行一次计数；

当计数值到达设定值时，所述载波接收装置给智能配电终端设备的数据采集模块发送一个同步信号；

所述数据采集模块接收所述同步信号，并进入中断直接对AD采样脉冲校准，实现同步。

作为本发明所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的一种优选方案，其中：所述主载波机配置在5G差动保护的区域配电网中，所述载波接收装置配置在智能配电终端设备侧，所述载波接收装置设置有2台。

作为本发明所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的一种优选方案，其中：所述主载波机配置在2台载波接收装置中间位置。

作为本发明所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的一种优选方案，其中：还包括：

当主载波机发送的同步信号脉冲异常时，所述载波接收装置丢弃该异常同步信号脉冲；

所述载波接收装置根据上一个同步信号脉冲触发时刻，并结合自身时钟进入准同步状态，同时向智能配电终端发送告警信号；

所述智能配电终端结合5G传送的信息判断故障类别并将故障类别发送给主站。

作为本发明所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的一种优选方案，其中：所述主载波机周期性地在配电网线路中发送所述同步信号脉冲。

作为本发明所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的一种优选方案，其中：所述同步信号脉冲包括，所述主载波机发送的同步信号脉冲周期为T1，所述脉冲周期为T1包括t1和t2时间段，在所述t1时间段内发送固定的信号序列。

作为本发明所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的一种优选方案，其中：所述信号序列内含有密码校验信息，所述密码校验信息bit位数设定不小于16bit。

作为本发明所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的一种优选方案，其中：所述计数值的设定值为A，当A＝1/T1时，所述载波接收装置给智能配电终端设备的数据采集模块发送一个同步信号，同时将所述计数值清零。

作为本发明所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的一种优选方案，其中：所述故障类别包括线路故障、电力载波机故障。

一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步系统，包括，

主载波机，用于发送同步信号脉冲；

载波接收装置，用于接收所述同步信号脉冲，并进行同步；

数据采集模块，所述数据采集模块用于接收所述同步信号，可直接对AD采样脉冲校准。

本发明的有益效果：本发明提供一种基于电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，通过电力载波的方式实现一种低成本、高同步、无延时抖动问题的差动保护功能，出现故障时可以快速判断定位，及时进行检修；具有广泛的可实施性和易用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例提供的一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例提供的一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法中同步信号脉冲示意图；

图3为本发明一个实施例提供的一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1-2，为本发明的一个实施例，提供了一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，包括：

S1：主载波机发送同步信号脉冲，同时载波接收装置接收所述同步信号脉冲；

具体的，所述主载波机配置在5G差动保护的区域配电网中，所述载波接收装置配置在智能配电终端设备侧，所述载波接收装置设置有2台。

具体的，所述主载波机配置在2台载波接收装置中间位置。从而保证主载波机和不同配电终端侧载波接收装置的线路距离相同，减少时间差。

应说明的是，两端设备的采样信号的同步由电力载波通讯方式实现，差动保护需要的信息交互通过5G信号实现。

更进一步的，所述主载波机周期性地在配电网线路中发送所述同步信号脉冲。

S2：所述载波接收装置每收到一次所述同步信号脉冲，进行一次计数；

具体的，所述同步信号脉冲包括，所述主载波机发送的同步信号脉冲周期为T1，所述脉冲周期为T1包括t1和t2时间段，在所述t1时间段内发送固定的信号序列，具体可见附图2。

应说明的是，由于电力载波通讯的载波频率在我国电力线载波频率使用范围为40～500KHZ，具体的载波频率数值要根据实际配电网中已有载波机的频率使用情况确定。根据载波机选定的载波频率，确定载波带宽，进而设定载波周期T1。

应说明的是，主载波机发送的同步信号脉冲，配电终端侧的载波机是同步收到的。这是由于配电线路的长度普遍较短，电信号的传播速度解决光速，因此可以认定配电终端侧的载波机可以接近同时收到主载波机发送的同步信号脉冲。

具体的，所述信号序列内含有密码校验信息，所述密码校验信息bit位数设定为不小于16bit。

应说明的是，密码校验信息的bit位数可以自由设定，为了保证通讯的可靠，位数设定为不小于16bit用于保证同步信号的识别可靠性，密码校验信息的设定也便于配电终端侧的载波机分辨同步信号是否异常。

S3：当计数值到达设定值时，所述载波接收装置给智能配电终端设备的数据采集模块发送一个同步信号；

具体的，所述计数值的设定值为A，当A＝1/T1时，所述载波接收装置给智能配电终端设备的数据采集模块发送一个同步信号，同时将所述计数值清零。目的是为下一次计数做准备。优选的，可为1秒发出一个同步信号。

S4：所述数据采集模块接收所述同步信号，并进入中断直接对AD采样脉冲校准，实现同步。

应说明的是，数据采集模块301进入中断直接对AD采样脉冲校准的优势在于可以快速准确的进行校准。

还包括：

当主载波机发送的同步信号脉冲异常时，所述载波接收装置丢弃该异常同步信号脉冲；

所述载波接收装置根据上一个同步信号脉冲触发时刻，并结合自身时钟进入准同步状态，同时向智能配电终端发送告警信号；

所述智能配电终端结合5G传送的信息判断故障类别并将故障类别发送给主站。

具体的，所述故障类别包括线路故障、电力载波机故障。

应说明的是，采用此种故障判断方式可以快速定位故障问题，不会产生现有使用方式光纤出现损坏时，存在定位困难的问题，当故障信息发送给主站后，快速派送检修人员。

同时，还包括一种应用如上方法的基于电力载波同步的配电网5G差动保护同步系统，包括，主载波机100，用于发送同步信号脉冲；载波接收装置200，用于接收所述同步信号脉冲，并进行同步；数据采集模块300，所述数据采集模块300用于接收所述同步信号，可直接对AD采样脉冲校准。

其中，所述电力载波机200设置为2个，数据采集模块300对应设置为2个。

实施例2

参照图1、3，为本发明另一个实施案例，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例提出了一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法的实际应用论证。

包括：主载波机发送同步信号脉冲，同时载波接收装置接收所述同步信号脉冲；所述载波接收装置每收到一次所述同步信号脉冲，进行一次计数；当计数值到达设定值时，所述载波接收装置给智能配电终端设备的数据采集模块发送一个同步信号；所述数据采集模块接收所述同步信号，并进入中断直接对AD采样脉冲校准，实现同步。

应说明的是，本方法同步的误差主要包括3部分：

(1)不同配电终端侧载波接收装置接收同步脉冲信号的时间差。

此部分的时间差主要由主载波机和不同配电终端侧载波接收装置的线路距离决定，因此主载波机设定为安装在两台配电终端的线路中间位置。设主载波机到配电终端A载波接收装置的线路距离为2Km,主载波机到配电终端B载波接收装的线路距离为1Km，则配电终端A和B接收到主载波机同步信号的时间差为1km/(300000km/s)＝3.33us，因此通过本发明方案的设定以及控制主载波机安装位置可以保证此部分最大时间偏差不超过3.33us。

(2)不同配电终端侧载波接收装置发出同步信号的时间差。

此部分误差主要是载波接收装置的晶振频率引起的脉冲计数误差。以25MHz晶振为例，每秒该误差最大为1/(25×106)＝40ns。

(3)数据采集模块的处理时间误差。

此部分误差包括采样晶振频率引起的时间误差、硬件处理时间和软件处理时间误差。以25MHz晶振为例，每秒该误差最大为1/(25×106)＝40ns。由硬件生成时误差来自硬件电路输入到输出的时延在100ns以内，由软件计数生成时误差在40n以内。因此，此部分的误差为200ns以内。

综合以上各类误差，考虑最不理想的情况，线路两侧两台配电终端的电流相量时间偏差为4μs以内，对应两侧电流相角偏差不到0.1°，我方同步方法完全满足电流差动保护要求。且与光纤同步方案和GPS/北斗授时的同步方案相比，成本大大降低，因此本发明在配电网5G差动保护中具有广阔的市场应用前景。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，其特征在于，包括：

主载波机发送同步信号脉冲，同时载波接收装置接收所述同步信号脉冲；

当主载波机发送的同步信号脉冲异常时，所述载波接收装置丢弃该异常同步信号脉冲；

所述载波接收装置根据上一个同步信号脉冲触发时刻，并结合自身时钟进入准同步状态，同时向智能配电终端发送告警信号；

所述智能配电终端结合5G传送的信息判断故障类别并将故障类别发送给主站；

所述载波接收装置每收到一次所述同步信号脉冲，进行一次计数；

当计数值到达设定值时，所述载波接收装置给智能配电终端设备的数据采集模块发送一个同步信号；

所述数据采集模块接收所述同步信号，并进入中断直接对AD采样脉冲校准，实现同步。

2.如权利要求1所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，其特征在于：所述主载波机配置在5G差动保护的区域配电网中，所述载波接收装置配置在智能配电终端设备侧，所述载波接收装置设置有2台。

3.如权利要求1或2所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，其特征在于：所述主载波机配置在2台载波接收装置中间位置。

4.如权利要求3所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，其特征在于：所述主载波机周期性地在配电网线路中发送所述同步信号脉冲。

5.如权利要求4所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，其特征在于：所述同步信号脉冲包括，所述主载波机发送的同步信号脉冲周期为T1，所述脉冲周期为T1包括t1和t2时间段，在所述t1时间段内发送固定的信号序列。

6.如权利要求5所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，其特征在于：所述信号序列内含有密码校验信息，所述密码校验信息bit位数设定不小于16bit。

7.如权利要求6所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，其特征在于：所述计数值的设定值为A，当A＝1/T1时，所述载波接收装置给智能配电终端设备的数据采集模块发送一个同步信号，同时将所述计数值清零。

8.如权利要求7所述的电力载波同步的配电网5G差动保护同步方法，其特征在于：所述故障类别包括线路故障、电力载波机故障。

9.一种电力载波同步的配电网5G差动保护同步系统，应用如权利要求1-8任一项所述方法，其特征在于：包括，

主载波机(100)，用于发送同步信号脉冲；

载波接收装置(200)，用于接收所述同步信号脉冲，并进行同步；

数据采集模块(300)，所述数据采集模块(300)用于接收所述同步信号，可直接对AD采样脉冲校准。