一种适用于配电线路差动保护数据同步的方法及系统与流程

1.本发明涉及配电差动保护技术领域，并且更具体地，涉及一种适用于配电线路差动保护数据同步的方法及系统。


背景技术：

2.电流差动保护(简称差动保护)基本原理为基尔霍夫电流定律(kcl),即任一个节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。差动保护中被保护线路即可抽象为一个节点，在任一确定的时刻，流入线路的电流等于流出线路的电流，若不满足该条件则该条线路当前时刻发生故障。
3.由上述可知，差动保护通过实时交换线路两端电流数据来识别区内外故障，在配电网应用时首先需要解决通道问题，关键技术在于怎样实现被保护线路两侧保护装置间更低更稳定的通信信道延时。目前应用于配网的差动保护通信方式主要为载波通信、光纤通信和5g无线通信。
4.载波通信通信设备简单、造价低，但其抗干扰能力差，随着近些年分布式电源在配网的广泛接入，配网扑和线路环境更加复杂，线路故障特征更加多样化，载波通信的可靠性不满足差动保护应用。
5.光纤通信方式传输稳定性较高，延时相对较低，但配电网点多面广，大规模铺设光纤面临难度大、投资高、工期长等诸多困难，成为制约配网差动保护推广应用的主要瓶颈。
6.5g是第五代移动网络通信技术，和4g相比速率更高、容量更大、时延更低。随着5g通信技术的逐渐成熟和商用化开启，其在垂直业务领域的应用正日益深入，智能配电网的分布式保护与控制便是其中最具前景的应用领域之一。
7.由第一段说明可知，差动保护装置需采用合理的同步机制以保证采样时刻的一致性和数据发送时刻的一致性，目前应用于配网差动保护的校时方法主要包括故障时刻法、5g通信校时法和基于gps/bd的卫星校时法。
8.故障时刻法的原理是以保护装置检测到的电流突变时刻近似等效为真正的故障时刻，然后同步启动采样并传输数据。但自同步算法有其本身的误差，尤其当线路包含分布式电源(dg)时，两侧电源间存在一定的相位差并且到故障点的等值阻抗不同，两侧故障电流本身就存在一定的角度差异，这不利于差动保护发挥其自身的优势。
9.5g通信校时法，通过对5g基站进行配置，可使5g信息中带有绝对时间信息，因此可以利用5g中的时间信息来实现同步两侧保护装置同步采样。5g时间同步实际上由两部分组成：5g基站间的时间同步和基站与5g终端的时间同步。5g基站间的时间同步是由5g网络中的时间服务器从卫星接收到时间信息后进行解析，通过5g时间同步承载网络传输带有高精度时间信息的ptp报文，对各基站进行时间同步。该技术可以由电信运营商提供，目前我国各运营商可实现基站间空口时间偏差在1.5us以内，达到了一个较高的水平。5g终端完成校时同步后，可以将此绝对时间信息以b码的形式输出，供保护装置使用。但是该方法受限于运营商的配合，虽然可以保证基站间的时间偏差，但是对于跨基站、夸路由的应用其精度必
然降低，对于节点较多的配网应用实例较少，无法保证应用效果。


技术实现要素：

10.针对上述问题，本发明提出了一种适用于配电线路差动保护数据同步的方法，包括：
11.通过被保护配电线路m/n侧保护装置产生毫秒脉冲，并对毫秒脉冲进行计数，若所述毫秒脉冲的计数输出值tc，对所述m/n侧保护装置的数据发送周期ts取余为零，则确定当前时刻为所述m/n侧保护装置的数据发送时刻；
12.锁存所述计数输出值tc，将所述计数输出值tc作为时标，打在所述m/n侧保护装置当前时刻的差动保护数据中，并对打有时标的差动保护数据进行打包，获取打包数据；
13.将所述打包数据在本地缓存，并将所述m侧保护装置的打包数据发送至n侧保护装置，将所述n侧保护装置的打包数据发送至m侧保护装置；
14.当所述m/n侧保护装置，接收到打包数据后，提取所述打包数据中的时标，将所述打包数据中提取的时标，与本地缓存的打包数据的时标进行匹配，若匹配一致，则完成差动保护数据同步。
15.可选的，匹配一致后，对m侧保护装置本地缓存的打包数据与接收的n侧保护装置的打包数据，进行差动保护算法处理，对n侧保护装置本地缓存的打包数据与接收的m侧保护装置的打包数据，进行差动保护算法处理。
16.可选的，若匹配失败，对接收的打包数据做丢弃处理，并确定匹配失败次数，若匹配失败次数超过设定值ns，则确定通道延时异常并闭锁差动保护，当连续ns次匹配一致后，退出闭锁差动保护。
17.可选的，m/n侧保护装置包括高精度晶振和计数器，将所述高精度晶振作为毫秒定时器；
18.所述毫秒定时器通过定时器值循环清零产生毫秒脉冲；
19.所述计数器在毫秒定时器产生毫秒脉冲时，计数器值加1。
20.可选的，方法还包括，对毫秒定时器和计数器的校时，包括：
21.若所述毫秒定时器和计数器检测到校时信号时，对所述毫秒定时器和计数器复位，重新运行毫秒定时器和计数器，使所述毫秒定时器和计数器与校时信号同步；
22.若所述毫秒定时器和计数器未检测到校时信号时，确定所述校时信号是否校时超时，若校时超时，确定超时次数，若超时次数小于设定值na，则对所述毫秒定时器和计数器复位，若超时次数大于或等于设定值na，则校时异常，闭锁差动保护，当连续na次校测到校时信号，退出闭锁差动保护。
23.可选的，计数器满值为1000 δn，当计数输出值tc≥1000 δn时则校时超时；
24.其中，δn为单次超时允许量，δn
×
na≤t
pmax
，t
pmax
为差动保护允许的最大时钟差异。
25.可选的，方法还包括：
26.建立m和n侧保护装置的通信，且将通信延时降到最低；
27.对m和n侧保护装置同步授时。
28.可选的，方法还包括：
29.控制m和n侧保护装置的数据发送周期ts小于m和n侧保护装置的最大通信延时。
30.本发明还提出了一种适用于配电线路差动保护数据同步的系统，包括：
31.初始单元，用于通过被保护配电线路m/n侧保护装置产生毫秒脉冲，并对毫秒脉冲进行计数，若所述毫秒脉冲的计数输出值tc，对所述m/n侧保护装置的数据发送周期ts取余为零，则确定当前时刻为所述m/n侧保护装置的数据发送时刻；
32.数据打包单元，用于锁存所述计数输出值tc，将所述计数输出值tc作为时标，打在所述m/n侧保护装置当前时刻的差动保护数据中，并对打有时标的差动保护数据进行打包，获取打包数据；
33.数据发送单元，用于将所述打包数据在本地缓存，并将所述m侧保护装置的打包数据发送至n侧保护装置，将所述n侧保护装置的打包数据发送至m侧保护装置；
34.数据同步单元，用于在所述m/n侧保护装置，接收到打包数据后，提取所述打包数据中的时标，将所述打包数据中提取的时标，与本地缓存的打包数据的时标进行匹配，若匹配一致，则完成差动保护数据同步。
35.可选的，匹配一致后，对m侧保护装置本地缓存的打包数据与接收的n侧保护装置的打包数据，进行差动保护算法处理，对n侧保护装置本地缓存的打包数据与接收的m侧保护装置的打包数据，进行差动保护算法处理。
36.可选的，若匹配失败，对接收的打包数据做丢弃处理，并确定匹配失败次数，若匹配失败次数超过设定值ns，则确定通道延时异常并闭锁差动保护，当连续ns次匹配一致后，退出闭锁差动保护。
37.可选的，m/n侧保护装置包括高精度晶振和计数器，将所述高精度晶振作为毫秒定时器；
38.所述毫秒定时器通过定时器值循环清零产生毫秒脉冲；
39.所述计数器在毫秒定时器产生毫秒脉冲时，计数器值加1。
40.可选的，系统还包括，校时单元，用于对毫秒定时器和计数器的校时，包括：
41.若所述毫秒定时器和计数器检测到校时信号时，对所述毫秒定时器和计数器复位，重新运行毫秒定时器和计数器，使所述毫秒定时器和计数器与校时信号同步；
42.若所述毫秒定时器和计数器未检测到校时信号时，确定所述校时信号是否校时超时，若校时超时，确定超时次数，若超时次数小于设定值na，则对所述毫秒定时器和计数器复位，若超时次数大于或等于设定值na，则校时异常，闭锁差动保护，当连续na次校测到校时信号，退出闭锁差动保护。
43.可选的，计数器满值为1000 δn，当计数输出值tc≥1000 δn时则校时超时；
44.其中，δn为单次超时允许量，δn
×
na≤t
pmax
，t
pmax
为差动保护允许的最大时钟差异。
45.可选的，初始单元还用于：
46.建立m和n侧保护装置的通信，且将通信延时降到最低；
47.对m和n侧保护装置同步授时。
48.可选的，初始单元还用于：
49.控制m和n侧保护装置的数据发送周期ts小于m和n侧保护装置的最大通信延时。
50.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
51.本发明提供了一种适用于配电线路差动保护数据同步的方法及系统，通过时标的匹配，完成被保护配电线路两侧保护装置采样的差动保护数据的同步。
附图说明
52.图1为本发明方法被保护配电线路两侧采样点与通信延时的关系图；
53.图2为本发明方法的流程图
54.图3为本发明方法数据发送流程图；
55.图4为本发明方法数据接收流程图；
56.图5为本发明方法时钟同步流程图；
57.图6为本发明方法应用5g实例示意图；
58.图7为本发明系统的结构图。
具体实施方式
59.现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
60.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
61.实施例1：
62.如图1所示，m侧装置接收到n侧装置的保护数据后进行保护算法处理，由于通道延时的影响，该时刻进行处理的数据为m3时刻采样数据和n1时刻采样数据，而根据差动保护的原理，m3数据应与n3数据为一对，n1数据应与m1数据一对才能正确的应用差动算法。
63.基于此，本发明提出了一种适用于配电线路差动保护数据同步的方法，如图2所示，包括：
64.s1、通过被保护配电线路m/n侧保护装置产生毫秒脉冲，并对毫秒脉冲进行计数，若所述毫秒脉冲的计数输出值tc，对所述m/n侧保护装置的数据发送周期ts取余为零，则确定当前时刻为所述m/n侧保护装置的数据发送时刻；
65.s2、锁存所述计数输出值tc，将所述计数输出值tc作为时标，打在所述m/n侧保护装置当前时刻的差动保护数据中，并对打有时标的差动保护数据进行打包，获取打包数据；
66.s3、将所述打包数据在本地缓存，并将所述m侧保护装置的打包数据发送至n侧保护装置，将所述n侧保护装置的打包数据发送至m侧保护装置；
67.s4、当所述m/n侧保护装置，接收到打包数据后，提取所述打包数据中的时标，将所述打包数据中提取的时标，与本地缓存的打包数据的时标进行匹配，若匹配一致，则完成差动保护数据同步。
68.本发明在步骤s1前，还包括：
69.建立m和n侧保护装置的通信，且将通信延时降到最低；
70.对m和n侧保护装置同步授时。
71.控制m和n侧保护装置的数据发送周期ts小于m和n侧保护装置的最大通信延时。
72.步骤s1-3中，m/n侧保护装置包括高精度晶振和计数器，将所述高精度晶振作为毫秒定时器；
73.所述毫秒定时器通过定时器值循环清零产生毫秒脉冲；
74.所述计数器在毫秒定时器产生毫秒脉冲时，计数器值加1。
75.步骤s1-3对于本发明可认为是数据发送的过程，具体如图3所示，包括：
76.保护装置内使用高精度晶振实现系统1毫秒定时器，定时器值循环清零并产生毫秒脉冲。
77.设计实现计数器，每当产生毫秒脉冲则计数器加1，计数器输出值为tc。
78.设数据发送周期为ts(毫秒)，则判断计数器当前值tc对ts取余是否为零，即判断当前是否为发送时刻。
79.若当前时刻即为发送时刻则锁存当前tc值，并将该值作为时标打在采样数据中。
80.将打包好的数据包在本地缓存。
81.将打包好的数据发送至对侧装置。
82.步骤s4中，匹配一致后，对m侧保护装置本地缓存的打包数据与接收的n侧保护装置的打包数据，进行差动保护算法处理，对n侧保护装置本地缓存的打包数据与接收的m侧保护装置的打包数据，进行差动保护算法处理。
83.若匹配失败，对接收的打包数据做丢弃处理，并确定匹配失败次数，若匹配失败次数超过设定值ns，则确定通道延时异常并闭锁差动保护，当连续ns次匹配一致后，退出闭锁差动保护。
84.步骤s4以及上述步骤，针对本发明可认为是数据接收以及同步的过程，具体如图4所示，包括：
85.实时检测是否接收到对侧装置发送来的数据。
86.当检测到对侧发来的数据后将对侧数据的时标信息提取出来，与本地缓存数据中的时标进行匹配。
87.如果本地缓存中匹配到时标一致的数据则将数据取出与对侧数据一起进行差动保护算法处理。
88.如果对侧数据无法在本地匹配到数据则认为数据匹配失败，丢弃当前数据并判断当前连续匹配失败的次数。
89.如果匹配失败次数已超过设定值ns，则认为通道延时异常闭锁差动保护，直到重新匹配到数据，并且稳定ns次匹配后退出保护闭锁，恢复保护逻辑。
90.本发明方法还包括，对毫秒定时器和计数器的校时，包括：
91.若所述毫秒定时器和计数器检测到校时信号时，对所述毫秒定时器和计数器复位，重新运行毫秒定时器和计数器，使所述毫秒定时器和计数器与校时信号同步；
92.若所述毫秒定时器和计数器未检测到校时信号时，确定所述校时信号是否校时超时，若校时超时，确定超时次数，若超时次数小于设定值na，则对所述毫秒定时器和计数器复位，若超时次数大于或等于设定值na，则校时异常，闭锁差动保护，当连续na次校测到校时信号，退出闭锁差动保护。
93.计数器满值为1000 δn，当计数输出值tc≥1000 δn时则校时超时；
94.δn为单次超时允许量，δn
×
na≤t
pmax
，t
pmax
为差动保护允许的最大时钟差异。
95.具体，如图5所示，包括：
96.当检测到校时信号，将系统毫秒定时器和系统毫秒计数器复位，重新运行定时器和计数器，使其与校时信号同步。
97.若未检测到校时信号则判断校时信号是否超时。校时信号为周期为1秒的信号，设置系统毫秒计数器满值为1000 δn，其中δn为单次超时允许量，当毫秒计数器的计数值≥1000 δn是则认为校时超时。
98.当超时次数小于设定值na，毫秒计数器溢出自复位，同时复位毫秒定时器。
99.当超时次数≥na，则认为校时异常，将闭锁差动保护，直到连续na次检测到校时脉冲则退出保护闭锁，恢复校时逻辑。
100.特别的，δn和na在设定时应遵循δn
×
na≤t
pmax
，其中t
pmax
为差动保护允许的最大时钟差异，该值将直接导致被保护线路两侧装置的采样不同步，所以该值应尽可能小，原则上只要可以检测到秒脉冲超时即可。
101.本发明可应用于5g通信，如图6所示，采用5g通信方式进行线路保护两侧装置间的数据传输。
102.采用gps/bd卫星校时方式。
103.被保护线路两侧的保护装置的数据发送周期设置为ts＝10ms，设5g最大通信延时t
cmax
＝20ms，额外容忍度n
t
＝1，则适用的缓存深度nc＝4，可以容忍网络延时≤30ms，即该网络延时条件下装置不拒动。
104.数据连续匹配失败次数ns设置为5。
105.校时单次超时允许量δn为100us。
106.连续校时超时次数设置na设置为5。
107.本发明还提出了一种适用于配电线路差动保护数据同步的系统200，如图7所示，包括：
108.初始单元201，用于通过被保护配电线路m/n侧保护装置产生毫秒脉冲，并对毫秒脉冲进行计数，若所述毫秒脉冲的计数输出值tc，对所述m/n侧保护装置的数据发送周期ts取余为零，则确定当前时刻为所述m/n侧保护装置的数据发送时刻；
109.数据打包单元202，用于锁存所述计数输出值tc，将所述计数输出值tc作为时标，打在所述m/n侧保护装置当前时刻的差动保护数据中，并对打有时标的差动保护数据进行打包，获取打包数据；
110.数据发送单元203，用于将所述打包数据在本地缓存，并将所述m侧保护装置的打包数据发送至n侧保护装置，将所述n侧保护装置的打包数据发送至m侧保护装置；
111.数据同步单元204，用于在所述m/n侧保护装置，接收到打包数据后，提取所述打包数据中的时标，将所述打包数据中提取的时标，与本地缓存的打包数据的时标进行匹配，若匹配一致，则完成差动保护数据同步。
112.其中，匹配一致后，对m侧保护装置本地缓存的打包数据与接收的n侧保护装置的打包数据，进行差动保护算法处理，对n侧保护装置本地缓存的打包数据与接收的m侧保护装置的打包数据，进行差动保护算法处理。
113.其中，若匹配失败，对接收的打包数据做丢弃处理，并确定匹配失败次数，若匹配失败次数超过设定值ns，则确定通道延时异常并闭锁差动保护，当连续ns次匹配一致后，退出闭锁差动保护。
114.其中，m/n侧保护装置包括高精度晶振和计数器，将所述高精度晶振作为毫秒定时器；
115.所述毫秒定时器通过定时器值循环清零产生毫秒脉冲；
116.所述计数器在毫秒定时器产生毫秒脉冲时，计数器值加1。
117.其中，系统还包括，校时单元205，用于对毫秒定时器和计数器的校时，包括：
118.若所述毫秒定时器和计数器检测到校时信号时，对所述毫秒定时器和计数器复位，重新运行毫秒定时器和计数器，使所述毫秒定时器和计数器与校时信号同步；
119.若所述毫秒定时器和计数器未检测到校时信号时，确定所述校时信号是否校时超时，若校时超时，确定超时次数，若超时次数小于设定值na，则对所述毫秒定时器和计数器复位，若超时次数大于或等于设定值na，则校时异常，闭锁差动保护，当连续na次校测到校时信号，退出闭锁差动保护。
120.其中，计数器满值为1000 δn，当计数输出值tc≥1000 δn时则校时超时；
121.其中，δn为单次超时允许量，δn
×
na≤t
pmax
，t
pmax
为差动保护允许的最大时钟差异。
122.其中，初始单元201还用于：
123.建立m和n侧保护装置的通信，且将通信延时降到最低；
124.对m和n侧保护装置同步授时。
125.其中，初始单元201还用于：
126.控制m和n侧保护装置的数据发送周期ts小于m和n侧保护装置的最大通信延时。
127.按照本发明所述方法进行差动数据的匹配，当接收到对侧保护数据后参与差动保护处理的数据不再是当前本机的采样数据，而是与对侧数据时标相匹配的缓存数据，保证了匹配数据在时间上的一致性。
128.本发明所述方法中缓存深度与数据发送周期和通信延时相关，设数据发送周期为ts,实际最大通信延时为t
cmax
,则适用的缓存深度nc＝(t
cmax
/ts) 1 n
t
。
129.其中n
t
为额外的延时容忍度，一般取1即可。
130.本发明在通信延时《t
cmax
的情况下可以可靠的匹配到正确数据，保证了差动保护算法数据的正确性，解决了因通道延时导致的计算数据的采样时刻不一致的问题。
131.本发明所述方法依赖于准确稳定的校时信号，当校时信号出现异常本发明适用自身定时器自复位的方式进行复位，自复位方式的代价为复位时间的滞后性，当校时信号偶发性的出现超时或丢失，该方法依赖于保护装置的高精度晶振保证差动保护逻辑的正常运行，提高对所依赖校时信号的抗干扰能力。
132.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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。本技术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。
133.本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
134.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。
135.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。
136.尽管已描述了本技术的优选实施例，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技术范围的所有变更和修改。
137.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。