CN102684169B - 配网***差动保护信号同步方法 - Google Patents

Abstract

配网***差动保护信号同步方法，配网***中的每个配网场所安装配网自动化的装置、所述装置包括终端装置或者保护装置，装置配有差动保护，所述的装置采用傅里叶递归算法计算得出装置采样得到的相角稳定的***电流、电压向量，并通过配网***由数据链路传输给相邻的装置；基于配网***中各点电压向量基本一致，所述装置根据相邻装置的基准电压向量的偏差修正相邻侧装置的电流向量，实现各装置差动保护的各侧电流向量同步。本发明应用于配网***，灵活实现两侧或多侧的差动保护，该同步方案实现简单，无需专用点对点数据链路，且保护间数据交换量小，对数据传输的实时性要求很低，计算量较小，同步精度较高。

Description

配网***差动保护信号同步方法

技术领域

本发明涉及一种同步方法，尤其涉及配网***差动保护信号同步方法及使用该方法的保护装置。

背景技术

随着智能电网各项技术的发展，对电网配网供电的可靠性要求也日渐提高，原有的配网保护采用简单过流和时间逐级配合的方式已不能满足速动性和选择性的要求；同时，随着分布式电源的接入，原有的保护配置和整定原则等已经不能满足运行的要求。另一方面，在配网故障切除电源后，备用电源恢复以及恢复后供电稳定性控制的要求也日益提高。要解决上述诸多保护控制问题，仅依靠变电站侧以及配电终端侧的本地信息进行保护和控制策略计算已不能满足要求，因此，基于配网广域信息的保护控制的概念被提出。

基于广域信息的保护控制，就通信拓扑来说，点对点通信可以满足继电保护差动或纵联保护的通信需求，但不能满足远方备用电源自投、过负荷联切等需要多点通信和控制的要求。因此，基于广域信息的保护控制的通信拓扑最佳方式是网络方式，能够解决一个配网分支子***中各配电终端信息的共享，满足各种保护和控制策略的要求。

就配网馈线继电保护原理配置而言，差动保护是最佳的保护原理，能够保护线路全长，并满足全线速动性和灵敏性的要求，整定原则也不受分布式电源的影响。但差动保护也存在同步采样的技术性难题，上述通信网络由于通道数据传输延时的不确定性，传统的差动保护“乒乓式”同步采样原理不能适用。同时GPS等卫星时钟同步由于可靠性方面的原因，也不适合在继电保护配置中应用推广。

发明内容

本发明的目的是：提供一种配网***差动保护信号同步方法，保护利用配网***中的数据链路完成与其他保护间的向量数据交换，基于配网***中线路很短，差动两侧电压向量基本一致，利用基准电压向量的偏差修正电流向量，通过修正后同步的电流向量实现差动保护。尤其是应用于配网***实现两侧或多侧的差动保护。

本发明的技术方案是：一种配网***差动保护信号同步方法，配网***中每个配网场所安装配网自动化终端装置或者保护装置，装置配有差动保护，其特征是：所述的装置采用傅里叶递归算法计算得出装置采样得到的相角稳定的***电流、电压向量，并通过配网***通由数据链路传输给其他相邻装置；基于配网***中各点电压向量基本一致，所述装置根据相邻侧装置的基准电压向量的偏差修正相邻侧装置的电流向量，实现各装置差动保护的各侧电流向量同步。

正常情况下所述的装置始终对各侧基准电压向量进行监视，并根据本装置及收到相邻侧装置的基准电压向量，计算基准相量的差和基准相量变化量，通过寄存器统计一段时间内基准电压向量变化量的间累计值，该值也称为一段时间基准电压向量的偏离值，此值的物理含义是基准电压向量间的相对旋转速度，由于此相对旋转速度基本取决于装置间的采样中断时间的差别，实际受核心处理插件晶振器件的偏差影响，因此在一段时间内此偏离值可以认为基本恒定，故在发生***故障情况导致基准电压向量短时异常的情况下，停止采用实时基准电压向量变化量基准进行向量补偿，改用正常情况下的基准电压向量间的相对旋转速度补偿电流向量偏差，可以保证***扰动过程中差动保护的正常运行

在配网***发生故障导致基准电压向量短时异常的情况下，通过如下的守时算法能够保证系配网统扰动过程中差动保护的正常运行。如附图1所示本发明的差动两侧同步具体流程为：

1)各个装置收到相邻侧送来的电压基准向量和采样电流后，首先检测本侧装置及对侧装置的电压基准向量(本侧基准向量和对侧基准向量)是否正常，如果正常则计算出基准向量差及基准向量差变化量：

基准向量差[k]＝本侧基准向量-对侧基准向量                    式1

基准向量差变化量[k]＝基准向量差[k]-基准向量差[k-1]          式2

其中：

k表示第k点采样点；

基准向量差[k]的表示第k点的本侧与对侧基准向量的差；

基准向量差[k-1]的表示第k-1点本侧与对侧基准向量差；

判断本侧及对侧电压基准向量是否正常方法是通过判基准向量的正序电压是否大于门槛值，如果大于就是正常，如果小于就是异常。

2)然后计算出基准向量差变化量累积值备用：

基准向量差变化量累计值＝基准向量差变化量累计值+基准向量差变化量[k]-基准向量差变化量[k-M]                                  式3

其中：

基准向量差变化量[k-M]指k-M点处的基准向量差变化量；M为基准向量差变化量累计区间，M的选取应兼顾硬件采样精度及向量变化率跟踪速度，实际应用时取值范围一般为16-32。

3)如果有基准电压向量不正常，则应用基准向量差变化量累计值估算出当前的基准向量差：

基准向量差[k]＝基准向量差[k-1]-基准向量差变化量累计值/(M+1)    式4

4)最后根据基准向量差[k]得到向量角度补偿值，

相量角度补偿值＝基准相量差[k]                                  式5

5)计算出同步后的对侧电流向量：

同步后对侧电流向量＝对侧电流向量-向量角度补偿值                式6

然后，所述的装置采用递归算法计算配基准电压向量，即母线电压向量，

对于基波分量离散化表达式为：

$a_1=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(x_k\cos (2\mathrm{k\π}/N)\right)$ 式7

$b_1=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(x_k\sin (2\mathrm{k\π}/N)\right)$ 式8

其中：

a₁和b₁：为母线电压的基波余弦和正弦的振幅；

x_k：采样点的瞬时值；

N：为工频基波每周波采样点数。

傅氏算法的递推表达式如下：

$a_{1\_i+1}=a_{1\_i}-\frac{N}{2}{x}_i\cos \left(\frac{2\mathrm{i\π}}{N}\right)+\frac{N}{2}{x}_{i+N}\cos \left(\frac{2\mathrm{i\π}}{N}\right)$ 式9

$b_{1\_i+1}=b_{1\_i}-\frac{N}{2}{x}_i\cos \left(\frac{2\mathrm{i\π}}{N}\right)+\frac{N}{2}{x}_{i+N}\cos \left(\frac{2\mathrm{i\π}}{N}\right)$ 式10

其中：i，i+1表示采样点；

a_{1_i}，a_{1_i+1}分别表示基波第i和第i+1采样点的余弦值；

b_{1_i}，b_{1_i+1}分别表示基波第i和第i+1采样点的正弦值。

采用傅里叶递归算法可以计算得出配网各节点(装置采样点)的电压基准向量，在正常情况下电压基准向量的相角是稳定不旋转的。

本发明的有益效果：本发明可以应用于配网***，灵活实现两侧或多侧的差动保护，该同步方案实现简单，无需专用点对点数据链路，且保护间数据交换量小，对数据传输的实时性要求很低，计算量较小，同步精度较高，完全可以满足配网保护的需求。

附图说明

图1为同步实现方案的程序流程示意图。

图2为配网***及通讯组网实例示意图。

具体实施方式

为了对本发明作进一步说明，结合附图作进一步说明。图2为配网***及通讯组网实例示意图，变电站A引出的配网线路上有多个开关房及环网柜，采用合环供电方式；每个配网场所(开关房及环网柜)配置有配电自动化终端(DTU)，配电自动化终端之间可通过通信设备(以太网交换机网络或EPON网络)实现信息交互，相邻两个配电终端间即可实现基于本发明同步方案的差动保护。

以开关房1的DTU和环网柜1的DTU为例，来具体说明如何实现本发明的同步方案的差动保护。

(1)开关房1的DTU和环网柜1的DTU分别配置了本发明的差动保护，各侧采集的电流相量分别是Ikg1，Ihw1，差动保护始终对本侧电压基准电压向量(即环网母线的电压向量)进行监视，即根据式1～式5分别计算出各自的基准电压向量Ukg1，Uhw1，基准向量Ukg1和Uhw1是稳定不旋转的。然后通过数据链路传输给网络上的其他DTU。

(2)环网柜的1DTU收到来自开关房1的DTU发送的Ukg1，首先检测本侧及对侧(即开关房1)电压基准向量是否正常(可以通过正序电压是否大于门槛值来判断)。如果正常则计算基准相量差及基准向量差变化量：

dU[k]＝Uhw1-Ukg1

d2U(k)＝dU(k)-dU[k-1]

其中：dU[k]表示采样点K的基准相量差；

d2U(k)表示采样点k的基准相量差的变化量。

(3)然后计算基准向量差变化量的累计值：

基准向量差变化量累计寄存器的值＝基准向量差变化量累计寄存器的值+d2U(k)-d2U(K-15)

其中：

d2U(K-15)表示采样点K-15的基准相量差的变化量。

(4)如果有基准电压向量不正常，应用基准向量差变化量累计值估算出当前的基准向量差：

dU(k)＝dU(K-1)-基准向量差变化量累计寄存器的值/(15+1)

(5)根据电流相角的角度补偿值dU(K)，再计算出同步后的对侧电流向量，用Ihw1，Ikg1和上述的符号来表达具体计算过程：

Ikg1(k)＝Ihw1(k)-dU(k)

其中：

Ikg1(k)，Ihw1(k)分别表示开关房1和环网柜1的DTU采样电流基波电流第K采样点的相量。

Claims (2)

1.一种配网***用差动保护同步方法，配网***中的每个配网场所安装配网自动化的装置、所述装置包括终端装置或者保护装置，装置配有差动保护，其特征是：所述的装置采用傅里叶递归算法计算得出装置采样得到的相角稳定的***电流、电压向量，并通过配网***由数据链路传输给相邻的装置；基于配网***中各点电压向量基本一致，配网***用差动保护根据相邻装置的基准电压向量的偏差、修正相邻装置的电流向量，实现各装置差动保护的各侧电流向量同步；

正常情况下差动保护始终对各侧基准电压向量进行监视，并根据本装置及收到相邻侧装置的基准电压向量，通过基准电压向量差变化累计寄存器统计一段时间内基准电压向量间累计的偏离值，此值的物理含义是基准电压向量间的相对旋转速度，由于此相对旋转速度基本取决于装置间的采样中断时间的差别，实际受核心处理插件晶振器件的偏差影响，因此在一段时间内偏离值能够认为基本恒定，故在发生***故障情况导致基准电压向量短时异常的情况下，停止采用实时基准电压向量进行向量补偿，改用正常情况下的基准向量间的相对旋转速度补偿电流向量偏差；

对于两侧差动保护方法，在配网***发生故障导致基准电压向量短时异常的情况下，通过如下的守时算法能够保证配网***扰动过程中差动保护的正常运行：

1)各个装置收到相邻侧送来的基准电压向量和采样电流后，首先检测本侧装置及对侧装置的基准电压向量是否正常，如果正常则计算出基准向量差及基准向量差变化量：

基准向量差[k]＝本侧基准向量-对侧基准向量                 式1

基准向量差变化量[k]＝基准向量差[k]-基准向量差[k-1]       式2

其中：

k表示第k点采样点；

基准向量差[k]表示第k点的本侧与对侧基准向量的差；

基准向量差[k-1]表示第k-1点的本侧与对侧基准向量差；

判断本侧及对侧基准电压向量是否正常方法是通过判基准电压向量的正序电压是否大于门槛值，如果大于就是正常，如果小于就是异常；

2)然后计算出基准向量差变化量累积值备用：

基准向量差变化量累计值＝基准向量差变化量累计值+基准向量差变化量[k]-基准向量差变化量[k-M]                   式3

其中：

基准向量差变化量[k-M]指k-M点处的基准向量差变化量；

M为基准向量差变化量累计区间，M的选取应兼顾硬件采样精度及向量变化率跟踪速度；

3)如果有基准电压向量不正常，则应用基准向量差变化量累计值估算出当前的基准向量差：

基准向量差[k]＝基准向量差[k-1]-基准向量差变化量累计值/(M+1)  式4

4)最后根据基准向量差[k]得到向量角度补偿值：

向量角度补偿值＝基准向量差[k]                           式5

5)计算出同步后的对侧电流向量：

同步后对侧电流向量＝对侧电流向量-向量角度补偿值         式6；

采用递归算法计算配网中各保护装置的母线电压向量：

对于基波分量离散化表达式为：

$a_1=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(x_k\cos (2\mathrm{k\π}/N)\right)$      式7

$b_1=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(x_k\sin (2\mathrm{k\π}/N)\right)$      式8

其中：

a₁和b₁：为母线电压的基波余弦和正弦的振幅；

x_k：采样点的瞬时值；

N：为工频基波每周波采样点数；

傅氏算法的递推表达式如下：

$a_{1\_i+1}=a_{1\_i}-\frac{N}{2}{x}_i\cos \left(\frac{2\mathrm{i\π}}{N}\right)+\frac{N}{2}{x}_{i+N}\cos \left(\frac{2\mathrm{i\π}}{N}\right)$      式9

$b_{1\_i+1}=b_{1\_i}-\frac{N}{2}{x}_i\cos \left(\frac{2\mathrm{i\π}}{N}\right)+\frac{N}{2}{x}_{i+N}\cos \left(\frac{2\mathrm{i\π}}{N}\right)$      式10

其中：i,i+1表示采样点；

a_{1_i},a_{1_i+1}分别表示基波第i和第i+1采样点的余弦值；

b_{1_i}，b_{1_i+1}分别表示基波第i和第i+1采样点的正弦值。

2.如权利要求1所述的配网***用差动保护同步方法，其特征是：采用傅里叶递归算法计算得出配网各节点的基准电压向量，在非故障情况下基准电压向量的相角是稳定不旋转的。