CN103001199B - 一种基于以太网的电流差动保护装置及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于以太网的电流差动保护装置及其实现方法，包括时钟模块、采集模块、以太网通讯接口模块、数据接收模块、数据发送模块、同步模块和差动计算模块；时钟模块通过线路与采集模块相连；采集模块通过线路分别与同步模块和数据发送模块相连；数据发送模块通过线路与以太网通讯接口模块相连；以太网通讯接口模块通过线路与数据接收模块相连；数据接收模块通过线路与同步模块相连；同步模块通过线路与差动计算模块相连；以太网通讯接口模块通过线路与以太网双向连接。本发明通过差动保护装置连接在以太网络，采用IEC61850-9-2标准实现差动保护间采样数据的收发，具有扩大差动保护应用范围，减少实现通讯服务投资费用的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电力***继电保护，尤其涉及一种基于以太网的电流差动保护装置及其实现方法。
背景技术
电流差动保护由于其优越的速动性、灵敏性和选择性广泛地应用于输、配电线路。实现线路电流差动保护需要线路两侧之间模拟量、开关量的快速、可靠的交换。现有的方法是采用专用光纤通道或者基于PDH或SDH/SONET技术的复用通道来实现，但架设这些通讯设备费用高且通讯速率慢。
如今，以太网络技术高速发展，已经不仅仅局限于局域网的应用了，随着业务IP化的发展，以太网逐步向城域网和广域网扩展。以太网具有建设成本低，传输效率高的特点，而且可以集及多种传输业务于一体，覆盖区域广。随着IEC61850标准体系的推广，以太网技术替代现场总线已经成为智能变电站的主流通信技术，配网自动化的通信***也已经呈现由串行光网络通信向光以太网通信的方向发展，因此应用以太网来实现差动保护有广阔的发展空间。
发明内容
本发明的目的就是提供一种基于以太网的电流差动保护装置及其实现方法，通过差动保护装置连接在以太网络，采用IEC61850-9-2标准实现差动保护间采样数据的收发，具有扩大差动保护应用范围，以及减少实现通讯服务所需投资费用的特点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于以太网的电流差动保护装置，包括时钟模块、采集模块、以太网通讯接口模块、数据接收模块、数据发送模块、同步模块和差动计算模块；其中所述的时钟模块通过线路与采集模块相连；所述的采集模块通过线路分别与同步模块和数据发送模块相连；所述的数据发送模块通过线路与以太网通讯接口模块相连；所述的以太网通讯接口模块通过线路与数据接收模块相连；所述的数据接收模块通过线路与同步模块相连；所述的同步模块通过线路与差动计算模块相连；所述的以太网通讯接口模块通过线路与以太网双向连接。
一种基于以太网的电流差动保护装置的实现方法，包括如下步骤：1）时钟模块接收外部时钟源发来的时钟信号，产生中断脉冲指令传送给采集模块；2）采集模块采集本地CT模拟量（电流互感器二次采样值）、PT模拟量（电压互感器二次采样值）以及开关位置状态量；3）采集模块将步骤1）和步骤2）中采集到的数据传送给同步模块，同时采集模块还将采集到的数据传送给数据发送模块，且数据发送模块将数据打包后通过以太网通讯接口模块传送至以太网络；4）所述步骤3）中的以太网通讯接口模块从以太网络获得相邻侧差动保护装置的采样数据，并经过数据接收模块解析后传送给同步模块；5）同步模块根据步骤2）采集到的本地模拟量和步骤4）获得的对侧接模拟量的同步标志位，判断采样数据是否已通过外部时钟源实现采样数据间的同步，若已同步，则同步模块直接将本地和对侧采样数据发送给差动计算模块；若未同步，则同步模块依据参考相量法对相邻侧电流采样数据进行插值以实现对侧电流采样与本地电流采样数据间的同步，然后将本地电流采样和对侧插值后的电流数据发送给差动计算模块；6）差动计算模块根据所述步骤5）同步模块发送过来的本地和对侧电流数据计算差动电流和制动电流，当采用外部时钟源同步时，采用动作方程判断是否发生区内故障，若采用参考相量同步法，则采用高值差动动作方程判断是否发生区内故障。
所述的步骤2）数据发送模块采用国际标准IEC61850-9-2标准编码进行数据打包传送。
所述步骤5）的动作方程为： 其中：
Id为差动电流值，为线路M、N两侧电流矢量和的幅值；
Ir为制动电流值，为线路M、N两侧电流矢量差的幅值；
Icdqd为差动电流启动值；
Krl为制动系数，取0.4～0.8。
所述步骤5）的高值差动动作方程为： 其中：
Id为差动电流值，为线路M、N两侧电流矢量和的幅值；
Ir为制动电流值，为线路M、N两侧电流矢量差的幅值；
Icdqd为差动电流启动值；
kf为差动电流门启动值抬高系数，取1.2～1.5；
Krh为高值制动系数，取1.0～1.2。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于以太网的电流差动保护装置及其实现方法，用以太网取代传统保护装置之间铺设的通讯链路进行保护装置间的模拟量、开关量等信息的交换，配合同步算法，准确地计算差流、制动电流，判断区内、区外故障，实现电流差动保护功能，也可以实现区域范围内多端保护装置间信息传输，实现区域电流差动保护。多目的地的传输方式保证了多端差动保护得以实现，以太网的冗余通道保证了差动保护通讯的可靠性，多链路的选择性保证在一条链路失败时，可以通过其他的链路完成通讯，链路切换瞬间，差动保护装置短暂闭锁，不至于发生某一点通道故障后差动保护退出的问题。采用以外部时钟源为主、参考相量法为辅的电流采样数据同步算法。网络上所有差动保护装置正常运行时接入外部时钟源以实现所有差动保护装置间的采样同步，当外部时钟源异常或时钟信号丢失时，差动保护装置基于参考向量原理采用插值算法实现不同差动保护间采样数据的同步，此时选择高值差动动作方程以提高保护可靠性。同时以太网的应用也大大节约了差动保护实现的通道建设成本。
附图说明
图1是本发明基于以太网差动保护装置模块框图；
图2是安装有本发明的基于以太网电流差动保护***典型示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供的一种基于以太网的电流差动保护装置，包括时钟模块1、采集模块2、以太网通讯接口模块3、数据接收模块4、数据发送模块5、同步模块6和差动计算模块7；其中所述的时钟模块1通过线路与采集模块2相连；所述的采集模块2通过线路分别与同步模块6和数据发送模块5相连；所述的数据发送模块5通过线路与以太网通讯接口模块3相连；所述的以太网通讯接口模块3通过线路与数据接收模块4相连；所述的数据接收模块4通过线路与同步模块6相连；所述的同步模块6通过线路与差动计算模块7相连；所述的以太网通讯接口模块3通过线路与以太网8双向连接。
一种基于以太网的电流差动保护装置的实现方法，包括如下步骤：1）时钟模块1接收外部时钟源发来的时钟信号（如IRIG-B、IEEE1588），产生中断脉冲指令传送给采集模块2；若外部时钟源异常，则时钟模块1按照自己的晶振时钟产生中断脉冲指令给采集模块2；2）采集模块2采集本地CT模拟量（电流互感器二次采样值）、PT模拟量（电压互感器二次采样值）以及开关位置状态量；3）采集模块2将步骤1）和步骤2）中采集到的数据传送给同步模块6，同时采集模块2还将采集到的数据传送给数据发送模块5，且数据发送模块5将数据按照国际标准IEC61850-9-2标准编码打包后通过以太网通讯接口模块3传送至以太网络8；从而使相邻侧差动保护装置11能够获得本侧采样数据；4）所述步骤3）中的以太网通讯接口模块3从以太网络8获得相邻侧差动保护装置11的IEC61850-9-2采样数据，并经过数据接收模块解析后传送给同步模块6；5）同步模块6根据步骤2）采集到的本地数据本地模拟量和步骤4）获得的对侧接模拟量的同步标志位，判断采样数据是否已通过外部时钟源实现采样数据间的同步，若已同步，则同步模块6直接将本地和对侧采样数据发送给差动计算模块；若未同步，则同步模块6依据参考相量法对相邻侧电流采样数据进行插值以实现对侧电流采样与本地电流采样数据间的同步，然后将本地电流采样和对侧插值后的电流数据发送给差动计算模块7；6）差动计算模块7根据不同的同步方式选择不同的动作方程。差动计算模块7根据所述步骤5）同步模块6发送过来的本地和对侧电流数据计算差动电流和制动电流，当采用外部时钟源同步时，采用动作方程判断是否发生区内故障，若采用参考相量同步法，则采用高值差动动作方程判断是否发生区内故障。
动作方程为： 其中：Id为差动电流值，为线路M、N两侧电流矢量和的幅值；Ir为制动电流值，为线路M、N两侧电流矢量差的幅值；Icdqd为差动电流启动值；Krl为制动系数，取0.4～0.8。高值差动动作方程为： 其中：Id为差动电流值，为线路M、N两侧电流矢量和的幅值；Ir为制动电流值，为线路M、N两侧电流矢量差的幅值；Icdqd为差动电流启动值；kf为差动电流门启动值抬高系数，取1.2～1.5；Krh为高值制动系数，取1.0～1.2。
以太网组网灵活，本实施例采用以太网冗余链路数据切换的方法保证差动保护的可靠运行。如图1所示，双网网络A网9、B网10互为备用，正常运行时差动保护装置11从A网9获得对侧采样数据，当A网9异常时，差动保护立即切换至B网10获得采样数据。若为环网，网络物理通道任一个点的断开，环网通过逻辑链路的切换，采样数据从另外一条链路到达目的差动保护装置11，考虑到切换的短暂（一般几十毫秒）瞬间，会引起采样数据传送的丢失，差动保护装置11在这期间短暂闭锁。
本实施例提供了一种基于以太网的电流差动保护装置及其实现方法，用以太网取代传统保护装置之间铺设的通讯链路进行保护装置间的模拟量、开关量等信息的交换，配合同步算法，准确地计算差流、制动电流，判断区内、区外故障，实现电流差动保护功能，也可以实现区域范围内多端保护装置间信息传输，实现区域电流差动保护。多目的地的传输方式保证了多端差动保护得以实现，以太网的冗余通道保证了差动保护通讯的可靠性，多链路的选择性保证在一条链路失败时，可以通过其他的链路完成通讯，链路切换瞬间，差动保护装置短暂闭锁，不至于发生某一点通道故障后差动保护退出的问题。采用以外部时钟源为主、参考相量法为辅的电流采样数据同步算法。网络上所有差动保护装置正常运行时接入外部时钟源以实现所有差动保护装置间的采样同步，当外部时钟源异常或时钟信号丢失时，差动保护装置基于参考向量原理采用插值算法实现不同差动保护间采样数据的同步，此时选择高值差动动作方程以提高保护可靠性。同时以太网的应用也大大节约了差动保护实现的通道建设成本。
Claims (4)
1.一种基于以太网的电流差动保护工艺，其特征在于：包括时钟模块（1）、采集模块（2）、以太网通讯接口模块（3）、数据接收模块（4）、数据发送模块（5）、同步模块（6）和差动计算模块（7）；其中所述的时钟模块（1）通过线路与采集模块（2）相连；所述的采集模块（2）通过线路分别与同步模块（6）和数据发送模块（5）相连；所述的数据发送模块（5）通过线路与以太网通讯接口模块（3）相连；所述的以太网通讯接口模块（3）通过线路与数据接收模块（4）相连；所述的数据接收模块（4）通过线路与同步模块（6）相连；所述的同步模块（6）通过线路与差动计算模块（7）相连；所述的以太网通讯接口模块（3）通过线路与以太网（8）双向连接；根据如下步骤实现保护目的：1）时钟模块（1）接收外部时钟源发来的时钟信号，产生中断脉冲指令传送给采集模块（2）；2）采集模块（2）采集本地CT模拟量、PT模拟量以及开关位置状态量； 3）采集模块（2）将步骤1）和步骤2）中采集到的数据传送给同步模块（6），同时采集模块（2）还将采集到的数据传送给数据发送模块（5），且数据发送模块（5）将数据打包后通过以太网通讯接口模块（3）传送至以太网（8）；4）所述步骤3）中的以太网通讯接口模块（3）从以太网（8）获得相邻侧差动保护装置（11）的采样数据，并经过数据接收模块解析后传送给同步模块（6）；5）同步模块（6）根据步骤2）采集到的本地模拟量和步骤4）获得的对侧模拟量的同步标志位，判断采样数据是否已通过外部时钟源实现采样数据间的同步，若已同步，则同步模块（6）直接将本地和对侧采样数据发送给差动计算模块；若未同步，则同步模块（6）依据参考相量法对相邻侧电流采样数据进行插值以实现对侧电流采样与本地电流采样数据间的同步，然后将本地电流采样和对侧插值后的电流数据发送给差动计算模块（7）；6）差动计算模块（7）根据所述步骤5）同步模块（6）发送过来的本地和对侧电流数据计算差动电流和制动电流，当采用外部时钟源同步时，采用动作方程判断是否发生区内故障，若采用参考相量同步法，则采用高值差动动作方程判断是否发生区内故障。
2.如权利要求1所述的一种基于以太网的电流差动保护工艺，其特征在于所述的步骤3）数据发送模块（5）采用国际标准IEC61850-9-2标准编码进行数据打包传送。
3.如权利要求1所述的一种基于以太网的电流差动保护工艺，其特征在于所述步骤5）的动作方程为： ，其中：
为差动电流值，，为线路M、N两侧电流矢量和的幅值；
为制动电流值，，为线路M、N两侧电流矢量差的幅值；
为差动电流启动值；
为制动系数，取0.4~0.8。
4.如权利要求1所述的一种基于以太网的电流差动保护工艺，其特征在于所述步骤5）的高值差动动作方程为：， 其 中：
为差动电流值，，为线路M、N两侧电流矢量和的幅值；
为制动电流值，，为线路M、N两侧电流矢量差的幅值；
为差动电流启动值；
为差动电流门启动值抬高系数，取1.2~1.5；
为高值制动系数，取1.0~1.2。
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