CN104410052A - 基于pon网络通信的电流差动保护***及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于PON网络通信的电流差动保护***及其包括方法，所述保护***包括差动保护装置、PON网络和IEEE1588V2时钟；所述的PON网络包含OLT、ONU、分光器，其中OLT位于变电站内，分光器、ONU安装在配网馈线各分段开关处；差动保护装置交流插件连接分段开关处的电流互感器，通信插件连接ONU；IEEE1588V2时钟接入PON网络的OLN终端的上联口。所述差动保护方法采用IEC61850-9-2协议的帧格式通过PON网络实现差动保护间的电流采样值交换，进而计算差动电流和制动电流，判断故障发生情况。克服了传统通讯方式速度慢费用高的缺点，解决了同步及PON网络传输抖动问题。

Description

基于PON网络通信的电流差动保护***及其保护方法

技术领域

本发明涉及一种基于PON网络通信的电流差动保护***及其保护方法，用于扩展电流差动保护交流量传输媒介，以扩大电流差动保护应用范围，属于电力***继电保护领域。

背景技术

配电网配置合理的继电保护设备有利于快速准确地隔离故障、提高供电质量。目前配电网馈线故障处理模式一般建立在配电网辐射性网络的前提下，采用阶段式过流保护或与馈线自动化(FA)组合方式。随着智能电网的不断推进，大量分布式电源接入配电网，使得配电网由单电源辐射状变为多电源复杂网络，原先基于辐射性网络的传统故障处理越来越难以满足智能配电网自愈的要求。

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电线路。实现线路电流差动保护需要线路两侧之间采样模拟量(Sample Value，简称SV)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SDH/PDH技术的复用通道来实现，但在配电网架设专用光纤或SDH/PDH通讯设备，存在费用高且通讯速率慢等缺陷。

以太无源光网络(EPON)因其具有高带宽、低成本、易维护等优点而成为现代配电网自动化通讯主流方式之一，因此复用EPON通讯网络是实现配电网馈线差动保护的理想选择。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种基于PON网络通信的电流差动保护***及其保护方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PON网络通信的电流差动保护***及其保护方法。克服了传统通讯方式速度慢费用高的缺点，解决了同步及PON网络传输抖动问题，结合比例差动保护原理，扩大了差动保护的应用范围。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

基于PON网络通信的电流差动保护***，包括差动保护装置、PON网络和IEEE1588 V2时钟；所述的PON网络包含OLT、ONU、分光器，其中OLT位于变电站内，分光器、ONU安装在配网馈线各分段开关处，OLT、分光器、ONU通过单芯光纤连接；所述的差动保护装置交流插件连接分段开关处的电流互感器，通信插件连接ONU；IEEE1588 V2时钟接入PON网络的OLN终端的上联口。

上述方案中，所述的PON网络是指EPON或GPON，支持IEEE1588 V2协议；所述的OLT、ONU设置为边界时钟或透明时钟，所述的差动保护装置设置为从时钟。

上述基于PON网络通信的电流差动保护***的保护方法，包括如下步骤：

1)IEEE1588 V2时钟发送同步报文通过PON网络至所有的差动保护装置，实现差动保护装置采样同步；

2)差动保护装置采集分段开关处的三相电流采样数据(SV)，并以IEC61850-9-2协议帧格式通过PON网络发送给相邻差动保护装置；

3)差动保护装置接收相邻差动保护装置的SV，为了克服网络延时抖动带来的影响，差动保护装置设置一采样数据缓存队列，队列长度L满足L≥D_{net_max}×f_samp/1000，其中D_{net_max}为最大网络延时抖动，单位ms，D_{net_max}取2ms～10ms，f_samp为保护采样率。差动保护装置采样数据缓存队列用来存储接收到的对侧差动保护装置的SV，差动保护装置上电后一旦与对侧差动保护装置建立通讯链接，等待SV填满采样数据缓存队列后才开放差动保护，之后每一次中断从采样数据缓存队列头部取出对侧SV与对应时刻的本侧SV参与差动保护运算，并删除队列头部SV，对于本中断新接收到的一个或多个SV按顺序***队列尾部，如没有收到对侧差动保护装置的SV，则不***。

4)采用式(1)动作方程判断是否发生区内故障：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_d>K_{\mathrm{rl}}{I}_r\\ I_d>I_{\mathrm{cdqd}}\\ I_d=|I_1+I_2+...I_n|\\ I_r=\left|I_1\right|+\left|I_2\right|+...\left|I_n\right|\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，I₁、I₂、I_n为线路各侧电流相量，I_d为差动电流值，I_r为制动电流值，I_cdqd为差动保护最小动作门槛值，K_rl为比例制动系数。

上述基于PON网络通信的电流差动保护***，差动保护装置连接在PON网络的ONU单元终端，时钟源装置连接在PON网络的OLT终端的上联口，所述差动保护方法采用IEC61850-9-2协议的帧格式通过PON网络实现差动保护间的电流采样值交换，进而计算差动电流和制动电流，判断故障发生情况。将差动保护移植于PON网络，克服了传统通讯方式速度慢费用高的缺点，解决了同步及PON网络传输抖动问题，结合比例差动保护原理，扩大了差动保护的应用范围，所述电流差动保护***尤其适用于配电网。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的基于PON网络通信的电流差动***示意图；

图2为本实施例的差动保护实测动作平面图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的一种基于PON网络通信的电流差动保护***示意图，在配网馈线各分段开关设置差动保护装置，差动保护装置的交流插件连接分段开关处的电流互感器，通信插件连接ONU设备；PON网络***包含OLT、分光器、ONU，其中OLT位于变电站内，分光器、ONU安装在配网馈线各分段开关处，OLT、分光器、ONU通过单芯光纤连接；IEEE1588 V2时钟源接入PON网络的OLN终端的上联口，OLT终端、ONU单元终端设置为边界时钟或透明时钟，差动保护装置设置为从时钟；

一种基于PON网络通信的电流差动保护***，步骤如下：

1)IEEE1588 V2时钟源发送同步报文经过PON网络至所有的差动保护装置，实现差动保护装置采样同步；

2)差动保护装置采集分段开关处的三相电流采样数据(SV)，并以IEC61850-9-2协议帧格式通过PON网络发送给相邻差动保护装置；

3)差动保护装置接收相邻差动保护装置的SV，为了克服网络延时抖动带来的影响，差动保护装置设置一采样数据缓存队列，队列长度L满足L≥D_{net_max}×f_samp/1000，其中D_{net_max}为最大网络延时抖动，单位ms，D_{net_max}取2ms～10ms，f_samp为保护采样率。差动保护装置采样数据缓存队列用来存储接收到的对侧差动保护装置的SV，差动保护装置上电后一旦与对侧差动保护装置建立通讯链接，等待SV填满采样数据缓存队列后才开放差动保护，之后每一次中断从采样数据缓存队列头部取出对侧SV与对应时刻的本侧SV参与差动保护运算并删除队列头部SV，对于本中断新接收到的一个或多个SV按顺序***队列尾部，如没有收到对侧SV则不***。

4)采用式(1)动作方程判断是否发生区内故障：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_d>K_{\mathrm{rl}}{I}_r\\ I_d>I_{\mathrm{cdqd}}\\ I_d=|I_1+I_2+...I_n|\\ I_r=\left|I_1\right|+\left|I_2\right|+...\left|I_n\right|\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，I₁、I₂、I_n为线路各侧电流相量，I_d为差动电流值，I_r为制动电流值，I_cdqd为差动保护最小动作门槛值，K_rl为比例制动系数。

图2为差动保护实测动作平面图，测试结果表明，基于EPON通讯的差动保护装置能够准确动作，所有动作点均能满足精度要求。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (4)

1.基于PON网络通信的电流差动保护***，其特征在于：包括差动保护装置、PON网络和IEEE1588 V2时钟；所述的PON网络包含OLT、ONU、分光器，其中OLT位于变电站内，分光器、ONU安装在配网馈线各分段开关处，OLT、分光器、ONU通过单芯光纤连接；所述的差动保护装置交流插件连接分段开关处的电流互感器，通信插件连接ONU；IEEE1588 V2时钟接入PON网络的OLN终端的上联口。

2.如权利要求1所述的基于PON网络通信的电流差动保护***，其特征在于：所述的PON网络是指EPON或GPON，支持IEEE1588 V2协议。

3.如权利要求1所述的基于PON网络通信的电流差动保护***，其特征在于：所述的OLT、ONU设置为边界时钟或透明时钟，所述的差动保护装置设置为从时钟。

4.如权利要求1所述的基于PON网络通信的电流差动保护***的保护方法，其特征在于包括如下步骤：

1)IEEE1588 V2时钟发送同步报文通过PON网络至所有的差动保护装置，实现差动保护装置采样同步；

2)差动保护装置采集分段开关处的三相电流采样数据(SV)，并以IEC61850-9-2协议帧格式通过PON网络发送给相邻差动保护装置；

3)差动保护装置接收相邻差动保护装置的SV，为了克服网络延时抖动带来的影响，差动保护装置设置一采样数据缓存队列，队列长度L满足L≥D_{net_max}×f_samp/1000，其中D_{net_max}为最大网络延时抖动，单位ms，D_{net_max}取2ms～10ms，f_samp为保护采样率。差动保护装置采样数据缓存队列用来存储接收到的对侧差动保护装置的SV，差动保护装置上电后一旦与对侧差动保护装置建立通讯链接，等待SV填满采样数据缓存队列后才开放差动保护，之后每一次中断从采样数据缓存队列头部取出对侧SV与对应时刻的本侧SV参与差动保护运算，并删除队列头部SV，对于本中断新接收到的一个或多个SV按顺序***队列尾部，如没有收到对侧差动保护装置的SV，则不***；

4)采用式(1)动作方程判断是否发生区内故障：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_d>K_{\mathrm{rl}}{I}_r\\ I_d>I_{\mathrm{cdqd}}\\ I_d=|I_1+I_2+...I_n|\\ I_r=\left|I_1\right|+\left|I_2\right|+...\left|I_n\right|\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，I₁、I₂、I_n为线路各侧电流相量，I_d为差动电流值，I_r为制动电流值，I_cdqd为差动保护最小动作门槛值，K_rl为比例制动系数。