[发明专利]数字化光纤差动保护时钟接力法数据同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种输电线路数字化光纤差动保护的数据同步方法，属于电力系统继电保护领域。

背景技术

随着数字化变电站技术在电力系统逐步试点与推广，基于电子式互感器(ET)接入的各种数字化保护装置逐步被开发出来，在这些保护装置中，线路光纤差动保护装置是较为复杂的一种，因为它除了要面对数字化保护装置开发的共性问题外，还要解决两侧保护装置采样数据同步的问题。与传统光纤差动保护装置相比，ET接入的光纤差动保护数据同步存在以下困难：

(1)按照IEC60044-7/8标准制造的电子式互感器及其合并单元(MU)，不具备接收从保护装置到MU方向的控制命令(如采样时刻调整)的接口，以致目前广泛使用的通过调整采样时刻实现两侧数据同步的方法在ET接入的光纤差动保护装置中不能适用。

(2)线路一次电流与电压经ET变换，再经MU传送到保护装置的过程存在比较明显的延时，一般在几百微秒以上，甚至超过1毫秒。

(3)先期投运的数字化变电站中的线路对侧互感器仍然是传统互感器，光纤差动保护装置要能适应这种一侧是ET接入另一侧是传统互感器接入的情况。

(4)采用IEC61850-9接口协议输出的电子式互感器，经过程层网络传送采样数据时，受网络工况的影响，二次传输延时可能会不稳定，且变动幅度较大。最大的变动幅度可能将近4毫秒。

由于以上几个方面的困难，在传统光纤差动保护中应用良好的数据同步方法将不能或不能直接应用于ET接入的光纤差动保护装置中。

使用全球定位系统GPS(Global Position System)为整个差动保护系统提供一个统一的高稳定的基准时钟，来实现采样数据的同步是一个简单直接的方法。无论IEC61850还是IEC60044-8都明确的提到了该方法。在工程中，GPS也早已是厂站自动化系统的标准配置，设备基础是容易满足的。采用GPS秒脉冲来同步两侧ET采样时刻的方法固然简单方便，但方法本身依赖于外部设备，特别是GPS，一向被继电保护专业认为降低了保护装置可靠性。另外，使用他国控制GPS系统，可能会受国际政治、军事关系的影响。

继电保护专业注重可靠性，保护装置的设计总是希望用尽可能少的设备、器件、外部条件来完成所需的功能。减少对外部设备的依赖从体系结构上减少了可能的故障点，对保证保护的可靠性有全局性的意义。本发明基于这一原则设计适用于数字化光纤差动保护的数据同步新方法。

以下是解决数字化线路光纤差动保护装置数据同步问题的外部技术条件与基础：

(1)分别安装于两变电站中的保护装置之间的纵联光纤通信通道，未因数字化变电站技术的推广和应用而有太多变化，电力运行部门自建或租用的光纤通道，提供给线路差动保护用的通道及其路由双向延时是相等的，这跟传统光纤差动保护的数据同步方法的前提相同，在工程中也是完全能保证的。

(2)在数字化变电站的站内，所有间隔层设备如保护装置与过程层设备如MU装置的采样脉冲信号每秒钟接受全站同一基准时钟的秒脉冲信号1pps(1 Pulse Per Second)同步一次(相位锁定)。全站基准时钟(主钟)通过GPS接收机接收天空中GPS卫星的授时信号，该信号该脉冲信号的上升沿与国际标准时间UTC(Universal Time Coordinated世界调整时间)的同步误差不超过1us。站内主钟自身具有高精度守时时钟，若与GPS时钟同步后再失步，在其后较长时间内仍然可以保持与UTC同步。

(3)ET的传感头部分或远端模块的ADC采样起动由MU发来的采样信号起动，MU的采样信号由1pps经倍频后变成ET的采样频率，发送到ET的ADC转换部分，启动AD采样。这样一来ET的采样时刻通过公共的1pps与保护装置之间保持了一种固定的关系。

(4)线路各相ET经同步采样得到的数据先经MU合并打包成帧，然后送给保护装置。IEC60044-8以及IEC61850-9规定的MU输出通信报文中，包含有一个16位的样本计数，此16位计数用以检查连续更新的帧数，在每出现一个新帧时加1，并且该计数随每一个同步脉冲1pps出现时置零。因此可以说，样本计数值实际上具有相对时间的意义。

(5)MU输出的标准帧格式中，包含有ET的额定延时时间，可以是2Ts、3Ts(Ts为采样周期)，对采用同步脉冲的MU，也可以为3ms(+10％-100％)。该延时时间给出了一次电流或电压变送到MU的过程延时。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可直接应用于线路数字化光纤差动保护装置的两端数据同步方法。