[发明专利]一种用于分布式保护系统的时标跟踪的同步采样方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种同步采样方法，尤其涉及分布式保护的同步采样方法及使用该方法的保护装置。

背景技术

集中式保护（尤其是母线保护）要求大量的二次电缆集中在一块屏上，这对于大型变电站尤其是高电压等级变电站，存在电缆消耗量大，TA二次电缆长导致TA负担重，跳闸电缆长导致电磁兼容等问题；同时，大量的电缆集中在一块屏上，也给保护屏的施工接线带来困难。随着计算机、通讯技术水平的迅速提高，继电保护下放到开关场的方式得以实施并逐渐得到认同。电压水平越高的厂站，占地面积越大，消耗电缆也越多，继电保护下放的经济效益越明显。另外由于变电站可控性要求的提高以及无人值班管理模式的实施，促进了厂站自动化技术的发展。厂站自动化经历了以传统测控设备辅以四遥远动装置和以RTU为核心，以数据采集、控制、继电保护、故障录波和计量为外围设备的集中模式，迅速向以一次设备为对象以通讯网为手段的分散布置方向发展。

近年来，随着数字化变电站的日益兴起，电子式互感器的应用也逐渐广泛，电子式互感器的应用也对继电保护提出了新的要求，特别是对母差保护，需要提供更多的数字接口与各单元的电子式互感器连接，分布式母差在通讯方式上已经具备了这种数字接口连接的条件，为从传统变电站保护向数字化变电站过渡提供了无缝连接的解决方案。

因此，研制分布式保护对继电保护及厂站自动化的发展、对数字化变电站的推广应用具有很重要的意义。

差动保护计算所需要的各个间隔的电流采样数据必须是同一时刻的值，而分布式保护的各子站间没有电气上的连接，从而带来了各个子站的同步采样问题。采样同步的好坏，直接影响到差动保护的性能。采用GPS同步时钟为每个子站对时的方案在技术上是可行，但增加了硬件的复杂性，更重要的是当同步时钟受到电磁干扰或同步时钟失去时，差动保护的安全性问题更令人担忧。子站采样同步时钟要求是相对时钟准确，对绝对时间没有要求，如何在不增加硬件和通讯网络负担的前提下，解决子站的采样同步性问题，是分布式保护必须解决的一个关键性技术问题。

现场可编程逻辑门阵列(FPGA)采用硬件逻辑门阵列和语言编程方式(VHDL)实现信号的输入、输出及信息处理，随着FPGA技术的发展，已经可以通过FPGA完成数据发送、接收，并自动锁定数据到达时刻，这为新型同步方案的实现提供了可能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种利用主站与子站的光纤链路的时标跟踪的同步采样方法，各个子站根据主站下发数据的到达时标调整各自的采样时刻，由于主站是同时向各个子站发送数据，因此最终各个子站就能够做到在同一时刻采样，完成同步采样功能。主站接收到的子站采样数据已经同步，无需额外处理即可直接用于保护计算。

本发的实现方案是：一种用于分布式保护系统的时标跟踪的同步采样方法，其特征是：分布式系统的主站装置和子站装置间通过光纤链路完成数据传输，主站装置在其每次中断时通过该数据链路同时向各个子站装置发送数据，各个子站装置接收主站下发的数据，并根据下发数据的到达时标调整各个子站自身的采样中断时刻，完成对主站中断间隔的同步跟踪。

此外，子站中断时间间隔与收到主站数据的时间间隔比较，如果超出设定的范围，子站装置发出数据品质置失步位，主站装置发出报警信号或闭锁相应的保护功能。

本发明的有益效果：采用本发明的可以应用于各种分布式保护（如分布式母线保护、分布式变压器保护等），实现分散采集分散执行功能，分布式保护采用主从结构，同步算法占用主站和子站计算资源少，无需外接同步源，同步方案稳定可靠且同步精度很高。该方案不但可以应用于常规采样的分布式保护，也可应用于电子式互感器采样的分布式保护。

附图说明

图1为分布式保护的主站和子站的链接示意图，即分布式保护的主从关系示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明：如图1所示分布式保护采用主从结构，主站分别与多个子站通过光纤连接，各子站通过光纤链路接收主站的同步数据帧完成同步算法，并将同步后的采样数据发送到主站，由主站完成保护功能计算。

子站同步算法的实现：子站通过FPGA（现场可编程逻辑门阵列）技术实现自动锁定主站链路数据到达时标，该数据到达时标间接地反映了主站中断时标，子站根据此时标调整子站采样中断时刻，其调整目标是子站中断时间和主站链路数据到达时时间之间的时间差（下简称时间差）为预设的常数（如半个采样点）。

子站中断周期的调整策略为：当该时间差与预设常数之间的距离较大时允许调整子站中断周期，若该距离为负值，认为子站的中断周期小于主站的中断周期，程序自动调大子站的中断周期；反之，若该距离为正值，认为子站的中断周期大于主站的中断周期，程序自动调小子站的中断周期。通过这样的负反馈自动调节机制，子站稳定地跟踪主站的中断周期，完成同步采样。若子站因接收主站数据异常等原因导致同步失败（时间差与预设常数之间的距离超出设定值范围）的情况下，子站发出的数据品质置失步位，主站根据不同保护的功能需求自动闭锁相应的保护功能。