适用5G差动保护的数据传输和保护系统、方法及存储设备技术方案

本发明专利技术的一种适用5G差动保护的数据传输和保护系统、方法及存储设备，差动保护硬件单元包括差动保护控制模块，完成所在节点电压电流电气信息采集、逻辑运算和断路器跳合闸控制；外部精确授时模块，基于北斗授时、GPS授时、5G授时或者多模式混合应用这些外部精确授时系统完成差动保护各端节点的授时；5G通讯模块，基于5G通讯网络完成线路各端的差动保护装置模块间数据通讯。本发明专利技术能够在较低采样数据传输流量的情况下，实现满足应用需要的中压配电网5G差动保护性能，在正常运行状态下不发送采样点数据，只是每一周波或每数周波发送一次相量数据每次发送两遍，在故障状态下增加发送采样点数据，差动保护产生的无线流量大大降低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
适用5G差动保护的数据传输和保护系统、方法及存储设备


[0001]本专利技术涉及电力系统继电
，具体涉及一种适用5G差动保护的数据传输和保护系统、方法及存储设备。

技术介绍

[0002]差动保护相比电流保护和距离保护具有择性好、快速灵敏、简单可靠等优点，所以高压特高压输电线路保护中光纤差动保护已成为标准配置。随着“碳达峰碳中和”全球发展战略的日益深化落地，配电网正在形成以光伏和风电为主的分布式电源(DG)多点接入、DG渗透率快速大幅提升、多电源合环运行的高渗透率有源配电网局面。为了应对高渗透率有源配电网的发展、提升城市配电网的供电可靠性，在中压配电网中采用差动保护的必要性越加凸显。随着具有高可靠、超低时延5G无线通讯技术的大规模成熟应用，在光纤通讯未覆盖地区，采用基于5G无线通讯的中压配电网线路差动保护正在成为技术趋势。
[0003]当前智能变电站线路光纤纵差保护装置普遍采用每周波80点采样，如果每个差动保护按照每个采样点都向差动保护其他节点发送采样点数据和相量数据，每帧传输按100字节计算，单节点每个月的数据发送流量为：100字节
×
80点
×
50Hz
×
60秒
×
60分钟
×
24小时
×
30天＞1TB。以往电力系统高压线路差动保护均采用光纤实现数据传输无需考虑通讯流量问题，而基于5G通讯的差动保护相对于光纤通讯，过高的无线通讯流量消耗以及流量成本将是限制其推广应用的重要障碍，所以研究通过有效数据传输方法用较低的流量消耗实现5G差动保护是推广应用5G差动保护的重要命题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种适用5G差动保护的数据传输和保护系统、方法及存储设备，能够在较低采样数据传输流量的情况下，实现满足应用需要的中压配电网5G差动保护性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种适用5G差动保护的数据传输和保护系统，基于差动保护硬件单元，所述差动保护硬件单元包括差动保护控制模块、5G通讯模块和外部精确授时模块，所述5G通讯模块和外部精确授时模块分别与差动保护控制模块对应的接口连接；
[0007]差动保护每一端节点部署一套差动保护硬件单元，或者每一端节点部署两套差动保护硬件单元构成双重化差动保护系统；
[0008]其中，
[0009]差动保护控制模块，用于完成所在节点电压电流电气信息采集、逻辑运算和断路器跳合闸控制；
[0010]外部精确授时模块，基于北斗授时、GPS授时、5G授时或者多模式混合应用这些外部精确授时系统完成差动保护各端节点的授时；
[0011]5G通讯模块，基于5G通讯网络完成线路各端的差动保护装置模块间数据通讯。
[0012]进一步的，各节点5G通讯根据运行状态按每一周波1次或者每数周波1次或者每个
采样间隔1次向本差动保护其他节点发送模拟量相量数据或者采样点数据报文，报文的有效数据信息包含：主节点标志、本节点号、外部授时标志、本节点系统频率、采样同步标志、相量数据第一个采样点或者采样数据本采样点的采样序号和采样点时间标签、三相电压数据、三相电流数据、开关量、逻辑控制信息。
[0013]另一方面，本专利技术还公开一种适用5G差动保护的数据传输和保护方法，基于上述系统的差动保护控制模块，包括以下步骤，
[0014]所有节点装置运行后按照每周波差动保护用采样点数X实现并持续维持采样的同步控制，X取16或20或24；
[0015]正常运行时，各节点装置按每一周波1次或者每数周波1次将本节点同步相量数据发送给差动保护的其他节点，采样点数据不发送；同步相量数据发送的间隔周波数，根据本节点相量数据的幅值或角度稳定度进行控制。所有差动保护装置统一按模拟量额定值的百分比数设定幅值稳定度阈值V1、V2、V3，统一按角度差设定角度稳定度阈值D1、D2、D3，以上次发送相量数据为基准，若幅值变化超过V3或角度变化超过D3，则每一周波发送1次；否则若幅值变化超过V2或角度变化超过D2，则每两周波发送1次；否则若幅值变化超过V1或角度变化超过D1，则每五周波发送1次；否则若幅值变化在V1范围内且角度变化在D1范围内，则每十周波发送1次。幅值稳定度阈值V1、V2、V3可参考1％、2％、5％选择，角度稳定度阈值D1、D2、D3可参考1
°
、2
°
、5
°
选择；
[0016]正常运行时，所有节点保持每一周波进行1次相量差动保护数据运算和逻辑判断，但当某节点按间隔数周波发送1次同步相量数据时，在等待合理通讯延时时间后，本节点本周波未接收到的其他节点相量数据以最近接收到的该节点相量数据按整周波时序同步填充，但此时差动保护非瞬时动作而是按照本节点(最新相量数据发送间隔周波数+2周波)设定为动作时间，动作时间内持续满足差动保护动作条件才动作出口跳开本节点开关。
[0017]进一步的，还包括以下步骤，在高压线路发生故障时，各节点会各自感受到本节点安装处的电压电流发生突变量变化，一旦本节点检测到电压或电流发生突变量变化、并且连续多点满足下式，则置位本节点突变量启动标志；
[0018]或
[0019][0020]本节点突变量启动后，从第一个突变点开始按每周波的差动保护用采样点数X主动将本节点的采样数据发送给差动保护的其他节点，采样数据中包含本节点突变量启动标志，同时按每一周波1次将本节点相量数据发送给差动保护的其他节点；从第一个突变点开始满1周波后，再增加发送1次以第一个突变点为相量计算起始点的本节点突变周波相量数据发送给差动保护的其他节点；突变量启动后的第二个及以后周波，不追加发送突变周波相量数据；
[0021]差动保护任一节点接收到其他节点突变量启动标志初始置位和差动保护用采样点数据后，若本节点未置位突变量启动标志，则置位本节点突变量启动标志，并以早发生突变节点装置的第一个突变点开始按每周波的差动保护用采样点数X主动将本节点的采样数据发送给差动保护的其他节点，同时按每一周波1次将本节点相量数据发送给差动保护的
其他节点。
[0022]进一步的，还包括以下步骤，当本节点收到差动保护其他节点的采样点数据满1/4周波后，启动快速采样点差动保护算法，每采样点进行1次采样点差动保护数据运算和逻辑判断，同时保持每周波进行1次相量差动保护数据运算和逻辑判断；采样点差动保护与相量差动保护并行运行，任一差动保护动作条件满足后瞬时动作跳开本节点开关。
[0023]进一步的，还包括以下步骤，在本节点突变量启动标志置位后，若Y周波内持续判别差动保护始终均不满足动作条件，则取消本节点突变量启动标志置位状态，不再按每周波的差动保护用采样点数X发送本节点的采样数据，只按每一周波1次或者每数周波1次将本节点相量数据发送给差动保护的其他节点，各差动保护节点每周波进行1次相量差动保护数据运算和逻辑判断，Y取2至8之间的整数。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于5G差动保护的少流量数据传输和保护系统，基于差动保护硬件单元，所述差动保护硬件单元包括差动保护控制模块、5G通讯模块和外部精确授时模块，所述5G通讯模块和外部精确授时模块分别与差动保护控制模块对应的接口连接；其特征在于：差动保护每一端节点部署一套差动保护硬件单元，或者每一端节点部署两套差动保护硬件单元构成双重化差动保护系统；其中，差动保护控制模块，用于完成所在节点电压电流电气信息采集、逻辑运算和断路器跳合闸控制；外部精确授时模块，基于北斗授时、GPS授时、5G授时或者多模式混合应用这些外部精确授时系统完成差动保护各端节点的授时；5G通讯模块，基于5G通讯网络完成线路各端的差动保护装置模块间数据通讯。2.根据权利要求1所述的适用于5G差动保护的少流量数据传输和保护系统，其特征在于：各节点5G通讯根据运行状态按每一周波1次或者每数周波1次或者每个采样间隔1次向本差动保护其他节点发送模拟量相量数据或者采样点数据报文，报文的有效数据信息包含：主节点标志、本节点号、外部授时标志、本节点系统频率、采样同步标志、相量数据第一个采样点或者采样数据本采样点的采样序号和采样点时间标签、三相电压数据、三相电流数据、开关量、逻辑控制信息。3.一种适用5G差动保护的数据传输和保护方法，基于权利要求1或2所述系统的差动保护控制模块，其特征在于：包括以下步骤，所有节点装置运行后按照每周波差动保护用采样点数X实现并持续维持采样的同步控制，X取16或20或24；正常运行时，各节点装置按每一周波1次或者每数周波1次将本节点同步相量数据发送给差动保护的其他节点，采样点数据不发送；同步相量数据发送的间隔周波数，根据本节点相量数据的幅值或角度稳定度进行控制；所有差动保护装置统一按模拟量额定值的百分比数设定幅值稳定度阈值V1、V2、V3，统一按角度差设定角度稳定度阈值D1、D2、D3，以上次发送相量数据为基准，若幅值变化超过V3或角度变化超过D3，则每一周波发送1次；否则若幅值变化超过V2或角度变化超过D2，则每两周波发送1次；否则若幅值变化超过V1或角度变化超过D1，则每五周波发送1次；否则若幅值变化在V1范围内且角度变化在D1范围内，则每十周波发送1次；幅值稳定度阈值V1、V2、V3以1％、2％、5％选择，角度稳定度阈值D1、D2、D3以1
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、2
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选择；正常运行时，所有节点保持每一周波进行1次相量差动保护数据运算和逻辑判断，但当某节点按间隔数周波发送1次同步相量数据时，在等待合理通讯延时时间后，本节点本周波未接收到的其他节点相量数据以最近接收到的该节点相量数据按整周波时序同步填充，但此时差动保护非瞬时动作而是按照本节点即最新相量数据发送间隔周波数+2周波设定为动作时间，动作时间内持续满足差动保护动作条件才动作出口跳开本节点开关。4.根据权利要求3所述的一种适用5G差动保护的数据传输和保护方法，其特征在于：还包括以下步骤，在高压线路发生故障时，各节点会各自感受到本节点安装处的电压电流发
生突变量变化，一旦本节点检测到电压或电流发生突变量变化、并且连续多点满足下式，则置位本节点突变量启动标志；本节点突变量启动后，从第一个突变点开始按每周波的差动保护用采样点数X主动将本节点的采样数据发送给差动保护的其他节点，采样数据中包含本节点突变量启动标志，同时按每一周波1次将本节点相量数据发送给差动保护的其他节点；从第一个突变点开始满1周波后，再增加发送1次以第一个突变点为相量计算起始点的本节点突变周波相量数据发送给差动保护的其他节点；突变量启动后的第二个及以后周波，不追加发送突变周波相量数据；差动保护任一节点接收到其他节点突变量启动标志初始置位和差动保护用采样点数...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦明辉，李伟硕，戴景峰，童杰，黄飞，刘佳，高晋，戴健，
申请(专利权)人：科大智能科技股份有限公司国网重庆市电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：