电力网保护系统技术方案

一种电力网保护系统，利用确定由位于电力线上相互分开的第一和第二点的保护设备（３Ａ、３Ｂ）获得的电流信号的采集时间的方法。测量值在第一设备（３Ａ）采集，并发送到第二设备（３Ｂ），第二设备采集第二测量值并向第一设备发送回复。两个测量值的时间用ＧＰＳ信号同步，向外和返回信号（Ｓ１、Ｓ２）的总的传播时间（ｔｐ１、ｔｐ２）存储在存储器中。在失去ＧＰＳ信号的情况下，存储的传播时间用于计算第二测量值相对于第一测量值的实际时间。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力网络的保护系统，特别是在这样的系统中改善故障电流监控。
技术介绍
为了保护高功率输电力网络不发生故障，如相间短路，已知将网络分为多个段，以便在每个段的端点提供保护设备。每个保护设备包括电流传感器、数据处理器和一个输出开关，以控制断路器。电流传感器监控流过相应断路器的电流。在一个段的每个端点的保护设备通过通讯网络连接，表示电流测量值的信号通过该通讯网络从一个设备传输到另一设备。后一设备将其本身测量的电流与该段另一端测量的电流比较，以识别电力线中的故障。如果检测到故障，则可以激活隔离断路器，以切断该段的电流并隔离故障。因为线路中的电流在不断变化，所以，很重要的一点是只比较在同一时刻测量的电流值(或相位校正的测量值，以模拟同一时间的取值)。尽管过去采用了多种不同的通讯网络拓扑结构，但目前流行的一种通讯网络传输方案是同步数字分层(SDH)。典型的SDH方案包括一系列互相链接的环路或回路。附附图说明图1示出SDH环路1，其中包括6个节点A-F。网络中每个这样的环路包括一个连续的信号传输路径，用于在电力线2的P段的两个相反端点的保护设备3A和3B之间传输测量值。连续回路使得两个保护设备3A和3B之间的信号传输可以由沿着两个可选的发送和返回路径进行，即A-B/B-A，或A-F-E-D-C-B/B-C-D-E-F-A。这提供了为适应通讯网络中的故障所需的冗余度。正常情况下，使用链接两个节点的最短路径。该路径通常称为“工作”路径。但是，如果该路径中发生故障，信号可以沿回路中其它部分的较长的路径在两节点间传输。该路径通常称为“备用”路径。工作路径或备用路径的选择是通过在回路上的每个节点提供路由开关实现的。如图1所示，通常在回路上的节点之间提供双向通讯，在这种情况下，每个方向上的通讯可以在工作路径和备用路径之间独立切换。电力线中的电流通常是正弦电流，可以用一个旋转电流矢量表示。为了检测故障，与一台保护设备关联的处理器必须只比较对应于同一时刻的电流值。这要么要求一段电力线两端的传感器在同一时刻测量电流，要么要求信号在比较之前进行相位校正。因此，在两种情况下，要求知道测量的时间。因为保护设备位于电力线上不同的点，通常相距数千米，因此，它们不能由公共的振荡器驱动，以给它们各自相同的参考时钟频率。因此，它们由独立的振荡器驱动，从而如果不采取专门措施的话将无法同步测量。在所建议的一种实现同步的方案中，电流测量值是利用一种称为数字电流微分(NCD)或“乒乓”技术的技术在通讯网络上成对传输的。附图3中示出在这样的方案下的测量定时的等时线图。该已知装置的一种版本的更完整的细节可以参看专利GB 2 173 658B，该文献在此引作参考。在NCD技术中，位于一段电力线的一个端点的第一保护设备A在时间点tA1、tA2等测量电流，而第二保护设备B在时间点tB1、tB2等测量该段电力线另一端点的电流。由第一设备A测量的第一测量值(在固定延时ta之后)沿通讯网络传输到保护设备B。传输的形式为数字信号S1，其本身从传输开始到结束占用有限的时间tt，以便从设备A传输。由设备A测量的第一测量值带有一个时标(即，信号中一个字节的数据)，表示第一测量值测量的时间tA1。设备B在测量后tp1+ta的时刻完成对该信号的接收，其中，tp1是向外传播时间，ta是从在tA1进行测量到发送信号之间的延迟。第二设备B在其自己的时间tB*接收到向外传输的信号S1并等待一段时间tc后，在时间tB3测量该电力线在其端点的第二电流测量值。(注意，如图所示，由于每个设备中的时钟之间采样频率的轻微漂移，两个端点处的采样瞬间通常将不一致或不存在确定关系)。第二设备然后向第一端点回传一个返回信号S2。该信号包含时标tA1、第二电流测量值、表示第二电流测量值测量时间的第二时标tB3、以及表示接收向外信号S1和传输返回信号S2之间的总的延迟时间。返回信号S2在第一端子由第一设备A在由其自己的时钟测得的时间接收到。假设在两个方向上的传播时间相等，因此，返回信号传播时间tp2可以根据下式算出返回传播时间tp2＝向外传播时间tp1＝1/2(tA*-tA1-ta-tc-td)根据已知的返回传播时间tp2，保护设备A可以根据其自己的时钟时间计算第二信号的采样时间tB3tB3＝tA*-tp2-td一旦设备A知道该值，就可以很容易地通过电流矢量的适当相移来比较设备A和B的测量值。尽管在很多操作环境下该技术都很有效，但其对环路类型拓扑结构中的故障很敏感，因为如上所述，向外和返回信号可能占用不同的传播时间。在该问题的一种建议解决方案中，在电力线段的每一端提供的电流传感器由与取自全球定位系统(GPS)时间信息的公共时间帧同步的振荡器驱动。这样可以保证全部采样在同一时刻进行。测得的值然后沿工作路径或备用路径与包含取自GPS的时间测量值的时标一起通过回路传播。采用这样的GPS信号的好处在于可以精确控制电流测量的实际时间。与回路中传输信息的延迟时间无关，因为每个端点的时标具有相同的时间帧。因此，信号沿工作路径或备用路径传播都没关系。该方法的问题在于，当无法获得GPS信号时，就会完全失去同步。目前，GPS系统由美国政府控制，因此，无法获得所述信号的周期更长。
技术实现思路
简言之，本专利技术提供一种电力网保护系统，包括布置为同步数字系统的多个保护设备，并具有同步装置，采用取自全球定位卫星的共用定时信号，这些保护设备适合通过数字电流微分(所谓“乒乓”)技术彼此通讯。本专利技术的一个重要方面涉及一种方法，用于确定电流测量值的取值时间，这些电流测量值由第一和第二保护设备在电力线上相互分开的第一和第二点获得，第一电流测量值由第一设备采集，该第一设备向第二设备发送包括该第一电流测量值的一个向外信号，第二电流测量值由第二设备采集，该第二设备向第一设备发送包括两个电流测量值的返回信号，两个测量值的定时利用GPS信号同步，向外信号和返回信号的总的传播时间被计算出来并存储在存储器中，其中，如果GPS信号消失，则存储的总的传播时间就被用来计算第二信号相对于第一信号的实际测量时间。在优选实施例中，保护设备是同步数字分层型通讯网络的一部分，如果GPS信号消失，则存储的总的传播时间与GPS信号消失期间获得的总的传播时间比较，以确定信号在网络中的传输路径是否改变。如果传输路径改变，则该方法包括发出一个故障信号，以提醒观察员，保护设备的工作已经不可靠。更具体地，本专利技术提供一种方法，用于确定电流测量值的取值时间，这些电流测量值由分别位于电力线上彼此分开的第一和第二点的第一和第二保护设备获得，该方法包括(a)获得第一位置的第一电流测量值；(b)生成第一时标，表示测量第一测量值的时间；(c)从第一保护设备向第二保护设备传输向外信号，该信号至少包括第一时标；(d)获得第二位置的第二电流测量值；(e)生成第二时标，表示测量第二测量值的时间；和(f)从第二保护设备向第一保护设备传输返回信号，该返回信号至少包括第一和第二时标和表示第二测量电流的数据；其中(A)在第一操作模式期间，该方法的操作包括以下步骤(i)生成每个时标，以表示相对于取自远程时钟信号的共用时间时钟的时间测量值；(ii)从返回信号中所包括的信息导出向外信号和返回信号的总的传播时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于确定由位于电力线（２）上彼此远离的第一和第二点的第一和第二保护设备（３Ａ、３Ｂ）获得的电流测量值的测量时间，第一电流测量值在第一设备（３Ａ）采集，该第一设备向第二设备（３Ｂ）发送包括第一电流测量值的向外信号（Ｓ１），第二电流测量值在第二设备采集，该第二设备向第一设备发送包括第一和第二电流测量值的返回信号（Ｓ２），其特征在于两个测量值的定时利用ＧＰＳ信号同步，且向外和返回信号的总的传播时间（ｔｐ１＋ｔｐ２）被计算并存储在存储器（１１）中，其中，如果失去ＧＰＳ信号，则存储的总的传播时间用于计算第二信号相对于第一信号的实际测量时间（ｔＢ３）。

【技术特征摘要】
GB 2001-1-31 0102409.01.一种方法，用于确定由位于电力线(2)上彼此远离的第一和第二点的第一和第二保护设备(3A、3B)获得的电流测量值的测量时间，第一电流测量值在第一设备(3A)采集，该第一设备向第二设备(3B)发送包括第一电流测量值的向外信号(S1)，第二电流测量值在第二设备采集，该第二设备向第一设备发送包括第一和第二电流测量值的返回信号(S2)，其特征在于两个测量值的定时利用GPS信号同步，且向外和返回信号的总的传播时间(tpl+tp2)被计算并存储在存储器(11)中，其中，如果失去GPS信号，则存储的总的传播时间用于计算第二信号相对于第一信号的实际测量时间(tB3)。2.根据权利要求1的方法，其中所述保护设备是同步数字分层型通讯网络的一部分，且如果失去GPS信号，则存储的总的传播时间与GPS信号消失期间获得的总的传播时间比较，以判断网络上的信号传输路径是否改变。3.根据权利要求1的方法，其中，如果传输路径改变，则该方法包括发出一个故障信号，以提醒观察员，保扩设备的工作不再可靠。4.一种方法，用于确定由分别位于电力线上彼此远离的第一和第二点的第一和第二保护设备(3A、3B)获得的电流测量值的测量时间，该方法包括(a)在第一点获得电流的第一测量值；(b)生成第一时标，表示第一测量值的测量时间(tA1)；(c)从第一保护设备向第二保护设备传输一个向外信号(S1)，该信号至少包括第一时标；(d)在第二点获得电流的第二测量值；(e)生成第二时标，表示第二测量值的测量时间(tB3)；和(f)从第二保护设备向第一保护设备传输返回信号(S2)，该返回信号至少包括第一和第二时标和表示第二测量电流的数据；其特征在于(A)在第一操作模式期间，该方法的操作包括以下步骤(i)生成每个时标，以表示相对于取自远程时钟信号的共用时间时钟(GPS)的时间测量值；(ii)从返回信号(S2)中所包括的信息导出向外信号S1和返回信号的总的传播时间(tp1+tp2)，和向外信号传播时间(tp1)和/或返回信号传播时间(tp2)；和(iii)将总的传播时间和向外信号传播时间和/或返回传播时间存储在存储器(11)中；(B)在随后的第二操作模式期间，其中远程时钟信号(GPS)无法获得，该方法还包括以下步骤(i)比较向外信号(S1)和返回信号(S2)的新的总传播时间(tp1+tp2)与第一操作模式中存储的总传播时间，如果新的和存储的总传播时间基本相等，(ii)通过计算导出测量第二测量值的时间(tB3)，所述计算包括从返回信号的接收时间(tA*)减去第一操作模式中存储的返回传播时间(tp2)值，或将第一操作模式中存储的向外传播时间值(tp1)加在向外信号的传输时间(tB3)上。5.根据权利要求4的方法，其中，远程...

【专利技术属性】
技术研发人员：SC波茨，NL洛宾逊，
申请(专利权)人：阿尔斯通公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]