基于时间同步的输电线路行波纵联保护的制作方法

本文提出的实施例涉及输电线路的行波纵联保护，并且具体地涉及用于输电线路的行波纵联保护的方法和装置。

背景技术：

考虑具有强内部输电系统的一个区域电力系统在相对较弱的联锁电力网上将电力传输给另一强区域系统。这样的区域电力系统在扰动期间可能遇到稳定性的问题，诸如短路、发电损失、负载损失、联锁电力网之一的损失或它们的任何组合。这些问题的解决方案的普遍实践包括更多的联锁电力网、提升电压到更高的电压水平(例如超高压(ehv)水平或特高压(uhv)水平)、或者同时进行两者。另一种提高电力系统稳定性的方法是采用操作速度快的保护继电器。

行波保护是超高速保护的一种方法。行波保护有不同的类型，例如，基于方向比较的行波纵联保护、行波电流差动保护、基于距离测量的行波保护等。

纵联保护是行波保护的实用和可靠的机构。它只需要小带宽的通道以在输电线路端点处的端子之间传输二进制信息。

一种行波保护机构是ralda。该行波保护机构的特性例如在us3878460(a)中被公开。us3878460(a)涉及一种用于从测量点检测故障方向的装置。简而言之，在ralda中，将本地电压和本地电流的第一波前的极性进行比较。如果它们的极性是相同的，那么检测到反向故障。如果它们的极性是彼此相反的，那么检测到正向故障。在端子处的保护继电器将会把故障方向传输给其他终端。如果两个方向都是正向方向，那么意味着发生了内部故障。否则，意味着发生了外部故障。

然而，诸如ralda的行波保护机构的安全性可能会受到谐波的影响。在一些情况下，谐波可能导致在被保护线路两侧处的正向故障的错误检测，并且由此可能根据方向纵联保护原理而最终导致误跳闸。因此，仍然需要改进输电线路的保护。

技术实现要素：

本文实施例的目的是提供一种输电线路的高效保护。

本文所公开实施例的发明人已经发现，现有纵联保护方案(包括ralda)中的通信是不同步的。更详细地说，这意味着不同步的信息在不同的端子之间被交换，以在纵联保护方案中实现用于确定是否阻断或解除阻断(也称为正向/反向)的逻辑。因为数据是不同步的，且传输的信号延迟不确定，该逻辑必须保持较长时间段的阻断/解除阻断信号(或正向/反向方向信号)。长保持时间导致用于做出跳闸判定的长开放窗口。其结果是，误跳闸的概率增加。

根据第一方面，提出了一种用于输电线路的行波纵联保护的方法。该方法包括接收来自输电线路的两个端子的行波的指示，其中该两个端子是时间同步的。该方法包括基于指示使用短跳闸窗口来做出跳闸判定。

有利地，这实现了安全的行波纵联保护。

根据第二方面，提出了一种用于输电线路的行波纵联保护的装置。该装置包括处理单元。处理单元被配置成使得该装置接收来自输电线路的两个端子的行波的指示，其中所述两个端子是时间同步的。该处理单元被配置成使得该装置基于指示使用短跳闸窗口来做出跳闸判定。

根据第三方面，提供了一种用于输电线路的行波纵联保护的计算机程序。该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码在装置的处理单元上运行时，使得该装置执行根据第一方面的方法。

根据第四方面，提供了一种计算机程序产品，包括根据第三方面的计算机程序，以及在其上存储有该计算机程序的计算机可读装置。

应当注意的是，第一、第二、第三和第四方面的任何特征可以适用于任何其他适用的方面。类似地，第一方面的任何优点可以分别同样适用于第二、第三和/或第四方面，反之亦然。从下面的详细公开、所附的从属权利要求以及附图中，本文所包含实施例的其它目的、特征和优点将是显而易见的。

通常，权利要求中使用的所有术语根据其在本技术领域中的普通含义进行解释，除非本文另有明确定义。所有对“一/一个/该元件、设备、部件、装置、步骤等”的引用将被公开地解释为指的是元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明相反。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序来执行。

附图说明

现在参考附图，通过示例来描述本发明构思，其中：

图1是示出根据实施例的配电系统的示意图；

图2是示出跳闸窗口长度之间的比较的示意图；

图3a是示出根据实施例的装置的功能单元的示意图；

图3b是示出根据实施例的保护设备的功能模块的示意图；

图4示出根据实施例的包括计算机可读装置的计算机程序产品的一个示例；并且

图5是根据实施例的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图，在下文中更充分地描述本发明构思，在该附图中示出了本发明构思的某些实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的实施例；相反，这些实施例是作为示例提供的，以使得本公开将是彻底的和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在整个说明书中，相同的数字表示相同的要素。虚线所示的任何步骤或特征应当被视为可选项。

如上所述，现有的行波纵联保护的机构存在问题。

如下面将要公开的，所提出的输电线路的行波纵联保护是基于时间同步和短跳闸窗口。这将增强安全性。

因此，提供了一种用于输电线路的行波纵联保护的方法。该方法由装置10a，10b，10c执行。现在参考图5的流程图。并行参考图1的配电系统25，其公开了可以应用本文所公开的发明的实施例。

配电系统25包括用于输电线路20的行波纵联保护的至少一个装置10a，10b，10c。附图标记a和b表示两个端子(朝向输电线路20)的端点；两个端子分别是端子a和端子b。标记f表示沿着输电线路20的故障。

两个或更多装置10a，10b可以经由通信链路23可操作地连接。此外，两个或更多装置10a，10b可以是用于输电线路20的行波纵联保护的共同装置10c的一部分。装置10a，10b可以是作为继电器操作的智能电子设备(ied)的一部分，或者包括作为继电器操作的智能电子设备(ied)。

配电系统25还包括电源21a，21b、电流和电压互感器22a，22b以及断路器23a，23b。每个端子a，b都可以包括至少一个电源、电流和电压互感器、以及断路器。

该方法包括在步骤s102中接收来自输电线路20的两个端子a，b的行波的指示。每个指示可以由诸如同步二进制信息的二进制信息提供，二进制信息表示行波极性、故障方向、阻断信号、解除阻断信号和/或针对沿着输电线路20的故障(f)的跳闸信号。作为备选，每个指示都可以是在相应的端子a，b处行波的到达时间。两个端子a，b是时间同步的。端子a，b可以具有小于0.2ms的组合时间同步误差。

该方法包括在步骤s104中基于指示使用短跳闸窗口来做出跳闸判定。短跳闸窗口可以具有对应于2-6ms，优选2-4ms的时间长度，这比现有纵联保护机构的保持时间或跳闸窗口(例如20-50ms)要短。

谐波或噪声的扰动可能导致正向方向故障的错误检测，这甚至可能在一些情况下引起误跳闸。假设由噪声或扰动引起的误跳闸概率具有在时域中均匀的分布，短的(暴露的)跳闸窗口将降低误跳闸的风险。

现在将公开涉及本文所公开的用于输电线路的行波纵联保护的方法和装置的更多细节的实施例。总体上继续参考图5的流程图和图1的配电系统25。

根据一个实施例，做出跳闸判定包括确认来自两个端子的指示涉及相同行波的步骤s104b。这可以通过检查从两个不同端子检测到的行波信息是否发生在相同的短跳闸(时间)窗口内，来确认它们涉及相同的故障扰动而实现。因此，只有在彼此的特定时间距离内接收到指示时，才确认来自两个端子的指示涉及相同的行波。该特定时间距离对应于短跳闸窗口的(时间)长度。相反，如果在比短跳闸窗口更长的彼此的时间距离内接收到指示时，那么将确认来自两个端子的指示不涉及相同的行波和因此不代表故障扰动。步骤s104b之前可以执行对至少一个指示进行时间补偿的步骤s104a。

为了实现确认的步骤s104b，一旦接收到来自端子a，b中的一个端子的第一指示，时间计数器可以被触发以开始计时，并且一旦接收到来自a，b中的另一个端子的第二指示，该时间计数器可以被触发以停止计时。如果时间计数器所经过的时间至多等于短跳闸窗口的长度，那么可以确认，两个指示是由相同的故障扰动引起的并且确实在短跳闸窗口内被接收到。

可以有不同的方式来做出跳闸判定。根据实施例，跳闸判定涉及是否引起断路器23a，23b跳闸。如技术人员所理解的，可以有不同的方式来确认是否引起断路器23a，23b跳闸。例如，参考步骤s104a，只有在短跳闸窗口内接收到来自两个端子a，b的行波的指示时，才做出引起断路器23a，23b跳闸的跳闸判定。

行波纵联保护可以应用于不同类型的输电线路。例如，如上所述，输电线路20可以是配电系统25的一部分。输电线路20可以是交流(ac)输电线路或直流(dc)输电线路。

只有在上述指定的时间间隔内接收到来自两个端子的指示时，才可以检测到故障f。

如果故障f发生在输电线路的中间，那么分别在两个端子a和b处的行波的到达时间ta和tb是相同的。否则，该到达时间将是不同的。

现在考虑最坏的状况，即故障f发生在要保护的输电线路25的起始端或末端处。最大的时间差是：

在ac电力系统中，大多数输电线路都短于300km(即线路长度最多是300km)。由于光的速度(由上面等式的光速表示)约为300000km/s，这意味着时间差|ta–tb|小于1ms。

例如，假设两个端子之间的同步误差小于0.2ms，那么小的跳闸窗口(诸如2-6ms，取决于线路长度和故障检测时间的扩散)可以确保两个“正向方向”的指示来自相同的故障。这可以以低成本来降低误跳闸的可能性；如果行波纵联保护与线路差动保护功能一起工作，那么用于行波纵联保护的数据通信可以共用相同的时间同步机构，该时间同步机构例如基于具有基于回波的时间同步的通信通道而实施用于差动保护的模拟数据的通信。

图2中沿着时间线示出了两个跳闸窗口装置之间的比较。在(a)处示出了表示由通道、处理等的不确定延迟所引起延迟的长度ld的段26，以及表示用于典型现有纵波保护方案的长跳闸窗口的长度ltw,a的段27。在(b)处示出了表示本发明所提供的基于时间同步的短时间窗口的长度ltw,b的段28。(a)和(b)中的段不一定按比例绘制，但是在任何情况下，ltw,b<ltw,a。例如，ltw,b可以比ltw,a小一个数量级。

如图2所示，对于现有的纵联保护方案而言，由于数据不同步且时间延迟不确定，必须采用长保持时间和长跳闸窗口，例如50ms，来确保端子a，b之间稳定的保护逻辑配合。对于本文所提出的、基于时间同步的输电线路的行波纵联保护而言，通过使用时间同步并假设小的同步误差(例如小于0.2ms)来消除不确定的延迟。在两个端子a，b处的行波的到达时间几乎是彼此相同的。由此，跳闸时间窗口可以非常短，以确保在不同端子处的行波的检测来自相同事件。例如，如上所述，该短窗口可以只有2-6ms长。

在基于非对称数据的现有的纵联保护方案中，保持时间可能长达50ms。假设实际的总延迟(通信延迟、处理延迟等)是10ms。因此实际的跳闸窗口是50-10＝40ms，而对于本文所提出的基于时间同步的输电线路的行波纵联保护而言，跳闸窗口可以只有2ms长，即其具有现有方案跳闸窗口的1/20的长度。假设对这两种方案使用相同的算法并且该算法只有在时间同步方面是不同的，这意味着在所提出的方案中，与现有纵联保护方案比较，误跳闸的风险同样变为现有方案的1/20。

还应当注意的是，谐波和噪声也可以引起错误的外部故障检测，该外部故障检测将阻断跳闸一段时间。这甚至可能导致故障检测的失灵(可靠性降低)。同步和短跳闸窗口将改善纵联保护方案的可靠性，并且能对保护的安全性做贡献。

图3a以多个功能单元的形式示意性地示出根据实施例的用于输电线路的行波纵联保护的装置10a，10b，10c的部件。处理单元31使用能够执行存储在计算机程序产品41中(如图4所示，例如以存储介质33的形式)的软件指令的合适的中央处理单元(cpu)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)等中的一个或多个的任何组合来提供。因此，处理单元31由此被布置成执行如本文所公开的方法。存储介质33还可以包括永久性存储器，例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何一个，或者它们的组合。

装置10a，10b，10c还可以包括通信接口32。因此，通信接口32可以包括一个或多个发送器和接收器，该发送器和接收器包括用于与至少一个其他装置10a，10b，10c、电流和电压互感器22a，22b中的至少一个、以及至少一个断路器23a，23b进行通信的模拟部件和数字部件。

处理单元31例如通过将数据和控制信号发送给通信接口32和存储介质33、通过接收来自通信接口32的数据和报告以及通过从存储介质33中获取数据和指令，来控制装置10a，10b，10c的总体操作。装置10a，10b，10c的其他部件以及相关功能被省略，以免混淆本文提出的构思。

装置10a，10b，10c可以在电子设备中实现。例如，至少处理单元31可以是诸如保护继电器的智能电子设备(ied)的一部分，其被包括在装置10a，10b，10c中。因此，这种电子设备可以被配置成执行如本文所公开的任何步骤。因此，来自两个端子的行波的指示可以通过放置在输电线路20一端处的保护继电器来获取。

在这方面，应当提到的是，保护继电器不同于所谓故障定位器。故障定位器被用于检测故障位置，不是实时设备。此外，故障定位器以千米为单位输出故障位置。故障定位器永远不会将断路器跳闸。相反，保护继电器是实时操作的设备，以检测故障是否在所保护区域的内部或外部。保护继电器被连接到断路器，并且在故障位于所保护区域内部时将断路器跳闸。

图3b以多个功能模块的形式示意性地示出根据实施例的作为行波保护机构实施的装置10a，10b，10c的部件。图3b的装置10a，10b，10c包括多个功能模块；测量输入模块31a、通信模块31b、故障判定模块31c、时间计数器模块31d和输出模块31e。

测量输入模块31a被配置成接收来自输电线路20的两个端子a，b的行波的指示。通信模块31b被配置成向故障判定模块31c提供数据和诸如指示的信息。故障判定模块31c被配置成，在经由通信模块31c接收到这些指示中的第一指示时，触发时间计数器模块31d以开始计时。故障判定模块31c还被配置成，在经由通信模块31c接收到这些指示中的第二指示时，触发时间计数器模块31d以停止计时。时间计数器模块31d被配置成经由通信模块31c向故障判定模块31c提供计时的结果。故障判定模块31c还被配置成基于从时间计数器模块31d接收的结果来做出跳闸判定。输出模块31e被配置成将跳闸判定发送给一个或多个断路器23a，23b。

一般而言，每个功能模块31a-31e都可以用硬件或用软件来实现。优选地，一个、多个或全部功能模块31a-31e可以通过处理单元31(可能与功能单元32和/或33协作)来实现。因此，处理单元31可以被布置成从存储介质33取得由功能模块31a-31e提供的指令并且执行这些指令，由此执行如上所述的任何步骤s102，s104，s104a，s104b。

图4示出包括计算机可读装置43的计算机程序产品41的一个示例。在这个计算机可读装置43上，可以存储计算机程序42，该计算机程序42可以使得处理单元31以及被可操作地耦合到处理单元31的实体和设备(诸如通信接口32和存储介质)来执行根据本文所述实施例的方法。因此，计算机程序42和/或计算机程序产品41可以提供用于执行如本文所公开的任何步骤的装置。

在图4的示例中，计算机程序产品41作为光盘被示出，诸如cd(压缩盘)或dvd(数字多功能盘)或蓝光光盘。计算机程序产品41还可以作为存储器被实施，诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)或电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，更具体地作为诸如usb(通用串行总线)存储器或闪存的外部存储器中的设备的非易失性存储介质被实施，诸如紧凑型闪存。因此，虽然计算机程序42在这里作为所示光盘上的轨道而被示意性地示出，该计算机程序42可以以适合于计算机程序产品41的任何方式被存储。

上面主要参考几个实施例描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了以上公开的实施例以外的其他实施例，同样可以在由所附专利的权利要求所限定的本发明构思的范围内。