一种基于北斗授时的智能化光纤差动保护同步方法
【专利说明】一种基于北斗授时的智能化光纤差动保护同步方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于电力自动化技术领域，涉及一种基于北斗授时的智能化光纤差动保护同步方法。
【背景技术】
[0003]光纤差动保护具有原理简单、可靠性较高、动作迅速等优势。为确保差动保护正确动作，控制系统需要同时获得线路两端的瞬时采样数据，数据是否是同一时刻的采样值对于差动保护能否正确动作有很大的影响。因此线路两侧的同步问题是需要解决重要问题。
[0004]北斗二代卫星系统是一种类似于美国GPS和俄罗斯GL0NASS的卫星导航和对时系统，是我国正在实施的具有自主知识产权的独立运行的第一个区域卫星导航系统。系统于2004年启动，并计划在2020年完成整体系统的构建。北斗二代卫星系统除了兼容北斗一代系统的具有双向定位、授时和通信等功能外，还具有无源定位和授时功能，用户容量不受任何限制。同时，与北斗一代相比，定位精度有了很大提高，覆盖区域也大幅扩展，用户终端的体积和成本也大大降低。随着北斗二代卫星系统建设进程，北斗授时产品也取得了快速发展:目前，基于北斗的授时产品已经在我国通信、电力行业取得了部分应用，基于北斗的授时技术已基本成熟。
[0005]电力输配系统对设备的时间同步提出了非常高的技术要求。以前电力设备对时间同步的精准度要求是微秒级，现在正慢慢过渡到纳秒级。因此，必须为电力系统配置高精度、高可靠的授时系统。而作为拥有我国自主知识产权的北斗卫星导航技术，其授时精度可以达到单向100ns，双向20ns的精度，完全可以满足电力授时的精度需要。
[0006]随着智能化变电站在我国的推广，应用的数目越来越多。现阶段的智能化变电站站内一般都配置有一个统一的授时装置，采用北斗二代兼容GPS的对时模式，同时待北斗技术更加成熟后，将逐步淘汰GPS，实现北斗的单一授时定位，保障电网和新能源建设的坚强可靠。基于北斗的智能化光纤差动保护既能解决传统同步方式的精度问题，又可以解决依靠GPS同步带来的信息安全问题，保障我国电网的安全运行，也不需要另外加对时装置。
[0007]目前，光纤差动保护同步方法一般有采样时刻调整法、采样数据修正法、参考相量同步法及GPS同步法等几种。
[0008]这几种同步方法都存在一些问题:
(I)除GPS同步法外其他的传统同步方式大多是基于光纤通道收、发延时相等的“等腰梯形算法”(即乒乓算法)。如果收发延时不同则会产生较大误差。
[0009]假设本侧保护装置在采样时刻t0通过光纤发出同步信号，在tl时刻对侧接收到同步信号，传输时间为Td0=tl-t0。对侧保护装置接收到信号处理后在采样时刻t2返回同步信号，在t3时刻本侧接收到同步信号，传输时间为Tdl=t3-t2。如果TdO等于Tdl，通过t0~t3就可以算出采样时刻的偏差即如图中Z T。但是如果不相等，则由不对称通道引起的偏差为:」t=| TdO- Tdl I/2o此值根据光纤通道是否复用及光纤的距离不同会有不同的数值，最大可能达到数个毫秒；而且在常规同步方式中不能计算出此偏差的具体数值，会导致保护在发生区内故障时灵敏度降低，发生区外故障时可能会引起误动，影响保护装置性能。效果如图1所示。
[0010](2)采用GPS同步的方法依赖于GPS脉冲对时。这种方法精度基本可以达到要求，但GPS是由美国军方掌控，而且拥有局部屏蔽GPS信号的技术，使得其可用性和授时精度均受制于美国的GPS政策，信息安全得不到保障。同时GPS名义上虽能全球覆盖，但由于运行轨道较低，遮蔽角过大，GPS信号在山区或城市容易被物体遮挡；而且GPS信号的精度跟接收到卫星的个数密切相关，连接的卫星少时精度较差。
[0011]因此必须对以往光纤差动保护同步方式进行完善和补充，解决这两大类问题，提I^f生會K O
【发明内容】
[0012]为解决上述问题的不足，本发明通过对北斗授时信号的应用及利用北斗时间优化传统同步技术方法，而目的在于提高一种基于北斗授时的智能化光纤差动保护同步方法，提高同步的性能，减少误动和拒动的可能性，解决了传统同步方式采用“等腰梯形算法”时由于光纤通道收、发延时不相等带来的同步误差。
[0013]为实现上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的:
一种基于北斗授时的智能化光纤差动保护同步方法，其方法为:首先，两侧的变电站中安装完全相同的北斗授时信号接收机。接收机接收到卫星发出的脉冲信号后给变电站所有智能化装置授时。合并单元接收电流互感器/电压互感器的采样数据及信号调理延时、AD采样延时等数据，利用北斗授时脉冲分频后的脉冲信号作为重采样脉冲对数据进行重采样，以达到数据的同步。合并单元将重采样后数据打包发送给保护装置处理。保护装置同样利用北斗授时脉冲分频后的脉冲信号作为重采样脉冲，根据各合并单元的延时对多个合并单元数据进行重采样及插值计算，完成本侧所有采样数据的同步。两侧的保护装置经光纤通道交换采样数据信息，完成差动保护的逻辑。
[0014]当保护装置正常接收北斗信号时，利用北斗对时的精确绝对时标计算同步数据在光纤中传输的时间，解决传统同步方式采用“等腰梯形算法”时由于光纤通道收、发延时不相等带来的同步误差。在保护装置接收不到授时信号时，同步方式转为传统同步方式。
[0015]在光纤差动保护的两侧变电站配置同样的北斗授时信号接收机。北斗信号接收机接收的脉冲信号经电缆或光纤传递到站内智能化装置。
[0016]合并单元接收互感器的采样数据，利用北斗授时脉冲分频后的脉冲信号作为重采样脉冲对数据进行重采样，以达到数据的同步。同时将同步数据发送给差动保护装置。
[0017]差动保护接收合并单元发送的同步数据，利用北斗授时脉冲分频后的脉冲信号作为重采样脉冲对数据进行重采样及插值计算，完成本侧所有采样数据的同步。两侧的保护装置经光纤通道交换采样数据信息，完成差动保护的逻辑。
[0018]差动保护装置正常接收北斗信号时，利用北斗对时的精确绝对时标计算同步数据在光纤中传输的时间。在保护装置接收不到授时信号时，同步方式转为传统同步方式。
[0019]本发明利用越来越多应用于智能变电站的时间信号接收装置接收北斗授时信号，保护装置利用北斗授时脉冲分频后的脉冲信号作为重采样脉冲，对多个采样进行重采样及插值计算，完成保护采样数据的同步。其使用北斗标准时间来计算同步数据在光纤中传输的时间，解决传统同步方式采用“等腰梯形算法”时由于光纤通道收、发延时不相等带来的同步误差。
[0020]本发明的具体有益效果如下:
(I)同步精度高。线路两端都采用高精度的北斗授时系统，同时又不受光纤通道延时的影响，因此拥有很高的精度。
[0021](2)可靠性高。北斗卫星位于上空36000千米的静止轨道，地面用户基本都处于高仰角工作状态，信号不容易被附近的高大物体遮蔽，接收模块更容易接收到信号。该特点使得北斗卫星授时特别适用中国偏远地区和城市的变电站授时系统。
[0022](3)设计简单。区别于其它同步方式，基于北斗授时的差动保护，简单地使用采样序号即能完成差动保护，程序设计简单且不易出错。
[0023](4)北斗授时系统越来越多地应用于智能变电站，光纤差动保护不需要另外设计对时系统。
[0024](5)促进具有名族特色国家坚强智能电网建设。通过北斗电力授时技术在电力行业的推广，使得我国的电力行业拥有自主知识产权的授时技术。加强对我国自主知识产权的北斗授时技术在电力行业的推广可以完全消除对GPS依赖的严重安全隐患。
[0025](6)适用性。装置支持两种同步方法并可相互切换，在增强保护装置可靠性同时也增加了装置的适用性；既可以用在有卫星对时的智能化变电站，也可以用在没有卫星对时的常规变电站。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的通道延时不等引起的误差示意图；
图2为本发明的基于北斗的电流差动保护构成框图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明实现的技术手段、