电流差动保护的制作方法
【专利摘要】用于多终端电力线的电流差动保护系统包括用于感测本地终端处的电流的电流传感器、用于使该本地终端和远程终端时间同步的控制器以及用于如果差动电流超过阈值则检测多终端电力线中的故障的故障检测模块。该控制器包括用于与远程终端交换时间戳数据的时间测量交换模块、用于与远程终端交换时间戳数据的上范围时钟和用于对本地终端处的电流编索引的下范围时钟。该上范围时钟的第一时期是下范围时钟的第二时期的N倍，其中N是多终端的数量。控制器包括时钟偏移计算模块，用于基于来自远程终端和本地终端的时间戳数据来确定平均时间偏移。
【专利说明】电流差动保护
【技术领域】
[0001]系统的实施例大体上涉及电力系统并且更具体地涉及用于该电力系统的保护系统。
【背景技术】
[0002]如果多个位置处的电力系统数字测量同步，则可以更高效且准确地执行许多电力系统监测、保护和控制功能。大体上，因为难以准确地使物理上分开很大距离的采样时钟同步，这样的测量只是稍微同步。使远程位置处的采样时钟同步的数字通信的常规使用具有受到消息传递时间中的不确定性限制的准确性。特别地，数字通信可以在一对位置之间的不同方向上具有不同的延迟，其在时钟同步中导致误差。
[0003]除对于多终端传输线路是重要的外，时钟同步在例如电力继电器、确定事件序列、经济电力调度的许多其他应用以及需要时钟同步的任何其他情形中是重要的。使用地理定位系统(GPS)是一个解决方案，然而，它需要额外的硬件并且使成本增加。各种位置处的各种终端之间的通信是另一个解决方案；然而，通信中的主要挑战由时钟翻转引起。大体上，使用的时钟具有有限数量的位来节省通信线带宽，其对时钟可以测量的最大时间施加限制。因为时钟对最大时间有限制，它导致独立的时钟翻转，其使得多终端时钟覆盖达到稳定但非同步的状态(其中时钟最终沿整个时钟范围分散)。
[0004]由于这些和其他原因，需要有改进的差动保护系统。
【发明内容】
[0005]根据本发明的实施例，呈现用于多终端电力线的电流差动保护系统。该电流差动保护系统包括用于感测本地终端处的电流的电流传感器、用于使该本地终端和远程终端时间同步的控制器以及用于如果差动电流超过阈值则检测多终端电力线中的故障的故障检测模块。该控制器包括时间测量交换模块，用于与远程终端交换时间戳数据。该控制器还包括用于向时间测量交换模块提供本地时间测量的上范围时钟，和用于对本地终端处的电流编索引的下范围时钟。该上范围时钟的第一时期是下范围时钟的第二时期的N倍，其中N是多终端系统中终端的数量。控制器进一步包括:时钟偏移计算模块，用于基于来自远程终端和本地终端的时间戳数据来确定平均时间偏移；和相位-频率锁定环，用于基于该平均时间偏移确定对于上范围时钟和下范围时钟的相位和频率信号。
[0006]根据本发明的另一个实施例，呈现保护多终端电力线的方法。该方法包括感测本地终端处的电流并且与远程终端交换时间戳数据。该方法进一步包括使用上范围时钟用于提供本地时间测量并且使用下范围时钟用于对本地终端处的电流编索引，其中上范围时钟的第一时期是下范围时钟的第二时期的N倍，其中N是多终端系统中终端的数量。该方法还包括基于来自远程终端和本地终端的时间戳数据确定平均时间偏移、基于该平均时间偏移确定对于上范围时钟和下范围时钟的相位和频率信号以及如果差动电流超过阈值则检测多终端电力线中的故障。[0007]提供一种电流差动保护系统，用于多终端电力线，其包括:
电流传感器，用于感测本地终端处的电流；
控制器，用于使所述本地终端和远程终端时间同步，所述控制器包括:
时间测量交换模块，用于与远程终端交换时间戳数据；
上范围时钟，用于向所述时间测量交换模块提供本地时间测量；
下范围时钟，用于对所述本地终端处的电流编索引，其中所述上范围时钟的第一时期是所述下范围时钟的第二时期的N倍，其中N是所述多终端系统中终端的数量；
时钟偏移计算模块，用于基于来自远程终端和所述本地终端的时间戳数据来确定平均时间偏移；
相位-频率锁定环，用于基于所述平均时间偏移确定对于所述上范围时钟和所述下范围时钟的相位和频率信号；以及
故障检测模块，用于如果差动电流超过阈值则检测所述多终端电力线中的故障。
[0008]优选的，所述时钟偏移计算模块配置成通过对所述本地终端与所述远程终端中的每个之间的通信时间延迟求平均而确定所述平均时间偏移。
[0009]优选的，所述时间测量交换模块配置成交换时间戳数据，其包括在所述本地终端处的消息发送和消息接收时间以及在远程终端处的消息发送和消息接收时间。
[0010]优选的，所述时钟偏移计算模块配置成基于在所述远程终端处的消息发送和消息接收时间的和与在所述本地终端处的消息发送和消息接收时间的和的减法而确定所述本地终端与所述远程终端中的每个之间的通信时间延迟。
[0011]优选的，所述时钟偏移计算模块配置成基于所述上范围时钟的翻转情形而确定所述通信时间延迟。
[0012]优选的，所述时钟偏移计算模块配置成如果所述上范围时钟在所述消息发送时间与所述消息接收时间之间翻转则通过所述上范围时钟的第一时期来调整所述消息接收时间。
[0013]优选的，所述时钟偏移计算模块配置成如果所述上范围时钟在所述消息发送时间之前翻转则调整所述通信时间延迟。
[0014]优选的，所述故障检测模块配置成通过本地终端处的电流与所述远程终端中的至少一个的第二电流的向量加法而确定所述差动电流。
[0015]优选的，所述故障检测模块配置成通过能够流过所述多终端电力线的最小差动电流与可允许超出所述最小差动电流的制动电流的和而确定阈值。
[0016]优选的，所述电流差动保护系统进一步包括模数转换器，其对所述本地终端处的电流采样。
[0017]优选的，所述控制器配置用于基于所述模数转换器的采样频率而对所述本地终端处的电流编索引。
[0018]提供一种保护多终端电力线的方法，其包括:
感测本地终端处的电流；
与远程终端交换时间戳数据；
使用上范围时钟用于提供本地时间测量；
使用下范围时钟用于对所述本地终端处的电流编索引，其中所述上范围时钟的第一时期是所述下范围时钟的第二时期的N倍，其中N是所述多终端系统中终端的数量；
基于来自远程终端和所述本地终端的时间戳数据确定平均时间偏移；
基于所述平均时间偏移确定对于所述上范围时钟和所述下范围时钟的相位和频率信号；以及
如果差动电流超过阈值则检测所述多终端电力线中的故障。
[0019]优选的，确定所述平均时间偏移包括对所述本地终端与所述远程终端中的每个之间的通信时间延迟求平均。
[0020]优选的，交换所述时间戳数据包括交换在所述本地终端处的消息发送和消息接收时间以及在远程终端处的消息发送和消息接收时间。
[0021]优选的，确定所述平均时间偏移包括在所述远程终端处的消息发送和消息接收时间的和与在所述本地终端处的消息发送和消息接收时间的和的减法上确定所述本地终端与所述远程终端中的每个之间的通信时间延迟。
[0022]优选的，确定所述平均时间偏移包括基于所述上范围时钟的翻转情形确定所述通信时间延迟。
[0023]优选的，确定所述平均时间偏移包括如果所述上范围时钟在所述消息发送时间与所述消息接收时间之间翻转则通过所述上范围时钟的第一时期来调整所述消息接收时间。
[0024]优选的，确定所述平均时间偏移包括如果所述上范围时钟在所述消息发送时间之前翻转则通过所述上范围时钟的第一时期来调整所述通信时间延迟。
[0025]优选的，检测所述多终端电力线中的故障包括通过本地终端处的电流与所述远程终端中的至少一个的第二电流的向量加法而确定所述差动电流。
[0026]优选的，检测所述多终端电力线中的故障包括通过能够流过所述多终端电力线的最小差动电流与可允许超出所述最小差动电流的制动电流的和而确定所述阈值。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]当下列详细描述参照附图(其中整个图中类似的符号代表类似的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中:
图1是多终端传输系统的框图；
图2是根据本发明的实施例在多终端传输系统的每个终端处使用的控制器的框图；
图3是两个终端时钟之间的时移误差的图形表示；
图4是在具有时钟翻转场景的两个终端之间的通信延迟的图形表示；
图5A和5B是在具有相应消息发送和/或消息接收时间的终端处的时钟翻转的图形表
示；
图6是根据本发明的实施例代表在确定两个终端之间的通信中的时间延迟的方法中牵涉的步骤的流程图；
图7是根据本发明的实施例的时钟同步系统的示意图；以及 图8是对于三终端系统的时钟同步的模拟结果的图形表示。
【具体实施方式】
[0028]本文描述的实施例针对电力系统保护系统，其实现在传输系统的多个终端处的时钟同步。尽管将在传输系统的上下文中描述时钟同步的实施例，本领域内技术人员将意识到系统可以用于例如配电系统、电力继电器、确定事件序列、经济电力调度的其他应用以及需要时钟同步的任何其他情形。
[0029]如本文使用的，术语“模块”或“控制器”指软件、硬件或固件，或这些的任何组合，或执行或促进本文描述的过程的任何系统、过程或功能性。
[0030]图1是多终端传输系统30的框图，该多终端传输系统30包括三个终端46、48和50，在其之间具有电力线58和通信线60a、60b和60c。在一个实施例中，两个通信线可在两个终端中使用用于通信冗余目的。电流传感器52、54和56向相应的本地继电器或控制器40、42和44提供电流信号。在一个实施例中，控制器40、42和44从远程终端以及关联的本地终端接收电流测量，并且识别电力线58上的故障状况。一般，电流差动继电保护是基尔霍夫电流定律的基本应用。从而，控制器40、42和44基于本地电流与远程电流之间的差而应用故障检测逻辑。
[0031]在这里给出故障检测逻辑的一个简单示例。在该示例中，如果差动电流Idiff (其是本地相电流Il与远程相电流12和13之间的差)超过阈值It，则检测到故障。在这里应该注意，远程终端测量相反方向上的远程电流12和13并且因此它的极性相反。从而，差动电流Idiff给出为三个电流的向量和:
【权利要求】
1.一种电流差动保护系统，用于多终端电力线，其包括: 电流传感器，用于感测本地终端处的电流； 控制器，用于使所述本地终端和远程终端时间同步，所述控制器包括: 时间测量交换模块，用于与远程终端交换时间戳数据； 上范围时钟，用于向所述时间测量交换模块提供本地时间测量； 下范围时钟，用于对所述本地终端处的电流编索引，其中所述上范围时钟的第一时期是所述下范围时钟的第二时期的N倍，其中N是所述多终端系统中终端的数量； 时钟偏移计算模块，用于基于来自远程终端和所述本地终端的时间戳数据来确定平均时间偏移； 相位-频率锁定环，用于基于所述平均时间偏移确定对于所述上范围时钟和所述下范围时钟的相位和频率信号；以及 故障检测模块，用于如果差动电流超过阈值则检测所述多终端电力线中的故障。
2.如权利要求1所述的电流差动保护系统，其中，所述时钟偏移计算模块配置成通过对所述本地终端与所述远程终端中的每个之间的通信时间延迟求平均而确定所述平均时间偏移。
3.如权利要求2所述的电流差动保护系统，其中，所述时间测量交换模块配置成交换时间戳数据，其包括在所述本地终端处的消息发送和消息接收时间以及在远程终端处的消息发送和消息接收时间。
4.如权利要求3所述的电流差动保护系统，其中，所述时钟偏移计算模块配置成基于在所述远程终端处的消息发送和消息接收时间的和与在所述本地终端处的消息发送和消息接收时间的和的减法而确定所述本地终端与所述远程终端中的每个之间的通信时间延迟。
5.如权利要求4所述的电流差动保护系统，其中，所述时钟偏移计算模块配置成基于所述上范围时钟的翻转情形而确定所述通信时间延迟。
6.如权利要求5所述的电流差动保护系统，其中，所述时钟偏移计算模块配置成如果所述上范围时钟在所述消息发送时间与所述消息接收时间之间翻转则通过所述上范围时钟的第一时期来调整所述消息接收时间。
7.如权利要求6所述的电流差动保护系统，其中，所述时钟偏移计算模块配置成如果所述上范围时钟在所述消息发送时间之前翻转则调整所述通信时间延迟。
8.如权利要求1所述的电流差动保护系统，其中，所述故障检测模块配置成通过本地终端处的电流与所述远程终端中的至少一个的第二电流的向量加法而确定所述差动电流。
9.如权利要求1所述的电流差动保护系统，所述故障检测模块配置成通过能够流过所述多终端电力线的最小差动电流与可允许超出所述最小差动电流的制动电流的和而确定阈值。
10.如权利要求1所述的电流差动保护系统，进一步包括模数转换器，其对所述本地终端处的电流采样。
【文档编号】G01R31/02GK103795143SQ201310526508
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】潘艳, W.J.普雷默拉尼 申请人:通用电气公司