专利名称：一种光纤电流差动保护装置及电力保护设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统自动化领域，尤其涉及一种光纤电流差动保护装 置及电力保护设备。
背景技术：
在电力系统线路保护中，66KV及以下中低压线路主要采用电流保护为主， 对于短线路，电流速断的保护范围很小或者没有，选择性难于保证，因此需要 配置电流差动保护。电流差动保护需要线路两侧的电流量同时参与计算，传输 电流的方法有许多种，传统的方式是采用组合电流变换器将三相电流转变为一 路电流后，再釆用电缆传输，这种方式信号衰减厉害，三相保护灵敏度各不相 同。随着微机保护和光纤通信技术的发展，数据传输通道越来越多的采用了光 纤，它具有传输速度快、抗电磁干扰能力强、误码率低、工作稳定性好的特点。
微机型线路光纤电流差动保护首先要解决的问题是实现线路两侧采样数据 的同步，因为如果采样数据不能同步，就不能准确的进行差流，会造成保护装 置的误动或拒动。现有光纤电流差动保护装置所采用的采样同步技术有很多种， 例如采样数据修正法、采样时刻调整法、时钟校正法、采样序号调整法，但是 采用这些方法对硬件成本高，并且在采样同步前需要时钟同步，采样同步慢、 实现复杂。
综上所述，现有光纤电流差动保护装置实现的硬件成本高，并且在采样同 步前需要时钟同步，釆样同步慢、实现复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种光纤电流差动保护装置，旨在解决现有光纤电流差动保护装置实现的硬件成本高，并且在采样同步前需要时钟同步，采 样同步慢、实现复杂的问题。
本实用新型是这样实现的， 一种光纤电流差动保护装置，包括顺序连接的 辅控单元、模/数转换单元、控制单元和存储单元，所述光纤电流差动保护装置 还包括分别与所述控制单元连接的继电器输出单元和光纤接口 ，其特征在于，
所述控制单元包括
按照采样周期定时通过所述光纤接口发送计算得到的通信延迟时间的延迟 时间发送控制模块；
延迟时间计算模块，与所述延迟时间发送控制模块连接，接收到从采样方 收发间隔后确认主采样方收发间隔，并结合所述从采样方收发间隔重新计算通
采样方收发间隔的时间差，所述时间差小于所述釆样周期；以及
采样时间确定模块，与所迷延迟时间计算模块连接，接收到通信延迟时间 后，才艮据所述通信延迟时间、采样周期和接收到所述通信延迟时间的时刻确定 下一次的采样时刻，并通过所述光纤接口返回从采样方收发间隔，所述从采样 方收发间隔为接收到所述通信延迟时间与返回所述从采样方收发间隔的时间 差。
本实用新型的另 一 目的在于提供一种包含上述光纤电流差动保护装置的电 力保护设备。
在本实用新型实施例中，延迟时间计算模块通过主、从采样方收发时间间 隔确定通信延迟时间，采样时间确定^^莫块根据通信延迟时间、采样周期和接收 到通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，实现了 一种光纤电流差动保护 装置，不需要主、从采样方光纤电流差动保护装置间的时钟同步，可以在一个 采样周期内实现主、从采样方光纤电流差动保护装置采样数据的快速同步、实 现简单、硬件成本低。
图l是本实用新型实施例提供的光纤电流差动保护装置的结构图； 图2是本实用新型实施例提供的主、从采样方的光纤电流差动保护装置同 步示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图 及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例中，延迟时间计算模块通过主、从采样方收发时间间隔 确定通信延迟时间，采样时间确定模块根据通信延迟时间、采样周期和接收到 通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻。
图l示出了本实用新型实施例提供的光纤电流差动保护装置的结构，该光 纤差动保护装置适用于中低压线路，为了便于描述，仅示出了与本实用新型相 关的部分。该光纤电流差动保护装置包括顺序连接的辅控单元101、低通滤波
单元102、模/数转换单元103、控制单元104、存储单元105，继电器输出单元 106和光纤接口 107分别连接到控制单元104。
该装置可以用于为电力保护设备，可以作为独立的挂件集成到这些设备中 或者运行于这些设备的应用系统中。
其中，控制单元104包括
延迟时间发送控制模块1041，按照采样周期定时通过光纤接口 107发送计 算得到的通信延迟时间。
延迟时间计算模块1042，与延迟时间发送控制模块1041连接，接收到从 采样方收发间隔后确认主采样方收发间隔，并结合从采样方收发间隔重新计算 通信延迟时间。
采样时间确定模块1043,与延迟时间计算模块1042连接，接收到通信延迟时间后，根据通信延迟时间、采样周期和接收到该通信延迟时间的时刻确定
下一次的采样时刻，并通过光纤接口 107返回从采样方收发间隔。
在本实用新型实施例中，先确定好光纤电流差动保护装置的主、从关系， 即先确定好主采样方光纤电流差动保护装置和从采样方光纤电流差动保护装 置，主、从采样方光纤电流差动保护装置都按照存储的相同的采样周期进行采 样，并且要求主、从采样方光纤电流差动保护装置间通信的光纤满足主采样方 收发间隔小于采样周期。
控制单元104是光纤电流差动保护装置的核心，装载嵌入式软件、实现通 信功能、控制各种电路实现保护功能，可以采样嵌入式单片机实现，内置32K 以上的闪存(Flash)。
辅控单元101中的交流电路用于将现场电流互感器和电压互感器传递过来 的电流电压信号转换成可以被计算机采集的小信号，其电源部分采用高频开关 电源，输入为交流/直流IIOV或220V,输出为直流5V,为装置的其他模块提 供工作电源；低通滤波单元102滤除辅控单元101输入模拟量的高次谐波，以 提高保护的抗干扰能力；模/数转换单元103可以采用14位以上8通道250kHz 的数模转换器，与低通滤波单元102—起进行模拟量采集；存储单元105中的 动态随积4储器(Dynamic Random Access Memory ， DRAM)用于程序计算 和运行时调用等；继电器输出单元106采用光电隔离后的继电器输出，其空接 点与开关拒控制电路或信号电路连接，用于跳闸、合闸或告警等；光纤接口 107 采用专用单模或多模光纤，用于和线路对侧的光纤电流差动保护装置通信，交
换数据(包括通信延迟时间，主、从采样方收发间隔等)和实现采样同步。 当然，在对光纤电流差动保护装置的抗干扰要求不是4艮高的情况下，可以
省略低通滤波单元102，辅控单元101与才莫/数转换单元103连接。
以下结合附图2提供的的主、从采样方光纤电流差动保护装置同步示意图
对本本实用新型实施例进行进一步说明，v,、 tn、 tn+1、 U2为主采样方光纤电
流差动保护装置的采样时刻，tm-,、 tm、 tm+1、 、+2为从采样方光纤电流差动保护装置的采样时刻
主采样方按照采样周期T定时进行采样，并通过延迟时间发送控制模块 1041向从采样方发送计算得到的通信延迟时间。如图2所示，主采样方在tn进 行采样，并通过延迟时间发送控制模块1041向从采样方发送通信延迟时间tr。 从采样方的采样时间确定模块1043在W接收到主采样方发送的通信延迟时间 后，根据其接收到的通信延迟时间tr、采样周期T和接收到通信延迟时间的时 刻W确定下一次的采样时刻tm+1,即tm+1=tm,+T-tr，从采样方按照该确定的采 样时刻tmw进行下一次采样。并且，从采样方在W,通过光纤接口 107向主采样 方返回从采样方收发间隔tpl，该从采样方收发间隔tpl即为从采样方接收到主采
=tm，,-tm，。这样，主采样方的延迟时间计算模块1042在V接收到从采样方返回 的从采样方收发间隔tpl后，可以确定主采样方收发间隔tp2，该主采样方的收发 间隔tp2即为主采样方最近一次发送通信延迟时间与接收到从采样方收发间隔 的时间差，tp2 = tn,-tn。然后，主采样方的延迟时间计算模块1042再根据接收到
的从釆样方收发间隔tp,计算新的通信延迟时间tr, t,^1。其中，初始时主
采样方收发间隔tp2和从采样方收发间隔tp!均为0,所以主采样方第一次计算得 到的通信延迟时间tr为0,其第一次发送的通信延迟时间tr为0。
主、从采样方之间的通信延迟时间tr一经确定，几乎是一个常数，但是通 过检测这个参数的异动情况还可以监控主、从通道间的数据传输是否正常。
采用本实用新型实施例提供的上述光纤电流差动保护装置，只需要经过一 个采样周期T,就可以快速将主、从采样方光纤电流差动保护装置的采样时刻 同步，如图2所示，主采样方光纤电流差动保护装置的采样时刻tn与从采样方 光纤电流差动保护装置的采样时刻tm不一致，但是经过一个采样周期T的调整， 主采样方光纤电流差动保护装置的釆样时刻tn+1与从采样方光纤电流差动保护 装置的采样时刻Uw已经同步。从采样方光纤电流差动保护装置根据接收到的
通信延迟时间，不断递归，确定其下一次采样时刻，就能实现与主采样方光纤
8电流差动保护装置的采样同步。并且，通信延迟时间tr和从采样方收发间隔tpj 分别由主、从采样方光纤电流差动保护装置根据各自的时钟计算得到，为计算 这两个值，不需要主、从采样方光纤电流差动保护装置间的时钟同步。另外， 采用本实用新型实施例提供的方法，对实现硬件的晶振没有特殊要求，硬件成 本低。
进一步地，主采样方光纤电流差动保护装置发送通信延迟时间时，可以同 时发送其采样到的数据。从采样方光纤电流差动保护装置向主采样方光纤电流 差动保护装置返回从采样方收发间隔时，也可以同时返回其采样到的数据。另 外，主、从采样方光纤电流差动保护装置还可以根据实际需要同时发送需要的 另外一些数据。
当然，光纤电流差动保护装置还包括开关量输入单元、串口通信单元、显
示单元等，控制单元104装置的嵌入式软件还包括定时中断采集、数据采集处 理、信号采集处理、保护计算、保护逻辑、故障录波、事件记录、串口通信和 人机界面等。存储单元105还可以进一步包括铁电存储器(FRAM),保存定 值、保护动作信息和故障录波信息。但是，由于这些单元及软件与本实用新型 实施例无关，所以不——列出。
为了在主采样方光纤电流差动保护装置的采样周期改变后从采样方光纤电 流差动保护装置能保持与主采样方光纤电流差动保护装置的采样同步，作为本 实用新型的一个优选实施例，控制单元104还包括
采样周期获取模块1044,与延迟时间发送控制模块1041,获取当前的采样 周期。
延迟时间发送控制模块1041按照采样周期定时通过光纤接口 107发送计算 得到的通信延迟时间时，同时发送采样周期获取模块1044获取到的采样周期。 这样，采样时间确定才莫块1043接收到通信延迟时间后，根据接收到该通信延迟 时间的时刻、接收到的通信延迟时间和采样周期确定下一次的采样时刻。
为了根据实际情况自由确定光纤电流差动保护装置的主、从采样方，提高双方实现采样同步的灵活性，作为本实用新型的另一个优选实施例，控制单元
104还包括:
握手模块1045，与延迟时间发送控制模块1041，根据自由握手协议确定光 纤电流差动保护装置的主、从关系。
这里，握手请求方先发送握手请求，握手接受方收到握手请求后立即进行 确认，并将确认信息返回给握手请求方。握手请求方收到确认信息后认为握手 成功，然后再将确认结果发送给握手接受方。这样，发送握手请求的握手请求 方即为主釆样方光纤电流差动保护装置，接受握手请求的握手接受方即为从采 样方光纤电流差动保护装置。在握手成功后，主、从采样方光纤电流差动保护 装置才进行采样同步。
在本实用新型实施例中，延迟时间计算模块通过主、从采样方收发时间间
隔确定通信延迟时间，采样时间确定模块根据通信延迟时间、采样周期和接牧 到通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，实现了 一种光纤电流差动保护 装置，不需要主、从采样方光纤电流差动保护装置间的时钟同步，可以在一个 采样周期内实现主、从采样方光纤电流差动保护装置采样数据的快速同步、实 现简单、硬件成本低。
并且，通过主采样方的延迟时间发送控制模块发送采用周期，可以保证主 采样方的采样周期改变后从采样方能够保持与主采样方采样数据的同步。通过 握手模块确定光纤电流差动保护装置的主、从关系，不需要预先设置好主、从 采样方，可以提高双方实现采样同步的灵活性。
以上所述^f又为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型， 凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应 包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种光纤电流差动保护装置，包括顺序连接的辅控单元、模/数转换单元、控制单元和存储单元，所述光纤电流差动保护装置还包括分别与所述控制单元连接的继电器输出单元和光纤接口，其特征在于，所述控制单元包括按照采样周期定时通过所述光纤接口发送计算得到的通信延迟时间的延迟时间发送控制模块；延迟时间计算模块，与所述延迟时间发送控制模块连接，接收到从采样方收发间隔后确认主采样方收发间隔，并结合所述从采样方收发间隔重新计算通信延迟时间，所述主采样方收发间隔为发送所述通信延迟时间与接收到所述从采样方收发间隔的时间差，所述时间差小于所述采样周期；以及采样时间确定模块，与所述延迟时间计算模块连接，接收到通信延迟时间后，根据所述通信延迟时间、采样周期和接收到所述通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，并通过所述光纤接口返回从采样方收发间隔，所述从采样方收发间隔为接收到所述通信延迟时间与返回所述从采样方收发间隔的时间差。
2、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元为嵌入式单片机。
3、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述控制单元还包括 采样周期获取模块，与所述延迟时间发送控制模块连接，获取当前的采样周期，以使所述延迟时间发送控制模块在发送通信延迟时间时，同时发送获取 到的采样周期。
4、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述控制单元还包括 握手模块，与所述延迟时间发送控制模块连接，根据自由握手协议确定所述光纤电流差动保护装置的主、从关系。
5、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括低通滤波单元， 所迷辅控单元和模/数转换单元通过所述低通滤波单元连接。
6、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述光纤接口采用专用单模或多模光纤。
7、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述控制单 元连接的串口通信单元。
8、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述控制单 元连接的开关量输入单元。
9、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述控制单 元连接的显示单元。
10、 一种电力保护设备，其特征在于所述电力保护设备包含权利要求1 至9任一项所述光纤电流差动保护装置。
专利摘要本实用新型适用于电力系统自动化领域，提供了一种光纤电流差动保护装置及电力保护设备，所述光纤电流差动保护装置包括顺序连接的辅控单元、模/数转换单元、控制单元和存储单元，所述光纤电流差动保护装置还包括分别与所述控制单元连接的继电器输出单元和光纤接口，所述控制单元包括延迟时间发送控制模块、延迟时间计算模块和采样时间确定模块。在本实用新型中，延迟时间计算模块通过主、从采样方收发时间间隔确定通信延迟时间，采样时间确定模块根据通信延迟时间、采样周期和接收到通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，可以在一个采样周期内实现主、从采样方采样数据的快速同步、实现简单、硬件成本低。
文档编号G08C23/06GK201328003SQ20082023510
公开日2009年10月14日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者涛 万, 何立林, 刘洪波, 文湘辉, 曾幼松, 熊武辉, 鸿 郭, 高晨疑 申请人:深圳市中电电力技术有限公司