一种基于突变量的继电保护数据同步算法的制作方法

本发明涉及继电保护领域，特别是一种基于突变量的继电保护数据同步算法。

背景技术：

在电力系统发生故障时，各变电站测量故障前后各项电气量数据，并将数据传送至保护装置进行计算处理，一些保护装置需要收集多个变电站电气量采样值数据，以便实现继电保护和电网稳定控制等功能；数据在传送过程中，会在通讯数据链路中产生延时，而因通讯数据链路不同、路由改变、链路堵塞的原因，数据的链路延时会各不相同，所以，在不同测量点的采样值数据到达保护装置时，数据间会存在时间差而失去同步性，对于电力系统来说，数据间有时间差就等于存在相位差，保护装置在计算故障数据时会因此而产生较大误差，导致保护装置误动和拒动。

通常的数据同步方法包括北斗或gps卫星时间信号同步法、通道时钟校正法等，这些方法都要假定通道数据的链路固定且延时不变，然后确定各数据间的固定时差实现同步，一旦数据链路改变或失去同步，就必须重新进行同步操作，而如果此时系统发生故障，保护装置将因为数据失去同步而无法正确计算故障，势必导致保护拒动或误动。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于突变量的继电保护数据同步算法，根据电力系统短路故障采样数据波形突变特征，计算出各采样数据的故障突变时刻，并由此补偿其时间差，实现采样数据同步。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于突变量的继电保护数据同步算法，包括以下步骤：

步骤一，保护装置收集发生短路故障时各数据点的采样数据；

步骤二，分别计算各数据的突变量的故障突变时刻；

步骤三，根据数据的故障突变时刻，补偿各采集值之间的传输时间误差，实现故障数据序列同步；

步骤四，采用重新同步后的采样值计算故障后的差动电流和制动电流。

优选的，所述采样数据包括各相电压、电流、零序电压以及零序电流。

优选的，所述步骤三包括以下步骤：

若包含m端采样数据，在n时刻发生故障，保护装置实际接收到j端n时刻电流数据序列为ij(kj)，其数据传输延时为：

δtj＝kj-n(12)

通过计算各端数据突变量时刻，可计算所接受i端电流序列ii(ki)与ij(kj)的时间差，

δtji＝kj-ki(13)

序列ii(ki)滞后于ij(kj)的时间为δtji，补偿序列ii(ki)与ij(kj)的时间差δtji，得到新的i端电流序列ii(n+δtji)，同理计算其他各端电流补偿后电流序列，再与j端电流序列ij(kj)计算其差动电流：

本发明提供一种基于突变量的继电保护数据同步算法，通过计算各端电流序列的突变量时刻，补偿因传输链路延时导致的时间差，消除各端电流序列的附加相位误差，可使各端电流序列重新实现同步，保护装置能够正确地计算故障后的差动电流、判断故障区段，避免因数据传输链路延时误差导致保护装置错误动作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明突变量数据同步算法示意图。

具体实施方式

电气量突变量计算方法：

δfk＝|fk-fk-n|-|fk-n-fk-2n|(1)

其中，δfk，fk，fk-n，fk-2n分别是电压、电流采样值序列的突变量、k时刻采样值、k-n时刻采样值、k-2n时刻采样值。

多端纵联差动保护计算保护区域各支路的差动电流id与制动电流ir为：

其中，ij是支路j电流。

在系统正常运行和区外故障时，理想条件下的差动电流值为0，实际值为测量误差等因素带来的不平衡电流，而制动电流较大；在系统发生区内故障时，差动电流值为各支路提供的故障电流之和，其值较大，保护应满足动作方程，可靠动作：

其中，kr是制动系数，iop是启动电流。

多端纵联差动保护运用光纤网络传递采样信号，信号在光纤中的传播速度约为真空中光速的2/3,信号延时约为5μs/km，而信号在转换、加工、中继及交换机等环节中还要产生附加延时。

对于需要采集大范围多点数据的多端纵联差动保护，因数据链路距离远、通讯堵塞、数据丢包、路由切换等原因，来自各支路的采样数据容易失去同步而产生相位差，数据间的延时时间差与相位差的关系为：

正常运行或区外故障时，两个大小为im电流向量因延时误差产生的相位误差不平衡差动电流和制动电流为：

动作方程：

区内故障时，延时误差也会给差动电流计算带来误差，差动电流和制动电流为：

动作方程：

对于双端线路，若差动电流id与制动电流ir为：

那么，区外、区内故障时的实际动作方程为：

由于正切函数值大于正弦，采用此动作方程在区外故障时更容易误动作。

如图1所示，一种基于突变量的继电保护数据同步算法，包括以下步骤：

步骤一，保护装置收集发生短路故障时各数据点的采样数据；

步骤二，分别计算各数据的突变量的故障突变时刻；

步骤三，根据数据的故障突变时刻，补偿各采集值之间的传输时间误差，实现故障数据序列同步；

步骤四，采用重新同步后的采样值计算故障后的差动电流和制动电流。

优选的，所述采样数据包括各相电压、电流、零序电压以及零序电流。

优选的，所述步骤三包括以下步骤：

若包含m端采样数据，在n时刻发生故障，保护装置实际接收到j端n时刻电流数据序列为ij(kj)，其数据传输延时为：

δtj＝kj-n(12)

通过计算各端数据突变量时刻，可计算所接受i端电流序列ii(ki)与ij(kj)的时间差，如图2(a)所示：

δtji＝kj-ki(13)

序列ii(ki)滞后于ij(kj)的时间为δtji，补偿序列ii(ki)与ij(kj)的时间差δtji，得到新的i端电流序列ii(ki+δtji)，同理计算其他各端电流补偿后电流序列，再与j端电流序列，再与j端电流序列ij(kj)计算其差动电流：

如图2(b)所示，ii(ki+δtji)为经过电流突变量时刻补偿各侧传输时间误差后的其他侧电流采样值，其实现数据重新同步后，可与本侧电流采样值ij(kj)进行差动电流和制动电流计算。

多端纵联差动、广域差动等原理的保护需采集多端采样数据进行故障区间判断，各端数据传输链路距离远、环节多、路由不同，在数据传输过程中，可能因数据风暴而发生链路阻塞和自愈性重构，因此，各端数据的传输会有较大延时，且具有一定不确定性，会导致保护装置接收的采样数据间出现较大延时误差而产生相位差，差动电流计算产生较大误差，在系统中发生短路故障时，保护装置无法正确判断故障区间而错误动作。

对于超高压、特高压系统来说，其输电距离长、数据通讯量大、数据链路复杂，构成多端纵联差动原理保护的端点和正常的通讯链路是固定的，而构成广域差动原理保护的端点和正常的通讯链路可能都不是固定的，各端采样数据间出现较大延时误差的可能性更高，保护装置不能而错误动作的可能性也更高。

本文提出的多端纵联差动保护突变量数据同步算法，利用故障电流采样数据的突变时刻，实现失去同步性的各端采样数据的重新同步，保证保护装置对故障区间的正确判断，提高多端纵联差动保护、广域差动保护的可靠性，经过原理分析和仿真验证，证明了该算法的正确性和有效性。

本发明就突变量数据同步算法应用于基于稳态分量的多端纵联差动原理保护进行了分析和验证，对于基于采样值、暂态分量纵联差动保护，该算法也同样适用，对于基于广域信息的广域差动原理保护、远程备用保护中心，运用突变量数据同步算法或其他数据同步算法，对保证保护动作的可靠性更加至关重要。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。