本发明涉及电网保护领域，特别是涉及一种电网差动保护方法及系统。
背景技术：
随着国家配电网的不断发展及配网自动化程度的不断提升，对供电的可靠性要求也越来越高。供电的可靠性是衡量供配电质量的一个重要指标，衡量供配电可靠性的指标，一般以全年平均供电时间占全年时间的百分数来表示，例如，全年时间为8760小时，用户全年平均停电时间87.6小时，即停电时间占全年的1％，则供电可靠性为99％。
配网自动化的各种智能测控、保护装置是提高供电可靠性的重要保障，特别是配电网中的故障隔离及供电自恢复功能，而光纤差动保护技术及其装置在电力系统10kv中压系统配网中，对配电网故障的快速隔离，具有其它智能装置不可比拟的优势，且国内已经初步具备实施条件，目前在南方电网的部分区域已开始规划实施。
光纤差动保护的实现方式：线路差动保护通常指输电线的纵联保护，就是用光纤通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量(电流、功率的方向等)传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。但是，现有技术中，输电线路的差动保护实现机理复杂，对网络传输设备的可靠性要求高。此外，数据的同步采样需消除网络通信的通信延时，影响着故障判断的准确度。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种电网差动保护方法及系统，具有实现方式简便和故障判断准确度高的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种电网差动保护方法，所述方法包括：
同步首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻，所述首端差动保护装置和所述末端差动保护装置分别安装于管辖区段线路的两端；
首端差动保护装置从所述采样时刻开始，以第一设定时间间隔采集所述首端差动保护装置安装处管辖区段线路的电流，记为首端采样电流，所述首端采样电流包括电流的幅值大小和功率方向；
首端差动保护装置将所述首端采样电流发送至所述末端差动保护装置；
末端差动保护装置从所述采样时刻开始，以所述第一设定时间间隔采集所述末端差动保护装置安装处管辖区段线路的电流，记为末端采样电流，所述末端采样电流包括电流的幅值大小和功率方向；
末端差动保护装置将所述末端采样电流发送至所述首端差动保护装置；
首端差动保护装置根据所述首端采样电流和所述末端采样电流确定所述管辖区段线路是否发生故障；
末端差动保护装置根据所述首端采样电流和所述末端采样电流确定所述管辖区段线路是否发生故障。
可选的，所述方法还包括：
每隔第二设定时间间隔同步一次所述首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻。
可选的，所述同步首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻，具体包括：
首端差动保护装置向末端差动保护装置发送同步指令；
末端差动保护装置接收到所述同步指令后，开放pca中断；
首端差动保护装置将同步脉冲发送至所述末端差动保护装置的pca中断引脚上产生中断，对采样时刻进行同步。
可选的，在所述首端差动保护装置将所述首端采样电流发送至所述末端差动保护装置之前，还包括：
采用窗口递推傅式算法，计算所述首端采样电流的实部和虚部，并打上采样点编号；
在所述末端差动保护装置将所述末端采样电流发送至所述首端差动保护装置之前，还包括：
采用窗口递推傅式算法，计算所述末端采样电流的实部和虚部，并打上采样点编号。
可选的，所述根据所述首端采样电流和所述末端采样电流确定所述管辖区段线路是否发生故障，具体包括：
计算同一时刻的所述首端采样电流和所述末端采样电流之间的差电流；
判断所述差电流是否超出设定值；
如果是，则所述管辖区段线路发生故障。
本发明还提供了一种电网差动保护系统，所述系统包括：
同步单元，用于同步首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻，所述首端差动保护装置和所述末端差动保护装置分别安装于管辖区段线路的两端；
首端采样单元，用于首端差动保护装置从所述采样时刻开始，以第一设定时间间隔采集所述首端差动保护装置安装处管辖区段线路的电流，记为首端采样电流，所述首端采样电流包括电流的幅值大小和功率方向；
首端发送单元，用于首端差动保护装置将所述首端采样电流发送至所述末端差动保护装置；
末端采样单元，用于末端差动保护装置从所述采样时刻开始，以所述第一设定时间间隔采集所述末端差动保护装置安装处管辖区段线路的电流，记为末端采样电流，所述末端采样电流包括电流的幅值大小和功率方向；
末端发送单元，用于末端差动保护装置将所述末端采样电流发送至所述首端差动保护装置；
首端故障确定单元，用于首端差动保护装置根据所述首端采样电流和所述末端采样电流判断所述管辖区段线路是否发生故障；
末端故障确定单元，用于末端差动保护装置根据所述首端采样电流和所述末端采样电流判断所述管辖区段线路是否发生故障。
可选的，所述系统还包括：
采样时刻修正单元，用于每隔第二设定时间间隔同步一次所述首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻。
可选的，所述同步单元具体包括：
指令发送子单元，用于首端差动保护装置向末端差动保护装置发送同步指令；
中断开放子单元，用于末端差动保护装置接收到所述同步指令后，开放pca中断；
采样时刻同步子单元，用于首端差动保护装置将同步脉冲发送至所述末端差动保护装置的pca中断引脚上产生中断，对采样时刻进行同步。
可选的，所述系统还包括：
首端采样电流处理单元，用于采用窗口递推傅式算法，计算所述首端采样电流的实部和虚部，并打上采样点编号；
末端采样电流处理单元，用于采用窗口递推傅式算法，计算所述末端采样电流的实部和虚部，并打上采样点编号。
可选的，所述首端故障确定单元，具体包括：
首端差电流计算子单元，用于计算同一时刻的所述首端采样电流和所述末端采样电流之间的差电流；
首端差电流判断子单元，用于判断所述差电流是否超出设定值；
首端故障确定子单元，用于在所述差电流超出设定值时，确定所述管辖区段线路发生故障；
所述末端故障确定单元，具体包括：
末端差电流计算子单元，用于计算同一时刻的所述首端采样电流和所述末端采样电流之间的差电流；
末端差电流判断子单元，用于判断所述差电流是否超出设定值；
末端故障确定子单元，用于在所述差电流超出设定值时，确定所述管辖区段线路发生故障。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的电网差动保护方法及系统对管辖区段线路的两端的差动保护装置的数据采样进行了同步，而且，每隔设定时长对管辖区段线路两端的差动保护装置的采样时刻的同步性进行修正，实现机理简单。数据采样的同步采用同步指令+同步脉冲的方式，可以有效保证两端设备同步启动采样，极大地优化了数据同步机制。数据采样的修正采用修正指令+修正脉冲的方式传，可以有效保证两端设备在长时间运行过程中数据采样的同步性。此外，采样数据的计算采用窗口递推傅式算法，反映了同一时刻两端电流的幅值大小和功率方向，数据的传输方式采用传输电流值的实部和虚部方式，极大地降低了两端数据的传输容量，减小了数据传输出错的几率，提高了数据通信的稳定性和可靠，进而，提高了故障判断的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例电网差动保护方法流程图；
图2为本发明实施例首端差动保护装置和末端差动保护装置的信息传输示意图；
图3为本发明实施例定时中断采样示意图；
图4为本发明实施例采样时刻漂移示意图；
图5为本发明实施例采样时刻修正示意图；
图6为本发明实施例电网差动保护系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种电网差动保护方法及系统，具有实现方式简便和故障判断准确度高的特点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例电网差动保护方法流程图，如图1所示，本发明提供的电网差动保护方法步骤具体如下：
步骤101：同步首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻，所述首端差动保护装置和所述末端差动保护装置分别安装于管辖区段线路的两端，所述管辖区段线路是指输电线路中的一段线路，差动保护装置安装在该段线路两端的配电房中；
步骤102：首端差动保护装置从所述采样时刻开始，以第一设定时间间隔采集所述首端差动保护装置安装处管辖区段线路的电流，记为首端采样电流，所述首端采样电流包括电流的幅值大小和功率方向；
步骤103：首端差动保护装置将所述首端采样电流发送至所述末端差动保护装置；
步骤104：末端差动保护装置从所述采样时刻开始，以所述第一设定时间间隔采集所述末端差动保护装置安装处管辖区段线路的电流，记为末端采样电流，所述末端采样电流包括电流的幅值大小和功率方向；
步骤105：末端差动保护装置将所述末端采样电流发送至所述首端差动保护装置；
步骤106：首端差动保护装置根据所述首端采样电流和所述末端采样电流确定所述管辖区段线路是否发生故障；
步骤107：末端差动保护装置根据所述首端采样电流和所述末端采样电流确定所述管辖区段线路是否发生故障。
所述方法还包括：
每隔第二设定时间间隔同步一次所述首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻。
在所述首端差动保护装置将所述首端采样电流发送至所述末端差动保护装置之前，还包括：
采用窗口递推傅式算法，计算所述首端采样电流的实部和虚部，并打上采样点编号；
在所述末端差动保护装置将所述末端采样电流发送至所述首端差动保护装置之前，还包括：
采用窗口递推傅式算法，计算所述末端采样电流的实部和虚部，并打上采样点编号。
其中，步骤101具体包括：
首端差动保护装置向末端差动保护装置发送同步指令；
末端差动保护装置接收到所述同步指令后，开放pca中断；
首端差动保护装置将同步脉冲发送至所述末端差动保护装置的pca中断引脚上产生中断，对采样时刻进行同步。
所述根据所述首端采样电流和所述末端采样电流确定所述管辖区段线路是否发生故障，具体包括：
计算同一时刻的所述首端采样电流和所述末端采样电流之间的差电流；
判断所述差电流是否超出设定值；
如果是，则所述管辖区段线路发生故障。
基波频率为50赫兹的三相电流模拟信号(ia/ib/ic)通过多通道模数转换器进行模数转换，首端差动保护装置(末端差动保护装置)的主控制器通过spi总线获取模数转换数据进行计算，同时主控制器通过1x9光收发器接收来自对端的三相电流数据，将本机采样得到的三相电流数据和来自对端的三相电流数据构成分相式差动保护。主控制器通过高精度温补型时钟芯片获取实时时钟，并将产生的soe事件存储到spi接口的铁电存储器中。主控制器通过1x9光收发器将本机的三相电流数据发送到对端。主控制器的脉冲发送端口和发射端口相与后连接到1x9光收发器的发射端，主控制器的接收端与中断端口引脚连接后再与1x9光收发器的接收端连接。
首端差动保护装置为数据采样同步的发起者；末端差动保护装置数据采样被同步。全双工通信，信息传输方向如图2所示。
1x9光收发器的发射端和接收端为ttl电平，可与主控制器的异步收发器直接连接。
首端差动保护装置的主控制器的信息发射端口用于发送数据，当发送数据时，脉冲发送端口设置为高电平状态；主控制器的脉冲发送端口发送脉冲，用于数据采样的同步和数据采样修正，下文称同步脉冲或修正脉冲。在发送同步脉冲或修正脉冲时，信息发射端口处于高电平状态。脉冲的发送属于首端差动保护装置的权限。
pca中断属于末端差动保护装置的权限，pca中断的触发方式设置为沿触发。末端差动保护装置的接收端在正常接收数据的状态下，pca中断被屏蔽；在接收同步脉冲的时候，pca中断被开放。首端差动保护装置的pca中断一直处于屏蔽状态。
数据采样同步的过程分为以下几个部分：
数据采样同步：数据采样同步主要是同步数据采样的起始时间，由首端差动保护装置发起，确保首端差动保护装置和末端差动保护装置在同一时刻启动采样。同步过程:首端差动保护装置首先通过信息发射端口发同步指令，通知末端差动保护装置准备同步采样时刻；末端差动保护装置收到同步指令后开放pca中断，准备接收同步脉冲。然后首端差动保护装置通过脉冲发送端口发同步脉冲，同步脉冲通过光纤传输到在末端差动保护装置的pca引脚上产生中断，末端差动保护装置即时启动模拟量的采样。
数据采样修正：数据采样修正是在数据同步完成以后，在接下来长时间采样过程中穿插执行本操作。目的：由于首端差动保护装置和末端差动保护装置的主控制器晶振虽然振荡频率理论上一致，但在长时间的运行过程中，由于器件的差异，肯定会存在时间累积误差，数据采样修正就是为了消除此误差而设计。修正过程:首端差动保护装置首先通过信息发射端口发修正指令，通知末端差动保护装置准备修正采样时刻；末端差动保护装置收到修正指令后开放pca中断，准备接收修正脉冲。然后首端差动保护装置通过脉冲发送端口发修正脉冲，修正脉冲通过光纤传输到在末端差动保护装置的pca引脚上产生中断，末端差动保护装置即时修正模拟量的采样时刻。
数据计算：本发明方案的数据计算采用窗口递推傅式算法，计算出模拟量的实部和虚部。首端差动保护装置和末端差动保护装置在同一时刻采用此时刻之前整一周波的采样点进行傅式计算。
数据传输：数据的传输量为三个模拟量(ia/ib/ic)实部和虚部，同时打上采样点编号，便于对端核对数据的同一性，有效防止数据的错位传输。
数据采样的失步再同步：考虑到装置在运行过程中，由于某种因素(如强电磁干扰等)造成数据采样的失步而设计的据采样的失步再同步。同步过程同上文所述。
数据采样的修正方式及过程：数据采样采用等时间间距启动a/d转换，对模拟量进行离散。以一个周波24点采样为例进行说明：
采用定时中断方式进行采样：一个周波24点的定时时间为20ms/24＝833.33us，即每833.33us定时进入中断启动1次a/d转换，体现在时间轴上采样时刻方波图如图3所示，图3中t1＝t2＝…t24＝833.33us。假定首端差动保护装置和末端差动保护装置的主控制器和晶振性能参数完全一致，则两端采样经过同步采样起始时刻，可以实现两端的采样时刻图在时间轴上完全吻合，但首端差动保护装置和末端差动保护装置的主控制器和晶振性能参数不可能制造得完全一致，实际运行过程中会出现采样时刻的漂移，如图4所示，这种漂移如果不加以修正，首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻方波图的方波将会出现首先是逐步错位，然后是重合，循环往复，两端的采样数据失去同步。
本发明数据采样修正方法：以首端差动保护装置的数据采样时刻图为标准，末端差动保护装置的数据采样时刻被修正，如图5所示。修正过程如下：末端差动保护装置接收到采样修正命令后，开放pca中断；末端差动保护装置接收到采样修正脉冲产生pca中断，在中断服务程序中修改下一点的采样中断产生时时间。1个周波修正两次，可以有效保证数据同步。
本发明提供的电网差动保护方法对管辖区段线路的两端的差动保护装置的数据采样进行了同步，而且，每隔设定时长对管辖区段线路两端的差动保护装置的采样时刻的同步性进行修正，实现机理简单。数据采样的同步采用同步指令+同步脉冲的方式，可以有效保证两端设备同步启动采样，极大地优化了数据同步机制。数据采样的修正采用修正指令+修正脉冲的方式传，可以有效保证两端设备在长时间运行过程中数据采样的同步性。此外，采样数据的计算采用窗口递推傅式算法，反映了同一时刻两端电流的幅值大小和功率方向，数据的传输方式采用传输电流值的实部和虚部方式，极大地降低了两端数据的传输容量，减小了数据传输出错的几率，提高了数据通信的稳定性和可靠，进而，提高了故障判断的准确度。
本发明还提供了一种电网差动保护系统，图6为本发明实施例电网差动保护系统结构示意图，如6图所示，所述系统包括：
同步单元601，用于同步首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻，所述首端差动保护装置和所述末端差动保护装置分别安装于管辖区段线路的两端，所述管辖区段线路是指输电线路中的一段线路，差动保护装置安装在该段线路两端的配电房中；
首端采样单元602，用于首端差动保护装置从所述采样时刻开始，以第一设定时间间隔采集所述首端差动保护装置安装处管辖区段线路的电流，记为首端采样电流，所述首端采样电流包括电流的幅值大小和功率方向；
首端发送单元603，用于首端差动保护装置将所述首端采样电流发送至所述末端差动保护装置；
末端采样单元604，用于末端差动保护装置从所述采样时刻开始，以所述第一设定时间间隔采集所述末端差动保护装置安装处管辖区段线路的电流，记为末端采样电流，所述末端采样电流包括电流的幅值大小和功率方向；
末端发送单元605，用于末端差动保护装置将所述末端采样电流发送至所述首端差动保护装置；
首端故障确定单元606，用于首端差动保护装置根据所述首端采样电流和所述末端采样电流判断所述管辖区段线路是否发生故障；
末端故障确定单元607，用于末端差动保护装置根据所述首端采样电流和所述末端采样电流判断所述管辖区段线路是否发生故障。
所述系统还包括：
采样时刻修正单元，用于每隔第二设定时间间隔同步一次所述首端差动保护装置和末端差动保护装置的采样时刻。
首端采样电流处理单元，用于采用窗口递推傅式算法，计算所述首端采样电流的实部和虚部，并打上采样点编号；
末端采样电流处理单元，用于采用窗口递推傅式算法，计算所述末端采样电流的实部和虚部，并打上采样点编号。
其中，同步单元具体包括：
指令发送子单元，用于首端差动保护装置向末端差动保护装置发送同步指令；
中断开放子单元，用于末端差动保护装置接收到所述同步指令后，开放pca中断；
采样时刻同步子单元，用于首端差动保护装置将同步脉冲发送至所述末端差动保护装置的pca中断引脚上产生中断，对采样时刻进行同步。
所述首端故障确定单元，具体包括：
首端差电流计算子单元，用于计算同一时刻的所述首端采样电流和所述末端采样电流之间的差电流；
首端差电流判断子单元，用于判断所述差电流是否超出设定值；
首端故障确定子单元，用于在所述差电流超出设定值时，确定所述管辖区段线路发生故障；
所述末端故障确定单元，具体包括：
末端差电流计算子单元，用于计算同一时刻的所述首端采样电流和所述末端采样电流之间的差电流；
末端差电流判断子单元，用于判断所述差电流是否超出设定值；
末端故障确定子单元，用于在所述差电流超出设定值时，确定所述管辖区段线路发生故障。
本发明提供的电网差动保护系统对管辖区段线路的两端的差动保护装置的数据采样进行了同步，而且，每隔设定时长对管辖区段线路两端的差动保护装置的采样时刻的同步性进行修正，实现机理简单。数据采样的同步采用同步指令+同步脉冲的方式，可以有效保证两端设备同步启动采样，极大地优化了数据同步机制。数据采样的修正采用修正指令+修正脉冲的方式传，可以有效保证两端设备在长时间运行过程中数据采样的同步性。此外，采样数据的计算采用窗口递推傅式算法，反映了同一时刻两端电流的幅值大小和功率方向，数据的传输方式采用传输电流值的实部和虚部方式，极大地降低了两端数据的传输容量，减小了数据传输出错的几率，提高了数据通信的稳定性和可靠，进而，提高了故障判断的准确度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。