基于5G通信的纵联差动保护系统及方法与流程

本发明属于继电保护，特别涉及一种基于5g通信的纵联差动保护系统及方法。

背景技术：

1、近年来，随着光纤通信技术的发展，光纤纵联保护成为了当前主流的纵联差动保护方式。纵联电流差动保护其理论基础是基尔霍夫电流定律，纵联差动保护两侧终端都通过通信方式将本端的电气测量数据发送给对侧，同时接收对侧发送的数据并加以比较，判断故障位置是否在保护范围内，并决定是否启动将故障切除。纵联差动保护充分利用通信方式扩大信息采集范围，具有灵敏可靠、选择性好、动作快等优点，且能适应各种复杂的故障运行状态，有效提升电网保护水平。

2、目前线路差动保护的光纤通道存在如下问题，纵联差动两端距离长、布线困难、组网复杂成本高；通道全程涉及多个光电转换接口设备，故障率高，排查复杂，维护困难，在光纤通道异常时，纵联差动保护失效，无法实现全线速动。本发明提出一种基于5g通信的纵联差动保护装置及其方法，针对性解决光纤纵联保护存在的铺设成本高、组网困难及维护复杂的问题。

3、为了解决光纤通信的弊端，可以采用无线通信的方式，无线通信具有建设成本低、施工难度小、扩展灵活的特点，相对于有线通信来说有巨大的优势。作为新一代无线通信技术，5g通信具有高带宽、高可靠、低时延等优点，为电力系统建立无线通信提供了技术基础。基于5g通信网络，各设备之间取消了光纤通道，在理论上，各设备之间可以任意建立通信连接，从而可大幅简化在配电网各设备之间的通信链接，可以强化主保护，提升保护可靠性。但是另一方面，相比光纤通信，5g通信保护装置每月将产生高达500gb的数据流量，流量开销大、通信资费偏高，为5g差动保护大面积推广应用带来了一定的困难。

技术实现思路

1、鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的基于5g通信的纵联差动保护系统及方法，克服现有技术中所存在的光纤纵联保护存在的铺设成本高、组网困难及维护复杂的问题，提供一种可靠性更高、保护动作速度更快、流量需求低的基于5g通信的纵联差动保护系统及方法，提升纵联保护装置使用维护的经济适用性性和安全可靠性。

2、为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

3、一种基于5g通信的纵联差动保护系统，包括纵联差动保护单元、cpe单元和5g通信网络，纵联差动保护单元与cpe单元之间通过5g通信网络无线通信连接；纵联差动保护单元包括开关量采样模块、模拟量采样模块、出口模块、含对时功能的cpu模块、通信模块和母板总线模块；

4、所述的开关量采样模块用于实时采集包括开关站断路器和隔刀在内的一次电力设备位置状态信息；

5、所述的模拟量采样模块用于实时采集包括开关站断路器和隔刀在内的一次电力设备线路电流和电压模拟量数据；

6、通信模块用于接收线路电流、电压数据、远传及远跳数据，将线路电流、电压数据、远传及远跳数据传输给所述cpe单元，并用于接收cpe单元互传后的线路电流、电压数据、远传及远跳数据，实时监测差流值和差动允许信号。

7、优选的方案中，所述的cpu模块用于接收北斗、gps对时信号，实现运算数据时标同步，同时对采样模块采集的数据通过主运算程序进行逻辑分析和运算处理，主运算程序检测到系统故障后，向出口模块发出命令，经出口模块继电器节点驱动包括一次断路器在内的设备跳闸。

8、优选的方案中，所述的cpe单元用于接收线路电流、电压数据，并将线路电流、电压数据进行互传。

9、优选的方案中，所述的纵联差动保护系统的工作方法，包括以下步骤：

10、步骤1：设备上电，纵联差动保护系统两侧的纵联差动保护单元通过cpe单元，接入5g通信网络，建立通信链接；

11、步骤2：纵联差动保护单元根据就地采集电压和电流数据，实时进行主程序运算，保护单元主程序分为正常运行程序和故障计算程序：正常运行程序完成包括系统无故障情况下的状态监视、数据预处理在内的辅助功能；整组启动后进入故障计算程序，进行各种保护的算法计算、跳闸逻辑判断；

12、步骤3：当电力系统线路工作正常时，两侧的5g纵联差动保护单元采用非实时通信模式传输数据，用于维系通道正常建链保持和差动保护正常运行期间检测逻辑所需的相应数据；

13、步骤4：当电力系统线路发生系统扰动或者故障时，本侧的5g纵联差动保护单元相应的启动元件启动，5g纵联差动保护单元进行保护元件计算，并切换至实时通信模式传输数据，通过5g通信回路传输差动允许信号和通信模式置标志位；对侧的5g纵联差动保护单元收到5g差动允许信号和通信模式置标志位后立即进入实时通信模式传输数据，回传动允许信号和通信模式置标志位；

14、步骤5：当系统扰动或故障消失，本侧和对侧的5g纵联差动保护单元故障元件均停止启动，保护单元退出故障计算程序程序，并停止差动允许信号和通信模式置标志位，两侧保护单元进入正常运行程序，采用非实时通信模式传输数据。

15、优选地，步骤1中，选择5g纵联差动保护单元中的通信模块多个网口中的任一口作为5g数据接口，支持点对点的 udp/ip 报文通讯。

16、优选地，步骤2中，通过通信参数中的5g数据网口号参数指定，将通信模块5g数据网口同cpe单元相连，并通过通讯参数中的包括5g网口收发ip地址、mac地址、appid 在内的参数配置信息绑定，拒绝无关设备接入。

17、本专利可达到以下有益效果：

18、1.运用5g通信技术实现保护通信业务的随需接入和灵活组网，解决了光纤铺设成本过高、光纤通信链路维护困难的不足。

19、2 .通过通信加密设计，保障了站间数据私密传输，防止信息泄露，同时也保障了核心网的安全运行并阻止了非法入侵。

20、3 .采用保护单元主程序分为正常运行程序和故障计算程序优化算法，能够有效降低通信数据量消耗，节省大量通讯资费。

技术特征：

1.一种基于5g通信的纵联差动保护系统，其特征在于：包括纵联差动保护单元、cpe单元和5g通信网络，纵联差动保护单元与cpe单元之间通过5g通信网络无线通信连接；纵联差动保护单元包括开关量采样模块、模拟量采样模块、出口模块、含对时功能的cpu模块、通信模块和母板总线模块；

2.根据权利要求1所述的基于5g通信的纵联差动保护系统，其特征在于：cpu模块用于接收北斗、gps对时信号，实现运算数据时标同步，同时对采样模块采集的数据通过主运算程序进行逻辑分析和运算处理，主运算程序检测到系统故障后，向出口模块发出命令，经出口模块继电器节点驱动包括一次断路器在内的设备跳闸。

3.根据权利要求1所述的基于5g通信的纵联差动保护系统，其特征在于：cpe单元用于接收线路电流、电压数据，并将线路电流、电压数据进行互传。

4.根据权利要求1所述的基于5g通信的纵联差动保护系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的基于5g通信的纵联差动保护系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1中，选择5g纵联差动保护单元中的通信模块多个网口中的任一口作为5g数据接口，支持点对点的 udp/ip 报文通讯。

6.根据权利要求1所述的基于5g通信的纵联差动保护系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：步骤2中，通过通信参数中的5g数据网口号参数指定，将通信模块5g数据网口同cpe单元相连，并通过通讯参数中的包括5g网口收发ip地址、mac地址、appid 在内的参数配置信息绑定，拒绝无关设备接入。

技术总结
一种基于5G通信的纵联差动保护系统及方法，包括纵联差动保护单元、CPE单元和5G通信网络，纵联差动保护单元与CPE单元之间通过5G通信网络无线通信连接；纵联差动保护单元包括开关量采样模块、模拟量采样模块、出口模块、含对时功能的CPU模块、通信模块和母板总线模块。本发明克服现有技术中所存在的光纤纵联保护存在的铺设成本高、组网困难及维护复杂的问题，提供一种可靠性更高、保护动作速度更快、流量需求低的基于5G通信的纵联差动保护系统及方法，提升纵联保护装置使用维护的经济适用性性和安全可靠性。

技术研发人员：黄福强,李圳培,杨澜,周国军,张舸,肖江滔,侯小虎,郭文,杨海
受保护的技术使用者：中国长江电力股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13