基于电压锁相网络化采样的母线保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电压锁相网络化采样的母线保护系统及方法，所述系统包括PT合并单元、若干间隔合并单元、交换机和母线保护装置；所述母线保护装置包括FPGA、报文处理器和保护处理器；所述方法包括以下步骤：实时记录每帧采样值报文到达时刻、采样值报文解析、各个合并单元采样值发送频率跟踪、网络传输额外延时误差测量、采样值插值同步和母线继电保护；本发明专利技术基于电压锁相网络化采样进行母线保护，采样值的输出都是由交换机输出，采样值报文输出统一，有利于电力系统故障分析，间隔合并单元的数量根据被保护母线的需求设置，数量设置灵活，工程实施灵活；同步逻辑与母线保护逻辑相对独立，适宜在多域内推广使用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，所述系统包括PT合并单元、若干间隔合并单元、交换机和母线保护装置；所述母线保护装置包括FPGA、报文处理器和保护处理器；所述方法包括以下步骤：实时记录每帧采样值报文到达时刻、采样值报文解析、各个合并单元采样值发送频率跟踪、网络传输额外延时误差测量、采样值插值同步和母线继电保护；本专利技术基于电压锁相网络化采样进行母线保护，采样值的输出都是由交换机输出，采样值报文输出统一，有利于电力系统故障分析，间隔合并单元的数量根据被保护母线的需求设置，数量设置灵活，工程实施灵活；同步逻辑与母线保护逻辑相对独立，适宜在多域内推广使用。【专利说明】
本专利技术属于电力系统智能变电站以及数字化变电站继电保护领域，涉及的是一种智能变电站以及数字化变电站采样值网络化传输的母线保护。
技术介绍
母线保护是电力系统中主要保护之一。母线的安全可靠运行直接影响发电厂和变电站供电的可靠性。随着数字化的大量应用，传统的电流、电压模拟量接入的母线保护已经不能满足智能变电站的继电保护技术要求。为了解决工程应用的迫切需求，国内外相继开发了一些适用于采样值数字化传输的母线保护，根据采样值同步方式，大致可以分为基于点对点传输的插值同步、基于时钟源同步脉冲的米样序号同步、基于IEEE1588对时的插值同步二种。基于点对点传输技术采用插值同步的母线保护，由于其采样值与故障录波或者网络分析仪等记录装置接收到的数据不是由同一发送端口输出，甚至是不同形式(IEC60044)，不利于电力系统故障分析，同时此形式对母线保护接收侧端口数量有要求，工程实施时不够灵活；根据国家电网公司最近发布的Q/GDW441-2010《智能变电站继电保护技术规范》文件规定，继电保护逻辑应不依赖于同步时钟，因此基于同步时钟的母线保护现阶段不适宜在国家电网公司区域内推广使用；基于IEEE1588对时的母线保护，其要求网络中的交换机支持IEEE1588协议，该技术一方面会增加变电站建设成本，另一方面，会增加网络带宽占用及接收侧装置网络数据接收负担。例如，CN101854054A公开了一种数字化变电站母线保护系统及其保护方法，该系统包括母线保护主站、母线保护子站、电子式互感器和智能终端，母线保护子站与母线保护主站数据连接，电子式互感器与母线保护主站数据连接，母线保护主站与智能终端通过光纤GOOSE网数据连接；母线保护主站根据接收到的母线保护子站传输的数字量和开入量或电子式互感器输出的数字量和GOOSE网开入量判断母线是否发生区内故障，如果发生区内故障则直接通过常规跳闸接点控制相关开关跳闸，也可通过发出控制信号到所述智能终端，智能终端根据该控制信号控制相关开关跳闸。该专利技术解决了常规设备接口和数字化设备接口并存的问题，实现了数字化改造过程中的母线保护全程投入。但是，该申请仍旧是保护主站与保护子站之间的传输的数字量和开关量或者电子式互感器输出的数字量，检测范围小，不适于在多区域推广，同时，也没有涉及到母线保护的同步问题。
技术实现思路
专利技术目的:网络化采样的母线保护不依赖同步信号而工作，一直是数字化母线保护的研究方向。基于电压锁相的网络化采样的母线保护，不仅能实现不依赖于同步时钟就可以起到对电力系统母线很好的保护作用，而且相对其他同步形式的母线保护，既降低了变电站建设成本，又减少了对保护装置和交换机资源的额外开销。其在智能变电站中的广泛应用，必将产生很大的社会效益和经济效益。本专利技术技术方案如下:基于电压锁相网络化采样的母线保护系统，包括PT合并单元、若干间隔合并单元、交换机和母线保护装置，PT合并单元与间隔合并单元相连接，PT合并单元、间隔合并单元均与交换机相连接，交换机与母线保护装置相连接。母线保护装置包括FPGA、报文处理器和保护处理器，FPGA、报文处理器和保护处理器依次顺序连接。FPGA用于承担数据链路层全部工作，进行以太网数据的收发控制；报文处理器用于采样值(SV)报文的解析，获取母线保护所需采样值数据；执行数字式相位锁定器算法，消除采样值(SV)报文传输抖动，完成对来自不同间隔合并单元的采样值数据插值同步；保护处理器用于母线继电器保护算法运算。报文处理器包括数字式相位锁定器、采样值报文解析器、相位修正模块和同步模块；数字式相位锁定器、采样值报文解析器、相位修正模块和同步模块依次顺序连接。数字式相位锁定器包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，鉴相器、环路滤波器和压控振荡器依次顺序相连接，压控振荡器的输出端与鉴相器的输入端相连接。FPGA控制以太网数据的收发控制包括目的地址过滤、网络风暴抑制、有效报文检测；目的地址过滤控制方法具体包括，FPGA根据装置cid文件订阅的接收端的有效地址列表生成hash表，当FPGA接收到的以太网数据目的地址不在有效地址列表中的报文，FPGA丢弃以太网数据；网络风暴抑制控制方法具体包括FPGA根据网络风暴报文的特点，自动过滤网络风暴报文，增强系统的鲁棒；有效报文检测控制方法包括长短帧排除和CRC校验错误报文排除。 基于电压锁相网络化采样的母线保护方法，包括以下步骤:S01，实时记录每帧采样值报文到达时刻:FPGA采集过程层网络的间隔合并单元的采样值(SV)数据，获取原始采样值报文，根据FPGA时钟节拍记录每帧报文相对整秒起始时刻的到达延时Θ Jt)；S02，采样值报文解析:FPGA将接收到的以太网采样值报文数据通过双口 RAM、并行外设接口(如EPP或者LVDS)进行全双工自动数据交换机制交互给报文处理器，报文处理器根据原始采样值报文的目的MAC地址，判断是否是第一次接收或者中断后再恢复的采样值报文，(其中通过检查报文中目的MAC地址是否已经存在接收列表确定是否第一次接收；通过检查同一目的MAC地址的连续两帧报文间隔时间是否超过3毫秒判断是否中断后再恢复)，如果不是第一次接收或者中断后再恢复的采样值报文，直接丢弃所述采样值报文，如果是第一次接收或者中断后再恢复的采样值报文，则根据原始采样值报文协议类型进行解析，获取报文样本计数值、首个通道相对报文首地址的偏移值，获取报文ASDU数目、ASDU长度及通道数目，依据所述偏移值、ASDU数目、ASDU长度，从报文中依次获得各原始采样值，最后根据目的MAC地址和样本计数值，将原始采样值存入相应数组；S03，各个合并单元采样值发送频率跟踪:报文处理器根据步骤SOl中间隔合并单元的数量，设立相同数量的数字式相位锁定器，所述数字式相位锁定器对输入采样值报文时标ejt)进行节拍锁定并消除抖动，得到输出采样值报文的时标为θ2α)，所述θ2α)为采样数据的到达时刻；其中数字式相位锁定器锁相过程包括以下步骤:时标θ jt)输入到鉴相器中，在数字式相位锁定器启动初始时，θ2(?) = 9 i(t);当0i(t)与θ2(?)失步时，鉴相器完成Q1U)与θ2α)的时间差值的计算；所述时间差值作为环路滤波器的输入量V1 (t)，环路滤波器进行低通滤波处理，输出量为V2(t) ；v2(t)作为压控振荡器的输入量，压控振荡器按ν2α)幅值的大小来确定跟踪调节步长，并在不超过k秒的时间内完成θ2α)的整个跟踪过程，k>0 ;较优地，k = I ; S04,网络传输额外延时误差测量:合并单元初次接本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于电压锁相网络化采样的母线保护系统，其特征在于，包括PT合并单元、若干间隔合并单元、交换机和母线保护装置，所述PT合并单元与间隔合并单元相连接，所述PT合并单元、间隔合并单元均与交换机相连接，所述交换机与母线保护装置相连接；所述母线保护装置包括FPGA、报文处理器和保护处理器，所述FPGA、报文处理器和保护处理器依次顺序连接；所述FPGA用于承担数据链路层全部工作，进行以太网数据的收发控制；所述报文处理器用于采样值报文的解析，获取母线保护所需采样值数据；执行数字式相位锁定器算法，消除采样值报文传输抖动，完成对来自不同间隔合并单元的采样值数据插值同步；所述保护处理器用于母线继电器保护算法运算。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩冰，汤汉松，郑发林，周东顶，刘斌，黄东山，武建卫，
申请(专利权)人：广西电网公司，
类型：发明
国别省市：广西;45