一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法与装置，本端差动保护装置采集本端的三相相电流，并根据预设时间间隔与配网线路中的其他差动保护装置相互发送包含所述三相相电流的心跳报文；基于相电流突变量或零负序分量特性判断系统是否存在故障，若存在故障则向其他差动保护装置发送DTW启动报文；若判断系统存在故障或收到其他差动保护装置的DTW启动报文，则计算本端的DTW值，根据DTW值判断是否执行差动保护动作；其中，各端差动保护装置均与北斗/GPS授时的5G基站通讯连接，接收并根据5G基站下发的时钟信号进行时钟同步，进而对接收到的各个报文进行时序对齐；构建了差动保护方法，避免时钟授时失步、传输时延和抖动带来的影响。动带来的影响。动带来的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法与装置


[0001]本专利技术涉及差动保护
，特别涉及一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法与装置。

技术介绍

[0002]基于光纤通道的纵联电流差动保护具有良好的选择性、速动性和灵敏性，抗过渡电阻能力强，不受系统方式潮流影响，整定简单，能够快速准确定位和隔离故障，有利于配电网可靠运行。但是光纤通道建设存在周期长、成本高、难度大、通道利用率低等缺点，影响了差动保护在配电网的推广和应用。
[0003]5G通信拥有高带宽、高密度连接、高可靠性、低延时、低功耗等特性，其包含多个通信频段，其中6GHz以下的频段多用于广域连接，支撑物联网发展，24～100GHz则主要支持超高速通信。5G通信系统主要由核心网、宏基站和微基站3个部分组成。核心网是通信系统的“大脑”，负责系统的控制和信息数据的传递，将不同端口的呼叫或数据请求接续到对应网络上。宏基站则是通信系统的“中枢神经”，通过光纤或微波与核心网相连，并通过无线通信将信息传递至对应不同区域的宏基站、微基站和用户。宏基站发射功率大，覆盖半径广。其单载波发射功率一般大于10W，覆盖半径通常为200m以上。微基站则是通信系统的“末梢神经”，是小型基站的统称，在4G通信时代开始逐渐应用。微基站发射功率低，覆盖半径小，大量微基站的协同覆盖能够保证各区域信号强度，提高无线连接密度。
[0004]传统配电网主要为单端电源辐射式供电，通常采用三段式电流保护原理，各级保护之间是利用定值和时限配合保证选择性国，存在整定不易、停电范围广、延时长、易越级跳闸等弊端。随着以光伏电源为代表的分布式电源投入的增加以及闭环运行方式的采用，配电网逐渐变成了多源网络型。这可能会削弱不同线路故障引起的电流、电压的差别，增大保护识别故障线路的难度；还可能改变配电网的短路阻抗和短路电流的分布，造成分布电源的故障电流倒送回。未来配电网的特点表现为从无源变成多种电源，从单一网架过渡到多种网架，从单一负荷转化为多样负荷。这些变化改变了配电网的故障特征，可能引起原有继电保护装置灵敏度降低、拒动或误动，非同期合闸下会扩大事故停电范围。很显然，传统阶段式时限配合的电流保护、电流电压联锁保护和距离保护等基于单侧电气量的保护越来越难以满足未来配电网可靠性的要求。
[0005]基于双端电气量的差动保护被誉为最理想的保护方法，可以作为无死的主保护使用，成为了众多场合下保护的首选。将差动保护运用于电网之中，可以快速准确定位并切除故障，极大程度上降低故障对电网的影响。输电线路中使用的差动保护通常以光纤作为传输通道，光纤具有优秀的传输性能和巨大的传输容量，满足差动保护对时延、传输容量的要求，极大程度地推动了差动保护在输电线路中的使用。但配电系统具有结构复杂、分支线路多、线路短、运行方式多变等特点，导致了城区光缆架设数量多、基建费用高，偏远农村无法架设光缆的现状，目前配电网通信网中光纤系统应用尚处于小规模应用阶段口。差动保护对数据同步性要求很高，这就需要性能良好的传输通道，有学者尝试研究过将4G信号作为
差动保护的通信介质，但最终并没有实现。
[0006]5G的出现和商用化为智能电网提供了多种应用场景，配电网差动保护就是其中之。5G技术对于配电网差动保护而言是一种可以替代光纤的无线通道剧，5G切片网络下三大应用场景中的uRLLC(Ultra Reliable Low Latency commnicati on)非常契合配网差动保护对通道的技术需求，在大面积覆盖的情况下不需建设额外的线路，与光纤高额的敷设费用形成了鲜明的对比。5G无线通信具有快速部署、成本低、易升级和扩容等特点以，其性能理论上可以满足承载配网差动保护的需求的。但真正运用于配电网差动保护时还存在一些问题，譬如：5G配电网差动保护双端数据的同步问题、利用双端电气量构成保护方法的问题以及5G传输通道延时抖动的问题等。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法与装置，解决数据同步问题并提出合理的保护方法，实现利用5G通信的配电网的差动保护。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法，包括步骤：
[0010]S1、本端差动保护装置采集本端的三相相电流，并根据预设时间间隔与配网线路中的其他差动保护装置相互发送包含所述三相相电流的心跳报文；
[0011]S2、基于相电流突变量或零负序分量特性判断系统是否存在故障，若存在故障则向其他差动保护装置发送DTW启动报文；
[0012]S3、若判断系统存在故障或收到其他差动保护装置的DTW启动报文，则计算本端的DTW值，根据DTW值判断是否执行差动保护动作；
[0013]其中，各端差动保护装置均与北斗/GPS授时的5G基站通讯连接，接收并根据5G基站下发的时钟信号进行时钟同步，进而对接收到的各个报文进行时序对齐。
[0014]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的另一种技术方案为：
[0015]一种基于5G通信的有源配网的差动保护装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述差动保护装置与北斗/GPS授时的5G基站通讯连接，接收并根据5G基站下发的时钟信号进行时钟同步，进而对接收到的各个报文进行时序对齐，且所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0016]S1、本端差动保护装置采集本端的三相相电流，并根据预设时间间隔与配网线路中的其他差动保护装置相互发送包含所述三相相电流的心跳报文；
[0017]S2、基于相电流突变量或零负序分量特性判断系统是否存在故障，若存在故障则向其他差动保护装置发送DTW启动报文；
[0018]S3、若判断系统存在故障或收到其他差动保护装置的DTW启动报文，则计算本端的DTW值，根据DTW值判断是否执行差动保护动作。
[0019]本专利技术的有益效果在于：本专利技术的一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法与装置，通过北斗/GPS授时的5G基站下发精确的时钟信号，利用该时钟信号实现差动保护进行时钟和采样同步，避免了因GPS信号差导致外部时钟授时失步的风险，减少了保护装置维护工作量，且本专利技术基于采样同步，利用动态时间规划(DTW)算法对电流采样序列时间轴变化具有容差性这一特点，构建基于DTW值的差动保护判据，消除了传输时延和抖动对差动保
护的判据计算的影响。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例的一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法的流程图；
[0021]图2为本专利技术实施例的一种基于5G通信的有源配网的差动保护终端的结构图；
[0022]图3为本专利技术实施例的一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法的配电网差动保护方案示例图；
[0023]图4为本专利技术实施例的一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法的保护判据的流程示意图；
[0024]图5为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法，其特征在于，包括步骤：S1、本端差动保护装置采集本端的三相相电流，并根据预设时间间隔与配网线路中的其他差动保护装置相互发送包含所述三相相电流的心跳报文；S2、基于相电流突变量或零负序分量特性判断系统是否存在故障，若存在故障则向其他差动保护装置发送DTW启动报文；S3、若判断系统存在故障或收到其他差动保护装置的DTW启动报文，则计算本端的DTW值，根据DTW值判断是否执行差动保护动作；其中，各端差动保护装置均与北斗/GPS授时的5G基站通讯连接，接收并根据5G基站下发的时钟信号进行时钟同步，进而对接收到的各个报文进行时序对齐。2.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：当系统正常运行时，线路相电流或零负序分量近似为一恒定值，而当系统发生故障后，线路相电流或零负序分量呈突变特性，利用电流梯度算法检测电压变化，判断系统故障与否，判据为：
▽
I(k)|＞I
set
；其中，I
mn
(k
‑
i)为当前时刻第i个采样点前的直流电压采样值；
▽
I(k)为当前采样时刻的电压梯度值；I
set
为保护启动阈值。3.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：若判断系统存在故障或收到其他差动保护装置的DTW启动报文，则对电流采样数据进行归一化处理，并根据归一化处理后的电流数据通过DTW算法计算本端的DTW值；判断DTW值是否大于预设的DTW阈值，若是则执行差动保护动作，否则差动保护不动作。4.根据权利要求3所述的一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法，其特征在于，所述对电流采样数据进行归一化处理具体为：提取电流序列中的电流最大值和电流最小值，根据所述电流最大值和所述电流最小值值采用复制压缩公式，对电流序列中的电流值进行幅值压缩，得到归一化后的电流值：其中，i(k)为第k个采样电流；i
*
(k)为第k个采样电流归一化后的电流，i
max
为电流最大值，i
min
为电流最小值。5.根据权利要求1所述的一种基于5G通信的有源配网的差动保护方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：基于相电流突变量或零负序分量特性判断系统是否存在故障，若存在故障则向其他差动保护装置发送DTW启动报文，并与其他差动保护装置相互发送实时的保护数据；步骤S3之后还包括步骤：S4、接收其他差动保护装置发送的保护数据，判断是否存在报文丢失或存在报文校验
错误，并判断采样短窗内丢失或校验错误的报文数量是否超过预设的数量阈值，若是则启动预设时长的闭锁差动保护，否则通过替代处理法和浮动门槛进行处理。6.一种基于5G通信的有源配网的差动保护装置，包括处理器、存...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏炳森，唐元春，陈端云，冷正龙，林文钦，周钊正，李翠，林彧茜，陈力，游敏毅，陈卓琳，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：