基于5G的配电网差动保护与CPE接口技术研究

5G技术具有超高可靠性、低时延的性能,为配电网控制保护技术的深度发展奠定了良好的通信基础。基于5G的配电网差动保护在极大提升配电网故障隔离水平的同时,也促进了5G的垂直行业应用。围绕基于5G的配电网差动保护通信架构,分析了5G配电网差动保护与无线通信接口设备的通信协议,以及差动业务和三遥业务的共端口可行性,提出了差动保护的流量控制措施。为验证接口方案的可行性,分阶段开展外场联合测试。试运行的结果表明,所提出的硬件接口要求可以实现两类装置的有效对接,确保差动业务可靠投入运行。     

基于5G的配电网线路差动保护时间同步算法

配电网具有多电源、多分段、多分支、功率双向流动等特征。传统三段式电流保护方法难以保证选择性和灵敏性,而传统差动保护方法需要敷设光纤,其建设和维护成本高,难以在配电网广泛应用。5G通信具有大带宽、低时延、高可靠等特点,可为配电网的故障精确定位、隔离与恢复供电提供新的解决办法。但无线通信信道传输时延和时延抖动具有不确定性,会对差动保护动作判据计算的准确性产生不利影响。针对这一问题,分析了5G配电网差动对时延抖动的要求,针对非故障状态和故障状态分别提出了基于相关系数和基于概率统计的时间同步算法。通过仿真验证了所提算法的有效性,为基于5G的配电网差动保护提供同步采样方法选择。     

基于网络采样与延时补偿的配电网差动保护方法

随着通信技术的发展,配电网具备实现网络采样的条件,然而现阶段相关研究仍难以支撑配电网保护的实际应用。因此,依托区域信息共享,探索IEC 61850在配电网保护中的全方位应用,聚焦采样值报文共享的保护应用,形成基于网络采样的配电网差动保护方法。针对采样值报文信息共享的同步需求,设计计及传输延时与交换机延时的采样延时补偿方法,奠定基于网络采样的配电网保护实现基础。进行一、二次系统联合仿真测试,将所提出的基于网络采样与延时补偿的配电网差动保护方法与常规的配电网差动保护方法进行对比,结果表明：采用所提方法后,差动保护的动作选择性得到改善。所提出的方法能保证配电网差动保护的选择性,并在试点工程中得到推广应用。     

基于5G无线通信的配电网自适应差动保护技术探讨

针对大量分布式电源接入配电网以及用户对供电可靠性要求不断提高的问题,提出了一种基于5G无线通信的配电网拓扑自适应差动保护技术。该技术运用5G无线通信低延时、高带宽的特点,采用采样点插值同步法,实现故障的精确定位与隔离,有效地减少了终端运维的工作量,为配电网自动处理故障提供了新方向。为验证所提出的配电网自适应差动保护技术,在5G示范工程进行了通信性能测试、差动保护业务测试。除目前外场环境下不具备测试条件的测试项以外,其他所有测试项的结果均符合预期。     

配电网保护通信时延需求约束的5G通信切片接入优化研究

5G通信的高可靠性和低时延性为配电网的差动保护提供了有效的技术支撑,但是5G通信存在的时延和抖动仍然会对差动保护的动作结果产生影响。为了减少配电网保护采集电流数据通过5G传输时产生的时延和抖动,提出了一种基于5G网络切片接入优化的配电网差动保护方法。首先对5G通信在配电网中使用场景进行分析,并建立5G通信接入时延的数学模型;然后根据该模型,研究差动信号时延最小化的优化目标函数,并依据所提优化目标函数采用拉格朗日乘数法和分支定界法求解最大化利用通信信道资源的5G切片选择,实现差动信号传输的时延最小;最后通过仿真并与其他方法对比,验证所提方法的优越性和鲁棒性。     

输电线路分相电流差动保护装置问通信的研究

输电线路分相电流差动保护两侧数据的同步采样是实现电流差动保护的关键。本文分析了现有同步采样方法的优缺点，在此基础上优选出一种基于采样值序号的数据修正方法。该方法原理简单，不用增加任何硬件设备便可达到保护数据的同步要求。此外，针对目前数字式分相电流差动保护装置通信缺乏灵活性这一特点，提出了专用光纤通道与复用PCM通道相结合的自适应式通信方案，即通过对通信通道的监视，自动识别通道的工作状况，从而实现二者的自动切换，可以大大提高通道的可靠性。     

5G环境下配网差动保护采样数据缺失应对策略

有源配电网中,电流差动保护相较于传统三段式过流保护能够整体地提升保护水平,但依赖光纤通道,而光纤通道的广覆盖难以实现。5G具有高可靠性、低时延、广覆盖等优势,有望成为有源配电网差动保护新的通信方案,但仍可能受环境干扰等因素导致采样数据缺失,影响线路正常运行和区外故障时保护的正确动作。为解决上述问题,首先,结合ρ平面法定性分析了采样数据缺失的各种场景对保护动作的影响;然后,提出一种使用阶次组合Neville插值法对采样缺失数据进行插值重构的应对策略;最后,在PSCAD中搭建有源配电网仿真模型,在多种采样数据缺失场景下对比了多种插值法的插值精度,验证了文中所提策略在提升保护动作特性方面的有效性。通过理论计算分析,得出使用该策略在高性能中央处理器(CPU)下不会影响保护实时性的结论。     

输电线路分相电流差动保护装置间通信的研究

输电线路分相电流差动保护两侧数据的同步采样是实现电流差动保护的关键。本文分析了现有同步采样方法的优缺点,在此基础上优选出一种基于采样值序号的数据修正方法。该方法原理简单,不用增加任何硬件设备便可达到保护数据的同步要求。此外,针对目前数字式分相电流差动保护装置通信缺乏灵活性这一特点,提出了专用光纤通道与复用PCM通道相结合的自适应式通信方案,即通过对通信通道的监视,自动识别通道的工作状况,从而实现二者的自动切换,可以大大提高通道的可靠性。     

5G通信自同步配网差动保护研究与应用

随着分布式电源的高度渗透和环网结构的逐步增多,配电网迫切需要电流差动保护应对过流保护面临的挑战。基于5G的商用化契机,研究开发一种基于5G通信的配电网分布式差动保护。该保护采用基于移动边缘计算的切片网络作为数据通道,具有超低延时和超高可靠的特点;采用基于故障时刻的自同步方法解决差动保护两端的数据同步问题,无需增加额外对时装置。在5G智能电网应用示范区,对所开发装置进行了单基站和跨基站环境下的综合测试,并投入10 kV线路试点运行。现场测试结果与试运行数据表明,差动保护性能满足配电网工程应用要求。     

基于5G通信技术的差动保护实用化方案

基于5G通信技术的线路差动保护在分布式能源广泛接入的配电网中具有明显的优势,其可行性已经得到证明,但仍存在一些实际问题需要解决。介绍了基于5G通信技术的线路差动保护的实现方案;针对保护的可靠性和快速性等问题进行了分析,提出了实用化的解决方案,并进行了验证。结果表明：采用矢量和采样值结合的差动报文形式,可以解决省流量通信模式下差动保护装置功能完整性的问题;发送侧报文冗余与接收侧自适应插值算法可以解决保护动作可靠性的问题;改进的差动算法和电压快速启动可以解决保护动作快速性的问题;保护联跳可以解决两侧动作行为不一致的问题。     

5G独立组网模式下的配网保护配置策略及应用

广覆盖高可靠低延时通信的5G网络,对打通配网终端设备之间的互联互通“最后一公里”问题有着极高的应用价值。为提升5G独立组网模式下配网保护的实用化水平,首先分析了配网保护的通信资源需求,并根据5G配网保护的总体架构,通过时钟信号和数据信号同源传输的方式提出了可靠性更高的对时方案。同时,在城区配网开展了差动保护和区域保护的应用,对比了两种保护方法在架空和电缆线路应用时的差异,结果表明架空线路宜采用区域保护,电缆线路可兼容差动保护和区域保护。     

计及5G通信异常工况的有源配电网快速综合保护方案

随着分布式电源的高比例接入,传统三段式电流保护已难以适应日益复杂的配电网故障形态。在5G通信不断兴起的背景下,性能完备的电流相量差动保护在配电网中应用前景广阔,可不再受制于光纤铺设等附加的高额费用。但是,一旦出现5G通信信号失去同步甚至中断的极端情况,电流相量差动保护将无法正常工作。对此,针对5G通信异常场景,提出一套有源配电网综合快速保护方案,即适应5G通信失去同步但未中断场景的电流幅值差动保护判据、适应5G通信完全中断场景的相继速动保护判据,通过实时监测信道环境实现判据自适应切换。在PSCAD/EMTDC中搭建10 kV有源配电网模型。仿真结果表明,所提保护判据在不同故障场景下均能可靠动作。     

基于EPON 通信的智能配电网馈线差动保护

智能配电网正朝着网格化、多电源的拓扑结构发展,传统配电网保护、馈线自动化(FA)已经越来越难以满足智能配电网自愈的要求。电流差动保护由于其优越的速动性、灵敏性和选择性而广泛地应用于输电线路,现有的方法是采用专用光纤通道或者基于同步数字系列/准同步数字系列(SDH/PDH)技术的复用通道来实现,但架设这些通信设备费用高且通信速率慢。文中提出并研制了一种适用于智能配电网的差动保护的装置,该装置基于以太无源光网络(EPON)来实现差动保护装置之间采样数据的传输,配以抗延时抖动及IEEE 1588同步算法,实现多端线路差动保护。测试表明,保护能够准确动作,满足精度和动作时间的要求。该装置已在某10 kV线路挂网运行。     

基于5G授时的配网差动保护数据同步方案

在配网中实现基于5G通信电流差动保护的关键技术之一是区段两端电流数据的同步问题。分析现有数据同步方法应用于5G电流差动保护的适应性;介绍5G协议中时间同步指标及实现架构;在此基础上,提出利用5G通信中的高精度时间信息实现数据同步的实用化路线。在该路线中,设计一种基于5G信号参数的基站授时方案;给出两种适用于配网电流差动保护的对时信号;最后提出基于B码对时信号的电流差动保护数据同步方法并分析其误差。理论上所提方案可实现线路两端时间同步偏差不超过20.8μs,对应两侧电流相角偏差不足0.5°,完全满足电流差动保护要求。     

5G用作配电网差动保护通道的可行性分析

光纤铺设费用高且普及率较低,不利于配网差动保护的大面积推广。5G的高性能和商用化为解决配网差动保护通道问题提供了理想机遇。通过理论分析和计算,提出差动保护对于通信通道的要求,包括通道速率、时延、可靠性以及安全性等方面。介绍并分析了5G差动保护实现的技术基础——网络切片、切片架构以及基于网络切片的电网安全体系。最后,通过分析5G的主要性能指标,得出5G对于配电网差动保护具有良好的适配性,可以取代光纤成为配网差动保护新的数据通道。     

基于5G通信技术的配电网线路纵差保护研究及应用

随着5G技术的兴起及组网共建共享的深入,电力业务应用对网络延时、带宽、可靠性等指标提出更高需求,5G+业务建设步入快车道。分析了5G配电网线路纵差原理,提出了系统架构、通信组网及调试方案。在试验室环境下,对双套纵差保护装置进行通信系统搭建、参数配置、联机调试,并以10 k V配电网线路为应用实例,新建室内分布式系统以满足5G网络通信要求,横向对比两种不同的5G组网方式。测试结果表明,独立组网方式要优于非独立组网网络,超低网络通道延时,超高网络带宽,可满足5G纵差通道应用条件,整体方案的实施及应用对今后智能分布式配电保护、自愈控制系统的建设有着借鉴作用。     

5G无线通信承载差动保护业务的应用探讨

5G承载差动保护业务是通信与控制保护技术融合发展的需求。通过对比分析不同对时原理差动保护的通道需求,比较高低压网络差动保护通道延时的需求差异,分析了5G无线通信中确定性传输时延技术和精准授时技术的可行性,提出了基于5G精准时标的配网差动技术。外场5G基站实测验证了授时精度及传输延时均能满足差动保护业务需求。     

基于5G配电网差动保护安全防护策略研究

对5G承载配电网差动保护的网络安全防护策略进行了讨论。首先,给出了配电网差动保护的架构和实现原理;其次,对比分析了5G和4G的安全防护策略和机制,并在此基础上结合5G的自身安全挑战,分析了基于5G配电网差动保护安全防护需求,首次提出了两种5G独立组网和非独立组网模式下基于5G配电网差动保护的安全防护策略和目标;最后,根据配电网差动保护业务数据流向和边界条件给出了基于5G配电网差动保护的安全风险点和应对措施。     

基于区域自组网的配电线路无线差动保护技术研究及应用

差动保护为配电线路下的故障快速精准隔离提供了可靠有效的手段,但传统的光纤通道敷设困难,运维成本高,限制了其在配电网的应用。提出了一种无线通信下的配电线路差动保护设计方案。采用区域自组网技术构建差动保护的通信通道,信息传输不依赖于公共网络传输设备。采用动态定向补偿技术实现各侧数据的精准同步,不依赖于外部对时设备。采用多级安全策略加强网络安全,提高保护业务数据传输及接入的安全性。采用无线通信抗干扰技术避免电磁波干扰,保证数据传输可靠性。通过实验室搭建试验平台进行系统测试,结果表明基于区域自组网的无线通道传输延时短,延时抖动小,数据传输可靠性高,通道及保护功能各项性能指标完全满足配电线路差动保护要求。最后通过试运行验证了该技术具备工程应用推广价值。