探究5G技术在配电网电流差动保护业务中的应用

<正>主要探讨了5G技术在配电网电流差动保护业务中的应用。介绍了电流差动保护的基本原理和5G技术的优势,分析了5G技术在电流差动保护业务中的应用场景和实现方式,总结了5G技术在配电网电流差动保护业务中的应用优势。     

基于同步相量的多端电流差动保护

随着新能源的蓬勃发展,多端输电线路的应用场景逐渐增多,多端电流差动保护应用成为最佳选择.本文提出一种基于同步相量的多端电流差动保护方法,使多端输电线路的差动保护应用具备可行性.基于IEC 61850-90-5协议,通过网络报文方式传输可路由的电气量信息,实现纵联通信数据定义的标准化.在分析同步相量特性的基础上,提出一种不依赖通道收发时延一致性的差动保护同步方法,并进一步提出基于光纤和5G无线通信的通道拓展方式,在保证差动保护可靠性的前提下,有效提高多端电流差动保护对通道的适应性,提升多端输电线路系统的供电可靠性.     

基于5G通信技术的配电网精准控制端到端承载方案研究

5G通信技术具有大带宽、低时延、高可靠性、服务化网络架构等优势,被认为是解决智能电网、智能交通、工业4.0等控制类应用场景通信需求的新型无线通信技术。从配电网精准控制保护业务底层原理出发,通过分析保护装置差动电流触发故障隔离控制指令机制、保护业务规约报文与传输模式、装置热稳定性等,精确定义配电网差动保护业务通信模式、传输带宽、接收时延、时间同步和网络安全防护等通信需求;结合5G通信技术最新标准化进程,开展面向配电网差动保护业务端到端网络组网方案、安全认证等方面的设计,并通过承载实验验证了方案的技术可行性。     

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。     

5G冗余双通道通信技术在配电网差动保护中的应用研究

目前电流差动保护技术在配电网保护中的应用已经成熟。差动保护业务主要使用电力光纤专网承载,铺设费用高,易受外力破坏。为解决此类问题,提出使用两家运营商的5G无线网络替代电力光纤专网的技术方案,通过构建5G冗余双通道试验验证环境,分别对业务可靠性及网络性能进行测试。试验结果验证了将5G冗余双通道通信技术应用于配电网差动保护的可行性。方案为今后5G无线网络应用于配电网差动保护提供了数据参考与借鉴。     

5G通信条件下配网差动保护快速动作方案研究

针对传统差动保护逻辑在5G环境中使用时动作速度较慢的问题,提出了一种适用于5G通信的差动保护方法。首先,分析以光纤为传输媒介时,传统差动保护的逻辑原理和动作时序。其次,分析5G差动保护的通信现状以及将传统的差动保护逻辑应用在5G环境下存在的问题。并通过测算网络通信延时,分析了减少信息传递次数的必要性。最后,优化差动保护逻辑以降低通信延时对动作速度的影响。通过实验验证,改进后的差动保护动作时间加快了10~15 ms,约为信息在5G环境下的传输时延。     

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。     

海上风电交流送出线路继电保护优化设计

针对海上风电运行环境恶劣、平台面积资源有限以及电缆线路电容电流显著等问题,提出一种适用于海上风电送出线路的高压线路保护与电抗器保护一体化设计的新方案。首先,将输电线路和电抗器视为一个电气设备,设计了集成优化整体方案,避免了传统的电抗器支路电流的迭代计算。然后,对比研究了传统差动和行波差动对电缆线路电容电流的补偿效果,提出了线路保护优化处理技术。通过引入更为适合的线路零序电流作为电抗器零序差动的制动电流,提出了电抗器保护功能优化策略。最后,仿真实验验证了所提的优化处理技术能够提高海缆线路差动保护和电抗器零序差动保护的灵敏性和可靠性。     

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。     

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。     

光纤电流差动保护有关通道若干问题的探讨

光纤电流差动保护是高压线路主保护的发展趋势。阐述不同保护通道光纤电流差动保护的保护配置及应用原则、同步问题的解决方案,并以在系统中经常使用的P544、REL561、RCS-931A、PSL-603G、CSC-103A光纤电流差动保护装置为例,讲述装置的内部设置、光功率衰耗允许范围以及通道告警处理一般方法等通道方面相关问题,以供调试和缺陷处理参考。     

光纤电流差动保护有关通道若干问题的探讨

光纤电流差动保护是高压线路主保护的发展趋势.阐述不同保护通道光纤电流差动保护的保护配置及应用原则、同步问题的解决方案,并以在系统中经常使用的P544、REL561、RCS-931A、PSL-603G、CSC-103A光纤电流差动保护装置为例,讲述装置的内部设置、光功率衰耗允许范围以及通道告警处理一般方法等通道方面相关问题,以供调试和缺陷处理参考.     

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。     

电流互感器回路直流分量对差动保护特性影响的实例分析

当差动保护电流回路中含有直流分量及谐波时,为了提高发电机差动保护动作的正确率,保护装置利用检测直流分量抬高定值。本文介绍了保护装置在电流回路虚接时差动保护的动作情况,结合发电机差动保护动作特性、发电机机端及中性点侧电流波形和差动保护动作过程中详细报文等数据,分析了直流分量对差动保护动作特性的影响。     

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。     

5G环境下差动保护在电力系统中的应用

由于面临业务需求差异化,应用场景多样化,以及网络设备异构化的挑战,电力物联网的构建需要引入网络切片、边缘计算、灵活回传以及低时延技术等5G关键技术来实现灵活、差异化的通信能力。针对这些问题,本文研究了5G网络的关键技术,研究了差动保护业务在5G环境中的应用,并设计了移动边缘计算平台,使信息流无须回传至5G核心网、在网络的边缘就能完成信息的交互与传输,满足配网差动保护对端到端通信通道10～12 ms的时延要求。该方案能够取代光纤通信进行配网差动保护装置之间实时通信,为泛在电力物联网接入网低时延、高可靠应用场景提供解决方案。     

5G技术在智能电网中的实践和验证

5G技术以其大带宽、低时延、广连接技术优势,可以广泛地应用于电网行业全流程的生产和运营管理中。通过对5G切片、边缘计算等技术在差动保护等典型应用场景的实践和应用,验证了5G端到端的网络切片对电网业务隔离和保护的有效性,满足差动保护、配电网三遥对5G授时精度、端到端时延的指标要求。因此,5G网络可为配电网提供高可靠的无线通信服务,具有广阔的商业前景。     

基于5G通信的配电网差动保护技术研究

现代配电网大量分布式电源的接入,使得传统三段式过流保护整定困难。基于光纤通信的差动保护建设成本高,难以大范围应用。5G通信的大带宽、低延时、高可靠特点为配电网差动保护业务提供了一种新的通信方式。通过分析5G通信承载配电网差动保护的技术手段,结合配电网差动保护对通信的技术要求,提出一种基于5G无线通信通道、UDP协议SV采样值报文格式、北斗卫星导航系统授时采样同步法的配电网差动保护方案。该方案在多个5G通信环境进行了验证,差动保护性能满足配电网系统要求。