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通信下配电网差动保护数据同步方法研究与应用

5G通信的出现为配电网差动保护数据传输提供了新的思路,但其传输时延抖动较大,影响数据同步甚至是保护控制功能的实现。对此,提出了一种不依赖于时标信息与固定时延计算、可以消除时延抖动影响的数据同步方法。该方法基于构建的配电网模型以及获取的差动保护两侧数据信息计算得到传输时延,从而进行插值获得同步序列,以序列号同步作为配电网中差动保护两侧数据同步的方式。试验结果表明,该方法可以有效实现配电网5G通信传输下的数据同步。     

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。     

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的内置型电力通信终端设计与应用

5G作为高速率、低时延、海量接入的新一代通信技术,为推进智能电网建设、加快能源转型提供了可靠的通信网络。基于5G通信,结合电网业务特点,设计一款体积小、性能高、可兼容多种电力设备的内置型电力通信终端,提出一种负荷控制业务的5G方案并进行了应用测试。测试结果表明,该5G内置型通信终端在电气性能及传输特性方面均能满足电力规范要求,能够有效承载负荷控制业务,在电力系统中有广阔的应用前景。     

精准负荷控制在电力5G环境中的应用

精准负荷控制属于电网生产大区业务,要求和其他管理大区业务完全隔离.毫秒级精准负荷控制对通信网络的关键需求是毫秒级的超低时延,5G技术具有低时延、高可靠性的特点,理论上能够满足精准负荷控制的要求.基于此,研究5G的网络切片技术和低时延技术,并且基于5G技术,对负荷控制业务进行了分析和研究,结果表明5G技术能满足负荷控制业...     

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。     

提升抗时延抖动和数据异常性能的配电网故障自同步5G差动保护方案

配电网5G差动保护信道的来回时延不等导致传统同步算法无法应用,需要增加额外的同步装置。另外,5G信道存在时延抖动和数据异常等问题会对保护的可靠性产生影响。针对这些问题,首先提出了基于变频插值的故障自同步法,在保护装置启动后利用插值法处理故障前特定时刻数据窗来实现同步误差校正。以此为基础,分析保护可能面临的异常数据特征,提出了考虑舍去极值的Hausdorff故障判别算法。最后设计了一种能够提升抗时延抖动和数据异常性能的配电网故障自同步5G差动保护方案。在PSCAD对方案进行仿真验证,结果表明所提方案能够在不增设额外同步装置的前提下有效提升抗时延抖动和数据异常的性能,保证发生各类故障和存在大噪声时的保护可靠性。该方案可为配电网5G差动保护的可靠性提供保障。     

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技术在电力系统中的研究与应用

泛在电力物联网对电力基础数据的采集、承载、分析和应用以及通信技术和方式提出了全新的、更高的要求,对此,探究在智能电网和泛在电力物联网建设的环境背景下,将5G技术与电力系统融合发展,以推动我国电力系统的持续稳定发展;介绍了多种电力系统下的典型业务场景,并对5G技术在这些场景中的应用进行分析;通过与传统4G技术进行比较,并选择一种典型的精准负荷控制业务进行外场测试,结果验证了5G技术低时延特性,以及证明5G技术可为支撑未来电力泛在物联网应用提供技术支撑。     

分组传送网承载电力多业务的隔离性与关联性分析

电力通信网络各安全分区业务通过分组传送网(PTN)进行承载,其隔离效果亟须得到验证。文中围绕电力PTN业务安全,基于标签交换路径(LSP)和端到端的伪线仿真(PWE3)技术,从安全脆弱性角度分析电力业务间的风险关联特性。针对不同安全分区电网业务,建立了伪线业务间的风险关联模型。仿真结果表明,PTN在承载各类安全分区业务时,若发生网络拥塞,PTN承载的安全Ⅱ区(高等级)业务丢包率变化几乎为零,时延稳定性较高,展现了PTN良好的隔离性;PTN承载的安全Ⅲ区和Ⅳ区(低等级)业务则会受到不同程度的影响(丢包变化百分比分别小于1%和10%),Ⅲ区业务存在一定的时延抖动,而Ⅳ区业务时延稳定性较差。此外,文中研究了电力弹性业务间的影响传播过程。结果表明,随着业务邻居阶数增加,丢包率和时延稳定受影响程度逐渐降低,且各阶邻居受到的影响呈现正负交替特性。总体来看,在合理设置安全分区业务的服务等级和服务质量(QoS)配置的情况下,PTN具有良好的通道隔离效果,可保障电力信息的安全可靠传输。     

分布式电源接入配电网的通信方式研究

分布式电源接入配电网是实现智能配用电的关键问题之一,由于保护和控制功能的时间特性,对通信过程的时延提出了较为严格的要求。本文首先结合IEC 61850和IEEE 1547标准,分析了实现保护、控制和量测等功能的时延要求;其次,考虑到配电网实际情况,对可能采用的有线和无线通信技术进行了分析讨论;最后,以较为典型的配电自动化系统为实例,分别建立了基于双绞线和光纤以太网的有线通信仿真模型、基于扩频技术的IEEE 802.11(无线局域网)仿真模型。仿真结果表明,所选通信方式均能满足分布式电源接入配电网的保护控制时延要求。     

用于线路纵差保护的PTN时分复用业务时延分析

PTN承载的时分复用业务具有显著随机性,利用此类业务传输线路纵差保护数据需要全面分析业务时延和通道不对称性。在全面分析业务时延形成机理的基础上,建立了时延模型,该模型包含固定时延和随机时延两种分量。给出了数据分组随机时延的数值仿真方法,该方法可用来研究以太网帧长、带宽占用率和路径跳数等不同条件下的时延分布特征。定量分析了PTN承载时分复用业务对线路纵差保护通信需求的适应性。研究成果具有工程参考价值。     

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。     

基于5G通信的城市配电网分布式纵联保护策略研究

大量分布式电源的接入以及运行模式的多样化使城市电网呈现复杂形态,传统三段式电流保护难以适应。基于终端之间对等通信的分布式保护是一种好的解决思路,而5G通信则为分布式保护的快速数据交换提供了新的无线信道。介绍了5G通信高可靠低时延关键技术,论述了城市配电网3种典型场景及其故障特性,依据故障特性提出了适配于不同场景的分布式纵联保护策略,分析了不同保护策略对通信和数据同步方面的技术需求。研究表明,所提基于5G通信的分布式保护策略可有效应对城市配电网不同场景下面临的保护问题。     

智能配电网通信技术应用原则研究

文章从智能配电网业务及通信需求分析出发,结合配电网通信技术特性,提出配网通信技术应用原则,为配电网通信网络规划、建设等提供参考。根据智能配电网业务的通信特性将配电网业务分为保护类业务、控制类业务、信息监测类业务和视频类业务;分析配电网常用的光纤通信、中压载波、无线公网、无线专网等通信技术的通信时延、通信带宽、通信安全性、通信可靠性等特性,最后给出配网通信技术的应用原则。     

面向双碳行动目标的配电传感技术提升策略

面向"碳达峰、碳中和"目标,配电网碳监测无线传感网因其布网灵活、抗毁性强等独特优势,能够保障碳足迹业务相关多元碳数据的高效传输,为开展碳足迹监测与电碳市场融合、促进双碳目标实现提供通信网络基础.针对碳监测数据的低功耗、高可靠传输需求,文章基于强化学习原理,提出一种面向双碳行动目标的配电传感技术提升策略,通过联合优化中继选择与功率控制实现网络能耗与丢包数最小化.仿真结果表明,相较于传统方法,网络传输能耗和丢包率可以分别降低26.47％和7.19％,实现数据的低功耗、高可靠传输,为双碳行动目标的实现提供通信支撑.     

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。     

抗时延抖动的线路纵差保护分组传输通道配置参数影响分析

分组传送网承载电力通信时分复用业务存在随机时延抖动,严重的随机时延抖动会影响线路纵差保护数据的实时性,进而威胁电网安全。在全面分析分组传送网调度机制和时延抖动原理的基础上,建立了分组传送端到端随机时延抖动的数学模型。数值仿真研究了分组封装尺寸、背景流量、网络节点数和节点吞吐量对随机时延抖动的影响。结果表明,合理设置这几个参数可以有效降低随机时延抖动,提升网络性能。研究成果对线路纵差保护数据分组传输通道的配置具有工程参考价值。