46 1996年9月 电力系统自动化 第20卷第9期 A utomation of Electric Power System s 数字电流差动保护中几种采样同步方法 高厚磊江世芳 贺家李 (山东工业大学电力系·250061·济南) (天津大学·300072) 【摘要】线路各端电流采样的同步问题是实现数字电流差动保护的技术关键。本文介 绍数字电流差动保护中几种常用的和最新提出的采样同步方法，并对各种方法的特点进 行分析和比较。 【关键词】 电流差动保护采样同步传输时延全球定位系统 1 引言 对线路保护而言，最为有效的方式当属分相电流差动保护。随着数字光纤通信技术的日趋成 熟和大量应用，全数字式电流差动保护的应用有了坚实基础。 数字电流差动保护的动作原理与模拟式相同，其特点是将各端电流波形数字化，用脉码 (PQM)通信方式进行传送，然后利用微处理器进行动作判定。电流差动保护在算法上要求参加比 较的各端电流量必须同步采样或采样同步化处理得到，这是实现电流差动保护的关键所在。目前 己经提出的同步方法可归纳为以下三类：①基于数据通道的同步方法，②基于参考向量的同步方 法，③基于GPS的同步方法。在这些方法中，有的己经得到应用，有的属于最新提出。本文介绍 上述各种同步方法的基本原理，在此基础上对各种方法的特点进行分析和对比。 2基于数据通道的同步方法 长T≥ 基于数据通道的同步方法包括：采样时刻调 从站 整法、采样数据修正法和时钟校正法。这些方法 都是建立在用通道传送用于同步处理的各种时 主站 间信息的基础之上。 m2、 1r2 (n3 my n(U*1) 2.1采样时刻调整法山 图1采样时刻调整法 Fig 1 Samplng-nstant adjustent method 如图1所示，线路两侧保护中，任意规定一 侧为主站，另一侧为从站。两侧的固有采样率相同，采样间隔为T,由晶振控制。血、血、… 为主站采样点，如、t为从站采样点。 在正式开始采样前，主站在血1时刻向从站发送一帧计算通道延时a的命令信息，从站收到后 将命令码和延时时间回送给主站。由于两个方向的信息传送是通过同一路径，可认为传输延时 相同。据此主站可计算出通道延时： a=R血 2 *199605-15收稿。 高厚磊，1963年生，讲师，博士研究生，主要从事电力系统继电保护方面的研究。 江世芳，1937年生，教授，电力学院院长，长期从事电力系统继电保护和数字仿真方面的研究。 贺家李，1925年生，教授，博士生导师，长期从事电力系统继电保护和故障分析方面的研究。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
数字电流差动保护中几种采样同步方法 Ξ 高厚磊 江世芳 (山东工业大学电力系·250061·济南) 贺家李 (天津大学·300072) 【摘 要】 线路各端电流采样的同步问题是实现数字电流差动保护的技术关键。本文介 绍数字电流差动保护中几种常用的和最新提出的采样同步方法, 并对各种方法的特点进 行分析和比较。 【关键词】 电流差动保护 采样同步 传输时延 全球定位系统 1 引言 对线路保护而言, 最为有效的方式当属分相电流差动保护。随着数字光纤通信技术的日趋成 熟和大量应用, 全数字式电流差动保护的应用有了坚实基础。 数字电流差动保护的动作原理与模拟式相同, 其特点是将各端电流波形数字化, 用脉码 (PCM ) 通信方式进行传送, 然后利用微处理器进行动作判定。电流差动保护在算法上要求参加比 较的各端电流量必须同步采样或采样同步化处理得到, 这是实现电流差动保护的关键所在。目前 已经提出的同步方法可归纳为以下三类: ① 基于数据通道的同步方法; ② 基于参考向量的同步方 法; ③ 基于 GPS 的同步方法。在这些方法中, 有的已经得到应用, 有的属于最新提出。本文介绍 上述各种同步方法的基本原理, 在此基础上对各种方法的特点进行分析和对比。 图1 采样时刻调整法 Fig. 1 Sampling 2 instant adjustment method t t tm (j+ 1) ts(i+ 1) td tr3 ∃t tsi tm j tr2 tm3 tm1 tm2 ts3 td td tm Ts tr1 ts2 ts1 主站 从站 2 基于数据通道的同步方法 基于数据通道的同步方法包括: 采样时刻调 整法、采样数据修正法和时钟校正法。这些方法 都是建立在用通道传送用于同步处理的各种时 间信息的基础之上。 211 采样时刻调整法[1 ] 如图 1 所示, 线路两侧保护中, 任意规定一 侧为主站, 另一侧为从站。两侧的固有采样率相同, 采样间隔为 T s, 由晶振控制。tm 1、tm 2、…、 tm j为主站采样点; ts1、 ts2、…、 tsi为从站采样点。 在正式开始采样前, 主站在 tm 1时刻向从站发送一帧计算通道延时 td 的命令信息, 从站收到后 将命令码和延时时间 tm 回送给主站。由于两个方向的信息传送是通过同一路径, 可认为传输延时 相同。据此主站可计算出通道延时: td = tr2 - tm 1 - tm 2 46 1996 年 9 月 电 力 系 统 自 动 化 A utom ation of Electric Pow er System s 第 20 卷 第 9 期 Ξ 1996- 05- 15 收稿。 高厚磊, 1963 年生, 讲师, 博士研究生, 主要从事电力系统继电保护方面的研究。 江世芳, 1937 年生, 教授, 电力学院院长, 长期从事电力系统继电保护和数字仿真方面的研究。 贺家李, 1925 年生, 教授, 博士生导师, 长期从事电力系统继电保护和故障分析方面的研究
·综述·高厚磊等数字电流差动保护中几种采样同步方法 47 如果上述过程没有错误，则开始采样计算，否则自动重复。设主站在时刻将包括通道延时 a和采样调整开始命令在内的一帧信息发送给从站，从站根据收到该信息的时刻a以及a可首先 确定出所对应的时刻，然后计算出主、从站采样时刻间的误差△1，算式如下： △t=ta-(ta-ta) 其中1为与，最靠近的从站采样点；△>0说明从站较主站超前，△K0说明从站较主站滞后。 为使两站同步采样，从站下次采样时刻ts艹)应调整为： 1t)=(1知+T)-△t 为稳定调节，常采用下式进行调整 ts(1)=(tsi+Ts)- r 2 其中2为稳定调节系数。 当两侧稳定同步后，即可向对侧传送采样数据。 采样时刻调整法保持主站采样的相对独立，其从站根据主站的采样时刻进行实时调整，能保 持两侧较高精度的同步采样。但由于从站采样完全受主站的控制，当通道传输时延发生变化时，会 影响同步精度，甚至造成数据丢失，其可靠性受通道影响较大。 2.2采样数据修正法2引 如图2所示，线路两端保护不分主站和从站， A端 身6 地位相同。它们在各自晶振控制下以相同的采样率 进行独立采样，采样点如图中所示。 设a1时刻A端保护发送一帧信息给B端，信 息中包括时间标签ai、a1时刻的电流采样数据a1 B端 绍会3 4 5 以及其它状态和时间信息。该信息经通道延时1 后到达B端，到达时刻为。经加延时后，B端 图2采样数据修正法 Fig 2 Sampled data modification method 保护在时刻也向A端发送一帧信息，该信息包 括时间标签血对方刚送来的41、延时血(a=a3-)以及3时刻的采样数据1a3。该信息经 通道延时后到达A端，到达时刻为。在发信和收信使用同一通道的情况下，A端可由下式计 算出通道延时： a=仙=血=么：1-血 2 a计算出之后，B端采样时刻3在A端时间轴上所对应的时刻便可计算出，算式如下： 83=(-ta) 为满足差动判据需要同时刻电流数据的要求，须将时刻的电流数据Ia变换到3或u4时刻 的值。一般情况下，采用本方法进行数据传递时，传送的是对应某一采样时刻经傅氏变换得到的 基波电流向量。因此，对应或4时刻的B端电流向量可由3乘以适当的旋转因子而得到。比 如，与u时刻对应的B端电流向量为：B4=1a3e可公) 同理可计算出43时刻对应的B端电流向量。这就是所谓的采样数据修正法。 采样数据修正法允许两端采样独立运行，只要求具有相同的采样率，通过连续测量通道延时 的方法对采样数据进行修正处理。与采样时刻调整法相比，当通信因干扰而中断或失去同步后，能 很快恢复。同时，采用传送向量而不是瞬时值的方案，能在通道出现误码的情况下使保护动作时 间最多延长~2个采样间隔。该方法对晶振要求高，电网频率变化会影响修正精度。这种方法在 国内外应用较多，动模试验表明两端电流相位差不超过4。 2.3时钟校正法4 如图3所示，本方法规定线路一端为参考端，另一端为同步端。设为同步端时钟的计时时 间，血为参考端计时时间，△1为两端时钟的相对误差（△=ts血），a为通道传输时延 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
如果上述过程没有错误, 则开始采样计算, 否则自动重复。设主站在 tm j时刻将包括通道延时 td 和采样调整开始命令在内的一帧信息发送给从站, 从站根据收到该信息的时刻 tr3以及 td 可首先 确定出 tm j所对应的时刻, 然后计算出主、从站采样时刻间的误差 ∃t, 算式如下: ∃t = tsi - (tr3 - td) 其中 tsi为与 tm j最靠近的从站采样点; ∃ t> 0 说明从站较主站超前, ∃ t< 0 说明从站较主站滞后。 为使两站同步采样, 从站下次采样时刻 ts(i+ 1) 应调整为: ts(i+ 1) = (tsi + T s) - ∃t 为稳定调节, 常采用下式进行调整: ts(i+ 1) = (tsi + T s) - ∃ t 2 n 其中 2 n 为稳定调节系数。 当两侧稳定同步后, 即可向对侧传送采样数据。 采样时刻调整法保持主站采样的相对独立, 其从站根据主站的采样时刻进行实时调整, 能保 持两侧较高精度的同步采样。但由于从站采样完全受主站的控制, 当通道传输时延发生变化时, 会 影响同步精度, 甚至造成数据丢失, 其可靠性受通道影响较大。 * td2 td1 * * t t B 端 图2 采样数据修正法 Fig. 2 Sampled data modification method tB 5 tB 4 tB 3 tB tB 2 tB 1 tm IB 3 tm tA 1 tB 3 tA 1 IA 1 tA 6 tA tA 5 tA 4 tB 3 tA 3 tA 2 tA 1 A 端 212 采样数据修正法[2、3 ] 如图 2 所示, 线路两端保护不分主站和从站, 地位相同。它们在各自晶振控制下以相同的采样率 进行独立采样, 采样点如图中所示。 设 tA 1时刻A 端保护发送一帧信息给B 端, 信 息中包括时间标签 tA 1、tA 1时刻的电流采样数据 IA 1 以及其它状态和时间信息。该信息经通道延时 td1 后到达B 端, 到达时刻为 t 3 B 。经 tm 延时后, B 端 保护在 tB 3时刻也向A 端发送一帧信息, 该信息包 括时间标签 tB 3、对方刚送来的 tA 1、延时 tm (tm = tB 3 - t 3 B ) 以及 tB 3 时刻的采样数据 IB 3。该信息经 通道延时 td2 后到达A 端, 到达时刻为 t 3 A 。在发信和收信使用同一通道的情况下, A 端可由下式计 算出通道延时: td = td1 = td2 = t 3 A - tA 1 - tm 2 td 计算出之后, B 端采样时刻 tB 3在A 端时间轴上所对应的时刻 t 3 B 3便可计算出, 算式如下: t 3 B 3 = (t 3 A - td) 为满足差动判据需要同时刻电流数据的要求, 须将 t 3 B 3时刻的电流数据 IB 3变换到 tA 3或 tA 4时刻 的值。一般情况下, 采用本方法进行数据传递时, 传送的是对应某一采样时刻经傅氏变换得到的 基波电流向量。因此, 对应 tA 3或 tA 4时刻的B 端电流向量可由 IB 3乘以适当的旋转因子而得到。比 如, 与 tA 4时刻对应的B 端电流向量为: IB 4 = IB 3 e j2Πf (t A 4 - t 3 B ) 同理可计算出 tA 3时刻对应的B 端电流向量。这就是所谓的采样数据修正法。 采样数据修正法允许两端采样独立运行, 只要求具有相同的采样率, 通过连续测量通道延时 的方法对采样数据进行修正处理。与采样时刻调整法相比, 当通信因干扰而中断或失去同步后, 能 很快恢复。同时, 采用传送向量而不是瞬时值的方案, 能在通道出现误码的情况下使保护动作时 间最多延长 1～ 2 个采样间隔。该方法对晶振要求高, 电网频率变化会影响修正精度。这种方法在 国内外应用较多, 动模试验表明两端电流相位差不超过 4°。 213 时钟校正法[4 ] 如图 3 所示, 本方法规定线路一端为参考端, 另一端为同步端。设 ts 为同步端时钟的计时时 间, tm 为参考端计时时间, ∃ t 为两端时钟的相对误差(∃ t= ts- tm ) , td 为通道传输时延。 ·综述· 高厚磊等 数字电流差动保护中几种采样同步方法 47
48 1996年9月 电力系统自动化 第20卷第9期 A utomation of Electric Power System s 设某一编号信息在a时刻由同步端发出，它于血2时刻 同步端 到达参考端并于血时刻自参考端返回，最后于1时刻到达 同步端。血2和血将由参考端在下一个信息里发送到同步端。 由图3和前面所设参数可知以下两式成立： 参考端 m2=ts1-△t+ta (23 14=m3+△t+u 图3时钟校正法 Fig 3 Clock tie correction method 解此二元一次方程组，得a和△r的算式如下： td=1s4-1s1)(n i2) △r=M+）-(haa+a 2 在同步端计算出△1后，可按照△1的一定比例对同步端时钟进行校正直到△1变为零，此时两 端时钟进入同步运行状态。从△1的表达式可以看出，△1的计算并未涉及a,因此，当两端同步后， 传输时延的变化将不会影响△：的大小。同时由于两端时钟是由高稳晶振控制的，同步后即使在通 信中断的情况下亦能维持较长时间的同步运行。结合采用自适应调整技术，可保证开始时两端时 钟的快速同步，而正常运行时使同步更稳定和更精确。两端时钟同步后，采样便可同步进行。计 算出的：则可用于对通道时延进行监视。 该方法采用时钟校正技术实现两端的同步采样，与前面两种方法相比，其可靠性受通道影响 最小。该方法己在ABB公司生产的REL561型差动保护中得到应用，效果良好。 以上三种同步方法虽各有特点，但有一点是相同的，都假定两个方向传输时延相等。这对于 某些具有弹性负载的复用通信系统而言可能会引起误差，这些通信路线的改变会导致通道传输时 延有大到10ms的变化。 3基于参考向量的同步方法 为使同步问题完全摆脱通道的束缚，有人提出了利用参考向量实现同步的方法。现介绍其中 的一种双向量比较法。 该法利用线路模型计算出代表同一量的两个向量，然后 利用这两个向量的相位差实现采样同步。图4为某一线路的 4>Z1=R1+灿1 正序分量Π型等值模型。其中，V小1和y,、11'分别是线 VT 路两端的正序电流和电压向量，R1、L1、C1为线路正序参数。 =h-j02 z'=11'+jω 2 图4基于参考向量的同步法 Fig 4 Synchron ized simpling Viu)'=V1- Z111-j02Y1 based on reference phasor 式中、五均为线路正序电流，但由线路两端分别算出；V14,'为以A端参考相为基准计算出的 B端电压V,。 红和'虽然在物理上代表同一电流量，但由于计算时具有不同的参考相，故两者之间存在相 位差。该相位差的大小正好反映了两端参考相之间的相位差，由此可给出两端采样时钟在时间上 的差异：对此差异进行补偿就能解决两端数据采样的同步问题。这是基于电流量的同步方法。 同理，我们可以比较A瑞算出的V14,'和B端直接测量得到的V,',它们之间的相位差同样代 表了两端参考相之间的相位差。由此可得到基于电压量的同步方法。 需要指出，该法具体应用时，线路两端应首先选用适当的算法将参加比较的电流或电压向量 在故障前估计出来，然后传到对侧与本地向量进行比较，因此这种同步方法的准确性将取决于线 路模型的准确性和向量估计的精度，同时还要考虑各种误差因素的影响，如CT、PT、线路参数、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
图3 时钟校正法 Fig. 3 Clock time correction method 同步端 参考端 tm ts4 tm3 tm2 ts td td t 设某一编号信息在 ts1时刻由同步端发出, 它于 tm 2时刻 s1 到达参考端并于 tm 3时刻自参考端返回, 最后于 ts4时刻到达 同步端。tm 2和 tm 3将由参考端在下一个信息里发送到同步端。 由图 3 和前面所设参数可知以下两式成立: tm 2 = ts1 - ∃ t + td ts4 = tm 3 + ∃ t + td 解此二元一次方程组, 得 td 和 ∃ t 的算式如下: td = (ts4 - ts1) - (tm 3 - tm 2) 2 , ∃t = (ts4 + ts1) - (tm 3 + tm 2) 2 在同步端计算出 ∃ t 后, 可按照 ∃ t 的一定比例对同步端时钟进行校正直到 ∃ t 变为零, 此时两 端时钟进入同步运行状态。从 ∃ t 的表达式可以看出, ∃t 的计算并未涉及 td, 因此, 当两端同步后, 传输时延的变化将不会影响 ∃ t 的大小。同时由于两端时钟是由高稳晶振控制的, 同步后即使在通 信中断的情况下亦能维持较长时间的同步运行。结合采用自适应调整技术, 可保证开始时两端时 钟的快速同步, 而正常运行时使同步更稳定和更精确。两端时钟同步后, 采样便可同步进行。计 算出的 td 则可用于对通道时延进行监视。 该方法采用时钟校正技术实现两端的同步采样, 与前面两种方法相比, 其可靠性受通道影响 最小。该方法已在ABB 公司生产的REL 561 型差动保护中得到应用, 效果良好。 以上三种同步方法虽各有特点, 但有一点是相同的, 都假定两个方向传输时延相等。这对于 某些具有弹性负载的复用通信系统而言可能会引起误差, 这些通信路线的改变会导致通道传输时 延有大到 10 m s 的变化[4 ]。 3 基于参考向量的同步方法 为使同步问题完全摆脱通道的束缚, 有人提出了利用参考向量实现同步的方法。现介绍其中 的一种双向量比较法[5 ]。 · · 图4 基于参考向量的同步法 Fig. 4 Synchron ized sampling based on reference phasor ′ ′ V ′1 C1 2 C1 2 V1 o B I1 I1 IL Z1 = R1+ jΞL 1 IL A o 该法利用线路模型计算出代表同一量的两个向量, 然后 利用这两个向量的相位差实现采样同步。图 4 为某一线路的 正序分量 П型等值模型。其中, V 1、I 1 和V 1′、I 1′分别是线 路两端的正序电流和电压向量, R 1、L 1、C1 为线路正序参数。 IL = I 1 - jΞ C1 2 V 1 IL ′= I 1′+ jΞ C1 2 V 1′ V 1 (A )′= V 1 - Z 1 I 1 - jΞ C1 2 V 1 式中 IL、IL ′均为线路正序电流, 但由线路两端分别算出; V 1 (A )′为以A 端参考相为基准计算出的 B 端电压V 1′。 IL 和 IL ′虽然在物理上代表同一电流量, 但由于计算时具有不同的参考相, 故两者之间存在相 位差。该相位差的大小正好反映了两端参考相之间的相位差, 由此可给出两端采样时钟在时间上 的差异; 对此差异进行补偿就能解决两端数据采样的同步问题。这是基于电流量的同步方法。 同理, 我们可以比较A 端算出的V 1 (A )′和B 端直接测量得到的V 1′, 它们之间的相位差同样代 表了两端参考相之间的相位差。由此可得到基于电压量的同步方法。 需要指出, 该法具体应用时, 线路两端应首先选用适当的算法将参加比较的电流或电压向量 在故障前估计出来, 然后传到对侧与本地向量进行比较, 因此这种同步方法的准确性将取决于线 路模型的准确性和向量估计的精度, 同时还要考虑各种误差因素的影响, 如CT、PT、线路参数、 48 1996 年 9 月 电 力 系 统 自 动 化 A utom ation of Electric Pow er System s 第 20 卷 第 9 期
·综述·高厚磊等数字电流差动保护中几种采样同步方法 49 时钟漂移等。 该方法的主要优点在于它不需借助通道传递用于同步处理的任何时间信息，不需计算通道时 延，消除了前述方法中两个方向传输时延相等的假设所带来的不良影响。文献[6]对该方法进行了 数字仿真，结果表明，在200km、400kV的单回线路上，同步误差不大于3°。 4基于GPS的同步方法 Kwog等人在文献[6]中曾对使用外部无线电时钟信号的同步方案进行过讨论。在当时找不 到一个理想的对各种用户都适应的无线电时钟信号源，致使该方案未被采纳。随着科学技术的不 断发展，这种方案已被真正实现。 4.1GPS简介 全球定位系统(Glbal Positoning System~GPS)是美国于1993年全面建成的新一代卫星导 航和定位系统。它由24颗卫星组成，具有全球覆盖、全天候工作、24h连续实时地为地面上无限 个用户提供高精度位置、速度和时间信息的能力。GPS传递的时间能在全球范围内与国际标准时 UTC)保持高精度同步，是迄今为止最为理想的全球共享无线电时钟信号源。 4.2基于GPS的同步采样方案 PPS 基于GPS的时钟同步方案如图5所示。图中，专用定时 采样 L 型GPS接收机用来接收GPS卫星发送的时间信息，它由天 收 时钟 采样脉冲 线和接收模块组成。接收机在任意时刻能同时接收其视野范 机 S23今时间码 围里4~8颗卫星的信息，通过对接收到的信息进行解码、运 图5基于GS的同步采样方案 算和处理，能从中提取并输出两种时间信号：一是秒脉冲信 Fg 5 Sychron ived smmpling scheme 号IPPS(1 pulse per second),该脉冲信号上升沿与UTC usng GPS 的同步误差不超过1μs二是经串行口输出的与1PPS对应的UTC时间（年、月、日、时、分、秒）代 码。由高稳晶振构成的采样时钟能产生满足一定频率要求的脉冲信号，该信号每过1s被1PPS信 号同步一次（相位锁定），能保证其脉冲前沿与UTC具有1s的同步精度。如果在线路两端都配置 这样的同步装置，两侧采样时钟给出的采样脉冲之间具有不超过2μs的相对误差。接收机输出的 时间码可直接送给微处理器，用来给采样数据置以时间标签。 需要指出的是，目前GPS接收机的价格已降至数千元人民币，能为一般用户所接受。文献[8] 对GPS的可靠性问题进行了详细论证。本文作者对基于GPS的同步采样方案进行了试验性研究， 结果表明同步精度与理论分析基本一致，方案完全可行。 基于GPS的同步方法精度高(2μS),不需通道联系，不受电网频率变化影响，是一种理想的 同步方法。该方法己被应用于最新研制的电流差动保护之中。 5 结论 (1)基于数据通道的各种同步方法在实际中获得了应用，但它们都要求通道在传送电流数据 的同时传送用于同步处理的各种时间信息，因此，可靠性不同程度地受到通道的影响：另一方面， 对通道不同方向传播时延相等的假设，在应用于某些复接通信系统时将带来误差。 (2)基于参考向量的同步方法，理论上尚需进一步完善。 (3)最新提出的基于GS的同步方法，在硬件投资不大的情况下能近乎完美地解决同步采样 问题，是迄今为止最为理想的同步采样方法。理论分析和试验研究表明，该方案有着广阔的应用 前景。 (下转第53页) 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
时钟漂移等。 该方法的主要优点在于它不需借助通道传递用于同步处理的任何时间信息, 不需计算通道时 延, 消除了前述方法中两个方向传输时延相等的假设所带来的不良影响。文献[ 6 ]对该方法进行了 数字仿真, 结果表明, 在 200 km、400 kV 的单回线路上, 同步误差不大于 3°。 4 基于 GPS 的同步方法 Kwong 等人在文献[ 6 ]中曾对使用外部无线电时钟信号的同步方案进行过讨论。在当时找不 到一个理想的对各种用户都适应的无线电时钟信号源, 致使该方案未被采纳。随着科学技术的不 断发展, 这种方案已被真正实现[7 ]。 411 GPS 简介 全球定位系统(Global Po sition ing System - GPS) 是美国于 1993 年全面建成的新一代卫星导 航和定位系统。它由 24 颗卫星组成, 具有全球覆盖、全天候工作、24 h 连续实时地为地面上无限 个用户提供高精度位置、速度和时间信息的能力。GPS 传递的时间能在全球范围内与国际标准时 (U TC) 保持高精度同步, 是迄今为止最为理想的全球共享无线电时钟信号源。 1 PPS 图5 基于GPS的同步采样方案 Fig. 5 Sychron ized sampling scheme using GPS 采样脉冲 采样 时钟 RS- 232 时间码 GPS 接 收 机 412 基于 GPS 的同步采样方案 基于 GPS 的时钟同步方案如图 5 所示。图中, 专用定时 型 GPS 接收机用来接收 GPS 卫星发送的时间信息, 它由天 线和接收模块组成。接收机在任意时刻能同时接收其视野范 围里 4～ 8 颗卫星的信息, 通过对接收到的信息进行解码、运 算和处理, 能从中提取并输出两种时间信号: 一是秒脉冲信 号 1 PPS (1 pu lse per second) , 该脉冲信号上升沿与U TC 的同步误差不超过 1 Λs; 二是经串行口输出的与 1 PPS 对应的U TC 时间(年、月、日、时、分、秒) 代 码。由高稳晶振构成的采样时钟能产生满足一定频率要求的脉冲信号, 该信号每过 1 s 被 1 PPS 信 号同步一次(相位锁定) , 能保证其脉冲前沿与U TC 具有 1 Λs 的同步精度。如果在线路两端都配置 这样的同步装置, 两侧采样时钟给出的采样脉冲之间具有不超过 2 Λs 的相对误差。接收机输出的 时间码可直接送给微处理器, 用来给采样数据置以时间标签。 需要指出的是, 目前 GPS 接收机的价格已降至数千元人民币, 能为一般用户所接受。文献[ 8 ] 对 GPS 的可靠性问题进行了详细论证。本文作者对基于 GPS 的同步采样方案进行了试验性研究, 结果表明同步精度与理论分析基本一致, 方案完全可行。 基于 GPS 的同步方法精度高(2 Λs) , 不需通道联系, 不受电网频率变化影响, 是一种理想的 同步方法。该方法已被应用于最新研制的电流差动保护之中。 5 结论 (1) 基于数据通道的各种同步方法在实际中获得了应用, 但它们都要求通道在传送电流数据 的同时传送用于同步处理的各种时间信息, 因此, 可靠性不同程度地受到通道的影响; 另一方面, 对通道不同方向传播时延相等的假设, 在应用于某些复接通信系统时将带来误差。 (2) 基于参考向量的同步方法, 理论上尚需进一步完善。 (3) 最新提出的基于 GPS 的同步方法, 在硬件投资不大的情况下能近乎完美地解决同步采样 问题, 是迄今为止最为理想的同步采样方法。理论分析和试验研究表明, 该方案有着广阔的应用 前景。 (下转第 53 页) ·综述· 高厚磊等 数字电流差动保护中几种采样同步方法 49
·新技术·滕福生等监控系统中的机群交互通信技术 53 参考文献 1 Jay Britton An Open Object-Based Model as the Basic of an A rchitecture for Distributon Control Centers IEEE Trans on Power System s,1992.11,7(4) 2布莱克U.计算机网络一协议标准和接口人民邮电出版社，1992 THE NTERCOMMUN ICAT ON TECHNOLOGY OF MULT ICOM PU TER SU PERV ISOR SYSTEM Teng Fusheng,Zhou B ux iang (Sichuan U nion U niversity,610065,Chengdu) Abstract The analysis method of intercomm unication techno logy betw een m ulticomputer of dis- patching autom ation system and telecomm unication supervisor system is presented In order to increase the real tme response ability,a new method of intercomm unication have been provided Keywords supervisor system multicomputer intercomm unication dispatch ing autom ation sys- tem telecomm unication supervisor system (上接第49页) 参考文献 1 许建德等新型数字电流差动保护装置中的数据采样同步和通信方式电力系统自动化，1993,17(4) 2杨维娜等PM系统传送继电保护数据的信号处理电力系统通信，1992，(1) 3宗明等微机光纤纵差保护中数据传输及同步编码的研究第九届全国高校电自专业年会论文集，1993.10 4 Einarsson T et al Experience of Current D ifferential Protections forM ulti-Tem inal PowerL inesU sing M ulti plexed Data Trans ission System.GIGRE,1994 Session:34203 5 Fesler E et al Developm ent ofD igital E H.V L ine D ifferential Protection Relay.International Conference in Power System Protecton and Local Control,Bejing:1994.5 6 Kwong W S et al A M icrop rocessor-Based Current D ifferential Relay for U se w ith D igital Comm un ication Sys- tem.3rd International Conference on Development in Power System Protection,London:1985 7高厚磊等应用GPS的数字电流差动保护电力系统自动化学报，1994，(4) 8 Phadke A G et al Synchronized Sampling and Phasor M easurements for Relaying and Control IEEE on PWRD,1994,9(1) SAM PL NG SYNCHRON IZAT ON METHODS N D IGITAL CURRENT D IFFERENT IL PROTECT ON Gao H oulei,J iang Shifang (Shandong U niversity of Technology,250061,Jinan,China) HeJ iali (T ianjin U niversity,300072,T ianjin,China) Abstract The problem of synchronous current sampling at all tem inals of the line is the key technique in carry ing out digital current differential protection Several synchron ization process- ing methods in common use and new ly proposed ones are described in detail in this paper Both features and shortcom ings about these m ethods are analyzed and compared each other Keywords current differential protection sampling synchronization trans ission tme delay GPS 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
参 考 文 献 1 Jay B ritton. A n Open O bject2Based M odel as the Basic of an A rch itecture fo r D istribution Contro l Centers. IEEE T rans on Pow er System s, 1992111, 7 (4) 2 布莱克 U. 计算机网络—协议标准和接口. 人民邮电出版社, 1992 TH E IN TERCOMM UN ICA T ION TECHNOLO GY O F M UL T ICOM PU TER SU PERV ISOR SYSTEM T eng F ushengΨZ hou B ux iang ;Sichuan U n ion U n iversityΚ610065Κ ChengduΓ Abstract The analysis m ethod of in tercomm un ication techno logy betw een m u lticompu ter of dis2 patch ing au tom ation system and telecomm un ication superviso r system is p resen ted. In o rder to increase the real tim e respon se ab ilityΚa new m ethod of in tercomm un ication have been p rovided. Keywords superviso r system m u lticompu ter in tercomm un ication dispatch ing au tom ation sys2 tem telecomm un ication superviso r system (上接第 49 页) 参 考 文 献 1 许建德等. 新型数字电流差动保护装置中的数据采样同步和通信方式. 电力系统自动化, 1993, 17 (4) 2 杨维娜等. PCM 系统传送继电保护数据的信号处理. 电力系统通信, 1992, (1) 3 宗 明等. 微机光纤纵差保护中数据传输及同步编码的研究. 第九届全国高校电自专业年会论文集, 1993110 4 Einarsson T et al. Experience of Current D ifferential P ro tections fo rM ulti2Term inal Pow er L ines U singM ulti2 p lexed Data T ransm ission System. G IGRE, 1994 Session: 34～ 203 5 Fesler E et al. Developm ent of D igital E. H. V L ine D ifferential P ro tection Relay. International Conference in Pow er System P ro tection and Local Contro l, Bejing: 199415 6 Kwong W S et al. A M icrop rocesso r2Based Current D ifferential Relay fo r U se w ith D igital Comm unication Sys2 tem. 3rd International Conference on Developm ent in Pow er System P ro tection, London: 1985 7 高厚磊等. 应用 GPS 的数字电流差动保护. 电力系统自动化学报, 1994, (4) 8 Phadke A G et al. Synch ronized Samp ling and Phaso r M easurem ents fo r Relaying and Contro l. IEEE on PW RD , 1994, 9 (1) SAM PL IN G SYN CHRON IZA T ION M ETHOD S IN D IG ITAL CU RREN T D IFFEREN T IAL PRO TECT ION Gao H ou leiΨJ iang S h if ang ;Shandong U n iversity of Techno logyΚ 250061Κ Ji’nanΚ Ch inaΓ H e J ia li ; T ian jin U n iversityΚ 300072ΚT ian jinΚCh inaΓ Abstract The p rob lem of synch ronou s cu rren t samp ling at all term inals of the line is the key techn ique in carrying ou t digital cu rren t differen tial p ro tection. Several synch ron ization p rocess2 ing m ethods in common u se and new ly p ropo sed ones are described in detail in th is paper. Bo th featu res and sho rtcom ings abou t these m ethods are analyzed and compared each o ther. Keywords cu rren t differen tial p ro tection samp ling synch ron ization tran sm ission tim e delay GPS ·新技术· 滕福生等 监控系统中的机群交互通信技术 53
