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第34卷第17期 电力系统自动化 Vol34 No.17 2010年9月10日 Automation of Electric Power Systems Sept.10,2010 数字化保护采样数据处理方案 蒋雷海，陈建玉，俞拙非，许捷，吴崇昊 (国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司，江苏省南京市210003) 摘要：指出了数字化保护在应用过程中必须面对的通信延时、海量采样数据处理以及数据采集传 输回路受干扰导致采样数据丢失和畸变等问题。分析了数据源驱动法和增加预留缓冲区的定时调 度法2种数据处理调度机制。设计了等间隔采样和每周期定点数采样数据处理方法，提出了采样 数据无效情况下保护应采取的动作策略。所提出的方案已在装置中实现并通过了实时数字仿真系 统(RTDS和动模试验验证。 关键词：数字化保护：调度机制：保护算法：等间隔采样：定点数采样 0引言 网络负载较重，链路延时将不再固定，波动范围可达 1ms~2ms。另外，由于采用IEC6185092协议 数字化保护与传统保护在数据采集环节的不同 时，其传输过程基于IS0/EC88023实现，若每个 之处表现在：传统保护的数据采集由装置自身控制， 应用协议数据单元(APDU)包含多个应用服务数据 采样率较低(1200Hz~2400Hz),并采用频率跟 单元(ASDU),将出现采样数据“批量”传输现象， 踪技术以实现每周期采样点相对固定，便于数据计 即装置时而收不到数据，时而收到多点数据。 算，而数字化保护采样数据是经通信方式由数据采 传统保护采用的按采样间隔定时处理采样数据 集合并单元(MU)传输而来，采样过程由MU或电 的模式无法适应以上各种情况。数据源驱动法和增 子式互感器完成，并受MU控制，采样频率高且恒 加预留缓冲区的定时调度法可有效解决该问题。 定（一般为4kHz),不进行频率跟踪，可供各种智能 数据源驱动法在每次新采样数据到达后启动保 设备使用。数字化采样方式虽方便地实现了数据共 护计算。此方法可以有效规避通信延时不确定带来 享，但也带来了新问题：①当采样数据按IEC61850 的影响，数据处理调度机制简单，动作实时性强，但 92协议山进行传输时，通信回路延时可能并不固 要求保护装置能在一个通信间隔内处理完多点积压 定，最大可达4s,给保护装置采样数据接收、处理 数据，对装置处理能力要求较高。同时，为避免通信 带来了困难：②油于数据采样率高，采样数据量比传 回路延时不确定带来的动作时间离散，保护的计时 统保护大很多，须对其进行预处理：③数据采集传输 元件不能沿用传统的定时器模式。由于数据采样率 回路受到电磁干扰后，若采样数据畸变或丢失，可能 恒定，通过统计依次参与保护运算的采样点个数，可 引起保护装置拒动或误动：④当保护装置的数据源 获得较高的时间精度，其最大误差为1个采样间隔。 来自不同MU时，存在多MU采样数据同步问题。 增加预留缓冲区的定时调度法要求采样数据缓 针对上述问题，本文提出了有效的采样数据处 冲区长度在满足保护算法基础上，增加4ms数据空 理方案，重点解决了通信回路延时及海量采样数据 间，待缓冲区填满后再开放保护计算。图1显示了 预处理的难题，并提出了可靠的应对策略，使保护装 在此方式下，原始数据采样率等于4kHz、数据窗长 置在采样数据畸变或丢失后动作行为的可靠性和快 度为4个采样点、每个APDU包含4个ASDU、保 速性得到了保证。 护定时调度周期为数据采样周期2倍时的数据收发 1数据处理调度机制 处理时序关系。分析可知，除非通信回路异常，否则 当采样数据通信协议选用IEC600448时.由 保护计算过程不受通道延时波动影响，保护动作的 最大延时不超过4ms,对保护动作性能影响很小， 于装置间通信采用点对点连接方式，链路延时基本 且实现过程相对简单，可从传统保护中继承其实现 恒定且可测，其值一般为数十微秒：当选用EC 6185092协议时，若通信回路中存在交换设备，且 方案，降低新算法带来的风险。为增加可靠性，若当 前计算过程中无新的采样数据可用时，则闭锁保护， 直到采样数据缓冲区重新填满后再开放。 收稿日期：2010022：修回日期：20100628。 4010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net数字化保护采样数据处理方案 蒋雷海, 陈建玉, 俞拙非, 许 捷, 吴崇昊 ( 国网电力科学研究院/ 南京南瑞集团公司, 江苏省南京市 210003) 摘要: 指出了数字化保护在应用过程中必须面对的通信延时、海量采样数据处理以及数据采集传 输回路受干扰导致采样数据丢失和畸变等问题。分析了数据源驱动法和增加预留缓冲区的定时调 度法 2 种数据处理调度机制。设计了等间隔采样和每周期定点数采样数据处理方法, 提出了采样 数据无效情况下保护应采取的动作策略。所提出的方案已在装置中实现并通过了实时数字仿真系 统( RTDS) 和动模试验验证。 关键词: 数字化保护; 调度机制; 保护算法; 等间隔采样; 定点数采样 收稿日期: 20100122; 修回日期: 20100628。 0 引言 数字化保护与传统保护在数据采集环节的不同 之处表现在: 传统保护的数据采集由装置自身控制, 采样率较低( 1 200 Hz~ 2 400 Hz) , 并采用频率跟 踪技术以实现每周期采样点相对固定, 便于数据计 算, 而数字化保护采样数据是经通信方式由数据采 集合并单元( M U) 传输而来, 采样过程由 MU 或电 子式互感器完成, 并受 M U 控制, 采样频率高且恒 定( 一般为 4 kHz) , 不进行频率跟踪, 可供各种智能 设备使用。数字化采样方式虽方便地实现了数据共 享, 但也带来了新问题: 当采样数据按 IEC 61850 92 协议[ 1] 进行传输时, 通信回路延时可能并不固 定, 最大可达 4 ms, 给保护装置采样数据接收、处理 带来了困难; 由于数据采样率高, 采样数据量比传 统保护大很多, 须对其进行预处理; ! 数据采集传输 回路受到电磁干扰后, 若采样数据畸变或丢失, 可能 引起保护装置拒动或误动; ∀当保护装置的数据源 来自不同 M U 时, 存在多 MU 采样数据同步问题。 针对上述问题, 本文提出了有效的采样数据处 理方案, 重点解决了通信回路延时及海量采样数据 预处理的难题, 并提出了可靠的应对策略, 使保护装 置在采样数据畸变或丢失后动作行为的可靠性和快 速性得到了保证。 1 数据处理调度机制 当采样数据通信协议选用 IEC 600448 [ 2] 时, 由 于装置间通信采用点对点连接方式, 链路延时基本 恒定且可测, 其值一般为数十微秒; 当选用 IEC 6185092 协议时, 若通信回路中存在交换设备, 且 网络负载较重, 链路延时将不再固定, 波动范围可达 1 ms~ 2 ms。另外, 由于采用 IEC 6185092 协议 时, 其传输过程基于 ISO/ IEC 88023 实现, 若每个 应用协议数据单元( APDU) 包含多个应用服务数据 单元( ASDU ) [ 1] , 将出现采样数据# 批量∃传输现象, 即装置时而收不到数据, 时而收到多点数据。 传统保护采用的按采样间隔定时处理采样数据 的模式无法适应以上各种情况。数据源驱动法和增 加预留缓冲区的定时调度法可有效解决该问题。 数据源驱动法在每次新采样数据到达后启动保 护计算。此方法可以有效规避通信延时不确定带来 的影响, 数据处理调度机制简单, 动作实时性强, 但 要求保护装置能在一个通信间隔内处理完多点积压 数据, 对装置处理能力要求较高。同时, 为避免通信 回路延时不确定带来的动作时间离散, 保护的计时 元件不能沿用传统的定时器模式。由于数据采样率 恒定, 通过统计依次参与保护运算的采样点个数, 可 获得较高的时间精度, 其最大误差为 1 个采样间隔。 增加预留缓冲区的定时调度法要求采样数据缓 冲区长度在满足保护算法基础上, 增加4 ms 数据空 间, 待缓冲区填满后再开放保护计算。图 1 显示了 在此方式下, 原始数据采样率等于 4 kH z、数据窗长 度为 4 个采样点、每个 APDU 包含 4 个 ASDU、保 护定时调度周期为数据采样周期 2 倍时的数据收发 处理时序关系。分析可知, 除非通信回路异常, 否则 保护计算过程不受通道延时波动影响, 保护动作的 最大延时不超过 4 ms, 对保护动作性能影响很小, 且实现过程相对简单, 可从传统保护中继承其实现 方案, 降低新算法带来的风险。为增加可靠性, 若当 前计算过程中无新的采样数据可用时, 则闭锁保护, 直到采样数据缓冲区重新填满后再开放。 % 42 % 第 34 卷 第 17 期 2010 年 9 月 10 日 Vo l. 34 No . 17 Sept . 10, 2010