刘秋菊，胡 宝，倪传坤，马全霞
(许继电气股份有限公司，河南省许昌市461000)
摘要：分析了基于IEC 618502922协议开发的数字化光纤差动保护的特点。总结了基于
IEC 618502922协议实现的光纤差动保护的特殊性、测试环境的搭建、测试的要点以及测试中需要重点考虑的问题。通过实际测试发现了数字化光纤差动保护产品开发中存在的问题，并提出了解决方案。
关键词：数字化变电站；电子式互感器；光纤差动保护
收稿日期:2009208203；修回日期:2009212225。
0 引言
数字化变电站的建设充分体现了一次设备智能化和二次设备网络化的特点[1]。一次设备智能化的重点是电子式互感器和智能断路器的应用，电子式互感器的应用解决了电流互感器饱和导致差动保护动作行为不正确的问题[2]，加上光纤电流差动保护自身的优点，使光纤电流差动保护成为高电压等级数字化变电
站输电线路的主保护。但由于模拟量采集元件的变化以及传输延时的增加，如何验证数字化光纤差动保护的优越性，数字化光纤差动保护的应用是否会存在意想不到的问题，这些都需要通过实际测试来验证。
本文通过比较采用IEC 618502921协议、IEC 618502922协议实现的数字化光纤差动保护的应用环境及采样值传输方式的不同，总结了采用IEC 618502922协议开发的数字化光纤差动保护的特殊性以及测试中应重点关注的内容。
1 基于IEC 618502922协议实现的光纤差动
保护的特殊性
目前国内已投运的数字化变电站基本采用的都是IEC 618502921协议，但IEC 618502922协议实现的数字化变电站具有光纤连线简洁、便于实现跨间隔保护、安装方式灵活等优点[3]，必将成为数字化变电站发展的趋势。
基于IEC 618502921协议开发的数字化光纤差动保护采样值传输的方式为点对点方式，其应用环境如图1所示。点对点传输方式下采样值从合并器直接进入保护装置，没有通过网络与其他间隔共享网络宽带，只需考虑传送介质的带宽和接受方CPU
的处理能力，而不用担心数据流量对于采样值传输的影响。在该模式下采样值从模拟量采集元件到光纤差动保护装置之间的延时是固定、可计算的，在这种情况下差动保护的实现原理与传统光纤差动保护没有本质差异
劳工部
。
图1 IEC 618502921数字化光纤差动
保护装置的应用环境
Fig.1 Application environment of IEC 618502921b ased
digital substation differential protection
基于IEC 618502922协议开发的数字化光纤差动保护与基于IEC 618502921协议开发的保护的区别在于采用了过程层网络总线传输介质，需要考虑网络传输流量对采样值传输延时的影响[4]，其应用环境如图2所示
。
图2 IEC 618502922数字化光纤差动
保护装置的应用环境
Fig.2 Application environment of IEC 618502922b ased
digital substation differential protection
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57—第34卷 第7期2010年4月10
麦克白
日Vol.34 No.7Apr.10,2010
采用IEC 618502922协议实现的光纤差动保护的特殊性在于采样值的传输经过了过程层网络，当网络
流量不同时，对采样值传输延时的影响会不同，导致采样值从合并器到保护装置之间的延时具有不确定性和随机性，采用原有传统同步方式无法适应这种新情况[5]，在这种情况下，就需要数字化光纤差动保护改变其同步方式以适应这种变化[627]。此外，由于在IEC 618502922应用环境中引入了时钟源，这就要求装置增加一些对时钟源各种工况及异常情况的处理措施。基于IEC 618502922协议实现的光纤差动保护的这些特殊性，也就是测试工作的重点所在。
2 数字化光纤差动保护测试环境的搭建
随着数字化变电站的应用不断向高电压等级发展，高电压等级数字化变电站相关产品的测试也成为许多厂家所需要解决的新问题。与传统微机保护装置相比，由于数字化变电站一、二次设备及应用环境的变化，导致数字化保护装置测试设备及测试思路都发生了较大程度的变化。
对传统光纤差动保护装置来讲，只需一台能输出2组电流、电压模拟量的继电保护测试仪即可满足测试需求，如图3所示
。
图3 传统光纤差动保护测试环境Fig.3 T esting environments of traditional
differential protection
数字化光纤差动保护的应用环境与传统保护相比，其中间传输环节增加，考核环境变化对差动保护的影响对数字化光纤差动保护就显得尤为重要。为了充分模拟现场实际环境，考核光纤差动保护在各种情况下工作的可靠性，首先应研究数字化光纤差动保护的应用环境，根据工程实际应用情况搭建测试环境。
图4是在实际测试中搭建的测试环境。所搭建的IEC 618502922数字化光纤差动保护测试环境应满足以下要求:
1)数字化变电站架构体系的搭建。从图4可以看出，两侧电压、电流模拟量经过模拟信号采集器、合并器变为数字信号后，经过程层交换机进入保护装置，两侧装置的通用面向对象变电站事件(GOOSE )信息也经过过程层交换机与断路器智能
接口单元通信，该测试体系充分体现了数字化变电站数据采集数字化、系统分层分布化以及信息交互网络化的特点
。
图4 IEC 618502922数字化光纤差动保护测试环境Fig.4 T esting environments of IEC 618502922b ased
digital substation differential protection
2)时钟源的引入。时钟源是基于IEC 618502922协议实现的数字化光纤差动保护实现同步原理的基础，为了模拟现场实际运行情况，测试时两侧设备必须使用不同的时钟源，且2个时钟源使用2根天线，而不能使用同一时钟源或同一根天线。
3)为了模拟实际2个变电站之间数据传输的特点，要求测试时两侧装置的过程层网络完全独立，采
用不同的交换机作为传输路径。
4)传输延时的模拟。由于本测试系统是在试验室搭建的测试环境，进入过程层交换机的数据有限，仅为一组采样值、一组GOOSE 信息，这与现场多组采样值、多组GOOSE 信息同时进入同一交换机的情况不一致。为了模拟现场数据流量大小对传输延时的影响，测试时通过PC 机在交换机的端口加入采样值、GOOSE 等报文，使交换机的数据流量接近现场使用的近70%的水平，通过这种方法可以模拟网络数据流量对传输延时的影响。
5)光纤通道测试系统。通过该测试系统可实现光纤通道叠加误码、延时、中断等的量化考核，考核光纤差动保护在各种通道工况下工作的正确性。
致密气3 数字化光纤差动保护装置的测试
应用图4搭建的数字化光纤差动保护测试环
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)
境，可对数字化变电站光纤差动保护实现方案的正确性进行全面、有效的验证，通过该测试环境可实现保护性能、功能的全面测试。制定测试项目时应以数字化光纤差动保护的特殊性相关项目作为数字化光纤差动保护测试工作的重点。
3.1 时钟源异常对光纤差动保护装置的影响
1)时钟源失步
根据实际使用有可能出现的情况，模拟一侧或两侧时钟源失步，考核时钟源失步对装置的影响。
测试时施加负荷电流，将一侧或两侧时钟源的天线拔掉，验证两侧保护装置在时钟源失步情况下计算差流的正确性，同时验证在此过程中两侧差动保护是否存在误动作的现象。
2)时钟源长期失步
测试时模拟时钟源失步后长时间无法同步的情况，当时钟源长时间失去同步信号后，由于时钟源自身晶振误差的影响，失步时间越长，两侧时钟源之间的时差也会随之加大。
测试时施加负荷电流，考核差动保护装置在一侧或两侧时钟源长时间失步情况下差流计算及动作行为的正确性。
3)时钟源由失步突变为同步
时钟源在失步时按自身时钟晶振输出同步信号；在同步时根据接收的同步信号输出同步信号。时钟源由失步状态切换为同步状态时，会存在输出时钟同步信号突变的情况。
测试时施加负荷电流，将时钟源天线由断开状态恢复成接通状态，考核当时钟源由失步状态切换至同步状态时，两侧差动保护装置在这种情况下工作的正确性及可靠性。为了模拟时钟源恢复同步过程的随机性，测试时应多次重复该试验项目，充分验证装置在这种情况下工作的可靠性。
4)同步信号丢失与恢复
同步信号为两侧装置采样同步的基础，当同步信号丢失时，装置应有相应的检测及闭锁措施，防止保护误动作。
测试时通过关闭时钟源电源或拔掉合并单元、保护装置时钟同步输入信号的方法模拟同步信号丢失对光纤差动保护装置的影响。当同步信号丢失时，保护装置应将两侧差动保护可靠闭锁，并发出相应的告警信息。
模拟同步信号恢复时，装置相应的告警信息应返回，并开放保护。
3.2 与系统其他装置配合功能的考核
由于数字化光纤差动保护的应用环境复杂，考核其他装置异常时保护装置工作的可靠性也是数字化光纤差动保护测试中应重点关注的内容。
测试时模拟其他装置异常情况对装置的影响，如采集器异常、合并单元异常、智能接口单元异常等对光纤差动保护装置的影响。
3.3 光纤通道叠加误码、延时对装置的影响
测试时模拟光纤通道叠加不同误码，考核装置误码检测机制、告警机制及闭锁逻辑的正确性。
在光纤通道增加传输延时，考核保护装置延时计算及工作的正确性。
4 测试中发现的问题及解决方案
4.1 时钟源由失步变为同步时两侧差动保护误动作
通过上述测试环境对数字化光纤差动保护进行测试时发现：模拟一侧时钟源由失步变为同步时，两侧差动保护误动作。
首先分析当时钟源由失步变为同步状态时，时钟源输出时钟脉冲的变化情况。当时钟源失步时，时钟源按照自身时钟晶振每1s输出一个时钟脉冲，如图5所示。合并器、保护装置根据该时钟脉冲调整采样
。
图5 时钟源输出正常的情况
Fig.5 Clock source output under normal circumstances
当时钟源由失步变为同步时，时钟源调整成根据接收的同步信号输出时钟脉冲，在此过程中时钟源输出脉冲会出现突变，如图6所示
。
图6 时钟源由失步变为同步的过程
Fig.6 Clock source is out of step into the process
of synchronization
通过分析工具对合并器、保护装置的采样值分析发现，在时钟源脉冲突变时，装置发送的采样值有突变情况，具体情况如图7所示。
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・研制与开发・ 刘秋菊，等 数字化光纤差动保护的测试
图7 时钟源输出异常的情况
Fig.7 Clock source output in an abnorm al situ ation
针对测试中发现的上述问题，由于标准中对这部分内容没有相关的要求，专家讨论一致认为，时钟源为所有数据同步的基础，无论对合并器还是保护装置来讲都应根据一个统一的基准进行采样调整，这样才能保证合并器和保护装置采样数据的同步性，最后修改成合并器、保护装置都根据时钟脉冲进行采样调整,
如图8所示。
图8 修改后的方案Fig.8 R evised program
针对修改后的方案，在测试环境中对其进行了重新验证，在时钟源正常及各种异常情况下两侧差动保护装置均能正确作出反应。4.2 时钟源脉冲出现毛刺时两侧差动保护误动作
测试中发现关断同步脉冲扩展装置时，两侧差动保护误动作，通过示波器分析关断电源时，同步脉冲扩展装置输出波形有毛刺波形,
如图9所示。
图9 输出异常脉冲
Fig.9 Abnorm al pulse output
当出现如上毛刺波形时，合并器输出采样值异常，导致两侧差动保护误动作。为了防止上述情况的出现，在合并器及保护装置中增加异常脉冲处理功能，滤除毛刺波形,
如图10所示。
图10 毛刺波形处理Fig.10 G litch w aveform processing
装置正常运行过程中对时钟脉冲间隔进行判别，如图10所示，只有当间隔时间处于一定范围内时才按正常脉冲处理，否则作为毛刺波形被滤除。
针对修改后的方案，在测试环境中对其进行了重新验证，在上述过程中保护未出现误动作的情况。
5 结语
数字化光纤差动保护是220kV 及以上电压等级数字化变电站输电线路的主保护，是数字化变电站研发的重点产品。目前数字化变电站推广中面临较多的情况是一侧为数字化变电站、另一侧为传统变电站。通过搭建实际测试环境对数字化光纤差动保护的功能正确性及各项技术指标进行了全面验证，通过实际测试证明所搭建的数字化光纤差动保护测试环境及测试项目是合理、有效的，发现了数字化光纤差动保护研发中存在的一些问题并提出了解决方案，为数字化光纤差动保护的研发提供了有利的参考意见。
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张学广(1981—
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徐殿国(1960—
)，男，教授，博士生导师，主要研究方向：电力电子技术及电机控制技术。
潘伟明(1987—
)，男，硕士研究生，主要研究方向：双馈电机控制技术。
A Flux Damping Control Strategy of Doubly 2fed Induction G enerator
B ased on the G rid Voltage V ector Oriented
Z HA N G X ueguang ,X U Dianguo ,PA N Weiming ,YA O Chunguang
(Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001,China )
Abstract :The transient DC flux component emerges in the doubly 2fed induction generator (DFIG )’s stator following the voltage changes caused by grid fault ,which results in the output power fluctuation and electromagnetic torque vibration.A novel flux damping control strategy of DFIG based on the grid voltage vector oriented is proposed.The control method can be adopted to eliminate the transient DC flux component in the stator when the grid fault is not serious.To derive the control strategy ,the influence of grid fault on the electromagnetic relationship is analyzed based on the model of DFIG ,and then the stability of grid voltage vector oriented control strategy is analyzed.The impacts of the rotor side converter ’s rate and the generator operation state on the damping effect are considered.Simulation results show that the transient DC flux component can be eliminated quickly and the control system stability is improved.The presented flux damping control strategy is helpful to achieve the low voltage ride through capability of DFIG.
This work is jointly supported by National Natural Science Foundation of China (No.50877017)and D
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K ey w ords :DFIG;wind power generation ;flux damping control ;grid voltage vector oriented ;low voltage ride through
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新婚夫妻健康教育片刘秋菊(1978—
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胡 宝(1963—
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倪传坤(1980—
)，男，硕士，工程师，主要研究方向：继电保护研究和产品开发。E 2mail :nichuankun @xjgc
T esting of the Digital Fiber 2optic Differential Protection
L IU Qi uj u ,HU B ao ,N I Chuankun ,M A Quanx ia
(X J Electric Co.Ltd.,Xuchang 461000,China )
Abstract :The feature of developed digital fiber 2optic differential protection (DFODP )based on IEC 618502922standard is analyzed.The particularity of DFODP based on IEC 618502922standard ,building of test environment ,essential test points and problems needed to be considered during test are summed up.Some bugs in products of DFODP are found through the practical tests ,and their solutions are put forward.
K ey w ords :digital substation ;electric current transformer (ECT );fiber 2optic differential protection
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99—・绿电力自动化・ 张学广，等 基于电网电压定向的双馈风力发电机灭磁控制策略
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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