СИНХРОНИЗАЦИЯ ТАКТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИИ Российский патент 2015 года по МПК H03L7/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области синхронизации времени между двумя географически разделенными стационарными тактовыми генераторами, в частности тактовыми генераторами на двух концах линии передачи электроэнергии.

Уровень техники

Линии передачи электроэнергии представляют собой важную часть любой системы распределения электроэнергии, поскольку они обеспечивают канал для передачи электроэнергии между объектом генерирования и потребителем. Линии передачи электроэнергии плотно взаимно соединены для надежной работы. Экономические требования и требования защиты окружающей среды приводят к работе линий передачи электроэнергии, близкой к их рабочим пределам. Любая неисправность получает каскадное распространение в масштабе всей системы, что приводит к широкому распространению перерывов в работе плотно взаимно соединенной энергосистемы, работающей близко к своим пределам. Поэтому для идентификации неисправности установлены системы защиты при передаче электроэнергии. Основная задача защиты линии передачи электроэнергии состоит в надежном детектировании неисправностей, нарушающих надежную работу системы.

Для систем дифференциальной защиты линий передачи электроэнергии защитные устройства на обоих концах линии электропередачи измеряют представление параметра линии электропередачи, такого как ток, и сравнивают измеренную величину на обоих концах. В нормальных рабочих условиях без неисправности эта величина является одинаковой на обоих концах. Расходящиеся результаты измерений указывают на неисправность в линии электропередачи и инициируют защитные действия, такие как размыкание прерывателя цепи. Необходимым условием для работы такой системы дифференциальной защиты является точная синхронизация измерительных устройств на обоих концах.

Для синхронизации тактовые генераторы распределенных устройств защиты синхронизируют с главным тактовым генератором определенного вида. С этой целью общий источник тактовых импульсов передает сигнал синхронизации, например, через сеть передачи данных. Каждый тактовый генератор распределенных устройств защиты принимает сигнал синхронизации и выполняет необходимые регулировки соответственно. Обычно сигналы синхронизации передают от тактового генератора спутника глобальной системы позиционирования (GPS), используя непосредственную или опосредованную спутниковую связь, или от сетевого главного тактового генератора через сеть передачи данных, с которой соединены защитные устройства.

Однако синхронизация с главным тактовым генератором никогда не была надежной и эффективной по затратам. Прием сигнала синхронизации на основе GPS может быть дорогостоящим и даже ненадежным, поскольку связь со спутником может прерываться, например, из-за радиопомех или неблагоприятных погодных условий, которые нарушают распространение сигнала. Кроме того, синхронизация на основе сети предполагает задержки передачи данных между тактовыми генераторами, которые должны быть симметричными, то есть одинаковыми в обоих направлениях, и это не всегда гарантируется.

Раскрытие изобретения

Таким образом, цель изобретения состоит в повышении надежности систем защиты линии передачи электроэнергии, в частности, для улучшения синхронизации тактовых генераторов в такой системе.

Эта цель достигается с помощью способа и системы для синхронизации тактовых генераторов, расположенных на противоположных концах линии электропередачи, в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Предпочтительные варианты воплощения будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, в которых зависимость пункта не следует рассматривать как исключающую дополнительные значимые комбинации пункта формулы изобретения.

В соответствии с изобретением первые и вторые тактовые генераторы, расположенные соответственно на первом и втором концах линии электропередачи переменного тока, синхронизируют в соответствии с колебательной величиной q линии электропередачи, такой как ток, причем два тактовых генератора первоначально синхронизируют так, чтобы они находились в периоде частотных колебаний величины q линии электропередачи. Для синхронизации тактовых генераторов формируют первое представление, такое как форма колебаний колебательной величины q линии электропередачи, путем измерения этой величины в линии электропередачи на первом конце линии электропередачи. В частности, величина q может быть измерена или записана с достаточным количеством выборок q (t1) в пределах периода колебаний таким образом, что эта колебательная величина будет представлена правильно и ее можно сравнивать с другими результатами измерений в разных точках во времени или пространстве. Таким же важным, как и величина первого представления, является время, его записывают или измеряют, таким образом, выборкам присваиваются временные метки, используя первый тактовый генератор, расположенный на первом конце линии электропередачи переменного тока. Это фактически позволяет отслеживать временные характеристики первого тактового генератора.

Для синхронизации измерение той же колебательной величины q в линии электропередачи необходимо выполнить также для второго конца линии электропередачи. Поэтому второе представление колебательной величины линии электропередачи измеряют на втором конце линии электропередачи. Для обеспечения возможности получения корреляции между тактовым генератором и количественной величиной линии электропередачи для второго представления устанавливают временные метки по второму тактовому генератору.

На дополнительном этапе первое и второе представления могут быть переданы на один или оба из двух концов линии электропередачи или в любое другое общее местоположение для сравнения первого и второго представлений. Сравнение может быть выполнено путем выравнивания представления и определения смещения тактовых импульсов между первым тактовым генератором и вторым тактовым генератором, используя соответствующие временные метки. Другими словами, предполагается, что смещение тактовых импульсов соответствует временному интервалу, на который требуется сместить одно из представлений для правильного соответствия или наложения с другим представлением колебаний.

В конечном итоге регулировку выполняют для уменьшения полученного смещения тактовых импульсов, при которой первый и/или второй тактовые генераторы устанавливают или сбрасывают на основе сравнения и рассчитанного смещения.

В предпочтительном варианте изобретения первое представление или его копии передают или посылают через канал передачи данных на второй конец линии электропередачи, и только второй тактовый генератор регулируют на основе определенного смещения тактовых импульсов. Таким образом способ может быть выполнен быстро и легко, поскольку только одно сообщение требуется передать и только один тактовый генератор необходимо регулировать.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения смещение тактовых импульсов определяют путем расчета разности между временной меткой t1 для первого тактового генератора при пересечении нуля первого представления и временной меткой t2 для второго тактового генератора при пересечении нуля второго представления. Однако смещение тактовых импульсов также может быть определено путем расчета функции корреляции между этими двумя представлениями, используя всю форму колебаний. Такой подход является более сложным, но также более надежным и более устойчивым при измерениях в условиях шумов.

Однако в некоторых случаях может происходить заметный сдвиг по фазе между колебательной величиной q линии электропередачи на первом конце и на втором конце линии электропередачи из-за влияния тока на заряд линии, в частности, на протяженных линиях во время условий небольшой нагрузки. Такое собственное различие по фазе, независящее от синхронизации тактовых генераторов, должно быть компенсировано для достижения высокой точности синхронизации тактовых генераторов, что подразумевает расчет разности фаз и регулировку ранее определенного смещения тактовых импульсов путем добавления или вычитания задержки по времени, соответствующей рассчитанной разности фаз.

В любом случае необходимой предпосылкой для выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением является исходное функционирование без неисправностей линии передачи электроэнергии. Поэтому для функции дифференциальной защиты линии крайне важно передавать сигналы о работе линии электропередачи без неисправностей прежде, чем может быть выполнен способ и, в конечном итоге, отрегулированы тактовые генераторы. Однако, если не обеспечивается работа без неисправностей, регулировка тактовых генераторов не может продолжаться до тех пор, пока не будет восстановлена работа без неисправностей и не будет передан сигнал об этом.

Способ в соответствии с изобретением, в частности, используется при точной регулировке или синхронизации высокой точности, поскольку другие способы синхронизации могут приводить к неизбежным задержкам или сдвигам по времени. В частности, при синхронизации времени на основе сети лежащее в основе предположение представляет собой симметричную передачу данных между узлами. Однако в современных сетях передачи данных такое основное предположение может быть недействительным. Это, в частности, является важным, когда время передачи сообщения синхронизации между узлами превышает симметричную задержку, рассчитанную ранее и используемую для компенсации остаточного смещения тактовых импульсов в приемном узле.

Поэтому настоящее изобретение, в частности, полезно в случае, когда перед выполнением способа первый и второй тактовые генераторы синхронизируют на основе симметричной задержки передачи данных, установленной для временной синхронизации на основе полностью работоспособной сети, используя, например, протокол сетевого времени (NTP) или протокол точного времени (РТР) канала передачи данных между первым и вторым концами линии электропередачи. Настоящее изобретение учитывает любые асимметричные задержки в способе временной синхронизации на основе сети и обеспечивает высокую точность синхронизации.

Кроме того, способ в соответствии с настоящим изобретением полезен в случае синхронизации времени на основе глобальной системы позиционирования (GPS), где сигнал GPS может быть иногда потерян. Таким образом, изобретение обеспечивает синхронизацию, при которой перед выполнением способа настоящего изобретения первый и второй тактовые генераторы синхронизируют на основе сигнала GPS, а при последующей потере сигнала GPS синхронизация тактовых генераторов поддерживается в течение периода удержания, превышающего 30 секунд.

Настоящее изобретение также относится к системе для синхронизации первого и второго тактовых генераторов, расположенных соответственно на первом и втором концах линии электропередачи, то есть к системе, включающей в себя регистратор, предназначенный для измерения первого представления колебательной величины q линии электропередачи, такой как ток, на первом конце линии электропередачи, и для установки временных меток для первого представления с помощью первого тактового генератора, приемник для приема второго представления колебательной величины q линии электропередачи, измеренной на втором конце линии электропередачи, и установки временных меток с помощью второго тактового генератора, компаратор, предназначенный для сравнения первого и второго представлений для определения смещения тактовых импульсов между первым и вторым тактовыми генераторами, и регулятор тактового генератора для регулировки первого тактового генератора, для уменьшения определенного смещения тактовых импульсов.

В любом случае при условии исходной работы линии электропередачи без неисправностей настоящее изобретение синхронизирует тактовые генераторы, расположенные на концах линии передачи электроэнергии, на основе измеренного представления с временными метками, с высокой точностью и надежностью. Таким образом, настоящее изобретение можно использовать как самостоятельный или дополнительный способ синхронизации, который позволяет преодолеть недостатки других способов синхронизации, то есть сетевого или на основе GPS.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения более подробно поясняется в следующем тексте со ссылкой на предпочтительные примерные варианты выполнения, которые представлены на приложенных чертежах, на которых:

фиг. 1 - схематичное представление способа для синхронизации тактовых генераторов, расположенных на двух концах линии передачи электроэнергии, используемого для дифференциальной защиты указанной линии передачи электроэнергии, и

фиг. 2 - два представления колебательной величины линии электропередачи, которые записаны с использованием двух тактовых генераторов, между которыми имеется незначительное смещение.

Номера позиций на чертежах и их значения представлены в обобщенной форме в списке обозначений. В принципе, идентичные части обозначены одинаковыми позициями на чертежах.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан краткий схематичный обзор первого конца системы дифференциальной защиты линии для линии передачи электроэнергии, включающей в себя первый тактовый генератор 1 и второй тактовый генератор 2, расположенные на каждом конце линии передачи электроэнергии. Первое представление 3 и второе представление 4 колебательной величины q линии электропередачи формируются в первом регистраторе 5 в первом местоположении и во втором регистраторе в отдаленном втором местоположении. Регистратор 5 измеряет, например, ток множество раз в течение периода колебаний для формирования представления 3, пригодного для синхронизации. К первому представлению 3 прикрепляют временные метки, используя первый тактовый генератор 1, с помощью модуля 6 выборки.

Представления 3, 4 с временными метками передают в функцию 9 дифференциальной защиты линии, например, через сетевое соединение 10, 11 для проверки состояния линии и детектирования каких-либо неисправностей в линии передачи электроэнергии. Функция 9 дифференциальной защиты линии генерирует сигнал 18, содержащий статус линии передачи электроэнергии, и перенаправляет сигнал соответствующим получателям через сеть.

Представления 3, 4 с временными метками далее пересылают через сетевое соединение 13, 14 для дополнительной обработки в компаратор 8, где рассчитывают смещение или оценку асимметричной задержки. Любая разность фаз между колебательной величиной линии электропередачи на первом конце и на втором конце линии электропередачи из-за влияния тока на заряд линии может быть заранее скомпенсирована с помощью компенсатора 17 фазы.

В этом варианте осуществления изобретения первый тактовый генератор 1 обычно синхронизируют через сигнал 15 GPS или сигнал 16 синхронизации на основе сети. Однако в случае когда происходит потеря сигнала 15 GPS, изобретение обеспечивает способ синхронизации тактовых генераторов 1, 2 во время потери сигнала 15 GPS. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает систему и способ для выполнения синхронизации более высокой точности тактовых генераторов 1, 2 в случае любой асимметрии в сигнале 16 синхронизации сети.

После приема первого и второго представления 3, 4 компаратор 8 рассчитывает смещение 19. В случае, когда компаратор 8 принимает сигнал 18 состояния без неисправностей из блока 9 функций дифференциальной защиты линии, смещение 19 перенаправляют в модуль 20 синхронизации из модуля 21 синхронизатора, состоящего из модуля 20 синхронизации и, например, первого тактового генератора 1. Модуль 20 синхронизации затем выполняет сброс или регулирует первый тактовый генератор и/или может передать соответствующее смещение 22 для частичного выравнивания в приемник 7 для регулировки временных меток дистанционного представления 4.

На фиг. 2 представлен сдвиг 23, наблюдаемый в известном из уровня техники устройстве дифференциальной защиты линии. На графике показан локальный сигнал первого представления 3 и дистанционный сигнал или второе представление 4 тока в линии с амплитудой по оси 24 Y в виде функции соответственно, от локального и дистанционного времени, представленного по оси 25 X. Наблюдаемый сдвиг 23 происходит из-за смещения тактовых импульсов между локальным и дистанционным тактовыми генераторами и также может включать в себя разность фаз из-за эффектов заряда на ток линии. В настоящем изобретении такой наблюдаемый сдвиг используется для коррекции любого смещения тактовых импульсов, такого, которое возникает, например, из-за временной задержки при асимметричной передаче данных в способе синхронизации времени на основе сети и таким образом обеспечивает синхронизацию с высокой точностью.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Первый тактовый генератор 2 Второй тактовый генератор 3 Первое представление 4 Второе представление 5 Регистратор 6 Модуль выборки 7 Приемник 8 Компаратор 9 Функции дифференциальной защиты линии 10 Сетевое соединение 11 Сетевое соединение 12 Сигнал защиты линии 13 Сигнал GPS 14 Сигнал синхронизации по сети 17 Компенсатор фазы 18 Сигнал состояния 19 Смещение 20 Модуль синхронизации 21 Синхронизатор 22 Смещение 23 Асимметрия 24 Ось Y 25 Ось Х

Изобретение относится к области синхронизации времени двух географически разделенных стационарных тактовых генераторов на двух концах линии передачи электроэнергии. Технический результат - повышение точности синхронизации тактовых генераторов. Для этого два тактовых генератора первоначально синхронизируют так, чтобы они находились в пределах одного периода колебаний в линии электропередачи, затем формируют первое представление как форму колебаний колебательной величины q линии передачи электроэнергии такой величины, как переменный ток, путем измерения или регистрации этой величины в линии электропередачи на первом конце линии электропередачи, записывают достаточное количество выборок q (t1) колебательной величины q в пределах периода колебания и прикрепляют временную метку для первого представления, используя первый тактовый генератор, дополнительно формируют второе представление той же колебательной величины q линии электропередачи путем измерения указанной величины в линии электропередачи на втором конце линии электропередачи и устанавливают временную метку второго представления, используя второй тактовый генератор, сравнивают, то есть выравнивают, используя соответствующие временные метки, первое и второе представления для определения смещения тактовых импульсов между первым и вторым тактовыми генераторами, и регулируют на основе сравнения первый и/или второй тактовый генератор или по меньшей мере первый тактовый генератор для уменьшения обнаруженного смещения тактовых импульсов. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ синхронизации первого и второго тактовых генераторов (1, 2), расположенных соответственно на первом и втором концах линии передачи электроэнергии переменного тока, характеризующийся тем, что:
формируют первое представление (3) колебательной величины q в линии электропередачи путем измерения этой величины в линии электропередачи на первом конце линии электропередачи и прикрепляют временную метку к первому представлению, используя первый тактовый генератор;
формируют второе представление (4) колебательной величины q в линии электропередачи путем измерения этой величины в линии электропередачи на втором конце линии электропередачи и прикрепляют временную метку ко второму представлению с помощью второго тактового генератора (2);
сравнивают первое и второе представления (3, 4) для определения смещения (19) тактовых импульсов между первым и вторым тактовыми генераторами (1, 2);
регулируют первый и/или второй тактовые генераторы для уменьшения указанного смещения (19) тактовых импульсов,
при этом дополнительно проверяют, находится ли указанное определенное смещение (19) тактовых импульсов в заданных пределах или передает ли функция дифференциальной защиты линии сигнал о работе в условиях отсутствия неисправностей линии электропередачи.

2. Способ по п. 1, в котором дополнительно:
передают первое представление (3) на второй конец линии электропередачи;
регулируют второй тактовый генератор (2) по указанному определенному смещению (19) тактовых импульсов.

3. Способ по п. 1, в котором при определении смещения (19) тактовых импульсов:
рассчитывают разность между временной меткой tl пересечения нуля первого представления (1) и временной меткой t2 пересечения нуля второго представления (4) или
рассчитывают функцию корреляции между этими двумя представлениями (3, 4) и определяют местоположения пика функции корреляции.

4. Способ по п. 1, в котором при определении смещения (19) тактовых импульсов:
компенсируют разность фаз между колебательной величиной q в линии электропередачи на первом конце и на втором конце линии электропередачи.

5. Применение способа по любому из пп. 1-4, в котором первый и второй тактовые генераторы (1, 2) синхронизируют на основе симметричной задержки передачи данных по линии передачи данных между первым и вторым концами линии электропередачи, при этом любое остаточное смещение тактовых импульсов между первым и вторым тактовыми генераторами уменьшают, используя указанный способ.

6. Применение способа по любому из пп. 1-4, в котором первый и второй тактовые генераторы (1, 2) синхронизируют на основе сигнала GPS, причем после потери сигнала GPS синхронизацию тактовых генераторов (1, 2) поддерживают с помощью указанного способа.

7. Система для синхронизации первого и второго тактовых генераторов (1, 2), расположенных соответственно на первом и втором концах линии электропередачи, содержащая:
регистратор (5) для измерения первого представления (3) колебательной величины q в линии электропередачи на первом конце линии электропередачи и для установки временных меток для первого представления, используя первый тактовый генератор (1);
приемник (7) для приема второго представления (4) колебательной величины q в линии электропередачи, измеренной на втором конце линии электропередачи, и с временными метками, установленными, используя второй тактовый генератор (2);
компаратор (8), выполненный с возможностью сравнения первого и второго представлений (3, 4) для определения смещения тактовых импульсов между первым и вторым тактовыми генераторами (1, 2); и
регулятор (20) тактового генератора, выполненный с возможностью регулировки первого тактового генератора (1) для уменьшения указанного определяемого смещения тактовых импульсов,
при этом система выполнена с возможностью проверять, находится ли указанное определенное смещение (19) тактовых импульсов в заданных пределах или передает ли функция дифференциальной защиты линии сигнал о работе в условиях отсутствия неисправностей линии электропередачи.