導(dǎo)語(yǔ)：5G無(wú)線通信配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對(duì)大量分布式電源接入配電網(wǎng)以及用戶對(duì)供電可靠性要求不斷提高的問(wèn)題，提出了一種基于5g無(wú)線通信的配電網(wǎng)拓?fù)渥赃m應(yīng)差動(dòng)保護(hù)技術(shù)。該技術(shù)運(yùn)用5G無(wú)線通信低延時(shí)、高帶寬的特點(diǎn)，采用采樣點(diǎn)插值同步法，實(shí)現(xiàn)故障的精確定位與隔離，有效地減少了終端運(yùn)維的工作量，為配電網(wǎng)自動(dòng)處理故障提供了新方向。為驗(yàn)證所提出的配電網(wǎng)自適應(yīng)差動(dòng)保護(hù)技術(shù)，在5G示范工程進(jìn)行了通信性能測(cè)試、差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)測(cè)試。除目前外場(chǎng)環(huán)境下不具備測(cè)試條件的測(cè)試項(xiàng)以外，其他所有測(cè)試項(xiàng)的結(jié)果均符合預(yù)期。

關(guān)鍵詞：5G無(wú)線通信；差動(dòng)保護(hù)技術(shù)；不確定性傳輸；差分B碼；故障精確定位

隨著分布式電源接入到配電網(wǎng)中，配電網(wǎng)故障電流等級(jí)、潮流方向發(fā)生了較大變化，傳統(tǒng)的三段式過(guò)流保護(hù)已經(jīng)難以滿足配電網(wǎng)保護(hù)“四性”的要求［1-4］。光纖差動(dòng)保護(hù)用于配電網(wǎng)的故障處理，為差動(dòng)保護(hù)提供了新方向［5-9］。但是在城區(qū)內(nèi)敷設(shè)光纖成本較高，且難以解決配電網(wǎng)點(diǎn)無(wú)光纖覆蓋的保護(hù)配置問(wèn)題?；?G無(wú)線通信的配電網(wǎng)自適應(yīng)差動(dòng)保護(hù)技術(shù)解決了差動(dòng)保護(hù)受光纖約束的問(wèn)題［10-12］，但是4G通信傳輸帶寬有限，需研究如何保證通信在通道質(zhì)量、通道帶寬、時(shí)間同步方面滿足要求。配電線路為減少一次設(shè)備投資，通常在變電站出口處或分支線路出口處安裝斷路器，線路中間采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)，現(xiàn)階段很少有廠家支持基于兩者混合模式實(shí)現(xiàn)最小停電范圍的故障隔離。5G無(wú)線通信技術(shù)與納米技術(shù)相結(jié)合，使得信號(hào)覆蓋范圍更廣，利用其高帶寬、低延時(shí)的特點(diǎn)［13-15］，首次將5G通信作為差動(dòng)保護(hù)信息傳輸通道，滿足了差動(dòng)保護(hù)對(duì)通信的要求。本文提出基于差分B碼的全局對(duì)時(shí)技術(shù)，采用采樣點(diǎn)插值同步法，解決了多端線路差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外暫時(shí)沒(méi)有這方面的研究報(bào)告、成果和試點(diǎn)。同時(shí)提出的基于斷路器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)混合使用的故障搜索策略，降低了對(duì)主站處理信息的依賴，填補(bǔ)了目前市場(chǎng)上的空缺。以5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸通道，研究配電網(wǎng)自適應(yīng)差動(dòng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法，并進(jìn)行外場(chǎng)5G基站環(huán)境測(cè)試。本文將差動(dòng)保護(hù)技術(shù)應(yīng)用于智能保護(hù)終端，提升了配電網(wǎng)保護(hù)的選擇性、快速性、可靠性和靈敏性，增強(qiáng)故障定位精準(zhǔn)度，縮短故障后供電恢復(fù)時(shí)間。

1基于5G的無(wú)線通信技術(shù)

目前基于4G無(wú)線通信的差動(dòng)保護(hù)技術(shù)能保證終端間時(shí)間同步精度小于10μs，終端間測(cè)量信息的端到端時(shí)延小于100ms。4G通信帶寬小，壓縮傳輸采樣值數(shù)據(jù)帶寬后，數(shù)據(jù)發(fā)送頻率會(huì)降低為原來(lái)的1/2。若增大數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，保護(hù)延時(shí)動(dòng)作將增大到100ms。5G作為即將普及的新一代無(wú)線通信技術(shù)，具有高帶寬、高可靠、低時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于配電網(wǎng)的差動(dòng)保護(hù)，為配電網(wǎng)的故障精確定位、隔離與恢復(fù)供電提供了新的發(fā)展前景。本文在實(shí)驗(yàn)室理想條件下，進(jìn)行了5G通信性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。由測(cè)試結(jié)果可知，基于5G通信的配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)可以滿足差動(dòng)保護(hù)對(duì)通信的3個(gè)要求，保證差動(dòng)保護(hù)采用和傳統(tǒng)光差保護(hù)相同的采樣頻率，即每周波24點(diǎn)，并且按照1200Hz的頻率向?qū)?cè)/網(wǎng)絡(luò)傳輸采樣值?；?G的差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

2基于不確定傳輸?shù)牟顒?dòng)保護(hù)技術(shù)

傳統(tǒng)光纖差動(dòng)保護(hù)一般使用乒乓原理來(lái)調(diào)整采樣時(shí)刻，使得參加兩端/多端的保護(hù)同一個(gè)時(shí)刻采樣，該方法不依賴外部時(shí)鐘，就能實(shí)現(xiàn)兩端系統(tǒng)的同步［16-22］。但上升到多端系統(tǒng)后，裝置通信接口和通道運(yùn)維都增加了復(fù)雜度。配電網(wǎng)無(wú)確定性傳輸?shù)耐ǖ?，且通道傳輸延時(shí)不穩(wěn)定。而光纖差動(dòng)保護(hù)要求有確定性傳輸通道，并保證通道雙向延時(shí)相等。本文采用采樣點(diǎn)插值同步法：差動(dòng)保護(hù)的兩端/多端無(wú)主、從設(shè)置，每側(cè)的保護(hù)通過(guò)插值，將參加運(yùn)算的電流、電壓值回溯到采樣時(shí)刻，示意見(jiàn)圖2。采樣點(diǎn)插值同步法遵循“誰(shuí)用誰(shuí)同步”的原則：本側(cè)收到對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)后，根據(jù)對(duì)側(cè)報(bào)文中攜帶的時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算出對(duì)側(cè)的采樣時(shí)刻，圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)0、1、2、3、4為對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)。然后根據(jù)本側(cè)的采樣間隔采用插值同步法，進(jìn)行重采樣，將兩側(cè)數(shù)據(jù)同步。該方法要求參與差動(dòng)保護(hù)的數(shù)據(jù)有相同的時(shí)間參考系——全局時(shí)間，該時(shí)間只要參與差動(dòng)保護(hù)的裝置接收同一個(gè)時(shí)間主鐘（B碼）即可。針對(duì)通道傳輸延時(shí)不穩(wěn)定問(wèn)題，增加每側(cè)保護(hù)的采樣緩沖區(qū)，采樣緩沖區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力只要覆蓋通道最大延時(shí)即可。

3故障精確定位技術(shù)

在配電網(wǎng)中為了減少一次設(shè)備投資成本，通常使用斷路器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)混合使用的運(yùn)行方式。當(dāng)線路檢測(cè)到差流后，啟動(dòng)如下搜索策略：首先判斷該開(kāi)關(guān)是否是斷路器，若是則直接跳閘；若是負(fù)荷開(kāi)關(guān)，則判斷本地環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)相鄰的開(kāi)關(guān)中是否有檢測(cè)到過(guò)流的開(kāi)關(guān)，針對(duì)過(guò)流的開(kāi)關(guān)若是斷路器則直接跳閘；若檢測(cè)到過(guò)流的開(kāi)關(guān)為負(fù)荷開(kāi)關(guān)，則向此開(kāi)關(guān)相鄰的開(kāi)關(guān)發(fā)送搜索上游符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的GOOSE報(bào)文，直到檢測(cè)到過(guò)流的斷路器跳閘為止。與傳統(tǒng)的光纖差動(dòng)保護(hù)逐級(jí)跳閘直至找到故障點(diǎn)相比，該方法只需要停掉故障區(qū)域周邊很小一部分負(fù)荷，大大縮小了停電范圍，提高了供電可靠性。并且該方法不依賴于主站的信息處理，節(jié)省了大量時(shí)間。搜索策略流程見(jiàn)圖3。

4示范工程及其測(cè)試

基于以上研究成果，選取深圳雪崗貝爾DC-HDH作為5G基站，日輝臺(tái)和正村廠2個(gè)環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)試。外場(chǎng)測(cè)試用5G測(cè)試車(chē)部署終端側(cè)的DTU、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、交換機(jī)、TUE；無(wú)線側(cè)接入雪崗5G基站；核心網(wǎng)在深圳南科機(jī)樓，與5G基站通過(guò)一跳傳輸直連；SCADA部署在坂田基地X-lab實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)傳輸專線連接至南科機(jī)樓。外場(chǎng)測(cè)試整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?jiàn)圖4。外場(chǎng)測(cè)試獲取了5G承載差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵通信指標(biāo)，并記錄各個(gè)相關(guān)裝置和系統(tǒng)的測(cè)試指標(biāo)及數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)在5G外場(chǎng)環(huán)境下的可用性、可靠性。差動(dòng)保護(hù)業(yè)務(wù)測(cè)試內(nèi)容及結(jié)果見(jiàn)表2。由測(cè)試結(jié)果可知，除目前外場(chǎng)環(huán)境下不具備測(cè)試條件的測(cè)試項(xiàng)以外，其他所有測(cè)試項(xiàng)的結(jié)果均符合預(yù)期。

5結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基于5G無(wú)線通信的配電網(wǎng)自適應(yīng)差動(dòng)保護(hù)技術(shù)，解決了配電網(wǎng)快速保護(hù)受光纖通信制約的瓶頸，在沒(méi)有光纖通信的區(qū)域也可以利用差動(dòng)保護(hù)在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)快速切除故障提高配電網(wǎng)的供電可靠性；同時(shí)為配電網(wǎng)所有設(shè)備的互聯(lián)互通提供了基礎(chǔ)，通過(guò)高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)交互，可以實(shí)現(xiàn)更多的保護(hù)與自動(dòng)化解決方案，為配電網(wǎng)故障隔離及恢復(fù)供電提供了新方向。目前，5G無(wú)線通信還存在傳輸不穩(wěn)定、穿透率弱等劣勢(shì)，但在接下來(lái)的發(fā)展中，5G將實(shí)現(xiàn)密集組網(wǎng)，基站密度顯著提高，5G信號(hào)可被多個(gè)基站同時(shí)接收到，這將有利于滿足保護(hù)業(yè)務(wù)的傳輸要求。

作者:王廷凰 余江 許健 陳宏山 劉子俊 單位:深圳供電局有限公司