摘要：纵联差动保护的同步算法一般是基于采样通道的同步方法，而这些方法均是基于本对侧装置的采样数据传输延时是相等的。而使用了IEEE C37.94标准后，本对侧的采样数据传输延时是肯定不相等，因此需要对采样同步方法进行优化。本文提出的增强纵联差动同步方法在基于采样通道的同步方法的基础上能够适应采样数据两侧不相等的传输延时，支持国际通用的IEEE 37.94标准，并且提高同步的结果，使得继电保护装置的能够适应海外市场的需求。
关键词：纵联差动；同步；IEEE37.94
An Enhanced Longitudinal Differential Synchronization Algorithm
Daibixiang
（Nanjing SAC Power Grid Automation Co.，Ltd.
No.39 Shuige Road，Jiangning Development Zone，Nanjing，JiangSu.211153）
ABSTRACT：The synchronization algorithm of the longitudinal differential protection is generally based on the synchronization method of the sampling channel，and these methods are based on the sampling data transmission delay of the opposite device is equal.If we use the IEEE C37.94 standard，the opposite side sampling data transmission delays are definitely not equal，so the sampling synchronization method needs to be optimized.The enhanced longitudinal differential synchronization method proposed in this paper can adapt to the unequal transmission delays on both sides of the sampled data based on the sampling channel-based synchronization method，support the internationally accepted IEEE 37.94 standard，and improve the synchronization result，making the relay protection device can adapt to the needs of overseas markets.
KEY WORD：Longitudinal Differential，Synchronization，IEEE37.94
0 引言
光纵保护也称纵联差动保护，是继电保护中常用的主保护，对继电保护的稳定可靠运行起到了重要作用，目前国内主流继电保护厂家的保护设备在纵联差动的实现上均采用了光纤作为介质进行传输，但是光接口标准会有很大差异，对于专用通道，这样的做法对维护没什么影响；但在目前国内220kv及以上变电站大部分都是复用通道模式，光纤经过的环节比较多，如果通道发生异常，需要在不同环节的端口处进行自环检测，故障排除，费时费力，而且不同厂家保护装置很难互联互通。
IEEE于2002年制定了C37.94标准，并在2017年进行了修订，该标准规范了保护装置与数字复接设备之间的光纤连接，这样不同厂家生产的保护装置与数字复接设备在光接口处能够进行互联互通，并且能提高通道故障定位及监测的水平。
目前纵联差动保护的同步方法绝大部分厂家都是基于采样通道的同步方法，包括采样时刻调整法、采样数据修正法、参考向量同步法。而这些方法均是基于本对侧装置的采样数据传输延时是相等的，而使用了IEEE C37.94标准后，本对侧的采样数据传输延时是肯定不相等，因此需要对采样同步方法进行优化。
1 IEEE C37.94介绍
1.1 帧格式
C37.94规定了保护设备与数字复接接口设备之间采用统一的标准进行通信，提供了N（N=1，2，⋯，12）×64kbit/s的传输带宽，使不用厂家的保护设备与数字复接接口设备能够互连。另外，C37.94标准中规定了相对严格的帧格式，所以对通道故障定位起到积极作用。
C37.94的帧格式如下图所示，包括Header、Overhead、Channel Data。
图1 C37.94的帧格式
Header格式为：a b c d e f g h 0 0 0 0 1 1 1 1。其中a b c d e f g h存在如下两种模式，两种模式在报文中交替出现。
图2 Header格式说明
Overhead格式为：pp qq rr ss 10 10 10……10。48bit用于表示24个实际位信息，每个数据位后面都有其补码。其中p，q，r，s用于表示Channel Data有效字节数，N = 1~12。
Channel Data由192bit组成，用于表示96个用户数据位，每个数据位跟随其补码。前N×8数据位为有效用户数据，其余的96 –（N×8）数据位设置为1。
C37．94标准规定每秒传送8000帧，其中每帧传输N个通道，每个通道有效数据为8 bit，所以通信传输带宽为N*64 kb/s。
1.2 信号故障
IEEE C37.94 2017定义了LOS、YELLOW、AIS三种告警来反应不同位置的通道链路故障。
LOS产生条件：接收器在1ms内（8帧）连续检测到2帧或2帧以上的错帧即判别为LOS。LOS清除条件：接收器在检测到连续8帧正确帧。
“黄色告警bit”y产生条件：保护装置判断出现LOS、AIS传输异常时，置y为1。“黄色告警bit”y清除条件：保护装置判断无LOS、AIS传输异常时，置y为O。
YELLOW产生条件：连续3帧的帧头y位为1且接收信号正常（无LOS）。YELLOW清除条件：连续3帧的帧头y位为0或接收信号无效（LOS）。
AIS产生条件：数字复接设备在光口接收LOS后，用全“l”填充（原码、补码更替）数据头及数据部分。保护装置识别全“1”数据即判断为AIS。AIS清除条件：数字复接设备在光口接收正常后，恢复数据头及数据部分。保护装置识别为正常数据，即判断AIS消失。
2 使用IEEE C37.94的影响性分析
220 kV及以上电压等级线路，由于线路距离长，其光纤纵联保护通常采用复用通道。复用通道的连接方式如下图所示
图3 符合C37.94的纵差保护通道光接口系统连接情况
复用通道方式下的数字复接接口设备与电力通信网之间的通信速率一般为64 kb/s或2 Mbit/s。
目前使用的同步方式是基于发送和接收两侧的接收路由是一致的，而C37.94规定了报文必须每125us发送一帧，但是装置内部是按照固定的采样节拍在周期运行，而采样周期与125us之间没有倍数关系，所以每次定时中断里填写好发送缓冲区后，都得等前一个125us发送完毕，在下一个125us开始的头部进行发送，所以中间有一个时间差，光纵两侧的的发送时间差是不相等的，并且这个不相等的数值是一个随机数，最大是125us，并且每次发送时的等待时间差与前一次发送的时间差也是不一样的。因此在采用了C37.94标准后需要对现有光差同步算法进行适应性的改造。
3 自适应乒乓同步方法
自适应的乒乓同步方法需满足IEEE C37.94标准，且有以下两个原则：
1、尽量减少对现有光差同步原理的影响。
2、将影响现有光差同步算法的不确定时间在前端处理掉，得出稳定的时间数据后在依据此进行光差同步的计算。
不确定的时间在第2章节中已有介绍，就是图4中的
，在去掉了不确定性的时间后，得到一个相对稳定的等腰梯形图形，如图4红色部分所示
上边的
没有变化，下边去掉了不确定的
，形成了一个稳定的时间。利用乒乓同步的原理得到通讯延时如下：
其中
。在去掉了不确定性的时间
后，得到了图3中稳定的红色下边。
主从机采样时刻偏差为：
，如果
大于0，则从机采样超前，需暂时缩短从机采样周期，如果
小于0，则从机采样滞后，需暂时增大从机采样周期。
图4增强的纵联差动同步方法
为了计算稳定通讯时间的
。在进行计算时主机和从机均需要知道
的数值，即可通过公式完成计算得出稳定的
。
4 同步方法验证
在应用了上述的同步方法后，进行相应的纵联差动测试，如下图所示：
使用两台采用了IEEE37.94规约的线路保护装置进行装置的互联互通，使用测试仪同时在两台装置进行加量操作，此时通过同步方法在任意一侧进行本对侧相角的计算，计算得到本对侧的相角差在1°以内，符合纵联差动的保护要求，原先的乒乓同步算法的相角差在1.6°以内，优于现有的同步算法。
5 结论
经过测试表明，增强的纵联差动同步算法优于传统的乒乓同步算法，能够很好的适用IEEE37.94标准在线路保护装置产品中的应用，在本对侧的采样数据传输延时不相等的情况下，很好的实现了纵联差动两侧装置的数据同步，能够保证纵联差动保护的可靠性和准确性，对继电保护的稳定可靠运行起到了重要作用。
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作者简介：
戴必翔（1986-），男，硕士，工程师，主要从事智能变电站平台软件开发工作。
论文作者:戴必翔
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：通道论文; 差动论文; 数据论文; 方法论文; 算法论文; 保护装置论文; 标准论文; 《电力设备》2018年第24期论文;