一种增强的纵联差动同步算法

一种增强的纵联差动同步算法

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：