鄒曉峰，沈 冰，蔣獻(xiàn)偉

5G通信條件下配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)快速動(dòng)作方案研究

鄒曉峰，沈 冰，蔣獻(xiàn)偉

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海 200437)

針對(duì)傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)邏輯在5G環(huán)境中使用時(shí)動(dòng)作速度較慢的問(wèn)題，提出了一種適用于5G通信的差動(dòng)保護(hù)方法。首先，分析以光纖為傳輸媒介時(shí)，傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)的邏輯原理和動(dòng)作時(shí)序。其次，分析5G差動(dòng)保護(hù)的通信現(xiàn)狀以及將傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)邏輯應(yīng)用在5G環(huán)境下存在的問(wèn)題。并通過(guò)測(cè)算網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)，分析了減少信息傳遞次數(shù)的必要性。最后，優(yōu)化差動(dòng)保護(hù)邏輯以降低通信延時(shí)對(duì)動(dòng)作速度的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，改進(jìn)后的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加快了10～15 ms，約為信息在5G環(huán)境下的傳輸時(shí)延。

5G通信；差動(dòng)保護(hù)；快速動(dòng)作

0 引言

2020年4月28日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議提出了“加快推進(jìn)新基建，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)升級(jí)”，按照黨中央、國(guó)務(wù)院部署，加快信息網(wǎng)絡(luò)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以“一業(yè)帶百業(yè)”，既助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)、培育新動(dòng)能，又帶動(dòng)創(chuàng)業(yè)就業(yè)，利當(dāng)前惠長(zhǎng)遠(yuǎn)。要根據(jù)發(fā)展需要和產(chǎn)業(yè)潛力，推進(jìn)信息網(wǎng)絡(luò)等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。要瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和智能制造發(fā)展，引導(dǎo)各方合力建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，適應(yīng)群眾數(shù)字消費(fèi)新需求，促進(jìn)網(wǎng)上辦公、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等應(yīng)用[1-3]。

2020年6月15日，國(guó)家電網(wǎng)公司在京舉行“數(shù)字新基建”重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)發(fā)布會(huì)暨云簽約儀式，面向社會(huì)各界發(fā)布“數(shù)字新基建”十大重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)，并與華為、阿里、騰訊、百度等合作伙伴簽署合作協(xié)議[4-5]。利用5G大速率、高可靠、低時(shí)延、廣連接等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，聚焦輸變電智能運(yùn)維、電網(wǎng)精準(zhǔn)負(fù)控和能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用，推進(jìn)與電信運(yùn)營(yíng)商、服務(wù)商深入合作，加強(qiáng)5G關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用、行業(yè)定制化產(chǎn)品研制、電力5G標(biāo)準(zhǔn)體系制定，拓展智慧城市等領(lǐng)域5G應(yīng)用，年內(nèi)打造一批“5G+能源互聯(lián)網(wǎng)”典型應(yīng)用[6-9]。

配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)是解決配網(wǎng)保護(hù)選擇性、提高配網(wǎng)供電可靠性的有效手段[10-11]。差動(dòng)保護(hù)要求各側(cè)裝置采樣同步[12-13]，并能將本側(cè)采樣數(shù)據(jù)快速傳到對(duì)側(cè)，因此對(duì)通信通道的延時(shí)和帶寬均有一定的要求。高壓線路差動(dòng)保護(hù)通常要求通道雙向時(shí)延一致，并且單向時(shí)延不超過(guò)15 ms，要求帶寬不小于64 kbps，可靠性不低于99.999%，通常采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信[14]。

光纖通道能滿足上述要求，并在高壓線路保護(hù)中廣泛應(yīng)用[15]。但由于配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，改造頻繁，多端線路光纖互通難度大，因此架空線路差動(dòng)保護(hù)并不適合采用光纖通道。

在uRLLC(Ultra Reliable & Low Latency Communication，即低時(shí)延高可靠)應(yīng)用場(chǎng)景下，5G通信克服了穩(wěn)定性方面的缺陷，傳輸可靠性達(dá)99.999%，5G通信空口時(shí)延1 ms，端到端時(shí)延約10 ms，有能力替代光纖成為配網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)的新通道。

目前，5G應(yīng)用于配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸尚處于起步階段。文獻(xiàn)[16]通過(guò)分析5G的主要性能指標(biāo)，得出了5G可以成為配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)新數(shù)據(jù)通道的結(jié)論；文獻(xiàn)[17]驗(yàn)證了用IEC61850- 9-2協(xié)議取代HDLC協(xié)議，并通過(guò)CPE接入到5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)的方案，但沒(méi)有考慮5G通信的帶寬需求和流量成本，在遵循標(biāo)準(zhǔn)IEC61850-9-2格式下，每幀報(bào)文大約在300 Byte，每秒4000幀，且收發(fā)同時(shí)進(jìn)行，則月流量約為6.22 TB，長(zhǎng)期使用成本昂貴。為了消除 5G 通信中時(shí)延抖動(dòng)對(duì)差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)帶來(lái)的影響，文獻(xiàn)[18]提出了動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)劃算法，但該方法計(jì)算量大且涉及到保護(hù)判據(jù)修改，工程應(yīng)用難度較大；在差動(dòng)電流數(shù)據(jù)同步方面，為克服差動(dòng)保護(hù)裝置需要外接對(duì)時(shí)裝置帶來(lái)的不便，有依賴5G基站進(jìn)行高精度授時(shí)同步的研究[19-20]，也有不依賴外部對(duì)時(shí)數(shù)據(jù)的同步技術(shù)研究[21]；文獻(xiàn)[22]結(jié)合工程實(shí)踐提出了5G差動(dòng)保護(hù)的省流量模式和報(bào)文亂序處理方式。

現(xiàn)有的研究中，從5G差動(dòng)保護(hù)方案的提出到應(yīng)用均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但缺乏針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)光纖的差異而進(jìn)行的差動(dòng)保護(hù)邏輯改進(jìn)。傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)邏輯是以光纖為傳輸媒介而設(shè)計(jì)的，為此，分析了光纖網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出了適用于5G網(wǎng)絡(luò)的差動(dòng)保護(hù)邏輯方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證改進(jìn)后的效果。

1 傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)邏輯原理

差動(dòng)保護(hù)基本原理是采用電流基爾霍夫定律來(lái)判斷被保護(hù)對(duì)象是否發(fā)生故障，即流向一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流之和等于零。

典型的光纖差動(dòng)保護(hù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 光纖差動(dòng)保護(hù)示意圖

傳統(tǒng)的光纖差動(dòng)保護(hù)邏輯判據(jù)如圖2所示。

為防止CT斷線導(dǎo)致差動(dòng)誤動(dòng)，在線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邏輯中，需要對(duì)側(cè)發(fā)送過(guò)來(lái)的差動(dòng)允許信號(hào)開(kāi)放差動(dòng)保護(hù)元件，在收到差動(dòng)允許條件且本側(cè)差動(dòng)方程均滿足后差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

向?qū)?cè)發(fā)送允許信號(hào)的邏輯判據(jù)如圖3所示。

圖2 光纖差動(dòng)保護(hù)邏輯圖

圖3 光纖差動(dòng)允許信號(hào)發(fā)送邏輯圖

圖4 傳輸時(shí)序圖

現(xiàn)有的研究實(shí)踐中，利用5G實(shí)現(xiàn)的差動(dòng)保護(hù)，動(dòng)作時(shí)序與傳統(tǒng)光纖相同，但5G的通道時(shí)延遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖的通道時(shí)延。

2 ?傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)通信

目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的差動(dòng)保護(hù)均采用復(fù)用或?qū)Ｓ霉饫w通道進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。

20世紀(jì)末到21世紀(jì)初，由于光纖通信帶寬的限制，多采用復(fù)用PCM(脈碼調(diào)制)的64 Kbps通道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)內(nèi)容為ABC三相每相各16位的電流瞬時(shí)采樣值，2～4個(gè)字節(jié)開(kāi)關(guān)量，16位CRC校驗(yàn)的HDLC私有報(bào)文。

為了節(jié)約通道帶寬，僅傳送電流信息和少量開(kāi)關(guān)量信息。為防止CT斷線導(dǎo)致的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，傳統(tǒng)光纖差動(dòng)保護(hù)需要收到對(duì)側(cè)傳送來(lái)的允許信號(hào)后才能開(kāi)放差動(dòng)保護(hù)，信號(hào)在光纖中的傳輸速度快、延時(shí)短，故通過(guò)收到允許信號(hào)開(kāi)放本地差動(dòng)保護(hù)，對(duì)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度影響很小，但卻極大地節(jié)約了通道帶寬。

隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光纖帶寬資源足夠富裕，采用E1接口可減少PCM設(shè)備投資。保護(hù)裝置開(kāi)始采用E1接口進(jìn)行通信，其帶寬為2048 bps，除了傳輸電流和開(kāi)關(guān)量瞬時(shí)值外，也傳輸電壓瞬時(shí)值，用于電壓?jiǎn)?dòng)等輔助判據(jù)。但傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)的邏輯方案經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，已非常成熟穩(wěn)定，無(wú)需更改。

3 ?5G差動(dòng)保護(hù)通信現(xiàn)狀

3.1 通信傳輸實(shí)現(xiàn)方式

HDLC協(xié)議作為鏈路層傳輸協(xié)議，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)層，無(wú)法通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸。5G差動(dòng)終端之間的通信采用面向連接的TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)幀內(nèi)容可以自由定義，可由報(bào)文頭、三相電流信息、三相電壓信息、開(kāi)關(guān)量、時(shí)標(biāo)、校驗(yàn)位、報(bào)文尾等組成，差動(dòng)保護(hù)裝置通過(guò)CPE接入5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并采用自定義的報(bào)文交互采樣數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)。正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置以固定時(shí)間間隔發(fā)送報(bào)文，傳送電流、電壓的向量值；故障狀態(tài)下，保護(hù)啟動(dòng)后，傳送電流、電壓的瞬時(shí)值，并提高數(shù)據(jù)的傳送頻率。

5G差動(dòng)的數(shù)據(jù)信息傳輸實(shí)現(xiàn)方式如圖5所示。M側(cè)設(shè)備信號(hào)由CPE轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)過(guò)空口接入5G基站，由承載網(wǎng)進(jìn)行切片分組(SPN)，并由核心網(wǎng)處理轉(zhuǎn)發(fā)回到承載網(wǎng)，再由基站經(jīng)空口傳到N側(cè)設(shè)備。

圖5 傳輸示意圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)

5G端到端的時(shí)延主要由無(wú)線接入側(cè)的空口時(shí)延、承載網(wǎng)傳輸時(shí)延以及核心網(wǎng)時(shí)延三部分組成。對(duì)于空口時(shí)延，目前國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用TDD網(wǎng)絡(luò)下的2.5 ms雙周期幀結(jié)構(gòu)，能達(dá)到的雙向時(shí)延最大為5.5?ms，最小為2?ms，平均為3.25?ms。承載網(wǎng)傳輸時(shí)延主要為數(shù)據(jù)從基站向核心網(wǎng)的傳輸時(shí)延，傳輸通道一般為光纖，加上路由轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間，可以控制在1 ms左右。核心網(wǎng)時(shí)延，5G核心網(wǎng)分為Core (5GC, 5G核心網(wǎng))和MEC(邊界計(jì)算平臺(tái))兩部分，對(duì)于差動(dòng)保護(hù)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄徒渴鸬腗EC處理即可，不必經(jīng)過(guò)上層核心網(wǎng)，省去了回傳時(shí)間，數(shù)據(jù)在MEC中處理的速度很快，最大不超過(guò)5 ms?；谝陨蠒r(shí)延分析，在URLLC場(chǎng)景下，5G通信的端到端時(shí)延在15 ms以內(nèi)[24]。

由表1可以看出：測(cè)試延時(shí)與5G宣稱的端到端時(shí)延約15 ms的指標(biāo)有差距，原因是統(tǒng)計(jì)時(shí)間中含有TCP/IP報(bào)文解析時(shí)間和發(fā)送時(shí)間、保護(hù)設(shè)備和CPE之間信息交互時(shí)間及操作系統(tǒng)的任務(wù)處理時(shí)間。由于采用的TCP/IP協(xié)議有丟包重傳機(jī)制，并未出現(xiàn)丟包，但丟包重傳會(huì)導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)幀延時(shí)較大。目前變電站10 kV線路速斷保護(hù)一般整定為0.3 s，按照時(shí)間級(jí)差0.15 s考慮，在除去開(kāi)關(guān)的物理延時(shí)和電弧完全熄滅時(shí)間大概50 ms左右，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該在100 ms之內(nèi)。根據(jù)第1節(jié)的時(shí)序分析，總動(dòng)作時(shí)間為，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間按照40 ms考慮，則要求時(shí)間不應(yīng)大于30 ms，按照目前的時(shí)延情況，有0.09%以上的時(shí)間不能滿足要求，這是在無(wú)干擾的5G試驗(yàn)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)際應(yīng)用中，5G由于背景環(huán)境干擾，延時(shí)會(huì)相對(duì)更大，故在5G差動(dòng)保護(hù)通信中，信息傳遞一次的延時(shí)占總動(dòng)作時(shí)間的比例較大，降低了5G差動(dòng)保護(hù)的可靠性，因此減少信息傳播占用的時(shí)間有極大的必要性。

表1 5G延時(shí)分布統(tǒng)計(jì)

4 ?適用于5G網(wǎng)絡(luò)的差動(dòng)保護(hù)邏輯方案

由圖3可以看出，允許信號(hào)判別邏輯中所需的對(duì)側(cè)TWJ且無(wú)流，對(duì)側(cè)突變量啟動(dòng)、對(duì)側(cè)零序電流啟動(dòng)、對(duì)側(cè)相或相間電壓小于60%且無(wú)PT斷線等信息，均可以通過(guò)開(kāi)關(guān)量的形式以5G信號(hào)傳遞到對(duì)側(cè)，對(duì)側(cè)直接進(jìn)行允許信號(hào)的就地判別，同時(shí)每幀數(shù)據(jù)增加的傳送信息小于2個(gè)字節(jié)(16個(gè)bit位)，對(duì)5G流量消耗影響不大。允許信號(hào)就地判別后，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作滿足，無(wú)需等待對(duì)側(cè)允許信號(hào)即可動(dòng)作，從來(lái)使得差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)信息只需要一次傳播，減少了差動(dòng)判別時(shí)延。

允許信號(hào)的就地判別邏輯如圖7所示。

圖7 5G差動(dòng)允許信號(hào)就地判別邏輯圖

改進(jìn)后差動(dòng)保護(hù)的數(shù)據(jù)在5G中的傳輸時(shí)序流程如圖8所示。

圖8 改進(jìn)5G差動(dòng)邏輯時(shí)序圖

5 ?動(dòng)作性能測(cè)試

利用無(wú)線應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)室的5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)的相關(guān)測(cè)試，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)為SA組網(wǎng)，基站提供uRLLC切片服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境如圖9所示。

模擬線路發(fā)生金屬性接地故障，觀察并對(duì)比采用傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)邏輯的5G差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和改進(jìn)后的5G差動(dòng)保護(hù)邏輯動(dòng)作時(shí)間，如圖10所示，藍(lán)色為改進(jìn)前的差動(dòng)整組動(dòng)作時(shí)間，橙色為改進(jìn)后的差動(dòng)整組動(dòng)作時(shí)間。

圖9 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境

圖10 動(dòng)作時(shí)間對(duì)比

結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，改進(jìn)后的整組動(dòng)作時(shí)間加快了10～15 ms，約為信息在5G環(huán)境中的傳輸時(shí)延，與理論分析的結(jié)果一致。

6 ?結(jié)論

本文首先詳細(xì)介紹了傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)的邏輯原理和動(dòng)作時(shí)序，并分析了在5G環(huán)境中使用傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)邏輯存在通信延時(shí)長(zhǎng)導(dǎo)致保護(hù)可靠性低的問(wèn)題，進(jìn)而提出通過(guò)優(yōu)化差動(dòng)保護(hù)邏輯的方法，以降低通信延時(shí)對(duì)動(dòng)作速度的影響，并在5G網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明，改進(jìn)后的5G差動(dòng)保護(hù)整組動(dòng)作速度更快，提高了在5G環(huán)境下應(yīng)用差動(dòng)保護(hù)的可靠性。

[1] 張瑤, 王傲寒, 張宏. 中國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展綜述[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2021, 49(5): 180-187.

ZHANG Yao, WANG Aohan, ZHANG Hong. Overview of smart grid development in China[J]. Power System Protection and Control, 2021, 49(5): 180-187.

[2] 陳皓勇, 李志豪, 陳永波, 等. 基于 5G 的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2020, 48(3): 1-8.

CHEN Haoyong, LI Zhihao, CHEN Yongbo, et al. Ubiquitous power internet of things based on 5G[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(3): 1-8.

[3] 張呈宇, 李紅五, 屈陽(yáng), 等. 面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的5G邊緣計(jì)算發(fā)展與應(yīng)用[J]. 電信科學(xué), 2021, 37(1): 129-136.

ZHANG Chengyu, LI Hongwu, QU Yang, et al. 5G edge computing development and application for industrial internet[J]. Telecommunication Science, 2021, 37(1): 129-136.

[4] 關(guān)鵬程, 古慶利. 5G通信與新基建的發(fā)展機(jī)會(huì)展望[J].集成電路應(yīng)用, 2021, 38 (6): 86-87.

GUAN Pengcheng, GU Qingli. Prospect of 5G communication and new infrastructure development opportunities[J]. Applications of IC, 2021, 38(6): 86-87.

[5] 雍培, 張寧, 慈松, 等. 5G 通信基站參與需求響應(yīng)：關(guān)鍵技術(shù)與前景展望[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2021, 41(16): 5540-5551.

YONG Pei, ZHANG Ning, CI Song, et al. 5G Communication base stations participating in demand response: key technologies and prospects[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(16): 5540-5551.

[6] 陳文偉, 朱玉坤, 張寧池, 等. 面向能源互聯(lián)網(wǎng)的 5G 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用場(chǎng)景研究[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2021, 19(8): 83-90.

CHEN Wenwei, ZHU Yukun, ZHANG Ningchi, et al. Research on 5G key technologies and application scenarios for energy internet[J]. Electric Power Information and Communication Technology, 2021, 19(8): 83-90.

[7] 黃震, 劉軍, 李洋. 5G 商用元年發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用挑戰(zhàn)[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2020, 18(1): 18-25.

HUANG Zhen, LIU Jun, LI Yang. Development status and application challenges in the first year of 5G commercial era[J]. Electric Power Information and Communication Technology, 2020, 18(1): 18-25.

[8] 張寧, 楊經(jīng)緯, 王毅, 等. 面向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的 5G 通信: 技術(shù)原理與典型應(yīng)用[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2019, 39(14): 4015-4024.

ZHANG Ning, YANG Jingwei, WANG Yi, et al. 5G communication for the ubiquitous internet of things in electricity: technical principles and typical applications[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39(14): 4015-4024.

[9] 王智慧, 汪洋, 孟薩出拉, 等. 5G 技術(shù)架構(gòu)及電力應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)概述[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2020, 18(8): 8-19.

WANG Zhihui, WANG Yang, MENG Sachula, et al. 5G technology architecture and key technologies of power application[J]. Electric Power Information and Communication Technology, 2020, 18(8): 8-19.

[10] 朱聲石. 高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2014.

[11] 王彥國(guó), 趙希才. 智能分布式配電保護(hù)及自愈控制系統(tǒng)[J]. 供用電, 2019, 36(9): 1-8.

WANG Yanguo, ZHAO Xicai. Intelligent distributed protection and self-healing control system for distribution network[J]. Distribution & Utilization, 2019, 36(9): 1-8.

[12] 高厚磊, 李娟, 朱國(guó)防, 等. 有源配電網(wǎng)電流差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用技術(shù)探討[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(5): 40-44.

GAO Houlei, LI Juan, ZHU Guofang, et al. Study on application technology of current differential protection in active distribution network[J]. Power System Protection and Control, 2014, 42(5): 40-44.

[13] 許建德, 陸以群. 新型數(shù)字電流差動(dòng)保護(hù)裝置中的數(shù)據(jù)采樣同步和通信方式[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 1993, 17(4): 23-26.

XU Jiande, LU Yiqun. A new scheme of sampling synchronization & communication for digital current differential relay[J]. Automation of Electric Power Systems, 1993, 17(4): 23-26.

[14] 金華鋒, 葉紅兵, 凌昉, 等. 復(fù)用通道誤碼和延時(shí)對(duì)線路縱差保護(hù)的影響[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2005, 29(21): 63-66, 84.

JIN Huafeng, YE Hongbing, LING Fang, et al. Principle and realization of presetting and following-setting compensation mode in resonant groinded system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2005, 29(21): 63-66, 84.

[15] 南瑞繼保公司. RCS-931系列超高壓線路成套保護(hù)裝置技術(shù)和使用說(shuō)明[Z]. 南京: 南京南瑞繼保電氣有限公司, 2003.

Nari-Relays Co. RCS-931 series ultra-high voltage line complete protection device technology and operating instructions[Z]. Nanjing: Nari Electric Co., 2003.

[16] 高維良, 高厚磊, 徐彬, 等. 5G用作配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)通道的可行性分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2021, 49(8): 1-9.

GAO Weiliang, GAO Houlei, XU Bin, et al. Feasibility analysis of adopting 5G in differential protection of distribution networks[J]. Power System Protection and Control, 2021, 49(8): 1-9.

[17] 王廷凰, 余江, 許健, 等. 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)探討[J]. 供用電, 2019, 36(9): 18-21, 27.

WANG Tinghuang, YU Jiang, XU Jian, et al. Discussion on adaptive differential protection technology of distribution network based on 5G wireless communication[J]. Distribution & Utilization, 2019, 36(9): 18-21, 27.

[18] 黃福全, 王廷凰, 張海臺(tái), 等. 基于5G通信和動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)劃算法的配電網(wǎng)線路差動(dòng)保護(hù)[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào), 2021, 44(4): 77-85.

HUANG Fuquan, WANG Tinghuang, ZHANG Haitai, et al. Differential protection of the distribution line based on 5G communication and dynamic time wrapping algorithm[J]. Journal of Chongqing University, 2021, 44(4): 77-85.

[19] 袁通, 高厚磊, 徐彬, 等. 5G高精度時(shí)間同步及在電網(wǎng)中的應(yīng)用模式研究[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2020, 18(8): 47-53.

YUAN Tong, GAO Houlei, XU Bin, et al. Research on 5G high-precision time synchronization and its application mode in power grid[J]. Electric Power Information and Communication Technology, 2020, 18(8): 47-53.

[20] 向珉江, 袁通, 蘇善誠(chéng), 等. 基于5G授時(shí)的配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)同步方案[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2021, 49(8): 8-15.

XIANG Minjiang, YUAN Tong, SU Shancheng, et al. 5G timing base data synchronization scheme for differential protection of distribution networks[J]. Power System Protection and Control, 2021, 49(8): 8-15.

[21] 陳從靖, 霍銀龍, 岳峰, 等. 5G通信下配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)同步方法研究與應(yīng)用[J]. 浙江電力, 2021, 40(2): 68-72.

CHEN Congjing, HUO Yinlong, YUE Feng, et al. Research and application of data synchronization method for differential protection of distribution network based on 5G communication[J]. Zhejiang Electric Power, 2021, 40(2): 68-72.

[22] 宋志偉, 徐舒, 王潤(rùn)路, 等. 5G通信條件下的線路差動(dòng)保護(hù)優(yōu)化策略研究[J]. 供用電, 2021, 38(5): 68-72.

SONG Zhiwei, XU Shu, WANG Runlu, et al. Research on optimization strategy of line differential protection under 5G communication conditions[J]. Distribution & Utilization, 2021, 38(5): 68-72.

[23]高厚磊, 江世芳, 賀家李. 數(shù)字電流差動(dòng)保護(hù)中幾種采樣同步方法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 1996, 20(9): 46-49, 53.

GAO Houlei, JIANG Shifang, HE Jiali. Sampling synchronization methods in digital current differential protection[J]. Automation of Electric Power Systems, 1996, 20(9): 46-49, 53.

[24] 劉鵬. 5G超低時(shí)延技術(shù)分析[J]. 通信電源技術(shù), 2018, 35(10): 199-200, 203.

LIU Peng. Analysis of 5G low latency technology[J]. Telecom Power Technologies, 2018, 35(10): 199-200, 203.

A quick action scheme of differential protection for a distribution network with 5G communication

ZOU Xiaofeng, SHEN Bing, JIANG Xianwei

(State Grid Shanghai Electric Power Company, Shanghai 200437, China)

To solve the problem that the traditional differential protection logic has a slow action speed in the 5G environment, a differential protection method suitable for 5G communication is proposed. First, this paper analyzes the logical principle and action sequence of traditional differential protection when optical fibers are used as transmission media. Secondly, the current communication situation of 5G differential protection is analyzed, and the problems existing in the application of the traditional differential protection logic in this environment are also analyzed. By measuring the network communication delay, the necessity of reducing the number of times of information transmission is analyzed. Finally, the differential protection logic is optimized to reduce the influence of communication delay on the action speed. Through experimental verification, the improved differential protection action time is accelerated by 10～15 ms, which is about the transmission delay of information in the 5G environment.

5G communication; differential protection; quick action

10.19783/j.cnki.pspc.211494

This work is supported by the Science and Technology Project of the Headquarters of State Grid Corporation of China (No. 52094020000Y).

國(guó)家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目資助(52094020000Y)；國(guó)網(wǎng)上海市電力公司科技項(xiàng)目資助(52094019006B)

2021-11-04；

2022-03-09

鄒曉峰(1985—)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)；E-mail: unisamuel@hotmail.com

沈 冰(1985—)，男，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化；E-mail: ee_shen_bing@hotmail.com

蔣獻(xiàn)偉(1979—)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)。E-mail: jiang_xianwei@sh.sgcc.com.cn

(編輯 魏小麗)