СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ АСИММЕТРИИ ЗАДЕРЖКИ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING COMMUNICATION CHANNEL DELAY ASYMMETRY

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к передаче данных в системе защиты линии электропередачи. В частности, изобретение относится к способу и устройству для обнаружения асимметрии задержки в канале передачи данных и обеспечения точной синхронизации дифференциальных IED (интеллектуальные электрические устройства).
Уровень техники
Дифференциально-токовая защита цифровой линии была установлена, как одна из наиболее популярных схем защиты линии передачи. В основном, это связано с тем, что она является простой и ясной по своей сути. Дифференциальная защита линии имеет естественную возможность выполнения операции с разделенной фазой; защищена от качаний питания; слабого электропитания; и применима в решениях с использованием множества выводов и т.д. Развитие технологии передачи данных позволило внедрить более популярные приложения дифференциальной защиты линии.
При дифференциальной защите цифровой линии выборки сигналов тока получают от устройств защиты (например, IED), которые географически расположены на расстоянии друг от друга. Сигналы тока, выборка которых была получена от разных IED (которые обычно расположены на разных концах линии), должны быть синхронизированы (также называется координированным по времени) перед сравнением их друг с другом, для исключения ввода ошибок.
Синхронизация сигналов выборок от разных IED (в данном изобретении также называемая синхронизацией разных IED) должна быть очень точной, или, в противном случае, ошибка синхронизации может вызвать серьезную неправильную операцию дифференциально-токовой защиты линии. Неточность 0,1 мс в системе питания переменного тока 50 Гц приводит к максимальной ошибке амплитуды рабочего тока приблизительно 3%, в то время как неточность 1 мс приводит к максимальной ошибке амплитуды приблизительно 31%. Соответствующие ошибки для системы с частотой 60 Гц, соответственно, составляют приблизительно 4% и 38%. (См. ABB Technical reference manual line difference protection IED RED670, and Phil Beaumont, Gareth Baber, et al. Line Current Differential Relays Operating over SDH/SONET Networks. РАС, summer 2008).
В настоящее время в большинстве дифференциальных реле линий используется, так называемый, "эхо - способ" (также называемым способом "пинг-понг") для обеспечения синхронизации. Теория эхо-способа кратко представлена одним эхо-процессом, описанным ниже:
Как показано на фиг.1, в позициях А и В обозначены два устройства защиты, такие как IED. И эти IED выполняют обмен данными друг с другом, передавая и принимая сообщения. IED В передает сообщение в IED А в интервале Т1 IED В. IED А принимает сообщение в своем интервале времени Т2 тактовой частоты. Аналогично, IED А передает сообщение в IED В в момент времени Т3 IED А, и IED В принимает сообщение в момент времени Т4 своего интервала. Поэтому, моменты времени Т2 и Т3 выбирают в соответствии с внутренней тактовой частотой IED А, и моменты времени Т1 и Т4 выбирают в соответствии с внутренней тактовой частотой IED В. Таким образом, измеряют время, требуемое для обмена данными между IED.
d
Моменты времени Т2 и Т3 передают от IED А на IED В (или наоборот). Предполагается, что задержки передачи и приема между IED равны друг другу (также называются задержкой симметричного канала). IED В затем рассчитывает время T задержки на передачу данных (от IED А на IED В или от IED В на IED А) и несоответствие Δt тактовой частоты между опорными тактовыми частотами IED А и IED В.
Несоответствие Δt тактовой частоты и задержку при передаче данных затем используют для синхронизации сигналов выборок путем интерполяции сигналов выборки от удаленного конца перед выполнением дифференциально-токового алгоритма, или выполнения управления моментами времени выборок, для достижения синхронизации моментов времени выборок в обоих IED. Синхронизация может быть выполнена с использованием множества обычных подходов, таких, как способ, раскрытый в публикации Houlei Gao, Shifang Jiang, et al. Sampling Synchronization methods in digital current differential protection. Automation of electric power systems, Vol 20, Sep 1996. Несоответствие Δt тактовой частоты и задержка при передаче данных должны быть вычислены очень точно для обеспечения точности синхронизации.
Однако предположение симметричной задержки канала в традиционном эхо-способе, описанном выше, не всегда является действительным. В частности, это касается использования популярных приложений SDH/SONET (синхронная цифровая иерархия/синхронная оптическая сеть). SDH/SONET позволяет бороться с отказами сети, путем изменения конфигурации служб поддержки, путем использования самовосстанавливающихся кольцевых архитектур. Самовосстанавливающиеся или самопереключающиеся структуры в кольцевой системе передачи данных могут быть либо "однонаправленными" или "двунаправленными". При однонаправленном переключении переключают только канал, в котором возникла ошибка, на противоположное направление, в то время как в каналах, в которых ошибки отсутствуют, сохраняются первоначальные маршруты. При двунаправленном переключении, когда возникает ошибка в кольце, как передающий, так и приемный маршруты переключают так, чтобы они следовали в одном и том же противоположенном направлении вдоль кольца. Разница состоит в том, что двунаправленное переключение позволяет поддерживать равные задержки передачи сигналов для самопереключающихся каналов передачи и приема, в то время, как однонаправленное переключение может постоянно вводить ассиметричные задержки при передаче данных через разные маршруты передачи и приема. Однако было отмечено, что двунаправленное переключение не вводит постоянно ассиметричные задержки при передаче данных, но вводимые переходные ассиметричные задержки могут составлять 50 мс или даже больше.
Когда задержки в канале являются ассиметричными (то есть, задержки передачи и приема отличаются друг от друга), и такая асимметрия не детектируется IED, традиционный эхо-способ, который основан на предположении симметричной задержки при передаче данных, больше не является действующим, и в дифференциальных IED возникает высокий риск неправильной работы. Поэтому, надежный способ обеспечения синхронизации, независимо от того, являются ли задержки в канале симметричными или нет, является очень важным и необходимым.
Были предложены несколько подходов для решения задачи асимметричной задержки при передаче данных. Были предложены способы на основе GPS (или на основе других внешних источников тактовой частоты, таких как Compass/BeiDou Navigation Satellite System, Galileo, и др.). В качестве примера таких способов на основе внешнего источника тактовой частоты модуль GPS-приемника встраивают в каждый IED для синхронизации его локальной тактовой частоты с внешним источником тактовой частоты. Однако, на практике, сигналы GPS не всегда могут быть идеально или точно приняты с помощью IED. Антенна GPS должна быть тщательно установлена. В противном случае, прием сигнала GPS может быть прерван. Неправильное функционирование (например, работающие на месте инженеры непреднамеренно отключили кабель или антенну) или неблагоприятная среда (например, антенна расположена близко к побережью, подвергается коррозии, из-за воздействия воды, подавление GPS помехами во время военных действий) также приводит к ненадежному приему сигналов. В описанных выше ситуациях, IED, вероятно, теряет возможность правильной работы в условиях асимметрии задержки при передаче данных.
Как показано в представленных выше параграфах, существующие способы являются ненадежными во многих ситуациях. Поэтому, чрезвычайно желательно предложить способ, который позволит надежно обнаруживать асимметрию задержки канала и обеспечивать точную синхронизацию, независимо от того, являются ли задержки канала симметричными или ассиметричными.
Раскрытие изобретения
В изобретении предложен способ обнаружения асимметрии задержки при передаче данных и обеспечения точной синхронизации дифференциальных IED в линии.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения, предложен способ обнаружения асимметрии задержки канала передачи данных между устройствами защиты линии передачи. Способ содержит: цикличное вычисление несоответствия тактовой частоты между тактовыми частотами устройств защиты и задержки при передаче данных в разных частях канала передачи данных; сравнение последних вычисленных значений несоответствия тактовой частоты и задержки при передаче данных с ранее вычисленными значениями несоответствия тактовой частоты и задержки при передаче данных, соответственно; определение переключения каналов при превышении вычисленным несоответствием тактовой частоты первого порогового значения, или изменении вычисленных задержек передачи данных для любого канала более чем на второе пороговое значение; и определение задержки канала, как асимметричной при превышении разности между рассчитанными задержками передачи данных в разных каналах после переключения каналов третьего порогового значения.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, в котором несоответствия тактовой частоты и задержки при передаче данных высчитывают на основе разности между задержками при передаче данных для передающих и принимающих каналов; и синхронизируют сигналы, выборка которых была выполнена устройствами защиты, на основе высчитанных несоответствий тактовой частоты и задержек при передаче данных.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, в котором способ дополнительно содержит: вычисление задержки передачи данных на путях передачи и приема после переключения каналов на основе несоответствий тактовой частоты, вычисленных перед переключением канала; и вычисление разности между задержками передачи данных на пути передачи и приема после переключения каналов.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, способ дополнительно содержит этапы, на которых: сравнивают рассчитанные задержки при передаче данных после переключения каналов с рассчитанными задержками при передаче данных до переключения каналов; идентифицируют канал передачи данных, в котором не произошло переключение, при меньшем изменении вычисленных задержек передачи данных на пути передачи, чем четвертое пороговое значение; регулируют значение несоответствий тактовой частоты по задержке передачи данных для канала передачи данных без переключения, и регулируют задержки передачи данных для путей передачи и приема данных на основе отрегулированных несоответствий тактовой частоты.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, способ дополнительно содержит этапы, на которых: вычисляют среднее значение вычисленных несоответствий тактовой частоты, среднее значение вычисленных задержек передачи данных на пути передачи данных, среднее значение вычисленных задержек при передаче данных на пути приема данных; сравнивают последнее вычисленное несоответствие тактовой частоты со средним значением вычисленных несоответствий тактовой частоты; и сравнивают последние рассчитанные задержки при передаче данных со средними значениями вычисленных задержек при передаче данных.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, способ дополнительно содержит этапы, на которых: вычисляют среднее значение вычисленных задержек передачи данных на пути передачи, среднее значение вычисленных задержек при передаче данных на пути приема; вычисляют разность между средними значениями задержек на пути передачи и на пути приема.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, способ дополнительно содержит этапы, на которых: вычисляют среднее значение вычисленных задержек при передаче данных перед переключением каналов; вычисляют среднее значение вычисленных задержек при передаче данных после переключения каналов; сравнивают вычисленное среднее значение после переключения каналов с вычисленным средним значением перед переключением каналов.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом воплощения изобретения: первое и четвертое пороговые значения зависят от точности генераторов устройств защиты, длительность периода прерывания передачи данных, вызывает переключение каналов, и характеристики дрожания фазы в каналах передачи; и второе и третье пороговые значения зависят от характеристики дрожания фазы в канале передачи.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, предложен способ обнаружения асимметрии задержки канала передачи данных между устройствами защиты линии передачи. Способ содержит этапы, на которых: передают и принимают данные через первый канал и второй канал; последовательно высчитывают первую задержку при передаче и приеме данных через первый канал и второй канал; последовательно вычисляют вторую задержку при передаче и приеме данных через второй канал и первый канал; и определяют каналы передачи данных, как ассиметричные, при разнице между первой задержкой и второй задержкой превышающей пятое пороговое значение.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, оно дополнительно содержит этапы, на которых: вычисляют, по меньшей мере, дважды, третью задержку при передаче и приеме данных через первый канал; вычисляют, по меньшей мере, дважды, четвертую задержку при передаче и приеме данных через второй канал; получают разность, по меньшей мере, между двумя третьими задержками, и разность, по меньшей мере, между двумя четвертыми задержками; и определяют первый канал, как канал, в котором произошло переключение, при разности между третьими задержками большей шестого порогового значения, и определяют второй канал, как канал, в котором произошло переключение, при разности между четвертыми задержками большей шестого порогового значения; и вычисляют задержки передачи данных на путях передачи и приема канала, в котором произошло переключение.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения пятое и шестое пороговые значения зависят от характеристик дрожания фазы в каналах передачи данных.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, обеспечивается устройство для обнаружения асимметрии задержки канала передачи данных между устройствами защиты линии передачи. Устройство содержит: вычисленный модуль, выполненный с возможностью цикличного вычисления несоответствия тактовой частоты между тактовыми частотами защитных устройств и задержек при передаче данных в разных путях канала передачи данных, модуль сравнения, выполненный с возможностью сравнения последнего вычисленного значения несоответствия тактовой частоты и задержек передачи данных с вычисленными ранее несоответствиями тактовой частоты и задержками передачи данных, соответственно; первый модуль определения, выполненный с возможностью определения переключения каналов, при изменении рассчитанного несоответствия тактовой частоты превышающем первое пороговое значение, или изменении вычисленных задержек передачи данных для любого пути превышающем второе пороговое значение; и второй модуль определения, выполненный с возможностью определения задержек канала, как ассиметричных, при разности между вычисленными задержками передачи данных на разных путях после переключения каналов превышающей третье пороговое значение.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, предложено устройство обнаружения асимметрии задержки канала передачи данных между устройствами защиты линии передачи. Устройство содержит: модуль передачи и приема, выполненный с возможностью передачи и приема данных через первый канал и второй канал; первый вычисляющий модуль, выполненный с возможностью последовательного вычисления первой задержки при передаче и приеме данных через первый канал и второй канал; второй вычисляющий модуль расчета, выполненный с возможностью последовательного вычисления второй задержки при передаче и приеме данных через второй канал и первый канал; и модуль определения, выполненный с возможностью определения каналов передачи данных, как ассиметричных, при разности между первой задержкой и второй задержкой превышающей пятое пороговое значение.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, предложена компьютерная программа для синхронизации каналов передачи данных между устройствами защиты линии передачи, причем компьютерная программа, загружаемая во внутреннее запоминающее устройство цифрового компьютера, содержит средство компьютерного программного кода для обеспечения при загрузке в упомянутое внутреннее запоминающее устройство, выполнение компьютером этапов в соответствии с любым из представленных выше способов.
Краткое описание чертежей
На фиг.1А и 1В схематично показан вид каналов передачи данных и эхо-процесса между двумя IED;
фиг 2 схематично показывает вид системы защиты линии с двумя IED;
фиг.3 схематично показывает вид эхо-процесса между двумя IED; и
фиг.4 схематично показывает вид схемы системы защиты линий с четырьмя IED.
Осуществление изобретения
Первый вариант осуществления
p1
s1
р2
s2
Как показано на фиг.1А, существуют два IED, то есть, IED А и IED В, предназначенные для защиты линии передач. И эти IED связываются друг с другом через два набора каналов передачи данных, то есть, первичный канал (Р) и вторичный канал (S). Каждый канал имеет 2 пути, то есть, путь передачи и путь приема. Для IED А, задержка передачи через первичный канал (Р) обозначается, как T, и задержка передачи через вторичный канал (S) называется T. Задержка приема через первичный канал (Р) называется Т, и задержка приема через вторичный канал (S) называется T.
Как первичный канал, так и вторичный канал являются симметричными, однако, из-за характеристик дрожания фазы в канале передачи данных, включающего в себя множество устройств передачи данных (например, мультиплексор, цифровой переключатель и т.д.), задержки передачи и задержки приема в одном и том же канале могут иметь незначительные вариации относительно друг с друга и относительно времени (также называемые дрожанием фазы). Следует отметить, что такие дрожания фазы являются приемлемыми, поскольку сами по себе они не приводят к неправильной работе дифференциальной защиты линии. Набор примерных значений задержек при передаче данных представлен в показанной ниже таблице 1.
В любое время, каждое IED может передавать сообщение в другое IED через один путь (через первичный канал или через вторичный канал) и принимать сообщение от другого IED через один путь (через первичный канал или через вторичный канал). Если пути передачи и приема оба находятся в первичном канале, или оба находятся во вторичном канале, задержки передачи данных будут симметричными, или, другими словами, такие состояния называются симметрией задержки канала. Однако, при неблагоприятных условиях, путь передачи представляет собой первичный канал, в то время как путь приема представляет собой вторичный канал, или путь передачи представляет собой вторичный канал, в то время как путь приема представляет собой первичный канал, в связи с чем задержки передачи данных будут асимметричными, или, другими словами, такие условия называются асимметрией задержки канала.
Таблица 1.
Задержки передачи каналов передачи данных
T<sub>p2</sub> (мс)
1,618
1,626
1,619
1,637
1,526
1,613
1,579
1,554
T<sub>p1</sub> (мс)
1,636
1,587
1,613
1,548
1,601
1,598
1,635
1,617
T<sub>s2</sub> (мс)
13,139
13,212
13,198
13,203
13,282
13,197
13,168
13,196
T<sub>s1</sub> (мс)
13,153
13,098
13,147
13,163
13,204
13,173
13,104
13,177
Как показано на таблице 1, задержки передачи данных для каждого канала не являются стабильными. Значения задержек изменяются друг от друга в циклах разной выборки (например, около 0,1 мс), когда сообщения передают и принимают через один и тот же маршрут (то есть, все через первичный канал или все через вторичный канал). Следовательно, вычисленное несоответствие Δt тактовой частоты между внутренними тактовыми частотами разных IED может изменяться время от времени.
dcal
cal
Как показано на фиг.1В, вычисленное значение задержки передачи данных T в одну сторону может быть получено с помощью уравнения (1), показанного ниже, и вычисленное несоответствие тактовой частоты между IED А и В, Δt, может быть получено по уравнению (2):
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mi>c</mi><mi>a</mi><mi>l</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>2</mn><mo>−</mo><mi>T</mi><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>4</mn><mo>−</mo><mi>T</mi><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>2</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mrow><mi>c</mi><mi>a</mi><mi>l</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>2</mn><mo>+</mo><mi>T</mi><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>T</mi><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>2</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
1
4
dcal
tcal
d1
d2
act
В таблице 2 показаны моменты времени T T, измеренные в каждом IED, и вычисленные значения T и Δ. T и T представляют собой задержки передачи и приема для IED В. Можно заметить, что IED В передает сообщение в IEDA, для инициирования каждого эхо-процесса, каждые 5 мс. Тактовая частота IED А опережает IED В приблизительно на 18,3 мс, то есть, фактическое несоответствие тактовой частоты Δt=18,3 мс.
Таблица 2.
Расчет T<sub>d</sub> и Δt
T<sub>d1</sub> (мс)
1,618
1,626
1,619
1,637
1,526
1,613
1,579
1,554
T<sub>d2</sub> (мс)
1,636
1,587
1,613
1,548
1,601
1,598
1,635
1,617
T<sub>1</sub> (мс)
0
5
10
15
20
25
30
35
Т<sub>2</sub> (мс)
19,918
24,926
29,919
34,937
39,826
44,913
49,879
54,854
Т<sub>3</sub> (мс)
20,038
25,046
30,039
35,057
39,946
45,033
49,999
54,974
Т<sub>4</sub> (мс)
3,374
8,333
13,352
18,305
23,247
28,331
33,334
38,291
T<sub>dcal</sub> (мс)
1,627
1,6065
1,616
1,5925
1,5635
1,6055
1,607
1,5855
Δt<sub>cal</sub> (мс)
18,291
18,32
18,303
18,345
18,263
18,308
18,272
18,269
dcal
cal
d1
d2
mean
act
Как показано в таблице 2, вычисленная задержка T передачи данных и несоответствие Δt тактовой частоты изменяются в каждом эхо - процессе, поскольку Tи T не являются стабильными. Однако, среднее значение расчетного Δt в течение заданного периода T (например, 5 циклов частоты передачи электроэнергии, 20 эхо-процессов и т.д.) теоретически аппроксимируются с фактическим Δt.
cal
mean
mean
mean
mean
mean
act
Например, среднее значение Δt в таблице 2: представляет собой Δt=18,296 мс, что очень близко к 18,3 мс. При расчете среднего значения предполагается, что фактическое Δt является стабильным. Фактически фактическое Δt изменяется, из-за разности частот между внутренними генераторами разных IED, и во время нормальной работы, фактическое Δt изменяется плавно, вместо внезапного изменения в течение заданного периода. Например, если генераторы обоих IED имеют точность 50 промилле, наибольшая разность частот составит 100 промилле, что означает максимум 0,1 мс несоответствия тактовой частоты в течение каждого периода 1 секунд. Если оба генератора имеют точность 1 промилле, то максимальное несоответствие тактовой частоты составит 0,1 мс за период более чем 50 секунд. В результате, если T=100 мс, ошибка Δt будет меньше чем 5 мкс при точности генератора 50 промилле, и ошибка Δt будет меньше, чем 0,1 мкс при точности генератора 1 промилле. Таким образом, среднее значение расчетного Δе за заданный период T теоретически аппроксимируется с фактическим значением Δt.
dmean
dcal
dcal
dmean
dmean
mean
Аналогично, теоретическая задержка T при передаче данных может быть получена на основе расчета среднего значения T. Среднее значение всего T в Таблице 2 составляет T=1,600 мс. В соответствии с уравнением (1), на расчет td не влияет несоответствие тактовой частоты Δt, поэтому, чем больше Tmean, тем выше будет получена точность Tdmean. Для упрощения расчетов, одно и то же Tmean используют для расчета Обоих T И Δt.
Следует отметить, что период для расчета каждого значения не обязательно является постоянным. Например, IED может выполнять расчет на разных частотах относительно разных этапов работы.
d1
d2
Представленная выше вводная часть фокусируется только на условии, что задержки в канале передачи данных являются симметричными, что является основой для традиционного эхо-способа. Однако когда задержки канала являются несимметричными, эхо-процесс (первый IED отправляет сообщение во второй IED, и упомянутый второй IED передает обратно сообщение в упомянутый первый IED), все еще может быть выполнен, и вычисление эхо (расчет задержек T и T передачи данных и несоответствие Δt тактовой частоты) может быть выполнено с использованием представленных ниже уравнений, с учетом разности между задержками при передаче данных:
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>2</mn><mo>−</mo><mi>T</mi><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>4</mn><mo>−</mo><mi>T</mi><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>/</mo><mn>2</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>2</mn><mo>−</mo><mi>T</mi><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>4</mn><mo>−</mo><mi>T</mi><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>/</mo><mn>2</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mrow><mi>c</mi><mi>a</mi><mi>l</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>2</mn><mo>+</mo><mi>T</mi><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>T</mi><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>T</mi><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mn>2</mn><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>/</mo><mn>2</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>5</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
diff
где T представляет собой разность между задержками при передаче данных:
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>6</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
diff
diff
T может быть задано оператором, или рассчитано с помощью IED во время работы. Следует отметить, что, когда задержки канала являются симметричными, T=0, уравнения (3), (4) и (5) являются теми же, что и уравнения (1) и (2).
diff
diff
Обычно перед включением обоих IED требуется присутствие инженеров IED, обслуживающих их на месте, для обеспечения симметрии задержки канала. Так, обычно для первого эхо-процесса, после включения обоих IED, T=0. Если симметрия задержки канала не будет обеспечена для первого эхо-процесса, после включения обоих IED, T может быть задано оператором, или может быть рассчитано IED, например, на основе внешней тактовой частоты.
diff
d1
d2
Если только T является точным, задержки T и T передачи данных и несоответствие Δt тактовой частоты являются точными, независимо от того, являются ли задержки канала симметричными или асимметричными. Несоответствие Δt тактовой частоты и задержки передачи данных затем используют для синхронизации сигналов выборки путем интерполяции сигналов выборки от удаленного конца, перед выполнением дифференциально-токового алгоритма, или выполнением управления моментами времени выборки для достижения синхронизации моментов выборки обоих IED.
В данном изобретении уравнения (3), (4) и (5) используют для расчета эхо-сигналов, как в условиях задержки симметричного канала, так и в условиях задержки асимметричного канала. Используя результаты расчета эхо-сигнала, IED может поддерживать синхронизацию, независимо от того, являются ли задержки канала симметричными или асимметричными.
d1
d2
Когда отсутствует переключение каналов, расчетное значение задержки при передаче данных и несоответствия тактовой частоты имеют малое дрожание фазы в каждом эхо-процессе, и их средние значения являются еще более стабильными. После переключения каналов (обычно после короткого периода прерывания передачи данных, например, 100 мс), вычисленные задержка при передаче данных и несоответствие тактовой частоты имеют большее различие, по сравнению с результатами перед переключением. Таким образом, IED может обнаруживать переключение канала передачи данных путем сравнения вычисленных несоответствия Δt тактовой частоты, задержек tи T при передаче данных с их предшествующими значениями или предпочтительно средними значениями их предшествующих значений. Если наблюдается внезапное изменение, большее, чем заданный порог, в любом одном из упомянутых выше значений, предполагается, что обнаружено переключение каналов.
Пороговое значение для обнаружения внезапного изменения несоответствия тактовой частоты может быть рассчитано и установлено с помощью IED на основе суммы максимального возможного изменения фактического несоответствия тактовой частоты в течение периода прерывания передачи данных, и максимального возможного дрожания фазы при расчете несоответствия тактовой частоты, вызванного незначительным дрожанием фазы задержек при передаче данных, когда отсутствуют переключения каналов. Максимальное возможное изменение фактического несоответствия во время периода тактовой частоты в течение периода прерывания передачи данных может быть вычислено с помощью IED, в соответствии с точностью генераторов IED и длительностью периода прерывания передачи данных. Например, если оба генератора IED имеют точность 50 промилле, и длительность прерывания передачи данных составила 100 мс, тогда максимальное возможное изменение фактического несоответствия тактовой частоты составит 0,01 мс во время прерывания передачи данных. Максимальное возможное дрожание фазы в расчетном несоответствии тактовой частоты, вызванном незначительным дрожанием фазы задержек передачи данных, когда отсутствует переключение каналов, может быть установлено оператором IED в соответствии с характеристикой дрожания фазы канала передачи данных. Например, в соответствии с задержками при передаче данных, заданными в таблице 2, максимальное возможное дрожание фазы при расчетном несоответствии тактовой частоты, вызванном дрожанием фазы задержки передачи данных, составляет 0,06 мс. Учитывая обоснованный допуск, максимальное возможное дрожание фазы при расчетном несоответствии тактовой частоты, вызванном дрожанием фазы задержки при передаче данных, может быть установлено, как 0,1 мс. Таким образом, пороговое значение для обнаружения внезапного изменения несоответствия тактовой частоты может быть рассчитано и установлено IED как 0,11 мс.
Пороговые значения для обнаружения внезапного изменения задержек при передаче данных могут быть установлены операторами IED на основе максимального возможного дрожания фазы в задержках при передаче данных, когда не выполняют переключения каналов, которое выполняют в соответствии с характеристикой дрожания фазы канала передачи данных. С точки зрения простоты, пороговые значения, для обнаружения внезапного изменения в задержках при передаче данных, как на пути передачи, так и на пути приема могут быть установлены, как одинаковые значения. Например, в соответствии с задержками передачи данных, заданными в таблице 2, максимальное возможное дрожание фазы в задержках при передаче данных составляет 0,11 мс. Учитывая обоснованный допуск, пороговое значение для обнаружения внезапного изменения задержек при передаче данных может быть установлено операторами IED, как 0,15 мс.
m
После обнаружения переключения каналов, IED должно вычислить новые задержки при передаче данных. Поскольку фактическое значение Δt вызвано разностью частот между внутренними генераторами разных IED, и изменяется медленно, IED может рассчитать задержки передачи данных, используя несоответствия Δt тактовой частоты или предпочтительно среднего значения, хранящегося в запоминающем устройстве перед переключением каналов, в соответствии с уравнениями (7) и (8), представленными ниже, где Δt представляет сохраненное значение несоответствия тактовой частоты перед переключением каналов или предпочтительно его среднее значение перед переключением каналов.
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mi>m</mi></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>7</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>T</mi><mn>4</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mi>m</mi></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>8</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
diff
diff
Затем IED может вычислить новое значение T по уравнению (6). Для достижения лучшей точности, предпочтительно, рассчитать среднее значение нового T в течение заданного периода после переключения каналов.
diff
После того, как новое значение T (или предпочтительно его среднее значение) вычислено, IED может использовать его, для выполнения эхо-процессов и эхо-расчетов в соответствии с уравнениями (3), (4) и (5), и синхронизировать сигналы выборки с рассчитанными задержками передачи данных и несоответствиями тактовой частоты, до тех пор, пока не будет обнаружено следующее переключение каналов.
diff
diff*thre
Если вычисленное значение T (или предпочтительно его среднее значение) больше, чем заданное пороговое значение T, IED вырабатывает сигнал тревоги для обозначения асимметрии задержки канала.
dif*thre
diff
diff*thre
diff*thre
Пороговое значение T может быть установлено операторами IED на основе максимального возможного различия между задержками при передаче данных на путях передачи и приема для симметричного канала, который соответствует характеристике дрожания фазы канала передачи данных. Например, в соответствии с задержками передачи данных, представленных в таблице 1, максимальная возможная разность между задержками при передаче данных симметричного канала составляет 0,18 мс. Учитывая обоснованный допуск, пороговое значение для обнаружения внезапного изменения задержек при передаче данных может быть установлено операторами IED, как 0,25 мс. Если используется среднее значение расчетного T, тогда пороговое значение Tможет быть установлено операторами IED на основе максимальной возможной разности между средними значениями задержек при передаче данных по пути передачи и приема для симметричного канала, установленной соответствии с характеристикой дрожания фазы системы передачи данных. Например, в соответствии с задержками при передаче данных, заданными в таблице 1, максимальное возможное различие между средними значениями задержек передачи данных для симметричного канала составляет 0,05 мс. Учитывая обоснованный допуск, пороговое значение T может быть установлено операторами IED как 0,1 мс.
m
Поскольку переключение каналов обычно вводит ошибку при передаче данных, например, 100 мс, сохраненное перед переключением каналов несоответствие Δtтактовой частоты может быть неточным после переключения, таким образом, вычисленные задержки при передаче данных в соответствии с уравнениями (7) и (8) будут иметь ошибки. Для дальнейшего улучшения точности, фактическое значение Δt после переключения каналов, может быть рассчитано с помощью IED. С этой целью, IED может определить, какой путь (то есть, путь передачи или путь приема) остается не переключенным (то есть, все еще использует его исходный маршрут), затем использовать сохраненную задержку передачи данных (или ее среднее значение) для маршрута без переключения для расчета фактического несоответствия Δt тактовой частоты после переключения.
IED находит, какой путь поддерживается без переключения, путем расчета разности между задержками при передаче данных после переключения с их задержками перед переключением, в соответствии с уравнениями (9) и (10), представленными ниже:
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn><mo>*</mo><mi>m</mi></mrow></msub></mrow><mo>|</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>9</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn><mo>*</mo><mi>m</mi></mrow></msub></mrow><mo>|</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>10</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
d1diff
d1*thre
d1
d2diff
d2*thre
d2
Если T меньше, чем заданное пороговое значение T, IED определяет, что путь T поддерживается без переключения, и вычисляет фактическое несоответствие Δt тактовой частоты после переключения на основе уравнения (11), представленного ниже. Если T будет меньше, чем заданное пороговое значение T, IED определяет, что путь T поддерживается без переключения, и вычисляет фактическое несоответствие Δt тактовой частоты после переключения на основе уравнения (12), представленного ниже.
<mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mi>m</mi></msub><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>1</mn><mo>*</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>11</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><mi>Δ</mi><msub><mi>t</mi><mi>m</mi></msub><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>d</mi><mn>2</mn><mo>*</mo><mi>m</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>12</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
d1
d2
d1*m
d2*m
Следует отметить, что в уравнениях (9), (10), (11) и (12), T и T представляют собой расчетные значения задержки при передаче данных после переключения или, предпочтительно, их средние значения в течение заданного периода после переключения каналов. T и T представляют собой вычисленные значения задержки при передаче данных перед переключением или, предпочтительно, их средние значения в течение заданного периода перед переключением каналов.
d1*thre
d2*thre
d1*thre
d2*thre
d1*thre
d2*thre
Пороговые значения T и T могут быть рассчитаны и установлены с помощью IED на основе суммы максимального возможного изменения фактического несоответствия тактовой частоты в течение периода прерывания передачи данных и максимального возможного дрожания фазы задержек передачи данных, когда не выполняли переключение пути. С точки зрения простоты, эти два пороговых значения могут быть установлены, как одно значение. Максимальное возможное изменение фактического несоответствия тактовой частоты в течение периода прерывания передачи данных может быть вычислено с помощью IED, в соответствии с точностью генераторов IED и длительностью периода прерывания передачи данных. Например, если оба генератора IED имеют точность 50 промилле, и длительность прерывания при передаче данных составляет 100 мс, тогда максимальное возможное изменение фактического несоответствия тактовой частоты составляет 0,01 мс во время прерывания передачи данных. Максимальное возможное дрожание фазы при задержках передачи данных, когда путь не переключали, может быть установлено оператором IED в соответствии с характеристикой дрожания фазы системы передачи данных. Например, в соответствии с задержками передачи данных, представленными в таблице 1, максимальное возможное дрожание фазы при задержках передачи данных, когда не выполняют переключение пути, составляет 0,14 мс. Учитывая обоснованный допуск, максимальное возможное дрожание фазы в расчетном несоответствии тактовой частоты, вызванном дрожанием фазы задержки при передаче данных, может быть установлено, как 0,2 мс. Таким образом, пороговые значения T и T могут быть рассчитаны и установлены по IED, как 0,21 мс. Если средние значения, используемые в уравнениях (9), (10), как максимальное возможное дрожание фазы средних значений задержек при передаче данных, когда не выполняют переключение пути, теоретически составляют приблизительно 0, пороговые значения T и T могут быть установлены, с учетом только максимального возможного изменения фактического несоответствия тактовой частоты в течение периода прерывания передачи данных. В представленном выше примере, учитывая обоснованный допуск, пороговое значение может быть установлено, как 0,1 мс.
d1
d2
m
diff
diff
Затем в IED повторно вычисляются задержки T и T при передаче данных в соответствии с уравнениями (7) и (8) с отрегулированным Δt, заменяющим Δt. Затем IED может вычислить новое значение T по уравнению (6). После того, как новое значение T (или предпочтительно его среднее значение) будет вычислено, IED может выполнить эхо-процесс и повторить расчет значения эхо с использованием уравнений (3), (4) и (5), до тех пор, пока не будет обнаружено следующее переключение каналов.
Используя описанный выше способ, IED может точно вычислить задержки при передаче данных и несоответствие тактовой частоты, так, что они могут поддерживать синхронизацию, независимо от того, являются ли задержки канала симметричными или асимметричными. В случае ввода асимметрии в каналы передачи данных, IED может обнаруживать асимметрию и вырабатывать сигнал тревоги для обозначения асимметрии задержки канала. При сравнении с традиционным способом эхо-сигнала, задержки передачи данных и несоответствие тактовой частоты являются либо недоступными, или ненадежными, когда канал становится асимметричным.
Второй вариант осуществления
В другом варианте осуществления, в любой момент времени, каждое IED может передать сообщение на другое IED по двум путям, и принимать сообщение от другого IED по двум путям. Существуют, по меньшей мере, две возможные конфигурации:
В первой конфигурации защищенная линия имеет один набор дифференциальной защиты (один IED на каждом выводе), при этом IED сообщаются друг с другом через эти два канала, то есть, первичный канал и вторичный избыточный канал. В любое время, каждый IED может передать сообщение на другой IED по двум путям (один путь в первичном канале и другой путь во вторичном канале), и принять сообщение от другого IED по двум путям (один путь в первичном канале и другой путь во вторичном канале).
Во второй конфигурации защищенная линия имеет два набора разных защит (двойные главные устройства защиты, то есть, первичный набор защиты и вторичный набор защиты), и каждый набор устройств защиты имеет свой собственный канал передачи данных, соответственно. Другая аналогичная ситуация состоит в том, что ряд параллельных линий защищены двумя наборами дифференциальных защит, в котором, каждый набор защиты защищает одну линию и имеет свой собственный канал передачи данных, соответственно. В любое время, каждое IED может передать сообщение на другое IED в том же наборе защиты по двум путям (один путь в канале передачи данных самого набора защиты и другой путь через канал передачи данных другого набора защиты) и принимать сообщение от другого IED по двум путям (один путь в канале передачи данных самого набора защиты и другой путь через канал передачи данных другого набора защиты).
Конфигурация 1: Защищенная линия имеет один набор дифференциальной защиты с двумя каналами передачи данных.
p1
s1
р2
s2
p1
р2
s1
s2
Как показано на фиг.2, существуют два IED, то есть, IED А и IED В для защиты линии. IED связываются друг с другом через два канала передачи данных, то есть, первичный канал и вторичный канал. Для IED А задержка при передаче через первичный канал называется T, и задержка при передаче через вторичный канал называется T. Задержка при приеме через первичный канал называется Т, и задержка при приеме через вторичный канал называется T. В идеальных условиях работы оба канала имеют симметричные задержки, то есть, T равна Т, и T равна T. Следующее предложенное решение позволяет обнаруживать состояние, когда задержки канала становятся несимметричными, как описано ниже:
Этап 1: IED А передает сообщение IED В через первичный канал. Затем IED В передает эхо - информацию обратно на IED А как через первичный канал, так и через вторичный канал, как показано на фиг.3. Таким образом, IED А может рассчитать общую задержку при передаче данных, используя следующие уравнения (13)и(14):
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn><mi>p</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>p</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>T</mi><mn>5</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>T</mi><mn>4</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>13</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn><mi>s</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>p</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>s</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>T</mi><mn>6</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>T</mi><mn>3</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>14</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
p1s2
p1p2
Как пояснялось выше, все значения Т6, T1, T5 получают от IED А, и все значения Т3, Т2, Т4 получают от IED В. Поэтому, значения T и T являются точными.
Этап 2: IED А передает сообщение на IED В через вторичный канал, затем IED В передает эхо - информацию обратно на IED А через вторичный канал и первичный канал. Соответствующие задержки передачи данных могут быть вычислены с использованием уравнения (15) и (16), аналогично.
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>s</mi><mn>1</mn><mi>s</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>s</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>s</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>15</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>T</mi><mrow><mi>s</mi><mn>1</mn><mi>p</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>s</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>T</mi><mrow><mi>p</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>16</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
p1s2
s1p2
p1s2
s1p2
ps*thre
Этап 3: IED сравнивает T с T. Если разность между T и T (или предпочтительно их средними значениями) будет больше заданного порогового значения T, определяется, что, по меньшей мере, один из каналов имеет асимметричные задержки. Если эта асимметрия обнаруживается в начальный период, когда IED вводят в работу, IED должен выработать сигнал тревоги для обозначения асимметрии задержки канала. Если эта асимметрия обнаруживается в течение нормального периода работы, она обозначает переключение каналов, и процедура переходит к следующему этапу.
ps*thre
ps*thre
ps*thre
Пороговое значение T может быть установлено операторами IED на основе суммы максимальной возможной разности между задержками при передаче путей передачи и приема для двух симметричных каналов, которые соответствуют характеристике дрожания фазы канала передачи данных. Например, в соответствии с задержками передачи данных, представленных в таблице 1, максимальные возможные разности между задержками при передаче данных для первичного канала и вторичного канала составляют 0,11 мс и 0,18 мс. Учитывая обоснованный допуск, пороговое значение Tps*thre может быть установлено оператором IED, равным 0,4 мс. Если для сравнения используются средние значения, пороговое значение T может быть установлено на основе суммы максимальной возможной разности между средними значениями задержек при передаче данных для путей передачи и приема, для двух симметричных каналов, которые соответствуют характеристикам дрожания фазы системы передачи данных. Например, в соответствии с задержками при передаче данных, представленными в таблице 1, максимальные возможные разности между средними значениями задержек при передачи данных для первичного канала и вторичного канала, составляют 0,01 мс и 0,05 мс. Учитывая обоснованный допуск, пороговое значение T может быть установлено оператором IED, равным 0,1 мс.
p1p2
s1s2
p1p2
s1s2
p*thre
s*thre
p1p2
s1s2
diff
diff
diff*thre
diff
Этап 4: IED сравнивает T, T с их предыдущими значениями. Если оба T и T (или предпочтительно их средние значения) изменились по сравнению с их предыдущими значениями (или, предпочтительно, средними значениями) на величину большую заданного порогового значения T и T, соответственно, тогда IED вырабатывает сигнал тревоги для обозначения, что в обоих каналах произошло переключение. Если только одна из задержек при передаче данных (T, или T) изменилась больше, чем на соответствующее пороговое значение, IED вырабатывает сигнал тревоги для обозначения, что в первичном или во вторичном канале, соответствующем изменившейся задержке, произошло переключение. При таких условиях новые значения задержки при передаче данных каналов с переключением могут быть рассчитаны на основе представленных выше уравнений (13), (14), (15) и (16), поскольку задержки передачи данных в канале без переключения известны из вычислений на основе эхо-сигнала перед переключением каналов. Затем IED могут обнаруживать асимметрию задержки канала для канала, в котором произошло переключение, путем вычисления разности между значениями задержек (T) при передаче данных и сравнения T с T, как представлено в первом варианте осуществления. И IED могут выполнять вычисление на основе эхо-сигнала, используя T, как представлено в первом варианте осуществления, и результаты вычислений можно использовать для выполнения синхронизации.
p*thre
s*thre
p*thre
s*thre
p*thre
s*thre
Пороговые значения T и T могут быть установлены оператором IED на основе суммы максимального возможного дрожания фазы для задержек при передаче данных на путях передачи и приема, когда пути не переключают в соответствии с характеристикой дрожания фазы канала передачи данных. С точки зрения простоты, эти два пороговых значения могут быть установлены, как одно значение. Например, в соответствии с задержками при передаче данных, представленными в таблице 1, сумма максимального возможного дрожания фазы при задержках передачи данных для первичного и вторичного каналов составляет 0,2 мс и 0,25, соответственно. Учитывая обоснованный допуск, оба пороговых значения T и T могут быть установлены как 0,4 мс. Если средние значения используют при сравнении, поскольку максимальное возможное значение дрожания фазы для средних значений задержек передачи данных, когда на пути передачи не происходит переключение, теоретически составляет приблизительно 0, пороговые значения T и T могут быть установлены с учетом только обоснованного допуска, например, 0,1 мс.
Конфигурация 2: Защищенные линии (или параллельные линии) имеют два набора дифференциальных устройств защиты с соответствующими каналами передачи данных.
Как показано на фиг.4, существуют четыре IED, то есть, IED PA, IED РВ для первичной защиты и IED SA, IED SB для вторичной защиты. В первичной и во вторичной защите обычно используются отдельные каналы передачи данных, то есть, первичный канал для первичной защиты и вторичный канал для вторичной защиты.
p1
p2
s1
s2
p1
p2
s1
s2
p1p2
s1s2
p1s2
s1p2
p1
p2
s1
s2
Задержки при передаче/приеме первичного канала (Р) и вторичного канала (S) представляют собой T, T, T и T, соответственно. Как показано на фигуре, для IED РА, T представляет собой задержку передачи через первичный канал; T представляет собой задержку приема через первичный канал; для IED SA T представляет собой задержку передачи через вторичный канал; и T представляет собой задержку приема через первичный канал. T представляет собой задержку передачи и приема сообщения только по первичному каналу. T представляет собой задержку при передаче и приеме сообщения только по вторичному каналу. Аналогично, T и T представляют собой задержки при передаче и приеме сообщения, как через первичный, так и через вторичный каналы. В идеальных условиях работы оба канала имеют симметричные задержки, то есть, T равно T, и T равно T. Следующее предложенное решение позволяет обнаруживать состояние, когда задержки канала становятся асимметричными, как описано ниже:
p1p2
p1s2
Этап 1: IED РА передает сообщение в IED РВ через первичный канал. Затем IED РВ передает информацию обратно в IED РА через первичный канал и вторичный канал. Таким образом, IED РА рассчитывает два значения задержки при передаче данных: T и T.
p1s2
Таким образом, IED РВ может передавать информацию эхо-сигнала на IED РА через вторичный канал, при этом оно должна вначале передать информацию эхо-сигнала на IED SB, и затем IED SB передает информацию через вторичный канал на IED SA, и, наконец, IED SA передает информацию на IED РА. Следует отметить, что задержки передачи данных, вводимые во время передачи данных между IED РВ и IED SB (и между IED SA и IED РА), должны быть рассчитаны и должны быть вычтены из общей измеренной задержки передачи данных, для получения T. Обмен данными между IED РВ и IED SB (или IED РА и IED SA) может происходить через GOOSE или с использованием другой технологии передачи данных между одноуровневыми устройствами, и задержка передачи данных может быть рассчитана с использованием каждого или обоих из следующих способов:
1) Путем измерения разности фаз напряжения (поскольку оба IED измеряют напряжение в одной и той же точке). Например, если IED РВ передает сообщение GOOSE в IED SB при 0° фазы А напряжения, и IED SB принимает сообщение при 18° фазы А напряжения, тогда задержка составляет 1 мс (для системы 50 Гц).
2) Или, поскольку оба IED расположены в одной и той же подстанции, они могут быть легко синхронизированы с использованием внешнего источника тактовой частоты (например, GPS) или другими способами. После того, как оба IED будут синхронизированы, тогда для них становится просто вычислить задержку при передаче данных.
s1s2
s1p2
s1s2
s1p2
Этап 2: Аналогично этапу 1, IED SA может рассчитывать задержки T и Tпередачи данных. Затем IED SA передает вычисленное значение T и T в IED РА (или наоборот).
p1s2
s1p2
p1s2
s1p2
ps*thre
Этап 3: IED РА сравнивает T с T. Если разность между T и T больше заданного порогового значения T, делается вывод, что, по меньшей мере, один из каналов имеет асимметричные задержки. Если такое состояние обнаруживается вначале периода, когда IED вводят в работу, IED вырабатывает сигнал тревоги для обозначения асимметрии задержки канала. Если это состояние обнаруживается во время периода нормального функционирования, это обозначает переключение каналов, и процедура переходит к следующему этапу.
p1p2
s1s2
p1p2
p*thre
s*thre
1p2
s1s2
diff
diff
diff*thre
diff
Этап 4: IED сравнивает T, T с их предыдущими значениями. Если оба T и Tsis2 изменяются относительно предыдущих значений (или средних значений) больше, чем на заданные пороговые значения T и T, соответственно, тогда IED вырабатывает сигнал тревоги для обозначения, что в обоих каналах произошло переключение. Если только одна из задержек передачи данных (Tp или T) изменяется больше соответствующего порогового значения, IED вырабатывает сигнал тревоги для обозначения, что в первичном или вторичном канале, в соответствии с измененной задержкой, произошло переключение. В таких условиях новые задержки при передаче данных канала с переключением могут быть вычислены с использованием представленных выше уравнений (13), (14), (15) и (16), поскольку задержки передачи данных канала без переключения известны из вычислений на основании эхо-сигнала перед переключением каналов. Затем IED может обнаруживать асимметрию задержки канала с переключением, путем вычисления разности между задержками передачи данных (T) и сравнения T с T, как представлено в первом варианте осуществления. И IED может выполнить вычисление на основании эхо - сигнала, используя T, как представлено в первом варианте осуществления, и результаты расчета можно использовать для выполнения синхронизации.
Следует отметить, что асимметрия задержки канала для дифференциальной защиты линии представляет собой ненормальное состояние и случается редко. Поэтому, чрезвычайно маловероятно, что в обоих первичном и вторичном каналах произойдет переключение одновременно, или они будут иметь одинаковый уровень асимметрии. Таким образом, определение на этапе 3 и 4 является очень точным.
Предложенный способ, в основном, предназначен для обнаружения асимметрии задержки канала во время работы IED и синхронизации IED. В течение периода запуска IED обычно инженеры по эксплуатации должны обеспечивать симметрию задержки канала, таким образом, риск асимметрии задержки канала будет невелик. Также следует отметить, что способы в соответствии со вторым вариантом осуществления можно использовать для обнаружения асимметрии задержки канала в течение периода запуска IED. Также следует отметить, что, хотя только два канала передачи данных, первичный канал и вторичный канал, были описаны выше, способ также применим к системе с большим количеством каналов. Например, любые два канала из множества каналов могут быть выбраны и могут рассматриваться, как первичный канал и вторичный канал. И обнаружение асимметрии, и способ синхронизации можно применять для выбранных каналов и других каналов последовательно.
Варианты осуществления, описанные выше, могут быть выполнены с использованием комбинированного подхода. Например, способ обнаружения во втором варианте осуществления может использоваться для обнаружения асимметрии задержки канала, и способ в первом варианте осуществления может использоваться для синхронизации IED.
Все способы, описанные выше, могут быть выполнены с помощью контроллера аппаратных средств, с соответствующими модулями. Например, контроллер для синхронизации каналов передачи данных между устройствами защиты линии передач может содержать следующие модули. Вычисленный модуль циклически вычисляющий несоответствие тактовой частоты между тактовыми частотами устройств защиты и задержки передачи данных на разных путях канала передачи данных. Модуль сравнения сравнивающий последнее вычисленное значение несоответствия тактовой частоты и задержки при передаче данных с ранее рассчитанными значениями несоответствия тактовой частоты и задержки при передаче данных, соответственно. Первый модуль определения определяющий переключение каналов при превышении изменения рассчитанного несоответствия тактовой частоты первого порогового значения, или превышения изменения вычисленных задержек передачи данных для любого пути второго порогового значения. Второй модуль определения, выполненный с возможностью определения задержек канала, как асимметричных при превышении разностью между рассчитанными задержками при передаче данных по разным путям после переключения каналов, третьего порогового значения.
Аналогично, контроллер обнаружения асимметрии задержки канала передачи данных между устройствами защиты линии передачи может содержать следующие модули. Модуль передачи и приема передает и принимает данные через первый канал и второй канал. Первый модуль вычисления рассчитывает первую задержку для последовательной передачи и приема данных через первый канал и второй канал. Второй модуль вычисления вычисляет вторую задержку для последовательной передачи и приема данных через второй канал и первый канал. Модуль определения определяет каналы передачи данных, как асимметричные, при превышении разности между первой задержкой и второй задержкой пятого порогового значения.
Способы и устройство в соответствии с настоящим изобретением могут быть воплощены, как часть программных средств, работающих в цифровом компьютере, или в виде аппаратного воплощения, с использованием таких технологий, как EPROM и т.д. В случае воплощения предложенного способа в виде аппаратных средств, для специалиста в данной области техники будет понятно, что каждый этап для идентификации асимметрии может соответствовать отдельному аппаратному компоненту,
В качестве альтернативы, все этапы или функции могут быть воплощены с помощью интегрированного процессора. В котором все указанные выше отдельные модули и компоненты скомбинированы вместе для выполнения предложенного способа. Все доступные полупроводниковые технологии можно использовать для получения таких аппаратных средств.
Для специалиста в данной области техники различные модификации могут быть понятны без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Изобретение предназначено для включения всех возможных модификаций в пределах предложенной концепции, и объем изобретения должен быть определен по приложенной формуле изобретения, а не исходя из представленных выше подробных вариантов осуществления.