数字化变电站是由智能化一次装备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次装备分层（历程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850通讯规范根基上，能够实现变电站内智能电气装备间信息共享和互操作的现代化变电站。

　　数字化变电站是利用IEC61850进行建模和通讯的变电站，数字化变电站体现在历程层装备的数字化，全体站内信息的网络化，以及开关装备实现智能化。本文提出了数字变电站线路差动维护基于乒乓原理的时钟信号同步计划，并剖析探讨了基于该同步时差动维护性能和互操作的解决计划。　　

　　一、引言

　　由于光电技能和盘算机的飞速发展，新型光学电压、电流互感器日益浮现出富有魅力的远景和强盛的性命力，逐步代替电磁式互感器是继电维护的一个发展方向。

　　变电站运行管理主动化体系应包含电力生产运行数据、状况赌咒统计无纸化；数据信息分层、分流交流主动化；变电站运行产生故障时能及时供应故障剖析报告，指出故障原因，提出故障处置看法；体系能主动发出变电站装备检修报告，即通例的变电站装备“定期检修”转变为“状况检修”。

　　数字化变电站建设应充沛体现一次装备智能化和二次装备网络化的设计理念。一次装备智能化的重点是光电互感器和智能断路器的利用。二次装备网络化应贯彻和实行IEC61850尺度。数字化变电站建设应以电网安全、可靠和经济运行动前提，有效解决数据采集装备反复投资问题和二次智能装备的互操作问题。数字化变电站对光纤纵差维护提出了一些新问题，本文将联合220kV数字化变电站体系计划详细阐明光纤纵差维护如何解决上述问题。　　

　　二、光纤纵差维护的利用环境

　　数字化变电站内线路维护、主变维护、母线维护通过历程层间隔局域网，实现数据源和智能操作机构的共享。数字化变电站之间的一对光纤纵差维护通过租用的光纤通道实现数据的共享和采样时钟的同步。光纤纵差维护的利用环境如图1所示。

　　变电站内通例的二次装备，如继电维护装置、防误闭锁装置、测量操纵装置、远动装置、故障录波装置、电压无功操纵、同期操作装置以及正在发展中的在线状况检测装置等整个基于尺度化、模块化的微处置机设计制作，装备之间的衔接整个采纳高速的网络通讯，二次装备不再呈现通例功效装置反复的I／O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，通例的功效装置在这里变成了逻辑的功效模块。

　　数字化变电站的数据源来自合并单元（Mu），Mu的采样采纳全站统一的时钟源SYN。各站的线路差动维护也采纳同一时钟源。Mu数据通过历程层交流机给间隔的继电维护装备，包含线路维护、母差维护等。线路差动维护的数据来自2个不同的变电站，在体系内无统一时钟信号时，两站Mu的采样不同步。差动维护须要解决两侧采样数据同步问题。

　　三、数字化变电站对数据采集的请求

　　数字化变电站每个线路间隔的MU供应线路维护须要的Ia，Ib，Ic，ua，Ub，Uc，3Uo，31o，以及一相母线电压数据，线路维护、主变维护和母线维护通过历程层间隔交流机与间隔MU按IEC 61850-9-1/2尺度通讯获取上述数据，实现数据源的共享。目前2个变电站之间的一对光纤纵差维护采用的是以某个变电站光纤纵差维护的采集时钟为主时钟，另一个变电站光纤纵差维护调解自身的采集时钟与主时钟同步的方式。增添MU违抗数据源共享原则，通过全球定位体系（GPS）实现变电站之间的数据采集同步，违抗电网安全可靠运行规矩。这就引出了本文所要阐述的重要问题：如何实现变电站之间的数据采集同步？　　

　　四、光纤纵差维护实现的要害问题

　　（一）线路差动维护同步

　　在数字化变电站中，母差维护和变压器维护所采集的交换量均在一个变电站内，在全站使用统一时钟源时，各Mu采样同步，不存在同步问题。与传统的线路差动维护采样同步不同，数字化变电站的交换量采集由Mu完成，不能实时调解采样，这就须要对同步提出新的计划。

　　1、基于乒乓原理的时钟信号同步

　　数字化变电站的线路差动维护采纳基于乒乓原理的时钟信号同步的采样同步调解计划

　　以M站差动维护为例，当装置收到本站的同步信号SYNM时，在传向N站的数据帧中增添“同步信号帧”；同时在收到N站传过来的“同步信号帧”时，赌咒下此时刻相对于本侧同步时钟的时差Tma，同时回发N侧一帧“同步确认帧”。“同步确认帧”中包孕Tma。N侧装置的收发历程与此雷同。

　　M站差动维护在收到从N站传过来的“同步确认帧”时，赌咒下此时刻相对于本侧同步时钟的时差Tnb。同理，N站检测到的本侧维护装置与对侧维护装置的同步时钟的时刻差△t=Tmb/2-Tna。

　　△t有正负之分。当△t为正时，表现本侧同步时钟超前对侧同步时钟：当△t为负时，表现本侧同步时钟后进对侧同步时钟。

　　数字化变电站光纤分相纵差维护请求两侧Mu的采集频率雷同，假设Mu发送数据帧的频率为fs，盘算出△t后，可盘算出两侧差动维护装置对点的间隔Nd，Nd=round（fS△t）

　　式中：round函数是将实数取整，余数四舍五入。

　　当△t为正时，将本侧的采样值后移Nd点与对侧同步；当△t为负时，将本侧的采样值前移Nd点与对侧同步。

　　采纳此种同步方法，两侧同步后理论上存在的最大相位差δ=ω/（2fS），其中，ω为体系角频率。

　　2、相位差剖析

　　数字化变电站的光纤差动维护采纳时钟信号同步后，两侧装置的同步时差td可表现为：

　　td=δ+ts

　　式中：δ为基于乒乓原理的时钟同步后两侧角差。

　　由于电子式互感器的数据采集频率fs对比高，采纳时钟信号同步后的线路差动维护的同步角差与fs相干，成反比关系。以每周期40点（fS=2000Hz）采样为例，同步后的角差6≤4.5°。

　　ts为两侧Mu的采样相对于各自全站统一时钟源的光阴差。目前，Mu的运算速度快，两侧不一致的光阴差小，一般在10μs以下。

　　采样报文从Mu经过网络交流机传输到维护装置，这个光阴在同步报文中斟酌，不影响同步后的时差。

　　综合剖析，从一次电气量到维护盘算全体环节，基于乒乓原理的时钟信号同步后对点造成的角差δ为两侧差动维护不完整同步的重要因素，导致二次电流相对于一次电流有角差。因此，数字化变电站线路两侧电流互感器传变无角差，基于同步形成的时差td对差动维护影响小，可以不用斟酌其对差动的影响。

　　（二）线路纵差维护的性能

　　数字化变电站的线路差动维护相对于传统的光纤差动维护而言具有很多长处，限于篇幅，对其中的理论剖析和试验成果不一一例举。

　　1、利用电子式互感器的线路差动维护因无饱和，区外故障时，穿越性电流引起的不平衡电流小，不会呈现区外故障误动，进步了差动维护的可靠性。

　　2、利用电子式互感器的线路差动维护整定的差流门槛低，制动系数取值小，进步了差动维护的敏锐度。

　　3、电子式互感器不饱和，线性度好。除采纳传统的相量差动外，利用采样值差动，相干差动可进步差动维护的动作速度。

　　（三）开入开出处置

　　数字化变电站的光纤纵差维护，开入量起源分为3类，包含：

　　1、投退型压板开入，包含差动维护投退、距离维护投退以及闭锁重合闸等。慈ナ类开入直接从维护屏柜获得，采纳开入量采集获得。

　　2、开关的运行状况，包含分相的TWJ（跳位机）、断路器合闸压力低等。慈ナ类开入量信息由智能操作箱（或智能断路器）采集。通讯协定为IEC61850-8-1尺度的GOOSE协定，获得断路器的运行状况。

　　3、屏柜间的闭锁信号，包含远传和远跳信息。数字化变电站中，母差的动作信号可通过智能操作箱发给线路维护，也可由母差维护直接传给线路维护，这2种方法理论上均可实现。

　　（四）与其他装备配合

　　光纤纵差维护配合的其他设各包含智能操作箱、母差维护以及稳固操纵装置等。光纤纵差维护通过历程层间隔局域网与智能操作箱/断路器通讯，通讯协定为IEC61850-8-1尺度的GOOSE协定。再通过光纤进行双侧通信，对两侧的电气量进行对比。而一般的差动维护重要对比两侧的电流差，用的是操纵电缆形成差流回路，为防止CT二次回路负载太大，差流回路的电缆不可能很长。但光纤差动不存在这个局限性。光纤差动维护目前一般利用在很首要的线路中作为主维护，并且可以维护线路的全长。