一种基于5G与光纤通信的双冗余DTU差动保护装置的制作方法

一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置
技术领域
1.本实用新型涉及中压配电自动化领域，尤其涉及一种用于环网箱的5g加光纤双冗余通信分布式dtu的差动保护装置。


背景技术：

2.电力的差动保护是电力行业是一个传统的典型业务场景。其原理是：每个dtu(distribution terminal unit，dtu)按照预定的周期采集电流值，并将电流值发送给其邻居dtu。同时，每个dtu也接收来自其邻近dtu的电流采样值，并比较同一时刻自身采样值与邻近dtu的采样值的差值，若差值超过了某一个阈值，则该dtu断开其与邻居dtu之间的电路，加以隔离。dtu进行电路隔离后，方可及时对电网线路进行检修和维护。因此，要求两个相邻dtu间的通信要稳定可靠且时延尽可能低，保证差动保护的有效性和快速准确反应，尽可能避免通信故障导致的误判。
3.传统的电力差动保护系统是通过光纤来进行通信的，这种方案虽然可以基本满足性能指标，但是由于dtu分布范围很广，铺设和维护的成本大，并且仅仅通过光纤来进行通信时，对线路的运维不方便，如果出现因为光纤通信故障导致差动保护被触发，可能会导致大型的停电事故，危及电网安全。5g时代带来了三大应用场景，包括embb、urllc和mmtc，其中，urllc技术，即超高可靠超低时延通信，在未来的智能电网领域，将得到广泛应用。5g技术为当前急需解决的dtu间仅通过光纤方式进行通信时缺少冗余设计，可能因光纤通信故障，进而导致系统误判并触发差动保护这一问题，提供了解决思路，可实现双冗余通信。


技术实现要素：

4.本实用新型主要是解决dtu间仅通过单一光纤方式进行通信时缺少冗余设计，可能因光纤通信故障，进而导致系统误判并触发差动保护这一问题，提供一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，提供一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置。融合了5g通信和光纤通信技术，所有dtu公共单元和dtu间隔单元能够通过光纤连接，同时具备5g通信功能，组成双冗余通信网络，实现同时进行有线通信和无线通信。这种双冗余通信方式，极大地避免了单一通信方式带来的弊端，提高了线路运行的可靠性。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，包括安装于受保护线路上的若干差动保护装置，所述差动保护装置能够检测受保护线路的电气量，并且能够断开受保护线路，还包括5g基站、dtu公共单元和若干dtu间隔单元，所述dtu间隔单元均通过光纤与dtu公共单元进行有线通信，所述dtu公共单元和dtu间隔单元均通过5g模块与5g基站进行无线通信，所述差动保护装置的馈线连接至dtu间隔单元，所述dtu间隔单元能够同时通过有线通信和无线通信两种方式与dtu公共单元和其他dtu间隔单元通信，所述dtu公共单元能够对dtu间隔单元实现远动和信息汇聚。5g加光纤组成的双冗余通信网络，能够实现同时进行有线通信和无线通信。
7.进一步的，受保护线路两端的差动保护装置所连接的dtu间隔单元间直接通过光纤进行有线通信，所述的受保护线路两端的dtu间隔单元互为订阅关系。即每个dtu间隔单元通过双冗余通信网络对外发送其检测的受保护线路的电气量，包括采样值和自身的状态信息，同时接收自身订阅的dtu间隔单元的采样值和状态信息。
8.如上所述的一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，所述dtu公共单元和dtu间隔单元采用的主控芯片为scm701。
9.如上所述的一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，所述5g模块采用的芯片型号为rm500q-cn，所述rm500q-cn芯片与主控芯片scm701间通过usb3.0接口连接。
10.如上所述的一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，所述dtu间隔单元和dtu公共单元均安装有光纤模块，所述光纤模块采用的芯片型号为ftlx8571d3bcv，所述ftlx8571d3bcv芯片与主控芯片scm701间通过usb3.0接口连接。
11.如上所述的一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，所述rm500q-cn芯片采用独立供电，所述ftlx8571d3bcv芯片采用独立供电。即对5g的无线通信和光纤的有线通信分别独立供电，即便某一种通信方式出现异常/重启，也不会影响整个通信系统的运作，从而进一步提升可靠性。
12.如上所述的一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，所述差动保护装置连接有电流互感器、电压互感器和断路器，所述电流互感器、电压互感器和断路器均安装在受保护线路上。
13.如上所述的一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，所述差动保护装置能够将电流互感器和电压互感器采集的电气量经过馈线发送至dtu间隔单元，所述差动保护装置能够通过断路器断开受保护线路，利用线路电流差动保护建立继电保护。
14.如上所述的一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，还包括公共单元柜和若干间隔开关柜，所述dtu公共单元安装于公共单元柜中，所述dtu间隔单元安装于间隔开关柜中。系统可以分散安装，各dtu间隔单元功能独立，接线相对简单，便于系统扩充和运行维护。
15.本实用新型的有益效果在于：
16.本实用新型公开的一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，
17.(1)针对电力差动保护的应用场景，基于5g加光纤的双冗余通信网络，实现了包括dtu公共单元和dtu间隔单元在内的dtu设备的精确实际同步以及高可靠性传输，极大地避免了单一通信方式带来的弊端，提高了线路运行的可靠性，对于推动5g通信技术在配电网络的应用具有积极意义。
18.(2)无线通信和光纤的有线通信分别独立供电，这样即便某一种通信方式出现异常重启，也不会影响整个通信系统的运作，从而进一步提升可靠性。
19.(3)利用线路差动保护建立继电保护，具有可靠性高，动作速度快，灵敏度高和选择性好，从而减小停电面积和缩短停电时间。
附图说明
20.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本技术的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新
型的限制。
21.在附图中：
22.图1为本实用新型实施例1的网络连接示意图；
23.图2为实施例1的5g加光纤双冗余通信网络示意图；
24.图3为实施例1的一组dtu间隔单元双冗余通信网络示意图。
具体实施方式
25.下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。
26.实施例1
27.参见图1至图3，其中图1为本实用新型实施例1的网络连接示意图，该5g加光纤双冗余dtu的差动保护装置，包括安装于受保护线路上的若干差动保护装置，所述差动保护装置能够检测受保护线路的电气量，并且能够断开受保护线路，还包括5g基站、dtu公共单元和若干dtu间隔单元，所述dtu间隔单元均通过光纤与dtu公共单元进行有线通信，所述dtu公共单元和dtu间隔单元均通过5g模块与5g基站进行无线通信，所述差动保护装置的馈线连接至dtu间隔单元，所述dtu间隔单元能够同时通过有线通信和无线通信两种方式与dtu公共单元和其他dtu间隔单元通信，所述dtu公共单元能够对dtu间隔单元实现远动和信息汇聚，也就是说，dtu公共单元相当于数据的汇总中心及控制中心，dtu间隔单元间也可通过dtu公共单元通信。由5g加光纤组成的双冗余通信网络，能够实现同时进行有线通信和无线通信，其中一种通信方式发生故障或中断时，整个dtu系统还能够继续运行。
28.下面结合图2和图3，进一步的，本实施例中，所示的两dtu间隔单元分别位于一条受保护线路的两端，受保护线路两端的差动保护装置所连接的dtu间隔单元间直接通过光纤进行有线通信，所述的受保护线路两端的dtu间隔单元互为订阅关系。即每个dtu间隔单元通过双冗余通信网络对外发送其检测的受保护线路的电气量，包括采样值和自身的状态信息，同时接收其订阅的dtu间隔单元的采样值和状态信息。通过对受保护线路两端的电气量进行计算，判断线路故障是否在保护动作区内，从而决定是否需要切断被保护线路。而且，执行保护动作后dtu间隔单元会将信息发送至dtu公共单元收集。在实际应用上，受保护线路不止一条，因此会有多组dtu间隔单元，每组dtu间隔单元间会通过光纤连接。
29.如图1-图3所示，有线通信存在于dtu公共单元与dtu间隔单元间，以及受保护线路两端的差动保护装置所连接的dtu间隔单元间，实线代表光纤有线通信，每个dtu间隔单元均能够与dtu公共单元通信，dtu公共单元通信可收集每个dtu间隔单元的信息，以及远动控制；受保护线路两端的差动保护装置所连接的dtu间隔单元间同样能够进行光纤有线通信，其互为订阅关系，互相传输的信息包括受保护线路两侧采集到的电流、电压、功率的幅值及方向等电气量，使得两dtu间隔单元能够据此进行运算，判断是否需要进行差动保护。
30.参见图1至图3，虚线代表5g无线通信，本实施例中5g基站主要功能就是提供无线覆盖，即实现无线终端之间的无线信号传输，每个dtu公共单元与dtu间隔单元均与5g基站进行无线通信，因此相比较光纤通信，实现所有dtu设备间通信的成本更低，运维也更方便。所述5g模块采用的芯片型号为rm500q-cn，该芯片具备定位功能，所述dtu公共单元和dtu间
隔单元采用的主控芯片为scm701，所述rm500q-cn芯片与主控芯片scm701间通过usb3.0接口连接，主控芯片scm701通过at指令和rm500q-cn交互，实现5g通信。rg500q-cn授时精度可达1μs，授时精度远远优于电网要求的10μs，可充分满足电力配网差动保护等应用场景对授时精度、通道时延等指标的要求。通过5g网络实现配网线路故障区域快速精准定位和非故障区域快速自愈，保证了电网的可靠性和低时延。
31.dtu设备的传输速率要求，尤其是在差动保护方面，对5g工业物联网的空口能力而言，并没有太多瓶颈。而对于99.999％的高可靠性以及低时延的要求，则需要运用urllc的设计思路，即超高可靠超低时延通信，对整个从端到端的通路，进行5g和光纤双冗余设计。
32.rm500q-cn正是专为iot/embb应用而设计的5g sub-6ghz模块。采用3gpp release 15技术，同时支持5g nsa和sa模式。集成多星座高精度定位gnss(支持gps、glonass、beidou和galileo)接收机，在简化产品设计的同时，还大大提升了定位速度和精度。rm500q-cn内置丰富的网络协议，集成多个工业标准接口，并支持多种驱动和软件功能(如windows7/8/8.1/10、linux、android等操作系统下的usb/pcie驱动等)，极大地拓展了其在iot和embb领域的应用范围，保证了电网的可靠性和低时延。
33.参见图2，进一步的，所述差动保护装置连接有电流互感器、电压互感器和断路器，所述电流互感器、电压互感器和断路器均安装在受保护线路上。所述差动保护装置能够将电流互感器和电压互感器采集的电气量经过馈线发送至dtu间隔单元，所述差动保护装置能够通过断路器断开受保护线路，利用线路电流差动保护建立继电保护。当互相订阅的两dtu间隔单元之间的线路发生故障时，通过差动保护装置检测到的受保护线路的电气量包括采样值和自身的状态信息，将这些信息在两dtu间隔单元间进行交互后，两dtu间隔单元各自进行差动算法运算，得到差流值并互相发送信号，触发差动保护装置的差动动作，两dtu间隔单元处的差动保护装置所连接的断路器断开，故障切除。差动保护功能由比率差动元件和保护起动元件共同作用实现。当差动保护动作时，两dtu间隔单元均向对侧发送允许动作信号。只有当保护装置两侧的起动元件和保护元件同时动作且两侧保护装置同时收发到允许动作信号后，差动保护装置出口才能够正常开放。
34.其中，ta是电流互感器的简写和代号，tv是电压互感器的简写和代号。
35.母线(受保护线路)差动保护根本原理，用通俗的比喻，就是按照收支平衡的原理进行判断和动作的。因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大小相等，相位相同。如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。差动保护采用比拟电流是否平衡，同时比拟电流相位是否一致，一旦判别出母线故障，立即启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器。
36.参见图3，所述dtu间隔单元和dtu公共单元均安装有光纤模块，光纤模块连接光纤进行通信，所述光纤模块采用的芯片型号为ftlx8571d3bcv，所述ftlx8571d3bcv芯片与主控芯片scm701间通过usb3.0接口连接。
37.进一步的，所述rm500q-cn芯片采用独立供电，所述ftlx8571d3bcv芯片采用独立供电。本实施例对5g的无线通信和光纤的有线通信分别独立供电，即便某一种通信方式出现异常/重启，也不会影响整个通信系统的运作，从而进一步提升可靠性。
38.本实施例还包括公共单元柜和若干间隔开关柜，所述dtu公共单元安装于公共单元柜中，所述dtu间隔单元安装于间隔开关柜中。使得整个系统可以分散安装，各dtu间隔单
元功能独立，接线相对简单，便于系统扩充和运行维护。
39.本实用新型公开的一种基于5g与光纤通信的双冗余dtu差动保护装置，针对电力差动保护的应用场景，基于5g加光纤的双冗余通信网络，实现了包括dtu公共单元和dtu间隔单元在内的dtu设备的精确实际同步以及高可靠性传输，极大地避免了单一通信方式带来的弊端，提高了线路运行的可靠性，对于推动5g通信技术在配电网络的应用具有积极意义。无线通信和光纤的有线通信分别独立供电，这样即便某一种通信方式出现异常重启，也不会影响整个通信系统的运作，从而进一步提升可靠性。利用线路差动保护建立继电保护，具有可靠性高，动作速度快，灵敏度高和选择性好，从而减小停电面积和缩短停电时间。
40.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。