5G通信背景下繼電保護技術研究

夏天雷，侯 洋，高佳平

（國網江蘇省電力有限公司 常州供電分公司，江蘇 常州 213000）

0 引 言

隨著5G移動通信技術的不斷發展，人們對電網規模化建設的質量提出了更高的要求，在增設電子裝置的同時，提升系統的故障承受水平，配合更加可控的通信管理機制促進電網可持續發展。

1 5G通信背景下繼電保護技術的應用意義

繼電保護技術的應用能最大程度上滿足5G通信背景下對信息傳輸和管理的需求，為供電穩定性和運維管理提供良好的技術支持。若變壓器裝置的保護動作在故障出現后完成，結合電流和故障能量等特點就會出現故障處理不及時的問題。而借助5G環境下繼電保護技術的應用，打造全天候實時性數據采集和分析模式，提高對細微異常現象的分析靈敏度，確保統籌管理的效果最優化[1]。此外，繼電保護技術的應用也能滿足通信性能的需求，最大程度上提高電力系統運行統籌管理的可靠性，為通信管理效果的優化予以支持，配合5G通信環境更好地升級繼電保護的性能結構。相關繼電保護設備的性能如表1所示。

表1 相關繼電保護設備性能

2 5G通信背景下繼電保護技術的具體內容

結合各個電壓級別的電力系統開展相關工作，依據電網建設的具體情況，在110 kV及以上級別的線路中配置光纖差動縱聯保護和方向性縱聯保護。若是出現內部故障，兩側保護均會判定為正向故障，從而開展相關保護動作[2]。內部故障時縱聯方向保護原理如圖1所示。

圖1 內部故障時縱聯方向保護原理

與此同時，將5G移動通信技術應用在高壓系統中進行5G縱聯保護，在關注遠程通信延時的同時，利用端對端通信處理機制完成優化處理。

縱聯保護技術具備數據同步分析的可用性，尤其是在數字化變電站發展進程中，各個基站之間要借助同類型技術完成協同工作，配合合并單元形成的信息數據就能更好地支持設備的保護管理，避免不穩定現象對其造成影響。站內可以借助時鐘有效實現同步采樣分析，構建組網傳輸處理模式，配合以太網交換機完成信號的獲取和匯總，并將其直接傳遞到過程層總線。間隔層的保護設備則只需要進行采樣序號的整理，就能更好地提高應用水平[3]。

借助電力線路、加工設備等建立有線通信通道，構建基于載波的線路縱聯保護模式，如圖2所示。

圖2 基于載波的線路縱聯保護原理

為了有效避免干擾問題造成的影響，當收信機在出發回路設有門檻電平時，要確保發信功率與總衰耗后收信功率的差值高于門檻電平，并且保留相應的裕度。借助串入衰耗的過程進行評估，若是此時通道、收發機工作依舊維持常態，則退出衰耗正常運行時確保裕度合理即可。

除此之外，要設置光纖通道，利用脈沖編碼調制的方式提升通信容量。繼電保護光纖通道光源則借助發光二極管（Light Emitting Diode，LED）完成。光纖通道運行原理如圖3所示。

圖3 光纖通道運行原理

基于5G移動通信技術建立設備保護和基站無線傳輸模式，從信息數據安全和穩定性出發，注重關注信息真實性、穩定性以及時效性，最大程度上避免誤碼或信號中斷產生的影響。設定相關保護方案后，借助差動計算元件確保電流數據結果分析滿足保護標準[4]。若延時超出12 ms，此時就會存在補償增多的情況，混疊問題較為明顯。基于此，要利用非同步命令式保護應用控制方式開展相關工作，針對不涉及動態采樣信息的內容獲取對側信息，完成保護動作的啟動處理。在系統運行過程中若是存在誤碼或丟幀現象，就要落實命令式保護操作。借助同步原理開展的保護操作能有效減少誤動或拒動現象，在異常后立即閉鎖并在延遲1個周波后返回，有效實現差動補償，為采樣點信息和相量分析工作的順利落實提供保障[5]。

結合5G移動通信技術應用要求可知，縱聯保護報文具有一定的延時性、可靠性以及網絡寬帶應用特性，相關參數內容均滿足繼電保護的具體需求。結合5G網絡傳輸控制協議和網絡協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）傳輸網絡層報文的同時，要借助傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）和用戶數據報協議（User Data Protocol，UDP）等進行數據分析管理。利用5G移動通信技術進行繼電保護資料傳輸時，會更傾向于以UDP形式呈現，結合運行網絡處理，配合幀間距就能完成整體應用工作。

數據傳輸信息需要縱聯差動保護裝置予以確認，完成三相電流采樣參數、三相電壓采樣參數、相量參數的采集和傳送，及時評估地址碼和機密認證字段，最大程度上提高擴展裕度的合理性[6]。除此之外，5G移動通信技術還能對時延抖動予以控制，將其約束在毫秒范圍內。運營商、通信裝置廠商可采取互聯管理模式，利用深層次的資源整合更好地改善抖動問題，最大程度上降低空口誤碼，并設置傳輸優先級。

借助邊緣計算處理分析方式，更好地維持信息交互接入環節的處理效果，配合縱聯保護處理控制機制實現點對點信息管理[7]。最關鍵的是，保護設備和基站、5G接入環之間利用無線連接的方式處理相關工作，配合網絡切片打造虛擬專用網絡模式，為信息傳輸管理控制效能的優化予以保障。在邊緣計算的基礎上還能完成最優路徑的選擇，以確保傳導延時問題得到有效管理，結合核心網中專網切片控制方式共同提升用戶端口的管理效果[8]。

5G移動通信網絡中，網絡切片技術具有重要的應用價值，能支持數據的實時性隔離處理，最大程度上確保通信過程的安全性和規范性。網絡切片架構如圖4所示。

圖4 網絡切片架構

在物理控制中，對設備的傳輸和資源分配予以管理，最大程度上保證繼電保護控制效果滿足標準。而在邏輯控制環境中，能實現軟隔離和硬隔離。軟隔離要借助VLAN和網絡切片模塊進行標識隔離，有效進行時隙層任務的監管[9]。硬隔離則是利用以太網進行時隙控制，確保5G網絡應用約束效果滿足預期。

在5G移動通信技術支持下的繼電保護模式融合數據加密處理手段，能更好地提升信息傳輸的穩定性和科學性，有效降低缺陷問題造成的影響，匹配繼電保護標準的應用需求。實際操作中，選取適宜的應用層加密處理，結合UDP協議和智能變電站報文模式，在無須考量應用狀態的基礎上直接完成信息指令的下達和控制，更好地提升系統運行的時效性。除此之外，5G移動通信技術支持即時性指令管理，尤其是繼電保護控制環節，報文頭利用循環冗余校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）計算即可，配合哈希摘要計算器報文體就能完成擴展域名的簽字，在確保內容完整性的同時，還支持加密控制的安全管理[10]。

3 結 論

5G通信背景下的繼電保護技術應用過程中，結合技術要點和應用要求打造全天候實時性數據采集和分析模式，從根本上維持應用效能，保證繼電保護技術應用運行管理效果的最優化，為電力系統的可持續發展奠定堅實基礎。