基于EPON通信的饋線差動保護技術研究

摘要：該文研究了適用于智能配電網的基于EPON通信的饋線差動保護技術。首先介紹了智能配電網和EPON通信技術的特點和應用，然后闡述了饋線差動保護的基本原理和挑戰(zhàn)。在此基礎上，提出了基于EPON通信的饋線差動保護系統(tǒng)架構和關鍵技術，并通過實驗驗證了該技術的性能和優(yōu)勢，希望能為相關工作提供一些借鑒。

關鍵詞：智能配電網；EPON通信；饋線差動保護；數(shù)據同步；故障定位

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.08.010

中圖分類號：TM 76" " " " " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）08-00-03

Research on Feeder Differential Protection Technology Based on EPON Communication

LIU Fengquan1， HUANG Hongsheng2， BAO Weifeng2， WANG Donglin2， ZHOU Xinguo1， SHI Minda1

（1.State Grid Zhejiang Electric Power Co.， Ltd. Jiaxing Power Supply Company， Jiaxing 314033， China;

2. Zhejiang Jiaheng Science and Technology Innovation Co.， Ltd.， Jiaxing 314000， China）

Abstract： This article studies the feeder differential protection technology based on EPON communication for intelligent distribution networks. Firstly， the characteristics and applications of intelligent distribution network and EPON communication technology were introduced， and then the basic principles and challenges of feeder differential protection were elaborated. On this basis， a feeder differential protection system architecture and key technologies based on EPON communication were proposed， and the performance and advantages of this technology were verified through experiments， hoping to provide some reference for related work.

Keywords： intelligent distribution network; EPON communication; differential protection for feeder lines; data synchronization; fault location

隨著能源結構的持續(xù)轉型和智能電網技術的快速發(fā)展，智能配電網已成為城市基礎設施的重要組成部分。饋線差動保護技術作為保障配電網穩(wěn)定運行的關鍵技術之一，也受到了廣泛關注。目前，智能配電網正逐漸向信息化、自動化、互動化方向發(fā)展。在此背景下，多種通信技術在智能配電網中得到了廣泛應用。其中，無源光網絡（EPON）以其高速、低成本、易于維護等優(yōu)勢，在配電網通信領域具有廣闊的應用前景。饋線差動保護技術作為一種縱聯(lián)保護，具有保護速度快、可靠性高、易于配置等優(yōu)點。然而，傳統(tǒng)的饋線差動保護技術在面對復雜環(huán)境和惡劣氣候條件時，可能存在誤動作和拒動作的問題。因此，研究適用于智能配電網的基于EPON通信的饋線差動保護技術具有重要的現(xiàn)實意義[1]。

1" "智能配電網與EPON通信技術

智能配電網是指采用先進的信息、通信和控制技術，對配電網進行智能化改造和升級，實現(xiàn)電力設備的狀態(tài)監(jiān)測、能源管理、負荷控制、電能質量治理等功能，提高配電網的供電可靠性和運行效率。它具有可靠性、信息化、自動化和互動性的特點。智能配電網包括配電設備、通信網絡、監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)等組成部分。EPON通信技術是一種新型的光纖通信技術，其原理是將光信號傳遞到用戶端，實現(xiàn)信息傳輸。它具有傳輸速率快、傳輸距離遠、抗干擾能力強、可靠性高、成本低等優(yōu)點。在智能配電網中，EPON通信技術可應用于電力設備的狀態(tài)監(jiān)測、電能質量監(jiān)測、負荷控制等多個方面，實現(xiàn)信息高效傳遞和智能化管理[2]。將智能配電網與EPON通信技術結合起來，可以提高供電可靠性、優(yōu)化能源管理，并具有廣泛的應用前景。

2" "饋線差動保護技術

饋線差動保護是電力系統(tǒng)中的一種重要保護措施，主要用于保護輸電線路和電力設備免受短路等故障的影響。其基本原理是通過對線路兩端的電流進行比較，以檢測線路中是否存在不平衡電流，從而判斷是否存在故障。當線路中出現(xiàn)故障時，饋線差動保護能夠迅速動作，切除故障部分，防止故障擴大。饋線差動保護工作機制的關鍵技術包括數(shù)據采集、數(shù)據處理和動作執(zhí)行等環(huán)節(jié)。饋線差動保護在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應用場景。例如，在配電網中，饋線差動保護可以應用于饋線電纜、開關站和配電變壓器等設備，保護它們免受各種故障的影響。由于饋線差動保護具有保護速度快、可靠性高、易于配置等優(yōu)點，其在電力系統(tǒng)中具有非常重要的地位。然而，饋線差動保護在應用中也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，如何解決不平衡電流的產生和識別問題是饋線差動保護技術的重要方面。另外，饋線差動保護還需要考慮設備狀態(tài)監(jiān)測、電能質量監(jiān)測等多方面的因素，對其性能和可靠性提出了更高的要求。因此，需要采取相應的措施，如采用EPON通信技術實現(xiàn)數(shù)據的高效傳輸和處理，以提高饋線差動保護的響應速度和可靠性。

3" "基于EPON通信的饋線差動保護技術研究

3.1 基于EPON通信的饋線差動保護系統(tǒng)架構

基于EPON通信的饋線差動保護系統(tǒng)架構包括以下主要部分：①智能斷路器。智能斷路器是整個系統(tǒng)的核心，它具有兩個主要功能：首先，它能夠實時監(jiān)測配電網線路的電流和電壓情況，并將這些數(shù)據通過網絡傳輸?shù)金伨€差動保護裝置；其次，當發(fā)生故障時，智能斷路器可以迅速切斷電流，以防止故障擴大。②EPON通信網絡。這是連接智能斷路器、饋線差動保護裝置和監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵部分。EPON通信網絡采用無源光網絡（EPON）技術，具有高速率、遠距離、低誤碼率等優(yōu)點，能夠實現(xiàn)實時、準確的數(shù)據傳輸。③饋線差動保護裝置。該裝置接收來自智能斷路器和EPON通信網絡的數(shù)據，通過差動保護算法進行計算，判斷配電網線路是否發(fā)生故障。一旦檢測到故障，饋線差動保護裝置會立即啟動保護動作，將故障部分從配電網中切除。④監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)負責對整個配電網進行實時監(jiān)控，對饋線差動保護裝置的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，同時對智能斷路器和EPON通信網絡的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。一旦出現(xiàn)故障或異常情況，監(jiān)控系統(tǒng)會立即啟動報警程序，通知運維人員進行處理。

以上是基于EPON通信的饋線差動保護系統(tǒng)的基本架構。這樣的架構充分利用了EPON通信技術的優(yōu)勢，包括高速率、遠距離、低誤碼率等，使得饋線差動保護系統(tǒng)能夠實現(xiàn)快速、準確的數(shù)據傳輸，從而提高了配電網的供電可靠性和運行效率[3]。同時，該架構還結合了智能斷路器和饋線差動保護裝置的智能化功能，使得整個配電網系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定、高效。

3.2 EPON通信在饋線差動保護中的應用

在饋線差動保護中，EPON通信網絡起著至關重要的作用。它主要用于將智能斷路器采集的線路電流和電壓等數(shù)據傳輸?shù)金伨€差動保護裝置，以及將饋線差動保護裝置的動作執(zhí)行結果傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)。以下是EPON通信在饋線差動保護中的應用：①數(shù)據傳輸速率快。EPON通信采用光纖作為傳輸介質，具有極高的傳輸速率和帶寬，可以滿足饋線差動保護對數(shù)據傳輸速率的需求。在實際應用中，EPON通信的數(shù)據傳輸速率可以達到1 Gbps以上，使得數(shù)據能夠實時、準確地傳輸?shù)侥康牡亍＂跀?shù)據傳輸可靠性高。EPON通信采用無源光網絡技術，具有極高的抗干擾能力，能夠保證數(shù)據在傳輸過程中的可靠性。此外，EPON通信還采用了CRC校驗、前向糾錯等技術，進一步降低了誤碼率，提高了數(shù)據傳輸?shù)目煽啃浴＂壑С侄帱c通信。饋線差動保護需要對多個監(jiān)測點的數(shù)據進行同時監(jiān)測，因此需要支持多點通信。EPON通信協(xié)議支持多點對多點的通信方式，可以滿足饋線差動保護的需求。④適應性強。饋線差動保護系統(tǒng)需要適應不同的環(huán)境和距離條件。EPON通信技術具有遠距離傳輸和適應不同環(huán)境的特點，可以在各種條件下實現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據傳輸[4]。

通過以上應用分析，人們可以看到EPON通信技術在饋線差動保護中具有顯著的優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)快速、準確、可靠的數(shù)據傳輸，為饋線差動保護系統(tǒng)的正常運行提供了有力保障。同時，EPON通信技術的廣泛應用也將推動智能配電網技術的發(fā)展，提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和運行效率。

3.3 基于EPON通信的饋線差動保護關鍵技術

基于EPON通信的饋線差動保護的關鍵技術包括以下幾個方面：①數(shù)據同步。由于饋線差動保護需要對線路兩端的電流進行比較，因此需要確保數(shù)據在時間和空間上的同步。采用EPON通信技術可以實現(xiàn)數(shù)據的快速傳輸，但仍然需要解決數(shù)據同步的問題。一種解決方法是采用時間同步協(xié)議（NTP）對所有設備進行時間同步，確保數(shù)據采集和傳輸?shù)臅r間一致性。②故障定位。饋線差動保護的另一個關鍵技術是故障定位。當線路出現(xiàn)故障時，需要快速準確地確定故障位置。基于EPON通信的饋線差動保護可以采用故障定位算法，如阻抗法、電流法等，結合EPON通信技術的多點通信能力，實現(xiàn)故障的快速定位。③數(shù)據處理。饋線差動保護需要對大量的數(shù)據進行處理和分析。基于EPON通信的饋線差動保護可以采用高性能的數(shù)據處理技術，如云計算、大數(shù)據分析等，對數(shù)據進行實時處理和分析，提取有用的信息，實現(xiàn)故障預警、性能評估等功能。

4" "實驗與分析

4.1 實驗設置

為了驗證基于EPON通信的饋線差動保護技術的有效性，本研究搭建了一個實驗環(huán)境，包括智能斷路器、饋線差動保護裝置、EPON通信網絡和監(jiān)控系統(tǒng)。實驗中使用的智能斷路器具備電流和電壓監(jiān)測功能，饋線差動保護裝置采用基于EPON通信的算法進行差動保護計算，監(jiān)控系統(tǒng)用于數(shù)據的實時監(jiān)控和故障定位。

4.2 實驗結果

在實驗環(huán)境中，本研究測試了數(shù)據傳輸速率、誤碼率和故障定位時間等指標。具體測試結果如下：①數(shù)據傳輸速率。實驗中，工作人員記錄了數(shù)據從智能斷路器傳輸?shù)金伨€差動保護裝置以及從饋線差動保護裝置傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)的平均傳輸速率。結果表明，基于EPON通信的數(shù)據傳輸速率可以達到1 Gbps以上，可以滿足饋線差動保護對數(shù)據傳輸速率的需求。②誤碼率。在實驗中，工作人員通過對比數(shù)據在傳輸前后的完整性來計算誤碼率。結果表明，基于EPON通信的饋線差動保護技術的誤碼率低于10-6，可以保證數(shù)據的可靠傳輸。③故障定位時間。工作人員在實驗中模擬了多種線路故障情況，并記錄了從故障發(fā)生到饋線差動保護裝置定位故障所需的時間。結果表明，基于EPON通信的饋線差動保護技術的故障定位時間在100 ms以內，可以快速準確地定位故障位置[5]。

4.3 結果分析

通過實驗結果的分析，可以看到基于EPON通信的饋線差動保護技術在數(shù)據傳輸速率、誤碼率和故障定位時間等指標上均表現(xiàn)出良好的性能。其中，高數(shù)據傳輸速率可以保證數(shù)據實時性，低誤碼率可以保證數(shù)據傳輸?shù)目煽啃裕焖贉蚀_的故障定位可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，基于EPON通信的饋線差動保護技術具有很大的應用潛力。另外，值得注意的是，實驗中本研究采用了最新的EPON通信技術，其正在朝著更高傳輸速率、更遠傳輸距離和更靈活的組網方式的方向發(fā)展。因此，基于EPON通信的饋線差動保護技術在實際應用中還有很大的提升空間。

5" "結束語

本文研究了適用于智能配電網基于EPON通信的饋線差動保護技術，從饋線差動保護的基本原理和挑戰(zhàn)出發(fā)，分析了基于EPON通信技術的饋線差動保護系統(tǒng)架構和關鍵技術，并通過實驗驗證了該技術的性能和優(yōu)勢。基于EPON通信的饋線差動保護技術具有較高的應用價值。其能克服傳統(tǒng)的饋線差動保護技術在數(shù)據同步、故障定位等方面存在不足，提高配電網的供電可靠性和運行效率。其次，EPON通信技術可以滿足饋線差動保護對數(shù)據高速、高可靠性傳輸?shù)男枨蟆ｋS著EPON通信技術的不斷發(fā)展和進步，未來的研究方向和工作重點應該包括進一步完善系統(tǒng)性能、推廣應用和降低成本等方面，以便更好地服務于智能配電網的建設和發(fā)展。■

參考文獻

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[5] 王峰，蔡德勝，於濤，等．配電網分布式差動保護數(shù)據同步方法[J]．供用電，2023，40（4）：31-38．

作者簡介：劉鳳全（1994—），男，漢族，山東郯城人，助理工程師，碩士，研究方向為電力系統(tǒng)運行優(yōu)化調度。

黃宏盛（1981—），男，漢族，浙江衢州人，高級工程師，碩士研究生，研究方向為電氣工程及其自動化、電力通信技術。

吳瑋華（1991—），女，漢族，湖北咸寧人，工程師，碩士研究生，研究方向為配電自動化技術。

周新國（1984—），男，漢族，江蘇泰州人，高級工程師，碩士研究生，研究方向為電氣工程及其自動化。

施春良（1978—），男，漢族，浙江杭州人，高級工程師，本科，研究方向為電氣工程及其自動化。

施敏達（1991—），男，漢族，浙江嘉興人，工程師，本科，研究方向為電力通信技術。