主动配电网差动保护方案
在输电网中，潮流双向流动是很普通的送电形式，输电网继电保护技术很好地解决了这一问题。差动保护在输电网的线路、母线、变压器、发电机保护中广泛采用，应用很好，是一种最简单，最可靠的保护，作为以上被保护对象的主保护，已有很多文章论述，这里不再赘述。智能变电站技术的发展，IED设备可实现同步采样[11]，网络技术及计算机技术的发展，区域电网可实现集中式保护[12]，本文引入输电网差动保护技术，实现主动配电网差动保护。
2.1 IEEE1588(或B码)的智能变电站同步技术
智能变电站间隔层保护控制设备、过程层智能终端设备，统称智能电子设备(Intelligent ElectricDevice，IED)，采用IEEE1588信号、IRIG-B码信号实现了智能变电站间隔层、过程层对时微秒级精度的要求。IEEE1588对时是采用EEE1588标准解决网络的时钟同步问题，通过网络连接的分散在测量分离节点上独立运行的时钟，同步到一个高精度和高准确度时钟上。IEEE1588对时采用分布式测量和控制精密时间协议(Precision Time Protocol, PTP)对时方法。智能变电站中同步时钟装置接受GPS信号，作为主时钟源给网络交换机(支持1588对时)，通过过程层网络，连接过程总线上IED作为从时钟，通过1588协议时钟同步，把智能变电站的IED同步到统一的时钟源上，1588对时网络在物理连接上需要多端口网络交换机，如图2所示。
IRIG-B 码是IRIG 委员会专为时钟传送制定的时钟码，智能变电站中IRIG-B 码对时是通过B 码发生器，将GPS 接收器输送的RS232 数据及1PPS输出转换成IRIG-B 码，通过IRIG-B 码输出口及RS232/RS422/RS485 串行接口输出，待对时的IED根据B 码解码器，将B 码转换成标准的时间信息及1PPS 脉冲信号，IRIG-B 对时网络在物理连接上需要多端口B 码发生器，如图3 所示。
2.2 输电线路多端差动保护同步技术
基于光纤通道的电流差动保护，实现了输电线路双端差动保护的同步采样。输电线路除双端差动外，T接线路的三端差动保护也已广泛应用，利用光纤通道可实现三端差动的同步采样[13]。在利用光纤通道构成的四端同杆并架双回线的新型继电保护中，文献[14-15]研究了同杆并架双回线的四套保护通过光纤通道环形连接，实现同步采样，构成纵差保护及横差保护。
如图4所示为基于通道同步原理，(从)同步端T1采样时刻发同步命令，(主)参考端T2时刻接受到同步命令，并在T3采样时刻向同步端发参考信息，同步端在T4时刻收到参考信息，计算出通道延时及采样偏差。
通道延时为
TDelay=((T2-T1)+(T4-T3))/2
采样偏差为
TOffset=((T2-T1)-(T4-T3))/2
同步端根据采样偏差修正采样时刻，实现采样同步。
2.3 内置以太网络交换的主动配电网DTU同步技术
基于IEEE1588(或Ｂ码)信号的智能变电站同步技术实现智能变电站IED同步，采用多端口网络交换机，由于变电站IED距离较近，适用于变电站内的集中安装设备。环网柜是“手拉手”环网结构，距离远，不适合采用图2、图3所示的网络连接方式。为适应环网柜的“手拉手”环网连接方式，提出DTU采用内置以太网方式，即每个DTU都是个网络交换机，设置两个光以太网接口，每个光以太网接口具备一发(TX)一收(RX)，实现DTU之间的“手拉手”连接。如图5是内置以太网络交换的主动配电网DTU组网方式，组网结构简单，只需电缆线路具备专用光纤通道即可。如图6是设计开发的内置以太网接口单板。
主时钟选择有两种方式，一种方案是变电站内配置支持IEEE1588的交换机，站内交换机做主时钟源，变电站出线的DTU接变电站内对时网络交换机，实现各个环网柜节点的同步数据采集，该方案需要变电站内配置支持IEEE1588的交换机，站内交换机做主时钟源，DTU内置交换机做从时钟。另一种方案是不依赖IEEE1588的交换机，任选一个DTU作主端，其他DTU作从端，利用光纤通道实现同步。
2.4 集中式线路差动与就地式母线差动
采用基于基尔霍夫电流定理的电流差动保护在高压线路保护、母线保护中广泛应用，是一种简单，理想的保护。输电线路差动保护仅需线路两侧同步电流信息，比较两侧电流实现输电线路的保护功能，母线保护根据流入流出母线电流构成的差动区域，实现母线的保护功能。根据配电网环网柜接线特点采用配置集中式线路差动与就地式母线差动方案。
根据图1双电源环网配电网电缆接线形式，建立差动保护区域模型，如图7所示。Ln是配网线路差动区域，Bn是环网柜母线差动区域。Ln线路差动区域同步采样电流：变电站出线电流、环网柜DTU进线及出线电流，这些同步采样电流数据通过“手拉手”级连的专用光纤，连至集中式差动保护装置，集中式差动保护实现配电网线路保护功能。
Ln配电网线路保护差动判据如下。
启动判据为
Id＞IQD （1）
比率制动判据为
Id＞kIr （2）
式中：
，为差动电流：
为制动电流； k 是制动比例系数； IQD为差流启动门槛。
为环网线路两侧电流，采用线路两侧电流差的绝对值做制动量，提高区内故障灵敏度。
对就地的环网柜，考虑到环网柜负荷侧开关不能分断故障电流，且为了减少集中式差动保护同步数据量，环网柜母线故障采用DTU就地实现母线差动保护方案。Bn是环网柜母线差动区域，其差动保护判据同式(1)、式(2)，其中
；
为母线上支路电流。
图8(a)是DTU终端与集中式差动保护装置的物理连接，图8(b)是保护逻辑框图，环网接线闭环运行时，配电网线路故障，集中差动保护装置判别出故障，通知相应DTU跳故障线路两侧断路器，环网柜母线故障，DTU就地母线差动直接跳环网柜进出线断路器，以最快时间隔离故障。环网接线开环运行时，配电网线路故障，集中差动保护装置判别出故障，通知相应DTU直接跳故障线路两侧断路器，集中差动保护装置在跳开后通知相应DTU直接合分断开关，以最快时间隔离故障，恢复供电，环网柜母线故障，就地母线差动直接跳环网柜进出线断路器，集中差动保护装置在跳开后通知相应DTU直接合分断开关。
