CN102437923A - 点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其应用的数字化电站中，合并单元以组网和点对点两种通讯方式同时接入接收装置；在组网和点对点两种通讯方式同时存在的情况下，利用点对点方式接收数据；一旦点对点通讯出现故障后，接收装置切换到组网方式，通过此链路接收数据；一旦点对点通讯方式恢复正常后，再切换回点对点方式。此方法能够解决在组网和点对点的两者通讯方式同时存在的情况下，一旦点对点的数据发送出现通讯故障等情况时，接收装置可以自动切换到组网方式接收数据；一旦点对点通讯方式恢复正常后，则自动切换回点对点方式，也就是这两种通讯方式相互切换的方法。

Description

点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法

技术领域

本发明涉及点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法及使用该方法的装置，适用于在电力系统变电站自动化和工业控制自动化中需要通过网络方式接入采样值的保护控制及自动化装置。

背景技术

随着变电站数字化、智能化的不断发展，站内装置之间的数据交换的可靠性显得越发重要。在国内的数字化、智能化变电站中，存在着IEC60044-8、IEC61850-9-2这两种标准规约。其中IEC60044-8的通讯协议为点对点通讯方式，而IEC61850-9-2同时支持点对点和组网方式。如何在现有通讯协议的基础上，可靠稳定地传输数据是一个需要解决的问题。

在现有的变电站数据传输中，有的通过点对点通讯方式；有的通过组网方式；有的虽然两种通讯方式同时存在，但是对于单一接收装置来说只支持一种。因此，如何通过一种有效的方法将两种通讯方式有效地结合在一起，从而增加数据传输的可靠性和容错性；同时在存在两种通讯方式情况时，如何实现两种网络数据间的同步成为一个数字化变电站发展过程中急需解决的问题。

正是基于前述考虑，本发明人试图寻找一种可以将点对点与组网两种通讯方式有效结合的方法，本案由此产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其能够解决在组网和点对点的两者通讯方式同时存在的情况下，一旦点对点的数据发送出现通讯故障等情况时，接收装置可以自动切换到组网方式接收数据；一旦点对点通讯方式恢复正常后，则自动切换回点对点方式，也就是这两种通讯方式相互切换的方法。

本发明为解决以上技术问题，所采用的技术方案是：

一种点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其应用的数字化电站中，合并单元以组网和点对点两种通讯方式同时接入接收装置，其中点对点方式为合并单元和接收装置直接以光纤连接；而组网方式为合并单元和接收装置通过网络交换机互联；在组网和点对点两种通讯方式同时存在的情况下，利用点对点方式接收数据；一旦点对点通讯出现故障后，接收装置切换到组网方式，通过此链路接收数据；一旦点对点通讯方式恢复正常后，再切换回点对点方式。

当以点对点方式进行互联时，接收装置通过插值算法实现同步；而以组网方式进行互联时，接收装置和合并单元均需接入对时信号，以统一的对时信号为基准进行数据的同步。

上述对时信号是IRIGB码、秒脉冲或IEEE1588信号。

接收装置使用点对点方式接收数据时，记录数据到达本装置的时间，以此为基准将数据插值到同一时刻以此同步，一旦接收装置判断出点对点通讯网络发生故障，则将此路数据切换到组网方式接收数据，根据接收数据帧中的模拟量对应数据帧中所包含的计数器来记录数据到达本装置的时间，再进行插值同步。

接收装置分别接入通过点对点和组网通讯送来的采样数据，这两路通讯进来的数据始终进行网络通讯状态的判断和并行计算，以方便两种通讯协议的相互切换。

接收装置判断每一路点对点方式的通讯网络的帧间间隔以及网络报文数据状态；当出现时间间隔超出由采样率所设定的延时或者网络报文数据状态位异常的情况并持续第一预定时间，将这一路或几路数据切换到组网的网络口接收数据；当点对点模式的网络报文数据装置正常并且帧之间的时间间隔小于采样率所设定的延时，并且持续第二预定时间，则切换到点对点通讯网络的接收数据进行计算。

在第一预定时间内，接收装置将通过点对点方式接收的数据置无效，闭锁保护出口。

采用上述方案后，本发明根据点对点和组网两种通讯方式各自的特点，将两种通讯方式有效地结合在一起，从而增加数据传输的并存性、可靠性和容错性。

附图说明

图1是本发明所应用的网络系统构造图；

图2是本发明中点对点网络数据同步的流程图；

图3是本发明中组网网络数据同步的流程图；

图4是本发明中两种网络相互切换的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，是本发明提供一种点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法的应用架构，其中，第一合并单元和第二合并单元通过光纤和保护装置直接连接，通过点对点方式进行通讯，第一合并单元、第二合并单元以及保护装置又同时接入网络交换机，通过组网方式和保护装置进行通讯；保护装置和第一、二合并单元都同时接收对时装置发送的对时信号。

在如图1所示的网络系统中，保护装置以4KHz采样率接收合并单元的采样数据，采样数据同时以点对点和组网的方式接入保护装置。通过拉格朗日插值算法插值到中断频率为1.2KHz的时标的数据来进行同步。当点对点的网络数据发生通讯故障时，则切换到组网模式。在组网模式下，发送方和接收装置都接入了对时信号。所以在切换到组网的网络后，接收装置如果判断网络报文数据状态正常，则记录这一路或几路数据帧中的模拟量以及此帧所包含的模拟量对应的计数器SmpCnt1，根据此SmpCnt1寻找时标进行插值同步计算。在使用组网的通讯方式接收过程中，始终判断点对点模式的网络状态，一旦网络报文数据状态正常，则切换回点对点模式。

在图1中，保护、测控等装置同时以点对点和组网通讯接入合并单元的采样数据，由于点对点通讯方式不经过交换机，并且不依赖于对时，因此保护、测控等装置出于可靠性的考虑，大部分采用点对点的方式接收数据。在此种方式下，接收装置以f_x1Hz采样率接收每一个间隔的数据，通过拉格朗日插值算法插值到中断频率为f_x2Hz的时标的数据来进行同步。当点对点的网络数据发生通讯故障时，则切换到组网模式。在组网模式下，发送装置和接收装置都接入了对时信号。切换到组网的网络后，接收装置如果判断网络报文数据状态正常，则记录这一路或几路数据帧中的模拟量以及此帧模拟量对应的计数器SmpCnt(包含在此数据帧内)，根据此SmpCnt寻找时标进行插值同步计算。在使用组网的通讯方式接收过程中，始终判断点对点模式的网络状态，一旦网络报文数据状态正常，则切换回点对点模式。在保护、测控装置中，通过这两路通讯进来的数据始终进行网络通讯状态的判断和并行计算，以方便两种通讯协议的相互切换。

在计算过程中，接收装置判断点对点网络通讯故障的方法为，两帧之间的时间间隔Δt以及网络报文数据状态位，一旦出现Δt1超出由采样率f_x1Hz所设定的定值(1+0.04)/f_x1或者网络报文数据状态位异常的情况，此种情况一旦超过了10个采样间隔，而组网的网络数据通讯正常，其含义为网络报文数据状态位正常、同步位有效，且对应的计数器SmpCnt正确，即如果前一帧为SmpCnt1，后一帧为SmpCnt2，两者始终满足SmpCnt2＝(SmpCnt1+1)％f_x1。此时则将数据切换到组网的网络口接收数据，在10个采样间隔内装置将f_x2Hz数据置无效。而进入组网方式后，始终判断点对点模式的网络状态，当点对点网络时间间隔Δt小于(1+0.04)/f_x1且持续10个采样间隔，并且网络报文数据状态位始终正常，则将数据切换回点对点模式，这两者的切换为无缝切换。

当接收装置同时接入两种通讯方式的数据时，就需要实现这两种方式的数据同步，此时发送方和接收方都必须接入对时信号。在点对点模式下，装置接收到此间隔的数据赋予时标t1，点对点通讯方式不经过交换机时间延迟固定，就能够得到其采样时刻t1’。在组网模式下，接收到此间隔数据帧模拟量以及数据帧内所包含的SmpCnt1，由于发送方和接收装置接入了统一的对时信号，因此接收装置就根据此SmpCnt1寻找本装置在SmpCnt1时对应的时标t2’，这样两种通讯方式的数字信号数值和时标都得到了，就可以按照拉格朗日插值算法计算每个间隔的f_x2Hz数据。

假设，接收装置同时以4KHz采样率接收每一个间隔的数据，同时得到该数据的时标对应为t1。然后，通过拉格朗日插值算法，将每一个间隔的数据插值到1.2k的时标t所对应的数值进行同步。后续所有的逻辑均按照这插值得到的1.2K的数值来实时进行计算。拉格朗日的插值算法的公式如下：

$y=\frac{(t-t_{n-1})*(t-t_n)*x_{n-2}}{(t_{n-2}-t_{n-1})*(t_{n-2}-t_n)}+\frac{(t-t_{n-2})*(t-t_n)*x_{n-1}}{(t_{n-1}-t_{n-2})*(t_{n-1}-t_n)}+\frac{(t-t_{n-2})*(t-t_{n-1})*x_n}{(t_n-t_{n-2})*(t_n-t_{n-1})}$

其中，y为插值计算出来t时刻对应的数值。

接收装置同时使用点对点和组网方式以4KHz的采样率接收数据。在点对点网络模式下记录每帧数据的模拟量存入缓冲rcv_buffer1，同时将接收到该帧数据对应的时标存入缓冲rcv_time1。然后，通过拉格朗日插值算法，将每一个间隔的数据插值到1.2k的时标t所对应的数值进行同步。在组网网络模式下，接收装置记录本装置4KHz中断对应的计数器SmpCnt存入缓冲smpcnt_buf，以及此SmpCnt所对应的时标存入缓冲time_buf。而通过组网方式接收到的4KHz采样数据的模拟量存入缓冲rcv_buffer2，同时得到该帧所包含的计数器SmpCnt1，由于发送方和接收装置都接入了对时信号，因此数据帧内的计数器SmpCnt和本装置的计数器SmpCnt所对应的时标是一致的，因此在smpcnt_buf中寻找等于SmpCnt1的索引index，根据此index在time_buf即可找到此SmpCnt1所对应的时标存入rcv_time2，这样接收数据的数值和时标均得到了。然后，通过拉格朗日插值算法，将该间隔的数据插值到1.2k的时标t所对应的数值进行同步。

接收装置同时判断每一路点对点网络的帧之间的时间间隔Δt1(t1-pre_t1)以及网络报文数据状态，一旦出现Δt1超出由采样率4KHz所设定的定值260uS或者网络报文数据状态位异常的情况，此种情况持续2.5mS后，则将这一路或几路数据切换到组网的网络口接收数据，在2.5mS期间装置将这一路或几路的1.2KHz数据置无效。切换到组网的通讯方式后，判断点对点模式的网络状态，一旦网络报文数据状态正常并且帧之间的时间间隔Δt1＜260uS，正常状态持续2.5mS后，则将1.2KHz数据无缝切换到由点对点通讯方式进行计算。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其应用的数字化电站中，合并单元以组网和点对点两种通讯方式同时接入接收装置，其中点对点方式为合并单元和接收装置直接以光纤连接，而组网方式为合并单元和接收装置通过网络交换机互联；其特征在于：

在组网和点对点两种通讯方式同时存在的情况下，利用点对点方式接收数据；一旦点对点通讯出现故障后，接收装置切换到组网方式，通过此链路接收数据；一旦点对点通讯方式恢复正常后，再切换回点对点方式。

2.如权利要求1所述的点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其特征在于：当以点对点方式进行互联时，接收装置通过插值算法实现同步；而以组网方式进行互联时，接收装置和合并单元均需接入对时信号，以统一的对时信号为基准进行数据的同步。

3.如权利要求2所述的点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其特征在于：所述对时信号是IRIGB码、秒脉冲或IEEE1588信号。

4.如权利要求1所述的点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其特征在于：接收装置使用点对点方式接收数据时，记录数据到达本装置的时间，以此为基准将数据插值到同一时刻以此同步，一旦接收装置判断出点对点通讯网络发生故障，则将此路数据切换到组网方式接收数据，根据接收数据帧中的模拟量对应数据帧中所包含的计数器来记录数据到达本装置的时间，再进行插值同步。

5.如权利要求1所述的点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其特征在于：接收装置分别接入通过点对点和组网通讯送来的采样数据，这两路通讯进来的数据始终进行网络通讯状态的判断和并行计算，以方便两种通讯协议的相互切换。

6.如权利要求1所述的点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其特征在于：接收装置判断每一路点对点方式的通讯网络的帧间间隔以及网络报文数据状态；当出现时间间隔超出由采样率所设定的延时或者网络报文数据状态位异常的情况并持续第一预定时间，将这一路或几路数据切换到组网的网络口接收数据；当点对点模式的网络报文数据装置正常并且帧之间的时间间隔小于采样率所设定的延时，并且持续第二预定时间，则切换到点对点通讯网络的接收数据进行计算。

7.如权利要求6所述的点对点与组网混合应用时采样值数据的切换方法，其特征在于：在第一预定时间内，接收装置将通过点对点方式接收的数据置无效，闭锁保护出口。

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