CN102983946A - 一种增强采样数据接收完整性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种增强采样数据接收完整性的方法，步骤是：通过分析所接收采样计数器SmpCnt和采样值品质Quality信息，定位故障点；通过确认故障点附近所接收到的采样信息，判断是否满足故障信息可替换条件；将满足可替换条件的故障点，用其相邻数据插值计算出其近似有效信息，并替换掉原有故障信息。此种方法基于插值计算替换故障信息点的方式，实现增强整个采样接收数据的完整性。

Description

一种增强采样数据接收完整性的方法

技术领域

本发明属于数字化采样接收领域，特别涉及一种增强采样数据接收完整性的方法。

背景技术

在智能化（数字化）变电站中，采样值接收基本不再采用传统本地AD直接采样的方式，而更多采用接收MU（合并单元）发送的采样值报文的方式完成模拟量数据采样工作。采样值报文基于以太网报文帧格式，遵循IEC61850标准，以固定时间间隔发送，实现对采样数据的传输。采样值的传输方式有组网与点对点两种传输方式；接收装置对接收到的采样值数据需重新进行同步、滤波、插值处理，最终实现相关接收设备的保护、测量等功能。但采样值数据在采集、传输过程中，有可能受电磁干扰、网络通讯状况等环境因素影响，会出现丢帧、采样值数据无效的情况；如果不采取特别处理措施，接收装置在遇到丢帧、无效采样数据时会短时中断模拟量计算及其相关的保护、测量功能，在一定程度上影响了整个系统运行的安全性与稳定性。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种增强采样数据接收完整性的方法，其是基于插值计算替换故障信息点的方式，实现增强整个采样接收数据的完整性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种增强采样数据接收完整性的方法，步骤是：通过分析所接收采样计数器SmpCnt和采样值品质Quality信息，定位故障点；通过确认故障点附近所接收到的采样信息，判断是否满足故障信息可替换条件；将满足可替换条件的故障点，用其相邻数据插值计算出其近似有效信息，并替换掉原有故障信息。

上述故障点分为丢帧与采样无效，定位故障点的方法分别是：

a）如果接收到的SmpCnt序列不满足标准连续序列K_n-1，K_n，K_n+1，即判定采样丢帧，其中，K_n-1表示第(n-1)个采样点的采样值，K_n表示第n个采样点的采样值，K_n+1表示第(n+1)个采样点的采样值；

b）若收到的采样帧中某些采样通道数据品质被置无效，即判定采样值无效。

上述可替换条件的内容是：

a）假如丢帧点为n或第n个采样点采样无效时,必须正确接收到第(n-1)，(n+1)个采样点的采样值K_n-1，K_n+1；

b）如果是组网接收采样值，K_n-1，K_n+1的同步状态必须符合如下三种情况之一，即 $[{\mathrm{Syn}}_{K(n-1)},{\mathrm{Syn}}_{K(n+1)}]\⇔\left\{\begin{array}{c}[\mathrm{false},\mathrm{false}]\\ [\mathrm{true},\mathrm{true}]\\ [\mathrm{true},\mathrm{false}]\end{array}\right.;$ 其中，SynK_(n-1)表示第(n-1)个采样点的同步状态，Syn_K(n+1)表示第(n+1)个采样点的同步状态；

c）如果是点对点接收采样值，则还需满足T_K(n+1)-T_K(n-1)=2T_delta的时间间隔条件，其中，T_K(n+1)表示采样值K_n+1的接收时间，T_K(n-1)表示采样值K_n-1的接收时间，T_delta表示实际采样值报文时间间隔；

d）K_n-1，K_n+1对应采样通道的数据品质信息相同且有效。

上述插值计算并替换的具体内容是，假设利用K_n-1，K_n+1计算K_n：

a）计算得出K_n的同步状态为：

$[({\mathrm{Syn}}_{K(n-1)},{\mathrm{Syn}}_{K(n+1)})\⇒{\mathrm{Syn}}_{\mathrm{Kn}}]\⇔\left\{\begin{array}{c}[\mathrm{true},\mathrm{true}]\⇒\mathrm{true}\\ \left[\mathrm{others}\right]\⇒\mathrm{false}\end{array}\right.;$

其中，Syn_K(n-1)表示第(n-1)个采样点的同步状态，Syn_Kn表示第n个采样点的同步状态，Syn_K(n+1)表示第(n+1)个采样点的同步状态；

b）在点对点采样接收情况下，计算出K_n的接收时间： $T_{\mathrm{Kn}}=\frac{T_{K(n-1)}+T_{K(n+1)}}{2};$ 否则直接进入步骤c）；

c）计算得出K_n的第m采样通道的采样数据值为 $V_{\mathrm{Kn},m}=\frac{V_{K(n-1),m}+V_{K(n+1),m}}{2},$ 其中，V_K(n-1)，m，V_K(n+1)，m分别表示K_n-1，K_n+1的第m采样通道的采样数据值；计算得出K_n的第m采样通道的数据品质Q_Kn,m=Q_K(n-1)，m=Q_K(n+1)，m，其中，Q_K(n-1)，m，Q_K(n+1)，m分别表示K_n-1，K_n+1的第m采样通道的数据品质；

d）若K_n仍有采样通道需要替换补偿计算，重复c）。

上述每次替换原有故障信息后，还启动一个时间可设置的定时器，待定时器超时后，才再允许下一次的采样替换工作。

采用上述方案后，本发明通过对所接收采样值的连续性、有效性的判断，找到相应丢帧或采样无效的故障点，使用故障点前后的报文，通过插值方式计算出该点应有的近似有效数值，并替换掉原有的故障信息，从而增强整个采样接收数据的完整性，减少计算的中断次数，提高整个系统运行的安全性与稳定性。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

首先，采样值协议用固定时间间隔的方式，通过连续发送采样值数据帧来传输多路模拟量采样信息，一帧采样帧包含多个采样通道的信息。本实施例所使用到的采样数据帧的内容如表1所示，根据内容可分为：①多个采样通道共享信息，如采样计数器（SmpCnt），采样同步状态（Syn）；②每个采样通道独享信息：如采样值数值Value，该采样值对应的品质：Quality。

表1

采样值报文以SmpCnt标志采样序列的连续性，SmpCnt的标准连续序列为：0,1,2,…,K_n-1，K_n，K_n+1，…,MaxSmpCnt，0,1,...。在本实施例中，采样值报文序列中的第K_n点的同步信息标记为Syn_Kn，该采样点包含的第m通道的采样值标记为V_Kn，m，对应的品质标记为Q_Kn，m。

最大采样计数器(MaxSmpCnt)与每周波采样率(SmpRate)和标准频率(Frequency）有关：MaxSmpCnt=SmpRate×Frequency-1。以每周波80点采样，标准频率为50Hz为例：其最大采样计数器为3999；SmpCnt的标准连续序列为0,1,2,…,K_n-1，K_n，K_n+1，...,3999，0,1,2,...。

采样值同步状态Syn有同步、失步两种状态，并有从同步到失步转换、从失步到同步转换两种转换过程。在绝大部分情况下，采样值都按照SmpCnt标准连续序列发送；但在且仅在从失步到同步转换中，可能会出现SmpCnt不连续的情况，其SmpCnt与Syn的组合序列为： $0_{\mathrm{false}},1_{\mathrm{false}},\·\·\·,K_{m_{\mathrm{false}}},0_{\mathrm{true}},1_{\mathrm{true}},\·\·\·,\mathrm{MaxSmpCn}{t}_{\mathrm{true}},0_{\mathrm{true}},1_{\mathrm{true}},\·\·\·.$ 在上述序列中使用false/true表示Syn的状态，描述了SmpCnt由K_m跳变到0的不连续情况。

在采样值点的对点连接方式下，采样值应按照严格时间间隔（T_Delta）送达接收设备，接收设备同时记录报文实际到达时间T，其时间序列为：T₀,T₁…T_K(n-1)，T_Kn，T_K(n+1)，...T_MaxSmpCnt，T₀,T₁...。理论上，采样值报文时间间隔为

但考虑其实际接收误差，其实际采样值报文时间间隔T_delta应满足T_delta=T_Kn-T_K(n-1)=T_Delta±Δt，其中Δt<<T_delta(Δt可设定）。

本发明根据以上采样值传输特性信息，可实现单点故障采样信息的替换功能：通过分析所接收采样计数器SmpCnt、采样值品质Quality信息，找出故障位置点；通过确认故障点附近所接收到的采样信息，判断是否满足故障信息可替换条件；将满足可替换条件故障信息点，用其相邻数据插值计算出其近似有效信息，并替换掉原有故障信息；通过设置定时器方式进行防误处理，防止过于频繁替换、或使用计算信息再次补偿计算的事件发生，进行有效防误。其详细实现流程如下所示：

（1）故障点的定位：故障点分为两种情况，即丢帧与采样无效。

a）丢帧：如果接收到的SmpCnt序列不满足的序列K_n-1，K_n，K_n+1，即算作采样丢帧，其中，K_n-1表示第(n-1)个采样点的采样值，K_n表示第n个采样点的采样值，K_n+1表示第(n+1)个采样点的采样值。

b）采样值无效：若收到的采样帧中某些采样通道数据品质被置无效（通信故障、干扰等情况发生时），即采样值无效。

（2）可插值替换条件与判断：本实施例只考虑单点丢帧或单点无效补偿的情况，不考虑连续丢帧或连续采样无效的情况，其逻辑如下：

a）假如丢帧点为K_n或K_n点采样无效时,必须正确接收到第(n-1)，(n+1)个采样点的采样值K_n-1，K_n+1；

b）如果是组网接收采样值，K_n-1，K_n+1的同步状态必须符合如下三种情况之一，即 $[{\mathrm{Syn}}_{K(n-1)},{\mathrm{Syn}}_{K(n+1)}]\&DoubleLeftRightArrow;\left\{\begin{array}{c}[\mathrm{false},\mathrm{false}]\\ [\mathrm{true},\mathrm{true}]\\ [\mathrm{true},\mathrm{false}]\end{array}\right.,$ 其中，Syn_K(n-1)表示第(n-1)个采样点的同步状态，Syn_K(n+1)表示第(n+1)个采样点的同步状态；

c）如果是点对点接收采样值，则还需满足T_K(n+1)-T_K(n-1)=2T_delta的时间间隔条件其中，T_K(n+1)表示采样值K_n+1的接收时间，T_K(n-1)表示采样值K_n-1的接收时间，T_delta表示实际采样值报文时间间隔；

d）K_n-1，K_n+1对应采样通道的数据品质信息相同且有效；

（3）插值计算并替换故障点：本实施例选用线性插值方式计算故障采样点的近似有效数据，其计算过程如下：

a）计算得出K_n的同步状态为：

$[({\mathrm{Syn}}_{K(n-1)},{\mathrm{Syn}}_{K(n+1)})\&DoubleRightArrow;{\mathrm{Syn}}_{\mathrm{Kn}}]\&DoubleLeftRightArrow;\left\{\begin{array}{c}[\mathrm{true},\mathrm{true}]\&DoubleRightArrow;\mathrm{true}\\ \left[\mathrm{others}\right]\&DoubleRightArrow;\mathrm{false}\end{array}\right..$

其中，Syn_K(n-1)表示第(n-1)个采样点的同步状态，Syn_Kn表示第n个采样点的同步状态，Syn_K(n+1)表示第(n+1)个采样点的同步状态；

b）计算出K_n的接收时间： $T_{\mathrm{Kn}}=T_{K(n-1)}+\frac{T_{K(n+1)}-T_{K(n-1)}}{2}=\frac{T_{K(n-1)}+T_{K(n+1)}}{2}.$ [注：仅在点对点采样接收情况下需要计算]

c）计算得出K_n的第m采样通道的采样数据值为 $V_{\mathrm{Kn},m}=\frac{V_{K(n-1),m}+V_{K(n+1),m}}{2},$ 其中，V_K(n-1)，m，V_K(n+1)，m分别表示K_n-1，K_n+1的第m采样通道的采样数据值；

由插值替换条件可知K_n-1，K_n+1对应采样通道的品质相同，得出第m采样通道的数据品质Q_Kn,m=Q_K(n-1),m=Q_K(n+1),m，其中，Q_K(n-1)，m，Q_K(n+1),m分别表示K_n-1，K_n+1的第m采样通道的数据品质；

d）若K_n仍有采样通道需要替换补偿计算，重复c）；

（4）防误措施：短时间内的频繁替换补偿，以及使用替换补偿结果再次进行补偿计算都有可能导致接收设备的模拟量采样计算结果误差超范围。为了防止这种情况发生，每次计算替换补偿后，都将启动一个时间可设置的定时器，待定时器超时后，才再允许下一次的采样替换补偿工作。

通过线性插值替换故障点方式增强数字化采样值数据接收完整性的处理流程，如图1所示。

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 (5)

1.一种增强采样数据接收完整性的方法，其特征在于步骤是：通过分析所接收采样计数器SmpCnt和采样值品质Quality信息，定位故障点；通过确认故障点附近所接收到的采样信息，判断是否满足故障信息可替换条件；将满足可替换条件的故障点，用其相邻数据插值计算出其近似有效信息，并替换掉原有故障信息。

2.如权利要求1所述的一种增强采样数据接收完整性的方法，其特征在于：所述故障点分为丢帧与采样无效，定位故障点的方法分别是：

a）如果接收到的SmpCnt序列不满足标准连续序列K_n-1，K_n，K_n+1，即判定采样丢帧，其中，K_n-1表示第(n-1)个采样点的采样值，K_n表示第n个采样点的采样值，K_n+1表示第(n+1)个采样点的采样值；

b）若收到的采样帧中某些采样通道数据品质被置无效，即判定采样值无效。

3.如权利要求2所述的一种增强采样数据接收完整性的方法，其特征在于：所述可替换条件的内容是：

a）假如丢帧点为n或第n个采样点采样无效时,必须正确接收到第(n-1)，(n+1)个采样点的采样值K_n-1，K_n+1；

b）如果是组网接收采样值，K_n-1，K_n+1的同步状态必须符合如下三种情况之一，即 $[{\mathrm{Syn}}_{K(n-1)},{\mathrm{Syn}}_{K(n+1)}]\&DoubleLeftRightArrow;\left\{\begin{array}{c}[\mathrm{false},\mathrm{false}]\\ [\mathrm{true},\mathrm{true}]\\ [\mathrm{true},\mathrm{false}]\end{array}\right.;$ 其中，Syn_K(n-1)表示第(n-1)个采样点的同步状态，Syn_K(n+1)表示第(n+1)个采样点的同步状态；

c）如果是点对点接收采样值，则还需满足T_K(n+1)-T_K(n-1)=2T_delta的时间间隔条件，其中，T_K(n+1)表示采样值K_n+1的接收时间，T_K(n-1)表示采样值K_n-1的接收时间，T_delta表示实际采样值报文时间间隔；

d）K_n-1，K_n+1对应采样通道的数据品质信息相同且有效。

4.如权利要求3所述的一种增强采样数据接收完整性的方法，其特征在于：所述插值计算并替换的具体内容是，假设利用K_n-1，K_n+1计算K_n：

a）计算得出K_n的同步状态为：

$[({\mathrm{Syn}}_{K(n-1)},{\mathrm{Syn}}_{K(n+1)})\&DoubleRightArrow;{\mathrm{Syn}}_{\mathrm{Kn}}]\&DoubleLeftRightArrow;\left\{\begin{array}{c}[\mathrm{true},\mathrm{true}]\&DoubleRightArrow;\mathrm{true}\\ \left[\mathrm{others}\right]\&DoubleRightArrow;\mathrm{false}\end{array}\right.;$

其中，Syn_K(n-1)表示第(n-1)个采样点的同步状态，Syn_Kn表示第n个采样点的同步状态，Syn_K(n+1)表示第(n+1)个采样点的同步状态；

b）在点对点采样接收情况下，计算出K_n的接收时间： $T_{\mathrm{Kn}}=\frac{T_{K(n-1)}+T_{K(n+1)}}{2};$ 否则直接进入步骤c）；

c）计算得出K_n的第m采样通道的采样数据值为 $V_{\mathrm{Kn},m}=\frac{V_{K(n-1),m}+V_{K(n+1),m}}{2},$ 其中，V_K(n-1)，m，V_K(n+1)，m分别表示K_n-1，K_n+1的第m采样通道的采样数据值；计算得出K_n的第m采样通道的数据品质Q_Kn,m=Q_K(n-1)，m=Q_K(n+1)，m，其中，Q_K(n-1)，m，Q_K(n+1)，m分别表示K_n-1，K_n+1的第m采样通道的数据品质；

d）若K_n仍有采样通道需要替换补偿计算，重复c）。

5.如权利要求1所述的一种增强采样数据接收完整性的方法，其特征在于：所述每次替换原有故障信息后，还启动一个时间可设置的定时器，待定时器超时后，才再允许下一次的采样替换工作。

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