CN103607328A - 一种采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法，数字化电能表依据现场自动获取的采样率、ASDU数目、电能计量准确度，在任意设定的时间窗口内，计算异常工况判断门槛值，对异常工况做出判断，使数字化电能表在未判断出异常工况前的时间内，其计量准确度也满足其标称等级要求。

Description

一种采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法

技术领域

本发明涉及一种采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法，属于智能变电站技术领域。

背景技术

随着技术的发展，在数字化变电站或者智能化变电站中，各高压线路的电流电压信息，被电子式互感器或电磁式互感器采集，经合并单元组织整理，然后通过100M光纤以太网（采样数据网络，SV网），发布形式为遵循IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE标准的采样数据报文；而数字化电能表等设备则从合并单元或者采样数据网络接收自身需要的采样数据报文，以用于计算相应线路的电参数。

因此对于数字化电能表而言，需要一个100M光纤以太网接口，以接收采样数据报文，这个接口，称之为采样数据输入接口。

当合并单元进行检修或发生故障，当采样数据网络配置不当或发生故障时，可能造成数字化电能表不能正常工作或少计电量；这些异常工况都是通过采样数据输入接口，对数字化电能表造成影响，故称之为数字化电能表采样数据输入接口异常工况，下称异常工况。

因此为了在合并单元以及采样数据网络发生故障时，数字化电能表能识别各种异常工况，做出正确反应，而不至死机或重启，数字化电能表需要对这些异常工况进行判断；而在异常工况未被正确判断之前，数字化电能表的计量准确度应满足其标称要求；同时考虑到数字化电能表的智能化特征，异常工况判断的判据应能自动适应各类数字化电能表工作场合。

目前国内外对判断采样输入接口是否发生异常，主要是根据智能继电保护装置的特点进行设定：基于时间窗口的接口异常通讯状态的判断方法：如当保护装置在一定时间窗口内未检测到采样数据报文，即判断为通信中断；当保护装置在一定时间窗口内接收到内容有异常的采样数据报文，判断为通信异常。

在具体应用中，这个时间窗口作为装置定值需要根据现场情况人工设定，一般为0.5s；在一些特殊应用场合，可设定为30ms或者更短。

上述方法没有考虑到不同采样率、不同应用服务数据单元（ASDU）数目情况下，采样数据输入接口发生异常时对设备的影响是不同的；同时对于数字化电能表而言，为了在异常工况未判断出之前，也能使数字化电能表的电能计量准确度满足其标称的计量准确度等级要求，其异常工况的判断延时，很难准确计算；因此对每种异常工况的判断时间需要根据现场情况，人为设定，比较繁琐，应用不便；也增加了定值计算、现场设定等人为环节，增加了系统的安全风险。

发明内容

为解决现有技术的缺陷，本发明提出了一种采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法，以满足智能变电站等智能化场站对数字化电能表的智能化需求，并满足国家计量法规体系对计量单元的相关要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法，包括以下步骤：

1）数字化电能表通过采样数据输入接口从合并单元或者采样数据网络接收采样数据报文；

2）数字化电能表从采样数据报文中获取采样率、应用服务数据单元数目，并设定电能计量准确度和时间窗口，计算异常工况判断门槛值，所述计算公式为：

$N=\frac{K\×T\×F_{\mathrm{SmpRate}}}{N_{\mathrm{ASDU}}},$

其中，N为异常工况门槛值，T为任意设定的时间窗口值，K为数字化电能表的电能计量准确度，F_SmpRate为采样数据报文中包含的电压、电流信号采样率，N_ASDU为每个采样数据报文中的应用服务数据单元数目；

3）数字化电能表根据计算的门槛值进行异常工况判断，分为下述几种情况：

3-1）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表通过比较前后两帧采样数据报文中包含的采样序列计数器值，一旦发现采样序列计数器值不是连续增加的，则识别为一个采样数据输入序列不连续异常，如果累计发现N个异常，即判断为“采样数据输入序列不连续”事件发生；

3-2）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直未收到由设定的采样源发来的采样数据报文，按照由采样源的数据采样率F_SmpRate和应用服务单元数目N_ASDU确定的采样数据报文发送时间间隔，从最后接收到采样数据报文开始,根据公式

计算在t时间内本应接收到的采样报文数目n，当这个数目超过N时，即判断为“采样数据输入通信中断”事件发生；

3-3）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到由设定的采样源发来的采样数据报文，一旦采样数据报文中包含的采样数据的品质字段被置为无效，则识别为一次采样数据输入数据无效异常工况发生，当该类异常工况发生次数连续累计超过N时，即判断为“采样数据输入数据无效”事件发生；

3-4）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到与数字化电能表设定的不匹配的采样源发来的采样数据报文，当接收的采样数据报文数目连续累计超过N时，即判断为“采样数据输入源地址无效”事件发生；

3-5）当在任意设定的T时间窗口内，一旦数字化电能表判断收到的采样数据报文帧格式有误，则识别为一次采样数据输入帧格式无效异常工况发生，当该类异常工况发生次数累计超过N时，即判断为“采样数据输入帧格式无效”事件发生；

3-6）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到由设定的采样源发来的采样数据报文，一旦报文中包含的采样数据的品质字段被置为检修，则识别为一次采样数据为检修状态异常工况发生，当该类异常工况发生次数连续累计超过N时，即判断为“采样数据为检修状态”事件发生；

3-7）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到由设定的采样源发来的采样数据报文，一旦报文中包含的采样源状态同步采样状态字节被置为非同步，则识别为一次采样数据输入源非同步异常工况发生，当该类异常工况发生次数连续累计超过N时，即判断为“采样数据输入源非同步”事件发生。

通过采用上述技术方案，本发明在现场应用时只要任意设定一个时间窗口和电能计量准确度，数字化电能表即可根据现场情况，自动计算出异常工况判断的门槛值，并判断出各种异常工况，使数字化电能表在未判断出异常工况前的时间内，其计量准确度也满足标称等级要求。，并且本发明所计算的门槛值依据采样率，ASDU数目以及电能计量准确度，能自动适应不同采样率，不同采样数据报文中ASDU数目，不同电能计量准确度的数字化电能表，另外本发明可容忍任意设定的时间窗。

具体实施方式

下面对本发明的进行进一步详细说明。

本发明的采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法，包括以下步骤：

1）数字化电能表通过采样数据输入接口从合并单元或者采样数据网络接收采样数据报文；

2）数字化电能表从采样数据报文中获取采样率、应用服务数据单元数目，并设定电能计量准确度和时间窗口，计算异常工况判断门槛值，所述计算公式为：

$N=\frac{K\×T\×F_{\mathrm{SmpRate}}}{N_{\mathrm{ASDU}}},$

其中，N为异常工况门槛值，T为任意设定的时间窗口值，K为数字化电能表的有功电能计量准确度，如0.2s级则K=0.002，F_SmpRate为采样数据报文中包含的电压、电流信号采样率，N_ASDU为每个采样数据报文中的应用服务数据单元数目；

3）数字化电能表根据计算的门槛值进行异常工况判断，分为下述几种情况：

3-1）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表通过比较前后两帧采样数据报文中包含的采样序列计数器值，一旦发现采样序列计数器值不是连续增加的，则识别为一个采样数据输入序列不连续异常，如果累计发现N个异常，即判断为“采样数据输入序列不连续”事件发生；

3-2）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直未收到由设定的采样源发来的采样数据报文，设定的采样源指步骤1）中的合并单元或者采样数据网络，按照由采样源的数据采样率F_SmpRate和应用服务单元数目N_ASDU确定的采样数据报文发送时间间隔，从最后接收到采样数据报文开始,根据公式

计算在t时间内本应接收到的采样报文数目n，当这个数目超过N时，即判断为“采样数据输入通信中断”事件发生；

3-3）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到由设定的采样源发来的采样数据报文，一旦采样数据报文中包含的采样数据的品质字段被置为无效，则识别为一次采样数据输入数据无效异常工况发生，当该类异常工况发生次数连续累计超过N时，即判断为“采样数据输入数据无效”事件发生；

3-4）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到与数字化电能表设定的不匹配的采样源发来的采样数据报文，当接收的采样数据报文数目连续累计超过N时，即判断为“采样数据输入源地址无效”事件发生；

3-5）当在任意设定的T时间窗口内，一旦数字化电能表判断收到的采样数据报文帧格式有误，则识别为一次采样数据输入帧格式无效异常工况发生，当该类异常工况发生次数累计超过N时，即判断为“采样数据输入帧格式无效”事件发生；

3-6）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到由设定的采样源发来的采样数据报文，一旦报文中包含的采样数据的品质字段被置为检修，则识别为一次采样数据为检修状态异常工况发生，当该类异常工况发生次数连续累计超过N时，即判断为“采样数据为检修状态”事件发生；

3-7）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到由设定的采样源发来的采样数据报文，一旦报文中包含的采样源状态同步采样状态字节被置为非同步，则识别为一次采样数据输入源非同步异常工况发生，当该类异常工况发生次数连续累计超过N时，即判断为“采样数据输入源非同步”事件发生。

最后，根据JJG596-1999电子式电能表检定规程——第4.5.1.2定低频脉冲数（N）测量法：

$\mathrm{\γ}=\frac{t^{\′}-t}{t}\×100+{\mathrm{\γ}}_w$

其中γ_w为标准功率表或检定装置的已定系统误差（%），不需更正时γ_w=0；t为实测时间（s），即被检表在恒定功率下输出m个低频脉冲时，标准测时器测定的时间；t'为算定时间（s），即假定被检表没有误差时，在恒定功率下输出m个低频脉冲所需要的时间；

根据上式,如γ_w=0，标称的有功电能计量准确度为K，如果要使数字化电能表的计量准确度γ满足数字化电能表标称计量等级0.2%要求，则t应该符合下式：

(1-K)t'＜t＜(1+K)t'，

则t与t'的差值应在K×t'以内；而在这段时间内，数字化电能表应收到的合乎要求的报文数目n与采样率F_SmpRate和每一个采样数据报文中的应用服务单元数目N_ASDU相关，考虑到数字化电能表接收到的电能量一般是均匀分布的，则有：

$n=K\×t^{\′}\×\frac{F_{\mathrm{SmpRate}}}{N_{\mathrm{ASDU}}},$

因此，对于任意时间窗口T，如果数字化电能表接收到的不合要求的异常报文数目

即数字化电能表在未判断出异常工况前，则其计量准确度也满足数字化电能表标称计量等级要求。

本发明中的相关技术术语解释：

1）采样数据

指代表线路电流电压信息的，按照一定采样率离散化的采样值；

2）采样通道

每个采样数据报文中包含一定数目的采样数据，这些采样数据按照结构顺序排列，而每一个采样数据结构都代表某一个采样线路的数据如A相电压等，这个结构称之为采样通道。

3）采样数据报文

依据IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE网络协议（标准）传递的，主要包含采样数据的一种报文。

4）数字化电能表

区别于其它电能表，其主要通过网络接口（一般为光纤接口），接收采样数据报文，以计量线路上传递的电能量的电能表，是一种特殊类型的电能表。

5）合并单元

一种对代表线路电流电压信息的模拟量或数字量，进行时间相关整理（插值或时标对齐）操作的设备，其通过光纤接口发出采样数据报文，一对一给接收设备或光纤交换机。

6）采样数据网络，SV网

一种由一级或多级交换机组成的局域网，一般用于交换采样数据报文，故称之为采样数据网络。

7）应用服务数据单元（ASDU）数目

每一个采样数据报文中，可能包含不同采样时刻的采样数据，如8个时刻的采样数据在同一个采样数据报文中，则ASDU数目为8。

8）电能计量准确度

电能表主要用于电能计量，而计量的误差一般用电能计量准确度来表示，如某一电能表标称的有功电能计量准确度为0.2s，则表明在额定电流电压工况下，该电能表的有功电能计量误差在0.002（0.2%）以内，在本文中未特别说明的“计量准确度”都指“有功电能计量准确度”。

Claims (1)

1.一种采样数据输入接口异常工况柔性自适应判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）数字化电能表通过采样数据输入接口从合并单元或者采样数据网络接收采样数据报文；

2）数字化电能表从采样数据报文中获取采样率、应用服务数据单元数目，并设定电能计量准确度和时间窗口，计算异常工况判断门槛值，所述计算公式为：

$N=\frac{K\×T\×F_{\mathrm{SmpRate}}}{N_{\mathrm{ASDU}}},$

其中，N为异常工况门槛值，T为任意设定的时间窗口值，K为数字化电能表的电能计量准确度，F_SmpRate为采样数据报文中包含的电压、电流信号采样率，N_ASDU为每个采样数据报文中的应用服务数据单元数目；

3）数字化电能表根据计算的门槛值进行异常工况判断，分为下述几种情况：

3-1）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表通过比较前后两帧采样数据报文中包含的采样序列计数器值，一旦发现采样序列计数器值不是连续增加的，则识别为一个采样数据输入序列不连续异常，如果累计发现N个异常，即判断为“采样数据输入序列不连续”事件发生；

3-2）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直未收到由设定的采样源发来的采样数据报文，按照由采样源的数据采样率F_SmpRate和应用服务单元数目N_ASDU确定的采样数据报文发送时间间隔，从最后接收到采样数据报文开始,根据公式

计算在t时间内本应接收到的采样报文数目n，当这个数目超过N时，即判断为“采样数据输入通信中断”事件发生；

3-3）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到由设定的采样源发来的采样数据报文，一旦采样数据报文中包含的采样数据的品质字段被置为无效，则识别为一次采样数据输入数据无效异常工况发生，当该类异常工况发生次数连续累计超过N时，即判断为“采样数据输入数据无效”事件发生；

3-4）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到与数字化电能表设定的不匹配的采样源发来的采样数据报文，当接收的采样数据报文数目连续累计超过N时，即判断为“采样数据输入源地址无效”事件发生；

3-5）当在任意设定的T时间窗口内，一旦数字化电能表判断收到的采样数据报文帧格式有误，则识别为一次采样数据输入帧格式无效异常工况发生，当该类异常工况发生次数累计超过N时，即判断为“采样数据输入帧格式无效”事件发生；

3-6）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到由设定的采样源发来的采样数据报文，一旦报文中包含的采样数据的品质字段被置为检修，则识别为一次采样数据为检修状态异常工况发生，当该类异常工况发生次数连续累计超过N时，即判断为“采样数据为检修状态”事件发生；

3-7）当在任意设定的T时间窗口内，数字化电能表一直收到由设定的采样源发来的采样数据报文，一旦报文中包含的采样源状态同步采样状态字节被置为非同步，则识别为一次采样数据输入源非同步异常工况发生，当该类异常工况发生次数连续累计超过N时，即判断为“采样数据输入源非同步”事件发生。