CN104052564A - 用于检测信道延迟非对称性的方法和装置 - Google Patents
用于检测信道延迟非对称性的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于检测传输线路保护装置之间的信道延迟非对称性的方法和装置。该方法包括：重复地计算在信道不同路径上的保护装置的时钟之间的时钟误差以及通信延迟；将最新计算的时钟误差和通信延迟分别与先前计算的时钟误差和通信延迟进行比较；如果所计算的时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所计算的通信延迟的变化值超过第二阈值；则确定发生了通道转换；以及如果通道转换后所计算的不同路径的通信延迟之间的差异值超过第三阈值，则确定该通道延迟是非对称的。
Description
本申请是申请号为200980162766.7、申请日为2009年12月31日、名称为“用于检测信道延迟非对称性的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及传输线路保护系统的通信技术。尤其涉及用于检测信道延迟非对称性的方法和装置，并且确保线路差动保护装置被精确地同步。
背景技术
数字化线路电流差动保护已经成为最受欢迎的传输线路保护之一。这主要是由于其简洁和清晰的特性。线路差动保护具有天然的分相动作能力、不受系统震荡的影响、适用于弱馈线落(in-feed)，并且适用于多端线路等特点。通信技术的发展甚至促进了线路差动保护更加广泛的应用。
在数字化线路差动保护中，电流采样信号是由在地理位置上相互分离的保护装置(如IEDs)获取的。来自不同保护装置(通常位于不同的线端)采样的电流信号在相互比较之前需要被同步(也被称为时间协调)，从而避免引入误差。
来自不同保护装置采样信号的同步(在本发明中，称为不同保护装置之间的同步)必须非常准确，否则同步误差可以导致线路电流差动保护严重的误动作。在50Hz的交流系统中，0.1ms的误差会给操作电流带来近3％的最大幅值误差；同时1ms的误差会带来近31％的最大幅值误差。在60Hz的系统中，相应的误差分别达到近4％和38％(参见ABB技术参考手册线路差动保护RED670，以及Phil Beaumont、Gareth Baber等发表的“Line Current DifferentialRelays Operating over SDH/SONET Networks”,PAC,summer2008)。
当前，大多数的线路差动继电器采用所谓“回声算法”(也被称为“乒乓算法”)以确保同步。接下来通过一个回声算法流程来简要介绍其原理：
如图1所示，A和B代表两个保护装置。并且该保护通过发送和接收消息来互相通信。保护B在其内部时间T1时刻发送消息给保护A。保护A在其内部时钟时间T2时刻接收该消息。类似的，保护A在其内部时间T3时刻向保护B发送消息，并且保护B在其内部时间T4时刻接收该消息。因此，时间T2和T3被用作保护A内部时钟的参照，而时间T1和T4被用作保护B内部时钟的参照。由此计算在两保护之间消耗的通信时间。
时间T2和T3被从保护A传送到保护B(反之依然)。假设在两保护之间发送和接收的延迟是相等的(也被称为对称的通道延迟)。保护B接下来计算通信延迟时间Td(从保护A到保护B或者从保护B到保护A)以及保护A和保护B的参考时钟之间的时钟误差Δt。
通过在电流差动算法执行之前修改从远端采样的信号，或者通过执行采样时间控制以达到两个保护的采样时刻被同步，时钟误差Δt和通信延迟随后被用于同步采样的信号。能够通过许多传统方式来实现同步操作，例如高厚磊、江世芳等于1996年9月《电力系统自动化》第20卷发表的“数字电流差动保护中几种采样同步方法”。所计算的时钟误差Δt和通信延迟必须非常准确以确保同步的准确性。
然而，在上述传统的回声算法中对称通道延迟的假设并非一直有效。广受欢迎的同步数字架构/同步光网络(SDH/SONET，Synchronous DigitalHierarchy/Synchronous Optical Network)的应用尤其如此。通过使用自修复环形架构来重新配置和维护服务，SDH/SONET能够避免网络故障。通信环中的自修复或自转换结构可以是“单向的”或者“双向的”。在单向转换的情况下，仅仅是故障路径被转换到相反方向；同时非故障路径保持其原始路线。在双向转换情况下，当环上发生故障，发送和接收的线路都被转换为沿着环的、相同的反方向。不同之处在于，双向转换对于同样转换的发送和接收路径来说，将保持相同的信号通信延迟；而单向转换可能会在发送和接收线路上引入永久的、非对称的通信延迟。然而，需要说明的是，虽然双向转换不会引入永久性的、非对称德通信延迟，但是所引入的暂态延迟能够达到50ms或者甚至更长。
当通道延迟为非对称的(即发送和接收信号的延迟不同)并且该非对称性未被保护检测到，基于对称的通信延迟假设的传统回声算法将不再有效，而且差动保护保护将处于误动作的高风险中。因此，无论通道延迟是对称的还是非对称的情况下，都能确保同步的可靠方法是非常重要并迫切需要的。
一些用以解决非对称通信延迟的问题的方法已经被提出来了。基于GPS(或其它外部时钟，如北斗卫星导航系统，伽利略等)的方法被提出来了。以基于外部时钟的方法为例，GPS接收器模块被嵌入每一个保护中，采用外部时钟来同步其本地时钟。然而，在实际中，GPS信号并非一直都被保护完美地或准确地接收到。安装GPS天线需要格外小心。否则，GPS信号的接收可能被中断。误操作(例如现场工程师不小心切断了电缆或天线)或者不利的环境(例如，离海滩太近的天线被水腐蚀了或者被军事GPS干扰了)也会导致信号接收不可靠。在上述描述的状况下，保护可能会丧失容忍通信延迟非对称性的能力。
如上述段落所述，现有的方法在许多情况下是不可靠的。因此，迫切需要提供一种方法，其能够可靠地检测通道延迟非对称性并且确保无论通道延迟是同步还是非同步情况下都能准确地同步。
发明内容
本发明提出了一种方法，用以检测通信延迟非对称性并且确保线路差动保护装置准确地同步。
根据本发明的一个优选实施例，其提供了一种用于检测传输线路保护装置间的信道延迟非对称性的方法。该方法包括：重复地计算保护装置的时钟之间的时钟误差以及该信道不同路径上的通信延迟；将最新计算的时钟误差和通信延迟分别与先前计算的时钟误差和通信延迟进行比较；如果所计算的时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所计算的通信延迟的变化值超过第二阈值；则确定发生了通道转换；以及如果通道转换后所计算的不同路径的通信延迟之间的差异超过第三阈值，则确定该通道延迟是非对称的。
根据本发明的另一优选实施例，其中，基于数据发送与接收路径的通信延迟之间的差异来计算该时钟误差和通信延迟；以及基于所计算的时钟误差和通信延迟，同步由保护装置采样的信号。
根据本发明的另一优选实施例，其中，该方法进一步包括：基于该通道转换前所计算的时钟误差，计算该通道转换后发送和接收路径上的通信延迟；以及计算该通道转换后发送和接收路径的通信延迟之间的差异。
根据本发明的另一优选实施例，其中，该方法进一步包括：将通道转换后所计算的通信延迟与通道转换前所计算的通信延迟进行比较；如果所计算的路径的通信延迟的变化值小于第四阈值，识别该通信路径未被转换；通过未被转换的信道的通信延迟来调整时钟误差；以及通过所调整的时钟误差，调整数据发送和接收路径的通信延迟。
根据本发明的另一优选实施例，其中，该方法进一步包括：计算所计算的时钟误差的平均值、所计算的数据发送路径的通信延迟的平均值、所计算的数据接收路径的通信延迟的平均值；将最新计算的时钟误差与所计算的时钟误差的平均值进行比较；以及将最新计算的通信延迟与所计算的通信延迟的平均值进行比较。
根据本发明的另一优选实施例，其中，该方法进一步包括：计算所计算的发送路径的通信延迟的平均值、所计算的接收路径的通信延迟的平均值；计算发送路径和接收路径的通信延迟的平均值之间的差异。
根据本发明的另一优选实施例，其中，该方法进一步包括：计算在通道转换前所计算的通信延迟的平均值；计算在该通道转换后所计算的通信延迟的平均值；将该通道转换后所计算的平均值与该通道转换前所计算的平均值进行比较。
根据本发明的另一优选实施例，其中，第一和第四阈值取决于保护装置晶振的精度、因通道转换而导致的通信中断时长以及信道的抖动特性；以及该第二和第三阈值取决于该信道的抖动特性。
根据本发明的另一优选实施例，其提供了一种用于检测传输线路保护装置间的信道延迟非对称性的方法。该方法包括以下步骤：通过第一通道和第二通道发送和接收数据；计算依次通过第一通道和第二通道发送和接收数据的第一延迟；计算依次通过第二通道和第一通道发送和接收数据的第二延迟；以及如果该第一延迟和第二延迟之间的差值超过第五阈值，则确定该些信道是非对称的。
根据本发明的另一优选实施例，其中，该方法进一步包括：至少两次计算通过第一通道发送和接收数据的第三延迟；至少两次计算通过第二通道发送和接收数据的第四延迟；获取至少两个第三延迟之间的差异值以及至少两个第四延迟之间的差异值；如果第三延迟之间的差异值大于第六阈值，则确定该第一通道为被转换的通道；以及如果第四延迟之间的差异值大于该第六阈值，则确定该第二通道为被转换的通道；计算该被转换的通道的发送和接收路径的通信延迟。
根据本发明的另一优选实施例，其中，该第五和第六阈值取决于该信道的抖动特性。
根据本发明的另一优选实施例，其提供了一种用于检测传输线路保护装置间的信道延迟非对称性的装置。该装置包括：计算单元，用于重复地计算保护装置时钟之间的时钟误差以及在该信道不同路径上的通信延迟；比较单元，用于将最新计算的时钟误差和通信延迟分别与先前计算的时钟误差和通信延迟进行比较；第一确定单元，用于如果所计算的时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所计算的通信延迟的变化值超过第二阈值，确定发生了通道转换；以及第二确定单元，用于如果通道转换后所计算的不同路径的通信延迟之间的差异值超过第三阈值，确定该通道延迟是非对称的。
根据本发明的另一优选实施例，其提供了一种用于检测传输线路保护装置间的信道延迟非对称性的装置。该装置包括：发送和接收单元，用于通过第一通道和第二通道发送和接收数据；第一计算单元，用于计算依次通过第一通道和第二通道发送和接收数据的第一延迟；第一计算单元，用于计算依次通过第二通道和第一通道发送和接收数据的第二延迟；以及确定单元，用于如果该第一延迟和第二延迟之间的差异值超过第五阈值，确定该信道是非对称的。
根据本发明的另一优选实施例，其提供了一种数字计算机。所述数字计算机具有内部存储器；用于同步传输线路保护装置间的信道延迟的计算机程序可以加载到所述内部存储器中，以及当所述程序被加载时，该计算机执行前述方法中任意一项所述的步骤。
附图说明
图1A和1B示出了两保护之间的信道和回声算法过程的示意图；
图2示出了具有两保护的线路保护系统的示意图；
图3示出了两保护之间回声算法过程的示意图；
图4示出了具有四个保护的线路保护系统的示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1A所示，两个保护用于保护传输线路，即保护A和保护B。并且两保护通过两组信道相互通信，即主通道(P)和次通道(S)。每个通道具有两条路径，即发送路径和接收路径。对于保护A来说，经由主通道(P)的发送延迟被称为Tp1，经由次通道(S)的发送延迟被称为Ts1。经由主通道(P)的接收延迟被称为Tp2，经由次通道(S)的接收延迟被称为Ts2。
主通道和次通道都是对称的，然而，由于包含许多通信器件(如多路复用器、数字开关等)的信道的抖动特性，同一通道的发送延迟和接收延迟相互之间可能时不时地具有微小的变化(也被称为“抖动”)。需要说明的是，当其不会导致对线路差动保护的误操作，这些抖动是可以被接受的。下表1给出了一组示例性的通信延迟数据。
在任意时刻，每个保护能够经由一条路径(既可以是主通道也可以是次通道)向其它保护发送消息，并经由一条路径(既可以是主通道也可以是次通道)从其它保护接收消息。如果发送和接收路径都在主通道或者在次通道中，则通信延迟是对称的；或者换句话说，这种情形被称为通道延迟的对称性。然而，在不适宜的情形下，发送路径是在主通道里，而接收路径在次通道里；或者发送路径在次通道里，而接收路径在主通道里；则通信延迟是非对称的；或者换句话说，这种情形被称为通道延迟的非对称性。
表1信道的通信延迟
如表1所示，每个通道的通信延迟并不是稳定不变的。当通过同一线路(例如，都通过主通道或都通过次通道)发送和接收消息时，在不同采样周期(例如大约0.1ms)，延迟的数值会相互变化。因此，所计算的不同保护内部时钟之间的时钟误差Δt可能时不时地发生变化。
如图1B所示，所计算的一条路径的通信延迟Tdcal能够由下述公式(1)获得，并且所计算的保护A与保护B之间的时钟误差Δtcal可以通过公式(2)获得：
Tdcal＝((T2-T1)+(T4-T3))/2 (1)
Δtcal＝((T2+T3)-(T1+T4))/2 (2)
表2示出了在每个保护上所测量的时间T1到T4以及所测量的Tdcal和Δtcal。Td1和Td2分别是保护B的发送和接收延迟。可以看出保护B每5ms发送消息给保护A以启动一个回声算法过程。保护A的时钟早于保护B的大约18.3ms，即真正的时钟误差Δtact＝18.3ms。
表2Td和Δt的计算
如表2所示，由于Td1和Td2并不是稳定不变的，因此所计算的通信延迟Tdcal和时钟误差Δtcal在每个回声过程中都是变化的。然而，高于给定的周期Tmean(例如5个工频周期，20个回声过程等)的所计算的Δt的平均值，理论上接近于真正的Δtact。
例如，表2中Δtcal的平均值Δtmean＝18.296ms，其非常接近于18.3ms。在该平均值计算中，假设真正Δt的是稳定不变的。事实上，由于不同保护内部晶振间的频率差异，真正的Δt是变化的；并且在正常运行中，真正的Δt平滑地变化而不是在给定的周期内发生突变。例如，如果两保护的晶振的精度是50ppm，最大的频率差异是100ppm，这意味着对于每一秒的周期来说会有最大0.1ms的时钟误差。如果两晶振的精度是1ppm，则在超过50s的周期内最大时钟误差是0.1ms。因此，如果Tmean＝100ms，对于精度为50ppm的晶振来说，Δtmean的误差小于5μs，并且对于精度为1ppm的晶振来说，Δtmean的误差小于0.1μs。最后，高于给定的周期Tmean的所计算的Δt的平均值，理论上接近于真正的Δtact。
类似的，理论上的通信延迟Tdmean可以基于对平均值Tdcal的计算而获得。表2中所有Tdcal的平均值Tdmean＝1.600ms。根据公式(1)，Td的计算并不受时钟误差Δt的影响；因此，Tdmean时间越长，Tdmean的准确性越高。为了使计算更加简单化，同样的Tdmean被用于Tdmean和Δtmean的计算中。
需要说明的是，用于计算每个数值的周期并不必须是固定的。例如，在不同的运行阶段，保护可以在不同频率下执行所述计算。
前述的介绍仅仅是专注于信道延迟在对称条件下的，这是传统回声算法的基础。然而，当通道延迟是非对称的，该回声过程(第一保护发送消息给第二保护，以及所述第二保护回送消息给所述第一保护)仍然能够执行；并且考虑到通信延迟之间的差异，该回声算法计算(计算通信延迟Td1和Td2以及时钟误差Δt)能够采用下列公式进行计算：
Td1＝((T2-T1)+(T4-T3))/2+Tdiff/2 (3)
Td2＝((T2-T1)+(T4-T3))//2-Tdiff/2 (4)
Δtcal＝((T2+T3)-(T1+T4))/2-Tdiff/2 (5)其中，Tdiff是通信延迟之间的差异值；
Tdiff＝Td1-Td2 (6)
Tdiff能够由操作者给定，或者在运行中由保护计算得到。需要说明的是，当通道延迟是对称的，Tdiff＝0；公式(3)、(4)和(5)与公式(1)和(2)相同。
通常来说，在两保护启动之前，要求保护的现场工程师确保通道延迟对称性。所以，通常来说，对于两保护启动后的回声算法过程，Tdiff＝0。在两保护启动后，如果不能确保用于第一回声算法过程的通道延迟对称性，那么Tdiff能够由操作员给定或者由保护计算，例如基于外部时钟。
只要Tdiff是准确的，无论通道延迟是对称的还是非对称的，该通信延迟Td1和Td2以及时钟误差Δt就是准确的。随后，在电流差动保护算法被执行之前通过修改来自远端的采样信号或者执行采样时间控制从而取得两保护采样时刻的同步，时钟误差Δt和通信延迟被用于同步采样的信号。
在本发明中，公式(3)、(4)和(5)被用于在对称通道延迟和非对称通道延迟条件下的回声计算。使用回声计算的结果，无论通道延迟是对称的或者非对称的，保护都能够维持同步。
当没有通道转换时，在每个回声算法过程中，所计算的通信延迟和时钟误差具有小的抖动；并且其平均值甚至更加稳定。在通道转换后(通常情况下，通信中断的一小段时间之后，例如100ms)，所计算的通信延迟和时钟误差与转换前的结果相比将具有大的差异。因此，通过将所计算的时钟误差Δt、通信延迟Td1和Td2与其先前的值或者优选地与其先前值的平均值进行比较，保护能够检测信道转换。如果在上述值中的任意一个中观测到大于给定阈值的突变，可以假定检测到通道转换。
基于在通信中断期间真正的时钟误差的最大可能变化值与无通道转换时由通信延迟微小的抖动导致所计算的时钟不一致的最大可能抖动的总和，保护能够计算并设置用于检测突变的阈值。在通信中断期间真正的时钟误差的最大可能变化值能够由保护根据保护晶振的精度和通信中断周期的长度计算得出。例如，如果两保护装置晶振的精度都是50ppm，并且通信中断的时长是100ms，则在通信中断期间真正的时钟误差的最大可能变化值是0.01ms。当没有通道转换时，由通信延迟微小的抖动导致所计算的时钟误差的最大可能抖动能够由操作员根据该信道的抖动特性来设置。例如，根据表2所示的通信延迟，由通信延迟抖动导致的时钟误差中最大可能抖动是0.01ms。考虑到合理的裕量，由通信延迟抖动导致的时钟误差中最大可能抖动能够被设置为0.1ms。因此，用于检测时钟误差的突变的阈值能够由保护计算并设置为0.11ms。
基于信道的抖动特性，根据没有通道转换时通信延迟中最大可能的抖动，保护操作员能够设置用于检测通信延迟中突变。出于简化的目的，用于检测发送路径和接收路径的通信延迟中的突变的阈值都能够被设置为相同的数值。例如，根据表2给出的通信延迟，在通信延迟中最大可能的抖动为0.11ms。考虑到合理的裕量，用于检测通信延迟突变的阈值能够由保护操作员设置为0.15ms。
在检测到通道转换后，保护需要计算新的通信延迟。由于真正的Δt是由不同保护内部晶振之间的频率差异导致的，并且缓慢变化；因而保护能够在通道转换之前，根据下述公式(7)和(8)使用存储在存储器中的时钟误差Δt或者优选其平均值进行计算；其中，Δtm代表在通道转换之前存储的时钟误差或者优选通道转换前时钟误差的平均值。
Td1＝T2-T1-Δtm (7)
Td2＝T4-T3+Δtm (8)
随后，保护能够使用公式(6)计算新的Tdiff。为了获得更好的准确性，优选地，在通道转换后、超过给定的时间周期，计算该新的Tdiff的平均值。
一旦计算得到新的Tdiff(或者优选其平均值)，保护能够使用其执行回声算法过程并采用公式(3)、(4)和(5)执行回声算法计算，并且用所计算的通信延迟和时钟误差同步采样的信号，直到检测到下一个通道转换。
如果所计算的Tdiff(或者优选其平均值)大于给定的阈值Tdiff*thre，则保护发出报警信号以表明通道延迟非对称性。
基于信道的抖动特性，阈值Tdiff*thre能够由保护操作员根据对称通道的发送路径和接收路径的通信延迟之间的最大可能差异而进行设置。例如，根据表1给出的通信延迟，对称通道的通信延迟之间的最大可能差异值为0.18ms。考虑到合理的裕量，用于检测通信延迟中突变的阈值能够由保护操作员设置为0.25ms。如果使用的是所计算的Tdiff的平均值，那么基于信道的抖动特性，阈值Tdiff*thre能够由保护操作员根据作为对称通道的发送路径和接收路径的通信延迟之间的最大可能差异而进行设置。例如，根据表1给出的通信延迟，作为对称通道的通信延迟的平均值之间的最大可能差异值是0.05ms。考虑到一个合理的裕量，阈值Tdiff*thre能够由保护操作员设置为0.1ms。
由于通道转换通常会引入通信中断，例如100ms，在通道转换之前存储的时钟误差Δtm可能在通道转换后是不准确的；因此，由公式(7)和(8)所计算的通信延迟将有误差。为了进一步提高准确性，通道转换后真正的Δt能够由保护计算得到。为了得到Δt，保护能够找出哪条路径(即发送路径或接收路径)维持未转换状态(即仍然使用其原始线路)，然后在转换后，使用所存储的该未被转换路径的通信延迟(或其平均值)来计算真正的时钟误差Δt。
根据下述公式(9)和(10)，通过计算转换后的通信延迟与转换前的通信延迟之间的差异，该保护找出哪条路径维持未转换状态：
Td1diff＝|Td1-Td1*m| (9)
Td2diff＝|Td2-Td2*m| (10)
如果Td1diff小于给定的阈值Td1*thre，则保护确定Td1路径维持未转换状态，并且基于下述公式(11)计算转换后的真正的时钟误差Δt。如果Td2diff小于给定的阈值Td2*thre，则保护确定Td2路径维持未转换状态，并且基于下述公式(12)计算转换后真正的时钟误差Δt。
Δt＝Δtm+(Td1-Td1*m) (11)
Δt＝Δtm-(Td2-Td2*m) (12)
需要说明的是，在公式(9)、(10)、(11)和(12)中，Td1和Td2是所计算的转换后通信延迟，或者优选通道转换后超过一给定时间段的通信延迟的平均值。Td1*m和Td2*m是所计算的转换前的通信延迟，或者优选通道转换前超过一给定时间段的通信延迟的平均值。
基于通信中断期间真正的时钟误差的最大可能变化值与路径未转换时通信延迟的最大可能抖动的总和，保护能够计算并设置阈值Td1*thre和Td2*thre。出于简化的目的，这两个阈值能够被设置相同的值。在通信中断期间真正的时钟误差的最大可能变化值能够由保护根据保护晶振的精度和通信中断期间的长度进行计算得出。例如，如果两保护晶振的精度为50ppm，并且通信中断的时长为100ms，那么在通信中断期间，真正的时钟误差的最大可能变化值是0.01ms。当路径未转换时，通信延迟的最大可能的抖动能够由保护操作员根据通信系统的抖动特性进行设置。例如，根据表1给定的通信延迟，当路径未转换时，通信延迟的最大可能的抖动为0.14ms。考虑合理的裕量，由通信延迟抖动导致的、在所计算的时钟误差中的最大可能抖动能够被设置为0.2ms。因此，阈值Td1*thre和Td2*thre能够由保护计算并设置为0.21ms。如果公式(9)、(10)使用平均值，当路径未转换时通信延迟平均值中最大可能的变化值理论上大约为0，因此仅仅需要考虑在通信中断期间的真正时钟误差的最大可能变化值来设置阈值Td1*thre和Td2*thre。在上述实例中，考虑合理的裕量，能够将该阈值设置为0.1ms。
随后，根据公式(7)和(8)，保护使用调整的Δt替换Δtm来重新计算通信延迟Td1和Td2。然后，保护能够使用公式(6)计算新的Tdiff。一旦计算得到新的Tdiff(或者优选其平均值)，保护能够执行回声算法过程并使用公式(3)、(4)和(5)执行回声算法计算，直到检测到下一个通道转换。
采用前述提及的方法，保护能够精确地计算通信故障和时钟误差，所以无论通道延迟是对称的还是非对称的，都能够保持同步性。当非对称性被引入到信道时，保护能够检测到非对称性并发出报警信号以表明通道延迟的非对称性。对比来看，传统的回声算法，当通道变成非对称的时通信延迟和时钟误差是既不可用而且不可靠的。
实施例2
在另一实施例中，每个保护能够在任意时刻经由两个路径向其它保护发送消息，并且经由两个路径从其它保护接收消息。存在两种可能的配置方式：
在第一种配置方案中，保护性线路具有一组差动保护装置(在每个终端设置一个保护)，保护经由两个通道相互通信，例如主通道和次冗余通道。在任意时刻，每个保护能够经由两个路径(主通道中的一个路径和次通道中的另一路径)向其它保护发送消息，以及经由两个路径(主通道中的一个路径和次通道中的另一路径)从其它保护接收消息。
在第二种配置方式中，保护线路具有两组差动保护(双重主保护装置，即主保护装置和次保护装置)；并且每组保护装置分别具有各自的信道。另一相似的情形是，一组并行线路由两组差动保护装置进行保护，其中每个保护装置保护一条线路并分别具有各自的信道。在任意时刻，每个保护能够经由两条路径(一条路径在自身的保护装置的信道中，另一线路经由另一保护装置的信道)向同一保护装置中的另一保护发送消息，并且经由两条路径(一条路径在自身的保护装置的信道中，另一线路经由另一保护装置的信道)从另一保护中接收消息。
配置方式1：保护线路含有一组具有两个信道的差动保护装置。
如图2所示，两个保护，即保护A和保护B，用于保护线路。该保护经由两个信道相互通信，即主通道和次通道。对于保护A来说，经由主通道的发送延迟称为Tp1，并且经由次通道的发送延迟称为Ts1。经由主通道的接收延迟称为Tp2，并且经由次通道的接收延迟称为Ts2。在理想的操作条件下，两个通道具有对称的延迟，即Tp1等于Tp2，并且Ts1等于Ts2。当通道延迟变为非对称的，如下所描述的推荐的方案能够检测到该情形：
步骤1：保护A经由主通道发送消息给保护B。随后，如图3所示，保护B经由主通道和次通道将回声消息回送给保护A。由此，保护A能够通过下述公式(13)和(14)计算整个通信延迟：
Tp1p2＝Tp1+Tp2＝(T5-T1)–(T4-T2) (13)
Tp1s2＝Tp1+Ts2＝(T6-T1)–(T3-T2) (14)
正如前述所解释的那样，T6、T1和T5由保护A得出，而且T3、T2和T4由保护B得出。因此，Tp1s2和Tp1p2的数值是可靠的。
步骤2：保护A经由次通道发送消息给保护B，随后保护B经由次通道和主通道将回声信息会送给保护A。同样的，相应的通信延迟能够通过公式(15)和(16)计算得到。
Ts1s2＝Ts1+Ts2 (15)
Ts1p2＝Ts1+Tp2 (16)
步骤3，保护将Tp1s2与Ts1p2进行比较。如果Tp1s2与Ts1p2(或者优选其平均值)之间的差值大于给定的阈值Tps*thre，则可以确定至少一个通道具有非对称性延迟。如果该非对称性在保护投入使用的开始阶段就被检测到的话，则保护应该发出警报以表明通道延迟的非对称性。如果该非对称性在正常运行阶段被检测到的话，则保护指示通道转换并且流程跳到下一步。
基于信道的抖动特性，根据两对称通道的发送路径和接收路径各自的通信延迟之间的最大可能差异的总和，阈值Tps*thre能够由保护操作员进行设置。例如，根据表1给出的通信延迟，主通道和次通道各自的通信延迟之间的最大可能差值是0.11ms和0.18ms。考虑合理的裕量，阈值Tps*thre能够由保护操作员设置为0.4ms。如果在比较中使用平均值，那么基于通信系统的抖动特性，能够根据两对称通道的发送路径和接收路径各自的通信延迟之间的最大可能差异的总和来设置阈值Tps*thre。例如，根据表1给出的通信延迟，主通道和次通道的各自的通信延迟的平均值之间的最大可能差值分别为0.01ms和0.05ms。考虑到一个合理的裕量，阈值Tps*thre能够由保护操作员设置为0.1ms。
步骤4：保护将Tp1p2、Ts1s2与其先前的数值进行比较。如果Tp1p2、Ts1s2(或者优选其平均值)分别从其先前的数值变化超过给定的阈值Tp*thre和Ts*thre，则保护发出报警以表明两个通道被转换。如果仅有一个通信延迟(Tp1p2或Ts1s2)的变化超过其对应的阈值，则保护发出报警以指示对应于该变化的延迟的主或次通道被转换。在此情况下，由于在通道转换之前能够根据回声算法计算知晓未被转换的通信延迟，因而被转换的通道的新的通信延迟能够使用前述公式(13)、(14)、(15)和(16)加以计算。随后，如实施例1所述，保护能够通过计算通信延迟(Tdiff)之间的差值以及比较Tdiff与Tdiff*thre来检测被转换通道的通道延迟非对称性。保护能够采用实施例1中所述的Tdiff执行回声计算，并将该计算结果用于执行同步。
基于信道的抖动特性，根据发送路径和接收路径未被转换时各自的通信延迟之间的最大可能差异的总和，阈值Tp*thre和Ts*thre能够由保护操作员进行设置。基于简化的角度来说，这两个阈值能够被设置为相同的值。例如，根据表1给出的通信延迟，主通道和次通道各自的通信延迟的最大可能抖动的总和分别为0.2ms和0.25ms。考虑到一个合理的裕量，阈值Tp*thre和Ts*thre能够被设置为0.4ms。如果在比较中使用的是平均值，由于路径未被转换时通信延迟的平均值的最大可能抖动理论上近乎于0，因此，能够仅仅考虑一个合理的裕量来设置阈值Tp*thre和Ts*thre，例如0.1ms。
配置方式2：保护线路(或并行线路)具有两组具有相应信道的差动保护装置。
如图4所示，存在4个保护，即用作主保护装置的保护PA、保护PB和用作次保护装置的保护SA、保护SB。该主保护和次保护通常采用独立的信道，即用于主保护的主通道和用于次保护的次通道。
主通道(P)和次通道(S)的发送/接收延迟分别为Tp1,、Tp2、Ts1和Ts2。如图所示，对于保护PA来说，Tp1经由主通道发送延迟；Tp2经由主通道接收延迟；对于保护SA来说，Ts1经由次通道发送延迟；Ts2经由主通道接收延迟；Tp1p2是仅在主通道上发送和接收消息的延迟，Ts1s2是仅在次通道上发送和接收消息的延迟。相似的，Tp1s2和Ts1p2是既经由主通道又经由次通道发送和接收消息的延迟。在理想的操作情况下，两通道具有对称的延迟，即Tp1等于Tp2并且Ts1等于Ts2。如下所述，当通道延迟变成非对称的，随后推荐的方案能够检测到该情形：
步骤1：保护PA经由主通道发送消息给保护PB。随后，保护PB经由主通道和次通道将回声消息回送给保护PA。由此，保护PA能够计算两个通信延迟：Tp1p2和Tp1s2。
为了保护PB能够经由次通道将回声信息回送给保护PA，首先需要将回声信息发送给保护SB，随后保护SB经由次通道发送该信息至保护SA，最后保护SA发送信息给保护PA。需要说明的是，由保护PB和保护SB之间(以及保护SA和保护PA之间)通信所引入的通信延迟必须被计算并且从总的测量延迟中减去以得到Tp1s2。保护PB和保护SB(或者保护SA和保护PA)之间的通信能够经由GOOSE或其它对等网络通信，并且通信延迟能够通过下述方法中的任意一个或两个来计算：
1)测量电压相位差(两保护测量同一点的电压)。例如，如果保护PB在A相电压的0°发送GOOSE消息给保护SB，并且保护SB在A相电压的18°接收该消息；则延迟为1ms(对于50Hz的系统来说)。
2)或者正如同一变电站中的两保护，其能够容易地被外部时钟(如GPS)或通过其它方式同步。一旦两保护被同步了，则它们很容易计算出通信延迟。
步骤2：与步骤1类似，保护SA能够计算出通信延迟Ts1s2和Ts1p2。随后，保护SA将所计算的Ts1s2和Ts1p2发送给保护PA(反之亦然)。
步骤3：保护PA比较Tp1s2与Ts1p2。如果Tp1s2与Ts1p2之间的差值大于给定的阈值Tps*thre，则能够推断出至少一个通道具有非对称的延迟。如果在保护投入使用的初期就检测到该情形，则保护发出报警以指示通道延迟非对称性。如果在正常操作期间检测到该情形，则表明通道被转换，由此流程跳转至下一步。
步骤4：保护将Tp1p2、Ts1s2与其先前的数值进行比较。如果Tp1p2、Ts1s2(或者其平均值)分别从其先前的数值变化超过给定的阈值Tp*thre和Ts*thre，则保护发出报警以表明两个通道被转换。如果仅有一个通信延迟(Tp1p2或Ts1s2)的变化超过其对应的阈值，则保护发出报警以指示对应于该变化的延迟的主或次通道被转换。在此情况下，由于在通道转换之前能够根据echo计算知晓未被转换的通信延迟，因而被转换的通道的新的通信延迟能够使用前述公式(13)、(14)、(15)和(16)进行计算。随后，如实施例1所述，保护能够通过计算通信延迟(Tdiff)之间的差值以及比较Tdiff与Tdiff*thre来检测被转换通道的通道延迟非对称性。保护能够采用实施例1中所述的Tdiff执行回声算法计算，并将该计算结果用于执行同步。
需要说明的是，用于线路差动保护的通道延迟非对称性是异常条件，而且很少发生。因此，主通道和次通道同时被转换或者具有同样的非对称程度是极为罕见的。因此，在步骤3和4中的判断是非常可靠的。
所提议的方法主要是在保护运行期间，检测通道延迟的非对称性并同步该些保护。在保护的启动期间，通常要求设备现场工程师确保通道延迟的对称性，因此，通道延迟非对称性的风险较小。同样需要注意的是，在实施例2中的方法能够被用于检测保护启动期间的通道延迟的非对称性。还需要注意的是，尽管上文描述的只有两个信道，主通道和次通道被；该方法也是用于具有更多通道的系统中。例如，可以从多通道中的选取任意两个通道，并作为主通道和次通道。而且非对称性的检测和同步方法能够顺序地适用于所选择的通道和其它通道。
前述所表述的实施例能够以合并的方式加以实施。例如，在第二实施例中检测方法能够用于检测通道延迟的非对称性和在第一实施例中的方法能够用于同步保护装置。
前述所描述的方法能够由具有相应单元的硬件控制器来实施。例如，用于同步传输线路保护装置之间的信道的控制器可以包括如下单元。计算单元，重复地计算保护装置的时钟之间的时钟误差以及信道不同路径上的通信延迟。
对比单元，将最新的时钟误差和通信延迟与先前计算得到的时钟误差和通信延迟分别加以比较。第一确定单元，用于在所计算的时钟误差的变化超过第一阈值或者任意一条路径所计算的通信延迟的变化超过第二阈值时，确定发生了通道转换。第二确定单元，用于在通道转换后，如果所计算的不同路径的通信延迟之间的变化超过第三阈值，确定该通道延迟是非对称的。
类似的，用于检测传输线路保护装置之间的信道延迟非对称性的控制器可以包括如下单元。发送和接收单元，用于通过第一通道和第二通道发送和接收数据。第一计算单元，用于计算顺序地通过第一通道和第二通道发送和接收数据的第一延迟。第二计算单元，用于计算顺序地通过第二通道和第一通道发送和接收数据的第二延迟。确定单元，用于如果第一延迟和第二延迟之间的差值超过第五阈值，则确定信道为非对称的。
本发明提供的方法和装置可以以运行在数字计算机上的一段软件，或者采用例如EPROM等技术的硬件方式加以实施。在以硬件的方式实施所提供的方法的情况下，本领域技术人员可以清楚的知晓，用于识别非对称性的每个步骤可以相当于一个独立的硬件构件。
可替代地，所有的步骤或功能可以由集成的处理器加以实现。其中，所有的前述独立单元和构件被合并在一起，用以实施所提议的方法。所有可利用的半导体技术可以被用来制造所述硬件。
本领域技术人员能够构思不脱离本发明范围的各种改进。本发明用于包括在所提议的观念下的所有可能的改进，并且本发明的范围由所附的权利要求书界定，而并非前述具体的实施例。
Claims (9)
1.一种用于检测传输线路保护装置间的信道延迟非对称性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
重复地计算保护装置的时钟之间的时钟误差以及该信道不同路径上的通信延迟；
将最新计算的时钟误差和通信延迟分别与先前计算的时钟误差和通信延迟进行比较；
如果所计算的时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所计算的通信延迟的变化值超过第二阈值；则确定发生了通道转换；以及
如果通道转换后所计算的不同路径的通信延迟之间的差异超过第三阈值，则确定该通道延迟是非对称的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于数据发送与接收路径的通信延迟之间的差异来计算该时钟误差和通信延迟；以及该方法进一步包括：基于所计算的时钟误差和通信延迟，同步由保护装置采样的信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，确定该些通道延迟是非对称的步骤包括：基于该通道转换前所计算的时钟误差，计算该通道转换后发送和接收路径上的通信延迟；以及计算该通道转换后发送和接收路径的通信延迟之间的差异。
4.根据权利要求3所述的方法，计算该通道转换后的通信延迟的步骤进一步包括：
将通道转换后所计算的通信延迟与通道转换前所计算的通信延迟进行比较；
如果所计算的路径的通信延迟的变化值小于第四阈值，识别该通信路径未被转换；
通过未被转换的信道的通信延迟来调整时钟误差；以及
通过所调整的时钟误差，调整数据发送和接收路径的通信延迟。
5.根据权利要求1所述的方法，比较时钟误差和通信延迟的步骤进一步包括：
计算所计算的时钟误差的平均值、所计算的数据发送路径的通信延迟的平均值、所计算的数据接收路径的通信延迟的平均值；
将最新计算的时钟误差与所计算的时钟误差的平均值进行比较；以及
将最新计算的通信延迟与所计算的通信延迟的平均值进行比较。
6.根据权利要求3所述的方法，计算发送和接收路径的通信延迟之间的差异的步骤包括：计算所计算的发送路径的通信延迟的平均值、所计算的接收路径的通信延迟的平均值；以及计算发送路径和接收路径的通信延迟的平均值之间的差异。
7.根据权利要求4所述的方法，比较所计算的通信延迟的步骤包括：
计算在通道转换前所计算的通信延迟的平均值；
计算在该通道转换后所计算的通信延迟的平均值；
将该通道转换后所计算的平均值与该通道转换前所计算的平均值进行比较。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第一和第四阈值取决于保护装置晶振的精度、因通道转换而导致的通信中断时长以及信道的抖动特性；以及该第二和第三阈值取决于该信道的抖动特性。
9.一种用于检测传输线路保护装置间的信道延迟非对称性的装置，其特征在于，所述装置包括：
计算单元，用于重复地计算保护装置的时钟之间的时钟误差以及在该信道不同路径上的通信延迟；
比较单元，用于将最新计算的时钟误差和通信延迟分别与先前计算的时钟误差和通信延迟进行比较；
第一确定单元，用于如果所计算的时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所计算的通信延迟的变化值超过第二阈值，确定发生了通道转换；以及
第二确定单元，用于如果通道转换后所计算的不同路径的通信延迟之间的差异值超过第三阈值，确定该通道延迟是非对称的。
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