CN105141358B - 智能变电站过程层光纤传输延时测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能变电站过程层光纤传输延时测量方法，包括以下步骤：IED发送报文，ICU或者MU应答报文，IED对发送和接收报文进行比较获取光纤传输延时。报文采用超短帧。报文具有标示符和CRC校验。报文仅记录一个计数器字段，每一帧报文对应数据内容可以直接利用上一帧的报文数据内容进行计算。计数器字段仅与设备的本地时钟有关，与绝对时钟无关。采用IED发送超短帧报文，ICU或者MU应答超短帧报文，IED对发送和接收报文进行比较的方法，实现对光纤传输延时的测量。本发明可以有效测量光纤长度差异导致的IED设备获取的信号时间精度误差，为后续对信号时间精度进行补偿，提高IED设备性能提供数据基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量光纤传输延时的方法中的一种通过超短帧报文测量智能变电站过程层光端口的点对点光纤传输延时的方法，尤其涉及一种智能变电站过程层光纤传输延时测量方法。
背景技术
目前，智能变电站过程层网络主要采用光端口的点对点光纤组网方式。过程层设备包括ICU智能控制单元和MU合并单元，间隔层设备IED智能电子设备通过过程层网络与过程层设备通讯。IED与ICU之间通过专用光纤连接独立光端口，ICU发送携带二进制输入/输出信息的GOOSE报文给IED。IED与MU之间通过专用光纤连接独立光端口，MU发送携带采样值的SV报文给IED。
过程层设备的独立光端口通过专用光纤进行连接，每个独立光端口仅能与一台设备进行通信。过程层设备如需要同时跟多个设备通信，那么需要多个独立光端口同时连接多个专用光纤。
当不同的MU或者ICU通过不同长度的专用光纤与IED通讯时，由于信号传输路径的长短不同，将导致IED在同一时刻从不同设备获取的信号并不处于同一时间断面，即IED获取的信号时间精度有误差。
光信号在光纤中传输的速度为光速(约为3x108m/s)的1/2到2/3之间，采用2/3的光速进行计算，即信号传输速率为2x108m/s，以两个MU到同一IED的光纤长度差200m为例，则两个MU发送的SV报文在光纤中的传输延时误差为1us。IED获取的信号时间精度误差取决于光纤长度的差值大小，差值越大，传输引入的误差越大，而在智能变电站内，光纤的长度差会达到500m甚至更大。
IED获取的信号时间精度误差将导致IED设备性能受影响，这种现象在跨间隔设备中为突出。为解决光纤长度差异导致的IED设备获取的信号时间精度下降问题，首先需要对点对点光纤传输延时进行测量，然后可以对信号时间精度进行补偿。
发明内容
为测量智能变电站过程层光端口的点对点光纤传输延时，本文提出了一种智能变电站过程层光纤传输延时测量方法。本发明采用IED发送超短帧报文，ICU或者MU应答超短帧报文，IED对发送和接收报文进行比较的方法，实现对光纤传输延时的测量。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案是：智能变电站过程层光纤传输延时测量方法，其特征在于包括以下步骤：IED发送报文，ICU或者MU应答报文，IED对发送和接收报文进行比较获取光纤传输延时。
进一步的，报文采用超短帧。
进一步的，报文具有标示符和CRC校验。
进一步的，报文仅记录一个计数器字段，每一帧报文对应数据内容可以直接利用上一帧的报文数据内容进行计算。
进一步的，计数器字段仅与设备的本地时钟有关，与绝对时钟无关。
超短帧报文组成部分如下：
1.标示符：默认长度为6个byte，用于唯一的标示装置。
2.计数器：默认长度为4个byte，用于存放IED、MU、ICU等发送超短帧报文时携带发送时刻的计数器值，并在传输过程中存放当前的最新测量计算结果，其中最高位为品质位，用于标识该数据的合法性。
3.CRC：默认长度为4个byte，用于存放超短帧报文的校验和，用于接收端判别接收到的报文是否为有效报文。
超短帧报文测量过程如下：
1.IED组织超短帧报文，标示符默认用IED的MAC地址填充，计数器为全0值，计算CRC校验值并填入CRC字段。
2.IED发送超短帧报文到光端口，在超短帧报文出光端口时记录IED本地计数器的值Count0，并直接插入到超短帧报文的计数器字段。然后重新计算CRC校验值并填入CRC字段。
3.超短帧报文通过光纤传输进入MU或者ICU。
4.MU或者ICU在光端口接收报文时记录超短帧报文进入装置时的本地计数器值Count1，计算Count1-Count0值并回填到超短帧报文的计数器字段。重新计算CRC校验值并填入CRC字段。
5.MU或者ICU将超短帧报文直接送入到光端口进行发送，同时记录发送超短帧报文的时刻Count2，并计算Count2-(Count1-Count0)值并回填到超短帧的计数器字段。重新计算CRC校验值并填入CRC字段。
6.超短帧报文通过光传输进入IED。
7.IED在光端口接收报文时记录超短帧进入装置时的本地计数器值Count3，计算Count3-(Count2-Count1+Count0)值并回填到超短帧的计数器字段。重新计算CRC校验值并填入CRC字段。
8.IED取出计数器字段值，判断品质位是否正确，计算得到本光端口对应的光纤传输延时((Count3-Count2)+(Count1-Count0))/2。
以上过程仅说明了一对点对点光端口的光纤传输延时测量方法，对于不同的点对点光端口可重复以上步骤测量得到每个光端口的光纤传输延时值。
本发明通过测量不同光端口对应的光纤通道传输延时，后续可以对信号时间精度进行补偿，提高IED设备的性能。
附图说明
图1是本发明涉及的智能变电站过程层设备典型点对点组网示意图。
图2是本发明的测量方法示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
实施例1
参见图1和图2，本智能变电站过程层光纤传输延时测量方法，包括以下步骤：IED发送报文，ICU或者MU应答报文，IED对发送和接收报文进行比较获取光纤传输延时。作为优选方案，报文采用超短帧。报文具有标示符和CRC校验。报文仅记录一个计数器字段，每一帧报文对应数据内容可以直接利用上一帧的报文数据内容进行计算。计数器字段仅与设备的本地时钟有关，与绝对时钟无关。
本智能变电站过程层光纤传输延时测量方法提供了一种通过超短帧报文测量智能变电站过程层光端口的点对点光纤传输延时的方法。图1描述了智能变电站过程层设备典型点对点组网情况。IED通过GOOSE报文从不同的ICU获取对应的输入/输出信息，通过SV报文从不同的MU获取对应的采样值信息。由于物理位置分布的客观情况，不同的ICU和MU与IED连接的光纤长度有差异。IED在同一时刻从不同设备获取的信号并不处于同一时间断面，即IED获取的信号时间精度有误差。
图2描述了本发明的测量方法，由于点对点组网方式下，报文的发送和接收链路一致，由连接点对点光纤长度决定信号传输延时，因此发送报文的传输延时和应答报文的传输延时相等，即ΔC1＝ΔC2。在IED、ICU和MU设备的光端口发送和接收报文处增加记录发送和接收报文时刻计数器Count值的环节。
具体过程为，IED组织超短帧报文发送到光端口，在超短帧报文出光端口时记录IED本地计数器的值Count0，并插入到超短帧报文的计数器字段。超短帧报文通过光纤传输进入MU或者ICU。MU或者ICU在光端口接收报文时记录超短帧报文进入装置时的本地计数器值Count1，计算Count1-Count0值并回填到超短帧报文的计数器字段。MU或者ICU将超短帧报文送入到光端口进行发送，记录发送超短帧报文的时刻Count2，计算Count2-(Count1-Count0)值并回填到超短帧的计数器字段。超短帧报文通过光传输进入IED。IED在光端口接收报文时记录超短帧进入装置时的本地计数器值Count3，计算Count3-(Count2-Count1+Count0)值并回填到超短帧的计数器字段。IED取出计数器字段值，判断品质位是否正确，由于ΔC1＝Count1-Count0，ΔC2＝Count3-Count2，因此本光端口对应的光纤传输延时ΔC1＝ΔC2＝((Count3-Count2)+(Count1-Count0))/2。
由于测量交互报文采用超短帧，提高了测量精度，同时降低了对网络已有通讯报文的影响。超短帧报文中仅一个字段记录计数器相关数据，且每一帧报文数据内容可以直接利用上一帧的报文数据内容进行计算，提高了计算效率。超短帧报文具有标示符和CRC校验，提高了报文的可识别性和正确性。
当IED与ICU或者MU的绝对时钟误差为ΔT时，((Count3-(Count2+ΔT))+((Count1+ΔT)-Count0))/2＝((Count3-Count2)+(Count1-Count0))/2。因此当IED与ICU或者MU的绝对时钟有误差时，该方法仍然适用，即测量方法仅与设备的本地时钟有关，与绝对时钟无关，提高了测量方法的鲁棒性。
综上所述，本发明提供了一种通过超短帧报文测量智能变电站过程层光端口的点对点光纤传输延时的方法，可以有效测量光纤长度差异导致的IED设备获取的信号时间精度误差，为后续对信号时间精度进行补偿，提高IED设备性能提供数据基础。
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 (1)
1.一种智能变电站过程层光纤传输延时测量方法，其特征在于包括以下步骤：智能电子设备IED发送报文，智能控制单元ICU或者合并单元MU应答报文，智能电子设备IED对发送和接收报文进行比较获取光纤传输延时；
报文采用超短帧；
报文具有标示符和CRC校验；报文仅记录一个计数器字段，每一帧报文对应数据内容可以直接利用上一帧的报文数据内容进行计算；
计数器字段仅与设备的本地时钟有关，与绝对时钟无关。
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