CN106789434A - 一种采样数据包传输延时测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采样数据包传输延时测量方法及系统，在IEC61850 9‑2标准的采样数据包中添加延时字段，延时字段包括：特殊标识、链路总延时、本环节延时、帧校验；延时字段不影响原数据包的内容（包括帧头、内容、校验）；计算报文从上一个节点出口到本节点出口的链路延时 + 驻留延时，作为本环节延时，并添加到链路总延时里面，最终得到数据接收时刻和原始量之间的绝对延时，实现数据对齐。

Description

一种采样数据包传输延时测量方法及系统

技术领域

本发明涉及一种通过扩展IEC61850 9-2规约实现可靠的采样数据包传输延时的测量方法及系统，属于自动化控制领域。

背景技术

SV(sample value)是智能电网中，智能变电站过程层传输的数字化采样数据简称。目前智能变电站继电保护采用组网模式传输SV采样数据报文的障碍在于，跨间隔的继电保护必须依赖于外部时钟，以保证各采集装置数据采样的同步性。一旦模拟量采集装置或者保护装置失去外部时钟同步，或者外部时钟出现故障，保护功能将推出，也即时钟信息可能成为继电保护功能的安全短板。

组网模式中，SV采样数据包的传输依赖传输设备，传输设备包括传统的交换机或基于无源光网络(PON)组成的数据传输网，报文在传输网内的传输延时是不确定的，如果可以精确测量此传输延时，则保护、模拟量采集装置的数据同步就可以不再依赖于对时系统，相应的可以极大提高保护可靠性。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种采样数据包传输延时测量方法及系统，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种采样数据包传输延时测量方法及系统，解决了智能变电站中自动化设备在组网方式下使用采样值时，必须依赖外部时钟对时的问题。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种采样数据包传输延时测量方法，包括如下步骤：

1)在IEC61850 9-2标准的采样数据包中添加延时字段，延时字段包括：特殊标识、冗余标识、链路总延时、本环节延时、CRC；

2)将采样数据包按照设定格式(原始报文字段+延时字段)封装后发出；

3)定时计算接收端口链路延时，接收到采样数据包后，在采样数据包输出时，计算本环节延时Δt，并将本环节延时Δt填入延时字段的“本环节延时”字段中，同时在采样数据包的“链路总延时”字段加上本环节延时Δt，最后修正CRC，完成采样数据包转发；

4)接收到上述采样数据包后，在校验正确的条件下，将“链路总延时”字段和APDU中的数据延时部分合并，得到数据接收时刻和原始量之间的绝对延时，即可实现数据对齐。

作为优选，步骤2)采样数据包按照设定格式封装后发出，其中延时字段内容为初始值。

作为优选，所述延时字段初始值为0。

一种采样数据包传输延时测量系统，包括：

数据处理模块：在IEC61850 9-2标准的采样数据包中添加延时字段，延时字段包括：特殊标识、冗余标识、链路总延时、本环节延时、CRC；

数据源模块：将采样数据包按照设定格式封装后发出；

报文中继模块：报文中继模块定时计算接收端口链路延时，接收到采样数据包后，在采样数据包输出时，计算本环节延时Δt，并将本环节延时Δt填入延时字段的“本环节延时”字段中，同时在采样数据包的“链路总延时”字段加上本环节延时Δt，最后修正CRC，完成采样数据包转发；

报文使用模块：报文使用模块接收到上述采样数据包后，在校验正确的条件下，将“链路总延时”字段和APDU中的数据延时部分合并，得到数据接收时刻和原始量之间的绝对延时。

作为优选，所述数据源模块被设置为，将采样数据包按照设定格式封装后发出时，延时字段内容为初始值。

作为优选，所述延时字段初始值为0。

上述采样数据包传输延时测量方法及系统，通过扩展IEC61850 9-2规约，在SV报文中加入链路延时信息，基于此扩展规约，传输网设备和终端设备，可以利用FPGA技术，实时计算链路延时和报文驻留时间，报文使用模块得到链路总的延时时间后，将采样数据还原到原始时刻，进而完成采样值的同步处理。

本发明所述的采样数据包传输延时测量方法及系统，解决了智能变电站中自动化设备在组网方式下使用采样值时，必须依赖外部时钟对时的问题。由于扩展规约定义没有改变原报文内容，可以兼容各种配套的工具软件，具备良好的扩展性。对于多级级联的应用场景(如HSR环网)，也提供了故障节点定位的手段，相应提高了系统可靠性。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的数据格式定义图；

图2为本实施例的数据处理流程图；

图3为本实施例的采样数据包传输延时测量系统框图。

具体实施方式

一种采样数据包传输延时测量方法，包括如下步骤：

1)在IEC61850 9-2规约的基础上，增加了单独定义的路径延时字段，使用FPGA实现，具体为：在IEC61850 9-2标准的采样数据包添加延时字段，延时字段不影响原数据包的内容(包括帧头、内容、校验)；所述延时字段包括：特殊标识、冗余标识、链路总延时、本环节延时、CRC，扩展后采样数据包的格式如图1和表1所示；

表1：采样数据包格式

2)将采样数据包按照表1格式封装后发出，其中延时字段内容为初始值，在具体实施过程中，为便于后续数据处理，初始值选0；

3)定时计算接收端口链路延时(使用IEEE1588标准中P2P模式下的链路延时计算方法)，接收到采样数据包后，在采样数据包输出时，计算图2中的本环节延时Δt，并将本环节延时Δt填入表1延时字段的“本环节延时”字段中，同时把采样数据包中“链路总延时”字段加上Δt，最后修正CRC，完成采样数据包转发；

4)接收到上述采样数据包后，在“原始帧校验”和延时字段“帧校验”均正确的条件下，将“链路总延时”字段，和APDU(在IEC61850 9‐2帧格式中定义的“应用数据单元”)中的数据延时部分合并，得到数据接收时刻和原始量之间的绝对延时，即可实现数据对齐。

上述方法基于一种采样数据包传输延时测量系统，如图3所示，包括：

数据处理模块101：通过数据处理模块101在IEC61850 9-2标准的采样数据包中添加延时字段，延时字段包括：特殊标识、冗余标识、链路总延时、本环节延时、CRC；

数据源模块102(通常为合并单元，MergeUnit)：将采样数据包按照表1格式封装后发出，其中延时字段内容为初始值，在具体实施过程中，为便于后续数据处理，初始值选0；

报文中继模块103(交换机或HSR环网中的转发节点)：定时计算接收端口链路延时(使用IEEE1588标准中P2P模式下的链路延时计算方法)，接收到采样数据包后，在采样数据包输出时，计算图2中的本环节延时Δt，并将本环节延时Δt填入表1延时字段的“本环节延时”字段中，同时把采样数据包中“链路总延时”字段加上Δt，最后修正CRC，完成采样数据包转发；

报文使用模块104(通常为继电保护装置、测量控制装置或智能终端装置)：接收到上述采样数据包后，在“原始帧校验”和延时字段“帧校验”均正确的条件下，将“链路总延时”字段，和APDU(在IEC61850 9-2帧格式中定义的“应用数据单元”)中的数据延时部分合并，得到数据接收时刻和原始量之间的绝对延时，即可实现数据对齐。

上述采样数据包传输延时测量方法及系统，通过扩展IEC61850 9-2规约，在SV报文中加入链路延时信息，基于此扩展规约，传输网设备和终端设备，可以利用FPGA技术，实时计算链路延时和报文驻留时间，报文使用模块104得到链路总的延时时间后，将采样数据还原到原始时刻，进而完成采样值的同步处理。

本实施例所述的采样数据包传输延时测量方法，解决了智能变电站中自动化设备在组网方式下使用采样值时，必须依赖外部时钟对时的问题。由于扩展规约定义没有改变原报文内容，可以兼容各种配套的工具软件，具备良好的扩展性。对于多级级联的应用场景(如HSR环网)，也提供了故障节点定位的手段，相应提高了系统可靠性。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (6)

1.一种采样数据包传输延时测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1）在IEC61850 9-2标准的采样数据包中添加延时字段，延时字段包括：特殊标识、冗余标识、链路总延时、本环节延时、CRC；

2）采样数据包按照设定格式封装后发出；

3）定时计算接收端口链路延时，接收到采样数据包后，在采样数据包输出时，计算本环节延时Δt，并将本环节延时Δt填入延时字段的“本环节延时”字段中，同时在采样数据包的“链路总延时”字段加上本环节延时Δt，最后修正CRC，完成采样数据包转发；

4）接收到上述采样数据包后，在校验正确的条件下，将“链路总延时”字段和APDU中的数据延时部分合并，得到数据接收时刻和原始量之间的绝对延时。

2.如权利要求1所述的一种采样数据包传输延时测量方法，其特征在于：步骤2）采样数据包按照设定格式封装后发出，其中延时字段内容为初始值。

3.如权利要求2所述的一种采样数据包传输延时测量方法，其特征在于：所述延时字段初始值为0。

4.一种采样数据包传输延时测量系统，其特征在于包括：

数据处理模块：在IEC61850 9-2标准的采样数据包中添加延时字段，延时字段包括：特殊标识、冗余标识、链路总延时、本环节延时、CRC；

数据源模块：将采样数据包按照设定格式封装后发出；

报文中继模块：报文中继模块定时计算接收端口链路延时，接收到采样数据包后，在采样数据包输出时，计算本环节延时Δt，并将本环节延时Δt填入延时字段的“本环节延时”字段中，同时在采样数据包的“链路总延时”字段加上本环节延时Δt，最后修正CRC，完成采样数据包转发；

报文使用模块：报文使用模块接收到上述采样数据包后，在校验正确的条件下，将“链路总延时”字段和APDU中的数据延时部分合并，得到数据接收时刻和原始量之间的绝对延时。

5.如权利要求4所述的一种采样数据包传输延时测量系统，其特征在于：所述数据源模块被设置为，将采样数据包按照设定格式封装后发出时，延时字段内容为初始值。

6.如权利要求5所述的一种采样数据包传输延时测量系统，其特征在于：所述延时字段初始值为0。