CN107579810B - 一种基于电光同源的帧离散度接收溯源方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电光同源的帧离散度接收溯源方法，其特征在于，所述方法包括：根据输入的标准秒脉冲信号对本地时钟进行校准，获取时钟校准误差值；接收解码以太网报文帧并输出对应的报文帧头起始时刻同步脉冲；分别对以太网报文帧对应的报文帧头同步脉冲的起始时刻和标准脉冲的起始时刻进行捕获，并计算捕获的时间差值；根据所述捕获的时间差值和时钟校准误差值对以太网报文帧对应的报文帧头的捕获时刻进行修正；以及将修正后的以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻信息重新组合打包，附加到原以太网报文帧报文头部，组成新的带有起始时刻信息的以太网报文帧，并将所述新的带有起始时刻信息的以太网报文帧通过以太网发送出去。

Description

一种基于电光同源的帧离散度接收溯源方法及系统

技术领域

本发明涉及智能变电站检测技术领域，并且更具体地，涉及一种基于电光同源的帧离散度接收溯源方法及系统。

背景技术

随着智能变电站建设的深入，智能二次设备的各项指标均大幅提升。为获得高精度的过程层采样数据，对过程层设备的采样精度提出了新的要求，国家电网公司企业标准《Q/GDW 11015-2013模拟量输入式合并单元检测规范》指出合并单元(MU)的报文离散度应不大于10μs，由于部分用于级联的母线合并单元输出采用IEC61850-9-2LE协议报文(简称SV报文)，后级间隔合并单元采用差值算法同步各路信号的误差，对输出的SV报文离散度要求更高，一般不超过2us，否则会影响信号的同步精度。目前国外应用数字化变电站的案例较少，没有合并单元报文离散度的相关研究。目前国内没有建立报文离散度的溯源体系，也没有研制相关的标准器。虽然国内的大部分合并单元测试仪均能对报文离散度进行测试，但是没有进行报文离散度的量值传递，各厂家的测试结果和结果的表达方式各不相同，导致各厂家的测试数据没有参考价值。目前合并单元及合并单元测试仪校准的技术归口单位是中国电力科学研究院，目前中国电力科学研究院对合并单元及合并单元测试仪的溯源主要还是集中在比差、角差的测量，对于合并单元及合并单元测试仪的报文离散度测试的标准还未建立，报文离散度的性能校准目前在国内还是空白。

因此，必须建立报文离散度的量值溯源体系，才能从根本上解决报文离散度测试结果的准确性。

发明内容

本发明提供了一种基于电光同源的帧离散度接收溯源方法及系统，以解决报文离散度的量值溯源确定问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个发明，提供了一种基于电光同源的帧离散度接收溯源方法，所述方法包括：

根据输入的标准秒脉冲信号对本地时钟进行校准，获取时钟校准误差值；

接收解码以太网报文帧并输出对应的报文帧头起始时刻同步脉冲；

分别对以太网报文帧对应的报文帧头同步脉冲的起始时刻和标准脉冲的起始时刻进行捕获，并计算捕获的时间差值；

根据所述捕获的时间差值和时钟校准误差值对以太网报文帧对应的报文帧头的捕获时刻进行修正；以及

将修正后的以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻信息重新组合打包，附加到原以太网报文帧报文头部，组成新的带有起始时刻信息的以太网报文帧，并将所述新的带有起始时刻信息的以太网报文帧通过以太网发送出去。

优选地，其中所述接收解码以太网报文帧并输出对应的报文帧头起始时刻同步脉冲，包括：

采用高速FPGA现场可编程门阵列对报文进行接收解码，获取完整有效的以太网报文帧；

根据接收的以太网报文帧的链路层地址以及以太网类型判断所述接收的以太网报文帧是否为符合IEC61850-9-2LE协议格式的帧数据，若符合，则接收的以太网报文帧为合格帧，输出报文帧头起始同步脉冲；否则，接收到的以太网报文帧不为合格帧，不输出报文帧头起始同步脉冲。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于电光同源的帧离散度接收溯源系统，所述系统包括：时钟校准处理模块、以太网报文帧接收模块、帧头同步捕获处理模块和参数输出模块，

所述时钟校准处理模块，用于根据输入的标准秒脉冲信号对本地时钟进行校准，获取时钟校准误差值；

所述以太网报文帧接收模块，用于接收以太网报文帧并输出对应的报文帧头起始时刻同步脉冲；

所述帧头同步捕获处理模块，用于分别对以太网报文帧对应的报文帧头同步脉冲的起始时刻和标准脉冲的起始时刻进行捕获，并计算捕获的时间差值；用于根据所述捕获的时间差值和时钟校准误差值对以太网报文帧对应的报文帧头的捕获时刻进行修正；以及

所述参数输出模块，用于将修正后的以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻信息重新组合打包，附加到原以太网报文帧报文头部，组成新的带有起始时刻信息的以太网报文帧，并将所述新的带有起始时刻信息的以太网报文帧通过以太网发送出去。

选地，其中所述以太网报文帧接收模块，包括：

采用高速FPGA现场可编程门阵列对报文进行接收解码，获取完整有效的以太网报文帧；

根据接收的以太网报文帧的链路层地址以及以太网类型判断所述接收的以太网报文帧是否为符合IEC61850-9-2LE协议格式的帧数据，若符合，则接收的以太网报文帧为合格帧，输出报文帧头起始同步脉冲；否则，接收到的以太网报文帧不为合格帧，不输出报文帧头起始同步脉冲。

本发明的有益效果在于：

本发明的技术方案从报文离散度的原理和时间特性入手，提出了一种基于FPGA的报文帧头提取及解码的报文接收方法，采用高速FPGA对报文进行接收解码，捕获报文帧头的同步脉冲的起始时刻并利用本地时钟进行校准，修正捕获时间，提高捕获精度，通过对时间特性的测量，实现了报文离散度的量值溯源。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的基于电光同源的帧离散度接收溯源方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的时钟校准的示意图；

图3为根据本发明实施方式的以太网报文帧头同步脉冲的示意图；

图4为根据本发明实施方式的以太网报文帧头同步脉冲起始时刻捕获及修正的示意图；以及

图5为根据本发明实施方式的基于电光同源的帧离散度接收溯源系统500的示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的基于电光同源的帧离散度接收溯源方法100的流程图。如图1所示，所述方法100用于对基于电光同源的帧离散度接收溯源。本发明实施方式的方法100采用高速FPGA现场可编程门阵列对SV(Sampled Value，SV)采样值报文进行接收解码，在获取完整有效报文帧数据后，输出帧起始同步脉冲。通过捕获帧同步脉冲的起始时刻与标准秒脉冲的起始时刻，建立报文帧起始时刻与标准秒脉冲的时间及相位关系，为报文离散度的量值溯源奠定基础，实现了报文离散度的量值溯源。优选地，所述基于电光同源的帧离散度接收溯源方法100从步骤101处开始，在步骤101根据输入的标准秒脉冲信号对本地时钟进行校准，获取时钟校准误差值。图2为根据本发明实施方式的时钟校准的示意图。如图2所示，以输入的标准秒脉冲信号做参考，对本地时钟进行校准，输出时钟误差，作为捕获的以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻的修正参数。

优选地，在步骤102接收解码以太网报文帧并输出对应的报文帧头起始时刻同步脉冲。优选地，其中所述接收解码以太网报文帧并输出对应的报文帧头起始时刻同步脉冲，包括：

采用高速FPGA现场可编程门阵列对报文进行接收解码，获取完整有效的以太网报文帧；

根据接收的以太网报文帧的链路层地址以及以太网类型判断所述接收的以太网报文帧是否为符合IEC61850-9-2LE协议格式的帧数据，若符合，则接收的以太网报文帧为合格帧，输出报文帧头起始同步脉冲；否则，接收到的以太网报文帧不为合格帧，不输出报文帧头起始同步脉冲。由于变电站使用的合并单元采用光传输信号，采用光学的方法对其进行直接测量几乎不可能，必须先将其转化为电信号才能进行分析处理。图3为根据本发明实施方式的以太网报文帧头同步脉冲的示意图。如图3所示，对接收的以太网报文判断为符合IEC61850-9-2LE协议格式的SV报文时，输出报文帧头起始同步脉冲。

优选地，在步骤103分别对以太网报文帧对应的报文帧头同步脉冲的起始时刻和标准脉冲的起始时刻进行捕获，并计算捕获的时间差值。

优选地，在步骤104根据所述捕获的时间差值和时钟校准误差值对以太网报文帧对应的报文帧头的捕获时刻进行修正。图4为根据本发明实施方式的以太网报文帧头同步脉冲起始时刻捕获及修正的示意图。如图4所示，在本发明的实施方式中，分别对以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻与标准秒脉冲的起始时刻进行捕获，并计算两个起始时刻的时间差值，即两个脉冲的相位移，然后依据时钟校准误差值，对以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻的捕获时间进行修正，提高以太网报文帧头捕获时间的精度。

优选地，在步骤105将修正后的以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻信息重新组合打包，附加到原以太网报文帧报文头部，组成新的带有起始时刻信息的以太网报文帧，并将所述新的带有起始时刻信息的以太网报文帧通过以太网发送出去。在将所述新的带有起始时刻信息的以太网报文帧通过以太网发送出去时需要将电信号转换为光信号输出。

图5为根据本发明实施方式的基于电光同源的帧离散度接收溯源系统500的示意图。如图5所示，所述基于电光同源的帧离散度接收溯源系统500包括：时钟校准处理模块501、以太网报文帧接收模块502、帧头同步捕获处理模块503和参数输出模块504。优选地，所述时钟校准处理模块501，用于根据输入的标准秒脉冲信号对本地时钟进行校准，获取时钟校准误差值。

优选地，所述以太网报文帧接收模块502，用于接收以太网报文帧并输出对应的报文帧头起始时刻同步脉冲。选地，其中所述以太网报文帧接收模块502，包括：

采用高速FPGA现场可编程门阵列对报文进行接收解码，获取完整有效的以太网报文帧；

根据接收的以太网报文帧的链路层地址以及以太网类型判断所述接收的以太网报文帧是否为符合IEC61850-9-2LE协议格式的帧数据，若符合，则接收的以太网报文帧为合格帧，输出报文帧头起始同步脉冲；否则，接收到的以太网报文帧不为合格帧，不输出报文帧头起始同步脉冲。

优选地，所述帧头同步捕获处理模块503，用于分别对以太网报文帧对应的报文帧头同步脉冲的起始时刻和标准脉冲的起始时刻进行捕获，并计算捕获的时间差值；用于根据所述捕获的时间差值和时钟校准误差值对以太网报文帧对应的报文帧头的捕获时刻进行修正。

优选地，所述参数输出模块504，用于将修正后的以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻信息重新组合打包，附加到原以太网报文帧报文头部，组成新的带有起始时刻信息的以太网报文帧，并将所述新的带有起始时刻信息的以太网报文帧通过以太网发送出去。

本发明的实施例的基于电光同源的帧离散度接收溯源系统500与本发明的另一个实施例的基于电光同源的帧离散度接收溯源方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (2)

1.一种基于电光同源的帧离散度接收溯源方法，其特征在于，所述方法包括：

根据输入的标准秒脉冲信号对本地时钟进行校准，获取时钟校准误差值；

接收解码以太网报文帧并输出对应的报文帧头起始时刻同步脉冲；

分别对以太网报文帧对应的报文帧头同步脉冲的起始时刻和标准脉冲的起始时刻进行捕获，并计算捕获的时间差值，其中，采用高速FPGA现场可编程门阵列对报文进行接收解码，获取完整有效的以太网报文帧，根据接收的以太网报文帧的链路层地址以及以太网类型判断所述接收的以太网报文帧是否为符合IEC61850-9-2LE协议格式的帧数据，若符合，则接收的以太网报文帧为合格帧，输出报文帧头起始同步脉冲；否则，接收到的以太网报文帧不为合格帧，不输出报文帧头起始同步脉冲；

根据所述捕获的时间差值和时钟校准误差值对以太网报文帧对应的报文帧头的捕获时刻进行修正；以及

将修正后的以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻信息重新组合打包，附加到原以太网报文帧报文头部，组成新的带有起始时刻信息的以太网报文帧，并将所述新的带有起始时刻信息的以太网报文帧通过以太网发送出去；

采用高速FPGA现场可编程门阵列对采样值报文进行接收解码，在获取完整有效报文帧数据后，输出帧起始同步脉冲，通过捕获帧同步脉冲的起始时刻与标准秒脉冲的起始时刻，建立报文帧起始时刻与标准秒脉冲的时间及相位关系，为报文离散度的量值溯源奠定基础，实现了报文离散度的量值溯源。

2.一种基于电光同源的帧离散度接收溯源系统，其特征在于，所述系统包括：时钟校准处理模块、以太网报文帧接收模块、帧头同步捕获处理模块和参数输出模块，

所述时钟校准处理模块，用于根据输入的标准秒脉冲信号对本地时钟进行校准，获取时钟校准误差值；

所述以太网报文帧接收模块，用于接收以太网报文帧并输出对应的报文帧头起始时刻同步脉冲；

所述帧头同步捕获处理模块，用于分别对以太网报文帧对应的报文帧头同步脉冲的起始时刻和标准脉冲的起始时刻进行捕获，并计算捕获的时间差值；用于根据所述捕获的时间差值和时钟校准误差值对以太网报文帧对应的报文帧头的捕获时刻进行修正，其中，采用高速FPGA现场可编程门阵列对报文进行接收解码，获取完整有效的以太网报文帧，根据接收的以太网报文帧的链路层地址以及以太网类型判断所述接收的以太网报文帧是否为符合IEC61850-9-2LE协议格式的帧数据，若符合，则接收的以太网报文帧为合格帧，输出报文帧头起始同步脉冲；否则，接收到的以太网报文帧不为合格帧，不输出报文帧头起始同步脉冲；以及

所述参数输出模块，用于将修正后的以太网报文帧头同步脉冲的起始时刻信息重新组合打包，附加到原以太网报文帧报文头部，组成新的带有起始时刻信息的以太网报文帧，并将所述新的带有起始时刻信息的以太网报文帧通过以太网发送出去；

采用高速FPGA现场可编程门阵列对采样值报文进行接收解码，在获取完整有效报文帧数据后，输出帧起始同步脉冲，通过捕获帧同步脉冲的起始时刻与标准秒脉冲的起始时刻，建立报文帧起始时刻与标准秒脉冲的时间及相位关系，为报文离散度的量值溯源奠定基础，实现了报文离散度的量值溯源。

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