CN109600289A - 智能变电站用hsr环网内及环网间数据收发方法及保护 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能变电站用HSR环网内数据收发方法，所述HSR环网内包括依次首尾相连的多个数据收发节点设备，数据以HSR的方式在所述多个数据收发节点设备之间依次收发；对于任一数据收发节点设备，从所述数据报文的预先设定的字段中提取出累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T，将所述本地网络时延td与所述累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T的和值作为累积至所述数据收发节点设备的总网络延时TT。本发明提供的数据收发方法，实现了准确地获取电网采样数据在HSR通信网络内各数据收发节点处的累积网络延时；根据该累积网络延时，各保护可以准确地确定接收到的电网采样数据的采样时刻。

Description

智能变电站用HSR环网内及环网间数据收发方法及保护

技术领域

本发明属于继电保护技术领域，并且更具体地，涉及一种智能变电站用HSR环网内和HSR环网间数据收发方法、保护间隔和智能变电站。

背景技术

为降低网络故障对通信安全的影响，通信网络的冗余设计非常必要。智能变电站中常用的通信网络冗余配置方案为：对于220kV及以上电压等级，配置双套保护，其中每套保护为组单网模式；对110kV及以下电压等级，配置单套保护，且组同源双网模式。这种通信网络冗余配置方案通过增加保护设备或增加通信网络来提高系统的可靠性，构成复杂，设备众多。另一方面，冗余的设备或网络对互操作性也带来不利影响。

发明内容

本发明提出一种智能变电站用HSR环网内数据收发方法、一种智能变电站用HSR环网间数据收发方法、基于HSR环网的智能变电站保护间隔和基于HSR环网的智能变电站，旨在解决现有技术中通过硬件冗余实现高可靠冗余网络时构成复杂、互操作性差的问题。

第一方面，本发明提出一种智能变电站用HSR环网内数据收发方法，

所述HSR环网内包括依次首尾相连的多个数据收发节点设备，每一所述数据收发节点设备设置有接收端口和发送端口，

数据以HSR的方式在所述多个数据收发节点设备之间依次收发；

对于所述HSR环网内的任一数据收发节点设备：

在从接收端口接收到数据报文时，所述数据收发节点设备确定接收到所述数据报文的本地接收时标t1；

在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文为待转发报文时，确定从发送端口发出所述数据报文的本地发送时标t2，并将所述本地发送时标t2与所述本地接收时标t1的差值作为数据报文在所述数据收发节点设备处的本地网络时延td；

从所述数据报文的预先设定的字段中提取出累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T，将所述本地网络时延td与所述累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T的和值作为累积至所述数据收发节点设备的总网络延时TT，其中，所述上一个数据收发节点设备在沿当前数据发送方向的相反方向上，与所述数据收发节点设备相邻；

将所述累积至所述数据收发节点设备的总网络延时TT写入到接收到的数据报文的预先设定字段中，以更新所述接收到的数据报文的预先设定字段；

从发送端口发送所述预先设定字段被更新后的数据报文。

具体地，还包括：

在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文的目标设备为当前的数据收发节点设备时，

根据所述本地接收时标t1和从所述数据报文的预先设定的字段中提取出的累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T，所述数据收发节点设备确定所述数据报文的业务内容对应的数据采样时刻为所述本地接收时标t1与所述总网络延时T的差值。

具体地，还包括：

在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文的目标设备为当前的数据收发节点设备时，当前的数据收发节点设备设置与所述数据报文的业务内容对应的标识量为已接收，以在随后从所述发送端口接收到业务内容相同的另一个数据报文时，忽略所述另一个数据报文。

具体地，所述数据报文为SV报文；

所述预先设定字段为reserve字段；

所述数据收发节点设备将接收到“RXDV”上升沿的本地时间确定为接收到所述数据报文的本地接收时标t1；

所述数据收发节点设备将接收到“TXEN”上升沿的本地时间确定为发送数据报文的本地发送时标t2。

具体地，所述数据收发节点设备为以下任一种：智能终端，合并单元，变压器保护，测控装置，线路保护和母线保护。

第二方面，本发明提供一种智能变电站用HSR环网间数据收发方法，

用于实现两个HSR环网之间的收据收发；

所述两个HSR环网通过HSR交换机连接；

每个所述HSR环网内包括依次首尾相连的多个数据收发节点设备，每一所述数据收发节点设备设置有接收端口和发送端口；

所述至少两个HSR环网包括第一HSR环网和第二HSR环网；

数据报文自第一HSR环网内的第一数据收发节点设备经所述HSR交换机发送至所述第二HSR环网内的第二数据收发节点设备，包括以下步骤：

所述第一数据收发节点设备通过HSR方式将数据报文发送至在第一HSR环网内与所述HSR交换机直连的第三数据收发节点设备，

所述第三数据收发节点设备采用权利要求1所述的方法确定所述数据报文在第一HSR环网内累积至所述第三数据收发节点设备的环内网络延时TT1；

所述HSR交换机将从所述第三数据收发节点接收到的所述数据报文发送至在第二HSR环网内与其直连的第四数据收发节点设备，并采用权利要求1所述的方法确定所述数据报文累积至所述HSR交换机的转发网络延时TT2；

所述第四数据收发节点设备通过HSR方式将所述数据报文自发送至所述第二数据收发节点设备，

所述第二数据收发节点设备采用权利要求1所述的方法确定所述数据报文在第二HSR环网内累积至所述第二数据收发节点设备的环间网络延时TT3。

具体地，还包括：

在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文的目标设备为所述第四数据收发节点设备时，

所述第四数据收发节点设备根据接收到所述数据报文时的本地接收时标tt1和从所述数据报文的预先设定的字段中提取出的累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时TN，确定所述数据报文的业务内容对应的数据采样时刻为所述本地接收时标tt1与所述总网络延时TN的差值。

具体地，所述数据报文为SV报文；

所述预先设定字段为reserve字段；

所述数据收发节点设备将接收到“RXDV”上升沿的本地时间确定为接收到所述数据报文的本地接收时标t1；

所述数据收发节点设备将接收到“TXEN”上升沿的本地时间确定为发送数据报文的本地发送时标t2。

第三方面，本发明提供一种基于HSR环网的智能变电站保护间隔，包括：

至少一个设置有HSR收发功能的智能终端，

至少一个设置有HSR收发功能的合并单元，

至少一个设置有HSR收发功能的测控装置，

至少一个设置有HSR收发功能的保护装置，所述保护装置为线路保护、母线保护或变压器保护；

所述智能终端、合并单元、测控装置和保护装置根据预先设定的连接关系依次连接。

第四方面，本发明提供一种基于HSR环网的智能变电站，包括：

多个在第三方面中说明的基于HSR环网的智能变电站保护间隔；

至少一个HSR交换机；

每个所述智能变电站保护间隔与至少一个HSR交换机连接；

每个HSR交换机以星形拓扑与多个基于HSR环网的智能变电站保护间隔连接。

本发明提供的智能变电站用HSR环网内数据收发方法，实现了准确地获取电网采样数据在HSR通信网络内各数据收发节点处的累积网络延时；根据该累积网络延时，各保护可以准确地确定接收到的电网采样数据的采样时刻，从而实现了不依赖外部对时即可以通过网络通信的方式获取合并单元采集到的具备同步信息的电网运行数据。

本发明提供的智能变电站用HSR环网间数据收发方法在准确地获取数据在HSR通信网络内各数据收发节点处的累积网络延时的基础上，进一步准确地获取电网采样数据在跨保护间隔内的各数据收发节点处的累积网络延时；根据该累积网络延时，各保护节点可以准确地确定接收到的电网采样数据的采样时刻；从而实现不依赖外部对时，即可以网络通信的方式获取跨间隔的合并单元采集到的具备同步信息的电网运行数据。

也即，来自不同保护间隔内的电网采样数据均可以准确地确定经过各HSR收发节点的累积网络延时；在各保护处，经过时间补偿后，就可以确定接收到的电网采样数据的采样时刻，从而将同一个电网采样数据在各保护处统一到相同的采样时间点，实现不依赖外部时钟的同步网络采样。

本发明提供的基于HSR环网的智能变电站保护间隔，可以执行第一方面中说明的智能变电站用HSR环网内数据收发方法，因此相同的技术效果，这里不再赘述。

本发明提供的基于HSR环网的智能变电站，可以执行第二方面中说明的智能变电站用HSR环网间数据收发方法，因此相同的技术效果，这里不再赘述。

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为本发明一个实施例的智能变电站用HSR环网内数据收发方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例的智能变电站用HSR环网间数据收发方法的流程示意图；

图3为本发明一个实施例的HSR网络数据收发示意图；

图4是本发明一个实施例的数据收发节点设备的HSR接口模块的功能及组成示意图；

图5是本发明一个实施例的HSR节点数据收发方法的流程示意图；

图6是本发明一个实施例的基于HSR环网的智能变电站用变压器保护间隔的组成示意图；

图7是本发明一个实施例的基于HSR环网的智能变电站的跨间隔保护的示意图。

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。

目前，智能变电站中，通过电子式互感器将一次系统的电压、电流量转化为远端模块可以直接采样的弱电量，远端模块采样后经光纤发送给合并单元，合并单元重新组帧后遵循IEC60044-8定义的串行数据接口标准，使用光纤发送给线路保护、变压器保护、母差保护、测控装置、计量设备和故障录波等装置。

通常，智能变电站采用星型网络结构，冗余设计是由设备双重化或网络双重化来实现。IEC 62439(High availability automation networks)高可用性自动化网络标准基于IEC61850的智能变电站未来的发展趋势公开了HSR(high availability seamlessredundancy)网络冗余模式。该网络冗余方式适用于未来二次设备下放需求，既能简化网络设计，又能提高系统可靠性。

应该理解为，每一个间隔层内组成一个封闭的HSR环网，该HSR环网内的各个节点设备均具有HSR方式收发数据的功能。

HSR是IEC 62439定义的一种无缝切换网络冗余方式。如图3所示，具有HSR功能模块的网络节点设备不通过交换机而是通过各自的网络收发端口(也即HSR功能模块)相连，形成菊花链结构。如图4所示，每一个HSR节点既可以接收数据，也可以发送数据；接收数据和发送数据时并行的。也即，可以在接收第一数据的同时，发送第二数据。图4展示了计算延时和记录延时的流程。从图4中可以看出，发送和接受端口的参数和性能是相同的，可以统称为收发端口；针对某一个工作时刻，根据当前收发数据的状态，可以定义为接收端200或发送端100。

物理上，每一个HSR节点均设置在一个数据接收插件上，该数据接收发送插件上设置有HSR冗余处理模块，该HSR冗余处理模块具有至少2个网口。在逻辑上，这2个网口对于上层协议栈而言，具有相同的地址。这2个网口分别用于接收及转发数据。

物理上，这2个网口在该数据接收插件上分别具有各自的标识，具有独立的硬件连接关系；这2个网口可能同时故障，也可能同时正常，也可能其中一个发生故障。

发送数据时，该数据传输链路中的发送节点(也即源节点)将每个接收到或生成的以太网帧分别按照顺时针和逆时针2个方向(在该环网中的方向)从其2个网口发送，也即“A”包和“B”包。

相应地，如图3所示，该数据传输链路中的目标节点会从2个方向分别接收到相同的2帧信息；该目标节点在接收到该以太网帧后，处理其中一帧，丢弃另一帧(“A”包或“B”包)。具体地，将最先接收到的以太网帧进行解析等处理操作；将后接收的以太网帧直接丢弃。

该数据传输链路中的非目标节点会将接收到的以太网帧继续转发给相邻节点。因此基于HSR的数据传输链路在出现物理链路损坏或某个网络节点故障时，可以从另一方向传输信息，从而实现了了无缝切换的冗余效果。

基于HSR的数据传输链路中，HSR节点的网口直接相连，数据传输链路中不再需要设置交换机，降低了系统的复杂度，也有利于降低成本。

多个HSR环网通过HSR交换机可以组成星形拓扑。HSR交换机包括两个模式，一个是冗余模式Redbox；一个用于转发的模式Quadbox。如图6和图7所示，间隔内环网上的保护等装置自身实现Redbox功能；跨间隔的数据，即本文中装置需要转发到环外的数据需HSR交换机的Quadbox。

目前智能变电站中的继电保护采用的“网采网跳”模式的技术障碍在于，要实现跨间隔保护必须依赖于外部时钟；当失去外部时钟或外部时钟出现故障时，跨间隔保护将主动退出运行。

具体地，对于跨间隔保护，当失去外部时钟时，跨间隔保护接收到的采样数据的绝对时间不准确，不能实现不同保护设备采样数据的准确同步，这时，跨间隔保护会主动退出，失去保护功能。

应该理解为，该外部时钟是通信网络中的节点设备从网络中的授时设备(该时钟源也是通信网络中的一个节点设备)获取的绝对时间。

该实施例利用HSR转发延时可测技术，精确计算报文经过每一个HSR节点的驻留延时ΔT并写入到SV报文内；在数据报文到达保护装置时，保护装置利用合并单元MU的固有延时和HSR链路上的驻留总延时ΔT还原收到的来自不同间隔的采样数据的绝对发生时刻，从而可以完成采样值的同步处理。

这种采样时钟对齐的方式体现了采样数据“谁使用谁同步”的基本原则，高效、准确。

其原理是，支持HSR的硬件设备可以提供报文在该HSR节点的驻留时间。把在HSR通信链路上的各节点的驻留时间依次累加，就可以得各节点处的时间延时。利用该时间延时，作为时间补偿量，就可以实现跨间隔的不同保护之间的同步采样。

第一方面，如图1所示，该实施例的智能变电站用HSR环网内数据收发方法，

所述HSR环网内包括依次首尾相连的多个数据收发节点设备，每一所述数据收发节点设备设置有接收端口和发送端口，

数据以HSR的方式在所述多个数据收发节点设备之间依次收发；

对于所述HSR环网内的任一数据收发节点设备：

步骤S11：在从接收端口接收到数据报文时，所述数据收发节点设备确定接收到所述数据报文的本地接收时标t1；

步骤S12：在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文为待转发报文时，确定从发送端口发出所述数据报文的本地发送时标t2，并将所述本地发送时标t2与所述本地接收时标t1的差值作为数据报文在所述数据收发节点设备处的本地网络时延td；

步骤S13：从所述数据报文的预先设定的字段中提取出累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T，将所述本地网络时延td与所述累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T的和值作为累积至所述数据收发节点设备的总网络延时TT，其中，所述上一个数据收发节点设备在沿当前数据发送方向的相反方向上，与所述数据收发节点设备相邻；

步骤S14：将所述累积至所述数据收发节点设备的总网络延时TT写入到接收到的数据报文的预先设定字段中，以更新所述接收到的数据报文的预先设定字段；

步骤S15：从发送端口发送所述预先设定字段被更新后的数据报文。

具体地，在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文的目标设备为当前的数据收发节点设备时，

根据所述本地接收时标t1和从所述数据报文的预先设定的字段中提取出的累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T，所述数据收发节点设备确定所述数据报文的业务内容对应的数据采样时刻为所述本地接收时标t1与所述总网络延时T的差值。

应该理解为，本地接收时标t1为绝对时刻，是由当前的数据收发节点设备的本地时钟确定的。

具体地，如图5所示，在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文的目标设备为当前的数据收发节点设备时，当前的数据收发节点设备设置与所述数据报文的业务内容对应的标识量为已接收，以在随后从所述发送端口接收到业务内容相同的另一个数据报文时，忽略所述另一个数据报文。

应该理解为，报文中除外业务内容，还有报文基本信息等其他内容。

应该理解为，这里的“忽略”即为不处理，与图5中的处理步骤相同。

具体地，所述数据报文为SV报文；

所述预先设定字段为reserve字段；

所述数据收发节点设备将接收到“RXDV”上升沿的本地时间确定为接收到所述数据报文的本地接收时标t1；

所述数据收发节点设备将接收到“TXEN”上升沿的本地时间确定为发送数据报文的本地发送时标t2。

具体地，所述数据收发节点设备为以下任一种：智能终端，合并单元，变压器保护，测控装置，线路保护和母线保护。

该实施例提供的智能变电站用HSR环网内数据收发方法，实现了准确地获取电网采样数据在HSR通信网络内各数据收发节点处的累积网络延时；根据该累积网络延时，各保护可以准确地确定接收到的电网采样数据的采样时刻，从而实现了不依赖外部对时即可以网络通信的方式获取合并单元采集到的电网运行数据。

第二方面，如图2所示，该实施例提供一种智能变电站用HSR环网间数据收发方法，

用于实现两个HSR环网之间的收据收发；

所述两个HSR环网通过HSR交换机连接；

每个所述HSR环网内包括依次首尾相连的多个数据收发节点设备，每一所述数据收发节点设备设置有接收端口和发送端口；

所述至少两个HSR环网包括第一HSR环网和第二HSR环网；

数据报文自第一HSR环网内的第一数据收发节点设备经所述HSR交换机发送至所述第二HSR环网内的第二数据收发节点设备，包括以下步骤：

步骤S21：所述第一数据收发节点设备通过HSR方式将数据报文发送至在第一HSR环网内与所述HSR交换机直连的第三数据收发节点设备，

所述第三数据收发节点设备采用权利要求1所述的方法确定所述数据报文在第一HSR环网内累积至所述第三数据收发节点设备的环内网络延时TT1；

步骤S22：所述HSR交换机将从所述第三数据收发节点接收到的所述数据报文发送至在第二HSR环网内与其直连的第四数据收发节点设备，并采用权利要求1所述的方法确定所述数据报文累积至所述HSR交换机的转发网络延时TT2；

步骤S23：所述第四数据收发节点设备通过HSR方式将所述数据报文自发送至所述第二数据收发节点设备，

所述第二数据收发节点设备采用权利要求1所述的方法确定所述数据报文在第二HSR环网内累积至所述第二数据收发节点设备的环间网络延时TT3。

应该理解为，这里的“直连”是指数据收发节点设备直接接入到交换机。

以上说明了在两个HSR环网之间的收据收发方法。应该理解为，如图7所示的智能变电站中，在一个HSR交换机通过星形总线方式连接的多个保护间隔中，在两个HSR环网之间跨间隔通信的每一组保护，均可适用上述方法。

具体地，在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文的目标设备为所述第四数据收发节点设备时，

所述第四数据收发节点设备根据接收到所述数据报文时的本地接收时标tt1和从所述数据报文的预先设定的字段中提取出的累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时TN，确定所述数据报文的业务内容对应的数据采样时刻为所述本地接收时标tt1与所述总网络延时TN的差值。

具体地，所述数据报文为SV报文；

所述预先设定字段为reserve字段；

所述数据收发节点设备将接收到“RXDV”上升沿的本地时间确定为接收到所述数据报文的本地接收时标t1；

所述数据收发节点设备将接收到“TXEN”上升沿的本地时间确定为发送数据报文的本地发送时标t2。

该实施例提供的智能变电站用HSR环网间数据收发方法在准确地获取数据在HSR通信网络内各数据收发节点处的累积网络延时的基础上，进一步准确地获取电网采样数据在跨保护间隔内的各数据收发节点处的累积网络延时；根据该累积网络延时，各保护节点可以准确地确定接收到的电网采样数据的采样时刻；从而实现不依赖外部对时，即可以网络通信的方式获取跨间隔的合并单元采集到的电网运行数据。

也即，来自不同保护间隔内的电网采样数据均可以准确地确定经过各HSR收发节点的累积网络延时；在各保护处，经过时间补偿后，就可以确定接收到的电网采样数据的采样时刻，从而将同一个电网采样数据在各保护处统一到相同的采样时间点，实现不依赖外部时钟的同步网络采样。

第三方面，本发明一个实施例的基于HSR环网的智能变电站保护间隔，包括：

至少一个设置有HSR收发功能的智能终端，

至少一个设置有HSR收发功能的合并单元，

至少一个设置有HSR收发功能的测控装置，

至少一个设置有HSR收发功能的保护装置，所述保护装置为线路保护、母线保护或变压器保护；

所述智能终端、合并单元、测控装置和保护装置根据预先设定的连接关系依次连接。

该实施例提供的基于HSR环网的智能变电站保护间隔，可以执行第一方面中说明的智能变电站用HSR环网内数据收发方法，因此相同的技术效果，这里不再赘述。

如图6所示，为变压器保护间隔的示意图。

第四方面，如图7所示，该实施例提供一种基于HSR环网的智能变电站，包括：

多个在第三方面中说明的基于HSR环网的智能变电站保护间隔；

至少一个HSR交换机；

每个所述智能变电站保护间隔与至少一个HSR交换机连接；

每个HSR交换机以星形拓扑与多个基于HSR环网的智能变电站保护间隔连接。

与Quadbox连接的，可以是间隔内的任一设备，如：合并单元、测控装置、保护装置、智能终端。

如图7所示，线路间隔、变压器间隔分别基于HSR模块独立成环，并通过Redbox接到HSR交换机组成跨间隔保护。

在每一个环内，间隔的接点数较少，通过本申请提出的HSR可测延时技术进行补偿，采用网络直采方式，不依赖外部对时，就可以避免外部时钟故障带来的失效，从而提高可靠性。

而母差、站域、测控的跨间隔保护则采用常规的数字化保护装置。这些常规的跨间隔保护与线路、变压器环均有数据交互，在这个更大的网络内，本着简单、可靠的原则采用网络采样的方式。

具体地，跨间隔设备采用Quadbox接入方式；在保护装置信号接入方式方面，为了提高母差保护的可靠性，跨间隔信号接入时也可采用Quadbox接入方式。而测控、站域保护仍通过交换机采用网络采样方式。

图7也可展示间隔保护采样和跨间隔保护采样的含义。

该实施例提供的基于HSR环网的智能变电站，可以执行第二方面中说明的智能变电站用HSR环网间数据收发方法，因此相同的技术效果，这里不再赘述。

具体地，本发明的一个实施例提供一种基于HSR的节点传输延时可测技术，利用HSR模块实时地记录包括有采样数据的报文在节点设备本地传输时的接收和发送时间；采样数据的目标节点通过解析报文，确定该采样数据的累积延时时间，从而可以实现网络中多个目标节点接收到的数据具有相同的确定网络中各节点设备相对于数据源的延时时间，实现网络内采样数据的同步，摆脱对外部时钟的依赖。

具体地，本发明的一个实施例提供基于HSR的智能变电站间隔内保护系统，将远端模块、合并单元、线路保护、变压器保护、母差保护、测控装置、计量设备和故障录波等装置组成一个封闭的HSR通信网络。

也即，这个基于HSR的数据传输链路，包括多个支持HSR功能的节点设备，这些HSR节点设备依次连接并组成一个封闭的环形链路。

在每一个间隔保护小室内，所有装置组成一个封闭的HSR通信网络；这些装置可以是：保护(多种类型)、合并单元MU、智能终端等。

应该理解为，智能终端也叫智能操作箱，用于采集开关位置信息，执行跳闸合闸命令等。

具体地，某一个节点设备可能不需要接收及处理该采样数据，但是处于环网当中，该装置具有转发该采样数据的功能。

具体地，本发明的一个实施例提供基于HSR的智能变电站跨间隔保护系统，将多个封闭的HSR通信网络通过HSR交换机连接。

以该HSR网络中的节点设备保护装置为例。保护装置接收到采样值报文，提取记录在报文中总延时，该延时是一个相对时间。不同源头的采样值报文均经过延时计算后，再分别进行时间补偿，将采样值统一到一个时间点，就可以实现不依赖外部时钟的同步网络采样。

在一个保护间隔小室或跨间隔的多个保护小室内，设置有多个合并单元，这些合并单元获得数据的时刻并不能保证是同步的，以及这些合并单元的采样数据传递到保护单元时，链路延迟也是不能忽略的。所以具有HSR功能的节点设备可以通过相对量补偿的方式替代绝对的外部授时装置。

具体地，具有HSR功能的保护从一个方向收到一帧报文后，将这一帧报文标记为本设备不再需要接收的报文；如果保护再收到另一个方向转发的相同的报文，根据本节点的标记，直接扔掉；如果另一个方向断链，收不到，也不需要等。

应该理解为，数据在光纤链路上的传输时间相比，数据报文在光纤链路上是光速传播，链路上的传播延时的时间很短；相对于HSR节点处理转发报文的驻留时间，可以忽略。

具体地，在智能变电站的各支持HSR功能的节点设备中，可以通过底层的HRS硬件模块实现冗余，经Interlink接口输入到保护装置的CPU中，这时，保护装置的CPU看到的是冗余处理之后的单份数据。

应该理解为，这里的网络采样，是指采样经过交换机；网络直采，是指采样不经过HSR交换机。

具体地，把每条报文在HSR节点设备的进出延时差ΔT即时填写到报文保留字段，供后续环节解析加工。

具体地，记前面传输环节的延时td(单位ns)，保存在SV报文的reserve字段；其中，本地节点接收到的“RXDV”上升沿的本地时标记为t1，本地节点发送时的“TXEN”上升沿的本地时标记为t2。

在一个节点处，报文内该字段的数值被更新，其物理含义是源节点到当前节点的路径延时。

在输入端口，用T1＝(td-t1)替换reserve字段内的内容；

在输出端口，用T2＝(T1+t2)替换reserve字段，即可实现Redbox或Quadbox节点HSR端口转发的延时计算并嵌入报文。

这样，SV报文经过的每一个转发节点都累加了转发延时；保护收到后，再把MU处理采样值的额定延时加上，即可算出总的延时。

保护装置读取经过HSR节点的网络延时△T，与MU额定延时进行累加，获取SV数据链路传输总延时；

根据累计出来的网络总延时，对采样值数据进行时间补偿。

保护装置采用“点对点”原理实现跨间隔数据同步，仍采用谁使用谁同步的方法，解决对外部同步时钟的依赖问题。

本发明的一个实施例公开了一种基于HSR的智能变电站数据延时可测方法，解决间隔保护对时钟的依赖问题；另外，降低了设备功耗，解决由于大量使用交换机而导致变电站建设成本较高的问题，且实现了数据的无缝切换，大大提高了网络采样系统的运行可靠性。

以上各实施例可以用于对现有智能站网络系统的改造，提高系统运行可靠性。对于新一代智能变电站中的二次设备就地下放或敞开式安装情况，基于分布式综合布线模式的HSR技术优势将更加突出。

以上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 (10)

1.一种智能变电站用HSR环网内数据收发方法，其特征在于，

所述HSR环网内包括依次首尾相连的多个数据收发节点设备，每一所述数据收发节点设备设置有接收端口和发送端口，

数据以HSR的方式在所述多个数据收发节点设备之间依次收发；

对于所述HSR环网内的任一数据收发节点设备：

在从接收端口接收到数据报文时，所述数据收发节点设备确定接收到所述数据报文的本地接收时标t1；

在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文为待转发报文时，确定从发送端口发出所述数据报文的本地发送时标t2，并将所述本地发送时标t2与所述本地接收时标t1的差值作为数据报文在所述数据收发节点设备处的本地网络时延td；

从所述数据报文的预先设定的字段中提取出累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T，将所述本地网络时延td与所述累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T的和值作为累积至所述数据收发节点设备的总网络延时TT，其中，所述上一个数据收发节点设备在沿当前数据发送方向的相反方向上，与所述数据收发节点设备相邻；

将所述累积至所述数据收发节点设备的总网络延时TT写入到接收到的数据报文的预先设定字段中，以更新所述接收到的数据报文的预先设定字段；

从发送端口发送所述预先设定字段被更新后的数据报文。

2.根据权利要求1所述的数据收发方法，其特征在于，还包括：

在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文的目标设备为当前的数据收发节点设备时，

根据所述本地接收时标t1和从所述数据报文的预先设定的字段中提取出的累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时T，所述数据收发节点设备确定所述数据报文的业务内容对应的数据采样时刻为所述本地接收时标t1与所述总网络延时T的差值。

3.根据权利要求1所述的数据收发方法，其特征在于，还包括：

在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文的目标设备为当前的数据收发节点设备时，当前的数据收发节点设备设置与所述数据报文的业务内容对应的标识量为已接收，以在随后从所述发送端口接收到业务内容相同的另一个数据报文时，忽略所述另一个数据报文。

4.根据权利要求1所述的数据收发方法，其特征在于，

所述数据报文为SV报文；

所述预先设定字段为reserve字段；

所述数据收发节点设备将接收到“RXDV”上升沿的本地时间确定为接收到所述数据报文的本地接收时标t1；

所述数据收发节点设备将接收到“TXEN”上升沿的本地时间确定为发送数据报文的本地发送时标t2。

5.根据权利要求1所述的数据收发方法，其特征在于，

所述数据收发节点设备为以下任一种：智能终端，合并单元，变压器保护，测控装置，线路保护和母线保护。

6.一种智能变电站用HSR环网间数据收发方法，其特征在于，

用于实现两个HSR环网之间的收据收发；

所述两个HSR环网通过HSR交换机连接；

每个所述HSR环网内包括依次首尾相连的多个数据收发节点设备，每一所述数据收发节点设备设置有接收端口和发送端口；

所述至少两个HSR环网包括第一HSR环网和第二HSR环网；

数据报文自第一HSR环网内的第一数据收发节点设备经所述HSR交换机发送至所述第二HSR环网内的第二数据收发节点设备，包括以下步骤：

所述第一数据收发节点设备通过HSR方式将数据报文发送至在第一HSR环网内与所述HSR交换机直连的第三数据收发节点设备，

所述第三数据收发节点设备采用权利要求1所述的方法确定所述数据报文在第一HSR环网内累积至所述第三数据收发节点设备的环内网络延时TT1；

所述HSR交换机将从所述第三数据收发节点接收到的所述数据报文发送至在第二HSR环网内与其直连的第四数据收发节点设备，并采用权利要求1所述的方法确定所述数据报文累积至所述HSR交换机的转发网络延时TT2；

所述第四数据收发节点设备通过HSR方式将所述数据报文自发送至所述第二数据收发节点设备，

所述第二数据收发节点设备采用权利要求1所述的方法确定所述数据报文在第二HSR环网内累积至所述第二数据收发节点设备的环间网络延时TT3。

7.根据权利要求6所述的数据收发方法，其特征在于，还包括：

在根据接收到的所述数据报文确定所述数据报文的目标设备为所述第四数据收发节点设备时，

所述第四数据收发节点设备根据接收到所述数据报文时的本地接收时标tt1和从所述数据报文的预先设定的字段中提取出的累积至上一个数据收发节点设备的总网络延时TN，确定所述数据报文的业务内容对应的数据采样时刻为所述本地接收时标tt1与所述总网络延时TN的差值。

8.根据权利要求6所述的数据收发方法，其特征在于，

所述数据报文为SV报文；

所述预先设定字段为reserve字段；

所述数据收发节点设备将接收到“RXDV”上升沿的本地时间确定为接收到所述数据报文的本地接收时标t1；

所述数据收发节点设备将接收到“TXEN”上升沿的本地时间确定为发送数据报文的本地发送时标t2。

9.一种基于HSR环网的智能变电站保护间隔，其特征在于，包括：

至少一个设置有HSR收发功能的智能终端，

至少一个设置有HSR收发功能的合并单元，

至少一个设置有HSR收发功能的测控装置，

至少一个设置有HSR收发功能的保护装置，所述保护装置为线路保护、母线保护或变压器保护；

所述智能终端、合并单元、测控装置和保护装置根据预先设定的连接关系依次连接。

10.一种基于HSR环网的智能变电站，其特征在于，包括：

多个如权利要求9所述的基于HSR环网的智能变电站保护间隔；

至少一个HSR交换机；

每个所述智能变电站保护间隔与至少一个HSR交换机连接；

每个HSR交换机以星形拓扑与多个基于HSR环网的智能变电站保护间隔连接。