CN109639671A - 一种适用于同步量测数据传输的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于同步量测数据传输的方法及系统，首先在保证与现有协议的兼容性基础上，通过数据报文的标志位对同步量测数据传输的基波、谐波、间谐波数据进行区别标识；在数据传输过程中设置三种通信通道，包括基波数据通道、谐波数据通道和间谐波数据通道，利用该三种通信通道分别传输基波、谐波、间谐波数据；进一步增加设置命令通道，该命令通道用于同步量测装置SMD‑L和数据接收装置之间传输配置帧、命令帧和头帧。该方法及系统对基波、谐波、间谐波数据传输的帧格式及通信机制进行了规定，并应用硬件设备实现了对3种数据的封装、发送和解包读取，从而完善了数据传输协议。

Description

一种适用于同步量测数据传输的方法及系统

技术领域

本发明涉及同步量测数据传输技术领域，尤其涉及一种适用于同步量测数据传输的方法及系统。

背景技术

近年来，同步相量测量单元(phasor measurement unit，PMU)及广域同步测量系统(wide area measurement system，WAMS)的广泛安装，推动了基于PMU的电力系统动态安全监视和控制的发展，例如事故后期分析、低频振荡监测、参数辨识等。然而，新能源集中并网以及高压直流输电工程的大量投运，使得越来越多的电力电子设备接入电网电力系统的机理特性、分析方法和运行控制方式均发生根本性变化，这引起的突出问题之一就是有间谐波引起的次同步问题，同时配电网侧电能质量提出了对谐波(50次)和间谐波测量的需求。

然而，在现有技术的同步量测系统中并没有成熟的谐波、间谐波量测装置现场投入使用，更没有一套适合谐波、间谐波的数据传输协议。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于同步量测数据传输的方法及系统，该方法对基波、谐波、间谐波数据传输的帧格式及通信机制进行了规定，并应用硬件设备实现了对3种数据的封装、发送和解包读取，从而完善了数据传输协议。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于同步量测数据传输的方法，所述方法包括：

步骤1、在保证与现有协议的兼容性基础上，通过数据报文的标志位对同步量测数据传输的基波、谐波、间谐波数据进行区别标识；

步骤2、在数据传输过程中设置三种通信通道，包括基波数据通道、谐波数据通道和间谐波数据通道，利用该三种通信通道分别传输基波、谐波、间谐波数据，以保证各数据帧的独立传输；

步骤3、进一步增加设置命令通道，该命令通道用于同步量测装置SMD-L和数据接收装置之间传输配置帧、命令帧和头帧。

所述命令帧指导各数据帧的传输，所述配置帧是对各数据帧帧格式的说明。

在步骤3中，当命令通道没有消息传输时，主站每隔5s发送一次心跳信号，然后同步量测装置SMD-L接收到来自主站的心跳信号后返回一个心跳信号，用于判断信道的中断。

在步骤3中，当同步量测装置SMD-L接收到打开数据帧传输的命令时，基波数据帧将开始传输，而谐波、间谐波数据帧仅在触发的情况下开始传输；

当同步量测装置SMD-L接收到关闭数据帧传输的命令时，停止传输所有数据帧。

一种适用于同步量测数据传输的系统，所述系统包括：

适用于配网侧的同步量测装置SMD-L，用于实现对配网侧的基波数据、谐波数据和间谐波数据的测量，并按照权利要求1所述同步量测数据传输方法对各数据进行封装、发送；

数据接收装置，用于向所述同步量测装置SMD-L发送命令帧控制同步量测装置SMD-L的数据发送，并接收来自所述同步量测装置SMD-L发送的配置帧和3种数据帧，同时按照所接收的配置帧信息对3种数据帧进行解包读取，并进行可视化显示。

所述同步量测装置SMD-L接收来自所述数据接收装置的命令帧，根据所述命令帧的命令信息执行配置帧的接收、上传以及各数据帧的发送。

所述3种数据帧包括基波、谐波、间谐波数据帧。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法对基波、谐波、间谐波数据传输的帧格式及通信机制进行了规定，并应用硬件设备实现了对3种数据的封装、发送和解包读取，从而完善了数据传输协议。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的适用于同步量测数据传输的方法流程示意图；

图2为本发明所举实例对同步量测装置上传数据机制的说明示意图；

图3为本发明实施例所提供系统的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的适用于同步量测数据传输的方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、在保证与现有协议的兼容性基础上，通过数据报文的标志位对同步量测数据传输的基波、谐波、间谐波数据进行区别标识；

步骤2、在数据传输过程中设置三种通信通道，包括基波数据通道、谐波数据通道和间谐波数据通道，利用该三种通信通道分别传输基波、谐波、间谐波数据，以保证各数据帧的独立传输；

步骤3、进一步增加设置命令通道，该命令通道用于同步量测装置SMD-L和数据接收装置之间传输配置帧、命令帧和头帧。

这里，所述命令帧指导各数据帧的传输，所述配置帧是对各数据帧帧格式的说明。

在步骤3中，当命令通道没有消息传输时，主站每隔5s发送一次心跳信号，然后同步量测装置SMD-L接收到来自主站的心跳信号后返回一个心跳信号，用于判断信道的中断。

当同步量测装置SMD-L接收到打开数据帧传输的命令时，基波数据帧将开始传输，而谐波、间谐波数据帧仅在触发的情况下开始传输；当同步量测装置SMD-L接收到关闭数据帧传输的命令时，停止传输所有数据帧。

举例来说，本实例中通过同步量测装置SMD-L对实际配电网长时间的测试实验发现间谐波上传数量设置为10即可满足要求，配电网电能质量标准规定要测量2-50次谐波，同时谐波、间谐波变化周期比基波长，所以它们的上传频率设置1Hz即可监测其变化，表1为单台装置测量的数据类型及数量，表2计算了装置上传同步量测数据时的通信量。

表1单台装置测量的数据类型及数量

表2单台装置上传同步量测数据时的通信量

表2表明谐波、间谐波的IP报文要大于基波IP报文，加之它们上传频率有异，故基波、谐波、间谐波分别采用独立报文传输，即基波、谐波、间谐波同步测量异步传输的方法，同时要增加相应的配置帧CFG-4、CFG-5及命令帧配合数据帧的传输。为保证3种数据帧的书传输互不干扰，本实例设置基波通道、谐波通道、间谐波通道3通道分别传输3种数据帧，同时设置命令通道传输命令帧、配置帧。

如图2所示为本发明所举实例对同步量测装置上传数据机制的说明示意图，参考图2：当命令通道没有消息传输时，主站每隔5s发送一次心跳信号，然后同步量测装置接收到来自主站的心跳后返回一个心跳信号，用于判断信道中断。

CFG-4由同步量测装置生成，为系统全配置文件，内容包括同步量测装置可以容纳的所有可能输出量，CFG-5由主站根据CFG-4的内容生成，为数据配置文件，表示数据帧的目前配置状况；同步量测装置根据CFG-5的内容封装基波，谐波和间谐波数据。一旦同步量测装置接收到打开数据帧传输的命令，基波数据帧将开始传输，而谐波、间谐波数据帧仅在触发的情况下开始传输；当同步量测装置接收到关闭数据帧传输命令时，则停止传输所有数据帧。

上述同步量测装置与主站传输的帧类型有基波数据帧、谐波数据帧、间谐波数据帧、配置帧、命令帧、头帧，他们的通用帧格式如下表3所示：

表3传输帧的通用字节定义

具体来说，下表4、表6分别为谐波、间谐波数据帧的帧格式，表5、表7分别为谐波、间谐波特殊字节的定义，基波数据帧格式与现有传输协议保持一致。本发明定义的3种数据帧：基波数据帧、谐波数据帧、间谐波数据帧。它们由帧同步(SYNC)字的位7～4(“0000”、“1000”、“1001”)标识，谐波数据帧和间谐波数据帧还包括标识头、消息长度、消息的源ID、时间戳、关于数据及其源和质量的详细状态信息、以及相量和模拟量，但不包括频率、频率变化率。此外，在本发明中，基波数据帧以25Hz、50Hz或100Hz的速率进行传输，谐波数据帧和间谐波数据帧的传输速率为1Hz。

表4谐波帧的字节定义

表5谐波帧特殊字节的定义

表6间谐波帧的字节定义

表7间谐波帧特殊字节的定义

下表8为配置帧的帧格式，表9为配置帧特殊字节的定义。其中，CFG-4和CFG-5包含基波、谐波、间谐波的配置状况，其中HPNMR、HANMR、INPNMR,INANMR说明了谐波数据帧、间谐波数据帧的相量、模拟量数量，HPUNIT、HANUIT、INPUNIT、INANUIT说明谐波数据、间谐波数据传输通道的相量、模拟量转换系数，HDA_RATE、INDA_RATE规定了谐波数据帧、间谐波数据帧的上传速率，其余字节含义与现有协议保持一致。

表8 CFG-4/5字节定义

表9 CFG特殊字节的定义

下表10为配置帧的帧格式，在命令帧中，新增命令“发送CFG-4帧”、“下传CFG-5”和“发送CFG-5帧”用于请求配置帧CFG-4和CFG-5。原始命令“关断数据帧传输”和“关断数据帧传输”同时控制基波数据帧、谐波数据帧和间谐波数据帧的传输。

表10命令帧的字节定义

表11命令帧特殊字节定义

基于上述方法，本发明还提供了一种适用于同步量测数据传输的系统，如图3所示为本发明实施例所提供系统的整体结构示意图，所述系统包括适用于配网侧的同步量测装置SMD-L、通信网络和数据接收装置，其中：

适用于配网侧的同步量测装置SMD-L，用于实现对配网侧的基波数据、谐波数据和间谐波数据的测量，并按照上述方法实施例所提供的同步量测数据传输方法对各数据进行封装、发送；

数据接收装置，用于向所述同步量测装置SMD-L发送命令帧控制同步量测装置SMD-L的数据发送，并接收来自所述同步量测装置SMD-L发送的配置帧和3种数据帧，同时按照所接收的配置帧信息对3种数据帧进行解包读取，并进行可视化显示。

上述同步量测装置SMD-L接收来自所述数据接收装置的命令帧，根据所述命令帧的命令信息执行配置帧的接收、上传以及各数据帧的发送。

上述3种数据帧包括基波、谐波、间谐波数据帧。

具体实现中，上述同步量测装置SMD-L的研发可以基于CompactRIO，控制器是C-RIO 9035；电压输入模块为C-RIO 9244；当前输入模块是C-RIO 9246；同步模块是C-RIO9467，具有一个RJ45通信接口装置支持无线、有线2种通信方式。该SMD-L可以安装于家庭用户墙壁插座测量用户电能信息，然后通过家庭宽带发送数据。

数据接收装置的控制器可以是C-RIO 9039；同步模块是C-RIO 9467，有2个RJ45通信接口。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种适用于同步量测数据传输的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、在保证与现有协议的兼容性基础上，通过数据报文的标志位对同步量测数据传输的基波、谐波、间谐波数据进行区别标识；

步骤2、在数据传输过程中设置三种通信通道，包括基波数据通道、谐波数据通道和间谐波数据通道，利用该三种通信通道分别传输基波、谐波、间谐波数据，以保证各数据帧的独立传输；

步骤3、进一步增加设置命令通道，该命令通道用于同步量测装置SMD-L和数据接收装置之间传输配置帧、命令帧和头帧。

2.根据权利要求1所述适用于同步量测数据传输的方法，其特征在于，

所述命令帧指导各数据帧的传输，所述配置帧是对各数据帧帧格式的说明。

3.根据权利要求1所述适用于同步量测数据传输的方法，其特征在于，

在步骤3中，当命令通道没有消息传输时，主站每隔5s发送一次心跳信号，然后同步量测装置SMD-L接收到来自主站的心跳信号后返回一个心跳信号，用于判断信道的中断。

4.根据权利要求1所述适用于同步量测数据传输的方法，其特征在于，

在步骤3中，当同步量测装置SMD-L接收到打开数据帧传输的命令时，基波数据帧将开始传输，而谐波、间谐波数据帧仅在触发的情况下开始传输；

当同步量测装置SMD-L接收到关闭数据帧传输的命令时，停止传输所有数据帧。

5.一种适用于同步量测数据传输的系统，其特征在于，所述系统包括：

适用于配网侧的同步量测装置SMD-L，用于实现对配网侧的基波数据、谐波数据和间谐波数据的测量，并按照权利要求1所述同步量测数据传输方法对各数据进行封装、发送；

数据接收装置，用于向所述同步量测装置SMD-L发送命令帧控制同步量测装置SMD-L的数据发送，并接收来自所述同步量测装置SMD-L发送的配置帧和3种数据帧，同时按照所接收的配置帧信息对3种数据帧进行解包读取，并进行可视化显示。

6.如权利要求5所述适用于同步量测数据传输的系统，其特征在于，

所述同步量测装置SMD-L接收来自所述数据接收装置的命令帧，根据所述命令帧的命令信息执行配置帧的接收、上传以及各数据帧的发送。

7.如权利要求5所述适用于同步量测数据传输的系统，其特征在于，

所述3种数据帧包括基波、谐波、间谐波数据帧。