CN110557315A - 一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，本发明通过千兆环网实现管理数据的传输，提高了压板、定值的整定速度，同时利用环网实现了对保护子机的运行状态监视，采用管理主机与保护子机的模式，实现保护装置内部管理数据互通，降低保护装置对管理单元的依赖性，提高保护可靠性，同时利用数据传输容错技术进一步加强了管理数据传输的可靠性。

Description

一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法

技术领域

本发明涉及就地化保护技术领域，特别是一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法。

背景技术

相比传统继电保护技术，就地化保护技术具有众多优势，保护装置小型化、防护等级更高、可靠性更强、速动性更快、运维方式更便捷等优点使就地化保护技术得到了快速的发展及应用。

目前就地化母线保护多采用分布式保护子机功能无主方案，各子机具有完整的保护逻辑并负责对应间隔分相跳闸功能。整套母线保护装置分别通过MMS专用网络与智能管理单元连接，智能管理单元承载保护装置与远方维护主站之间的信息传递。

由于智能管理单元作为配置管理保护装置的唯一设备，导致保护装置与智能管理单元之间具有很强的依赖性，如果智能管理出现异常，会导致保护事项无法上传远方主站，同时无法实现对保护装置修改定值、投退压板等操作，此举不符合继电保护的保护功能独立原则。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，旨在解决现有技术中保护装置与管理单元之间具有依赖性的问题，实现降低保护装置对管理单元的依赖性，提高保护可靠性。

为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，所述方法包括以下操作：

将各保护子机通过千兆环网进行连接，以其中任意一台保护子机作为管理主机，并将管理主机与管理单元互联；

所述保护子机的保护数据帧与所述管理单元下发的管理数据帧以互相独立的小颗粒间隙传输方式进行传输；

将管理数据帧以多级分帧重传的方式在管理主机与保护子机之间互传，通过管理主机对保护子机运行状态进行监控以及同步整定定值参数软压板。

优选地，所述管理单元通过MMS网络接口与管理主机连接。

优选地，所述保护子机以250us每帧，且帧长度固定的速度向环网内注入保护数据帧。

优选地，所述以互相独立的小颗粒间隙传输方式进行传输具体操作如下：

当子机有管理数据需要发送时，首先判断保护数据是否处于正在发送状态，如果正在发送，则管理数据延后发送；

如果管理数据与保护数据同时存在，则管理数据主动让出发送权，延后发送；

如果保护数据发送处于间隔期，则子机判断管理数据发送整帧需要的时间t1，与当前时间和发送下一帧保护数据的时间间隔t2之间的大小，如果t1<t2，则管理数据帧直接发送，如果t1≥t2，则子机需要计算出本次间隔能够在不影响下一帧保护数据的情况下，发送的最大管理数据帧长度；

以此将管理数据帧分解为小颗粒度的数据报文帧，然后由接收方实现组帧。

优选地，所述最大管理数据帧长度的计算公式如下：

N＝(t2-t3-T)/k

其中，t3为分解小颗粒报文的分帧及组帧时间，T为发送稳定波动常量安全时间，即该间隔发送完管理数据帧后，应该为下发下一帧保护数据帧预留的时间，k为每us内能够发送的数据帧长度。

优选地，所述保护子机包括链路层、FPGA层和应用层；所述链路层用于收发双向的底层数据帧；所述FPGA层用于根据发送数据的时隙来划分数据帧以及快速重传；所述应用层用于进行控制。

优选地，所述对保护子机运行状态进行监控的具体操作如下：

主机模式下，判断从机运行状态数据是否到达，当状态数据到达后，判断链路层是否非环网冗余帧，如果为非环网冗余帧，则向上传递给FPGA层；判断FPGA层帧格式以及帧序号是否正确，如正确，则缓存数据帧，如错误则回复FPGA层否定响应帧；对于缓存的数据帧，判断是否无后续帧，如有后续帧则重新开始判断从机运行状态数据是否到达，如无后续帧，则将数据帧打包上传至应用层；在应用层中判断数据帧格式以及内容是否正常，如果正常则进行数据存储/监控，如果异常则回复应用层否定响应帧；判断失败次数是否到达指定数量，如果到达则数据收集失败/告警，否则重新开始判断从机运行状态数据是否到达。

优选地，所述同步整定定值参数软压板具体操作如下：

主机模式下，判断是否有定值和压板整定，如果有则在应用层进行数据帧组帧；在FPGA层进行数据帧组帧，之后进行数据帧分帧，经链路层发送，判断FPGA响应帧是否正常，如果正常则判断底层分帧是否发送完毕，如果异常则判断FPGA层重传次数是否到达，如果到达则整定失败，如果未到达则重新经链路层发送；当底层分帧发送完毕后，判断应用层执行结果是否正确，如果是则整定成功，否则判断应用层重传次数是否到达；如果应用层重传次数到达，整定失败，否则重新进行应用层数据帧组帧。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

与现有技术相比，本发明实施例通过选择环网中任意一台保护装置为管理主机，该主机兼具保护子机功能，通过管理单元与管理主机之间的互联即可实现管理单元对环网中任意子机的管理功能，与无主机模式相比，能够最大程度的减少保护装置与管理单元之间的耦合性，进一步加强管理功能与保护功能的独立性；

本发明采用千兆环网在不影响保护数据传输的情况下实现保护子机之间管理功能以及信息交互功能，充分利用了环网通道提高通道利用率，同时能够增加子机之间管理数据的互通，实现压板、定值快速整定功能；

利用管理数据帧非实时性的特点，在数据量较小的情况下利用管理主机实现对保护子机的在线状态监视功能，实现管理主机对保护子机数据收集功能，方便对各子机的长期运行状态的追溯，同时通过对管理主机的简单配置实现对保护子机监视状态的在线可选功能；

采用多级冗余数据分帧快速重传技术，实现环网内管理数据帧的分帧以及重传功能，进一步提高了装置参数整定效率，加强了整套保护装置的可靠性和稳定性；

综上，本发明通过千兆环网实现管理数据的传输，提高了压板、定值的整定速度，同时利用环网实现了对保护子机的运行状态监视，采用管理主机与保护子机的模式，实现保护装置内部管理数据互通，降低保护装置对管理单元的依赖性，提高保护可靠性，同时利用数据传输容错技术进一步加强了管理数据传输的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中所提供的一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输示意图；

图2为本发明实施例中所提供的一种管理主机与保护子机之间多级分帧重传机制示意图；

图3为本发明实施例中所提供的一种管理主机数据分帧快速重传流程示意图。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

下面结合附图对本发明实施例所提供的一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法进行详细说明。

本发明实施例公开了一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，所述方法包括以下操作：

将各保护子机通过千兆环网进行连接，以其中任意一台保护子机作为管理主机，并将管理主机与管理单元互联；

所述保护子机的保护数据帧与所述管理单元下发的管理数据帧以互相独立的小颗粒间隙传输方式进行传输；

将管理数据帧以多级分帧重传的方式在管理主机与保护子机之间互传。

如图1所示，将四台就地化母线保护装置通过装置的千兆光纤接口，按照双向环网的连接方式连接，管理单元通过MMS网络接口与其中任意一台装置连接，并通过设定该台子机的主机控制字，使该子机具有主机功能同时兼具保护子机功能。管理主机除了与其他保护子机具有相同的保护功能外，还具有对保护子机运行状态监控、定值参数软压板的同步整定功能。

管理主机通过环网实现对子机管理功能，由于环网存在稳定的保护数据传输，每台子机按照250us每帧，且帧长度固定的速度向环网内注入保护数据帧。由于管理数据的实时性要求低，且整定管理功能仅在管理单元下发操作命令时才存在，本发明实施例采用管理数据帧与保护数据帧互相独立的小颗粒间隙传输方法实现在不影响保护数据流量波动的情况下快速实现管理数据的传输，实现管理有主功能。当子机有管理数据需要发送时，例如主机需要发送参数整定或者是子机向管理主机发送自身的运行状态，由于管理数据帧一般情况下数据帧长度比较长，如果管理数据帧整帧发送，占用发送模块时间长，可能会影响到后续的保护数据帧的发送而造成保护功能受到影响。当子机有管理数据需要发送时，首先判断保护数据是否处于正在发送状态，如果正在发送，则管理数据延后发送；如果管理数据与保护数据同时存在，则管理数据主动让出发送权，延后发送；如果保护数据发送处于间隔期，则子机判断管理数据发送整帧需要的时间t1，与当前时间和发送下一帧保护数据的时间间隔t2之间的大小，如果t1<t2，则管理数据帧直接发送，如果t1≥t2，则子机需要计算出本次间隔能够在不影响下一帧保护数据的情况下，发送的最大管理数据帧长度，计算公式如下：

N＝(t2-t3-T)/k

其中，t3为分解小颗粒报文的分帧及组帧时间，T为发送稳定波动常量安全时间，即该间隔发送完管理数据帧后，应该为下发下一帧保护数据帧预留的时间，k为每us内能够发送的数据帧长度。

以此类推，将管理数据帧分解为一个个小颗粒度的数据报文帧，然后由接收方实现组帧，保证了环网保护数据帧发送的稳定性，又充分利用环网发送间隙实现了管理数据的快速传输。

为保证管理数据能够快速且正确的在主子机之间的互传，在小颗粒度间隙传输方法的基础上，采用多级分帧重传机制。

如图2所示，单个保护装置实现功能上分为三层，即链路层、FPGA层和应用层；所述链路层用于收发双向的底层数据帧，由于环网采用的双向冗余机制，此机制能够最大限度的保证环网在单方向通信断掉的情况下，保护数据和管理数据能够在另一个方向到达目的保护装置，提高环网的可靠性；所述FPGA层用于根据发送数据的时隙来划分数据帧，保证数据能够快速传输，同时根据在该层进行小颗粒度的划分，一旦出现传输错误时，能够由本层直接实现重传不经过应用层的控制，能够实现快速重传，降低大帧传输时造成的通道资源浪费；所述应用层分帧能够保证大数据包有效的快速传输，有利于异常情况下快速重传的实现，提供数据包传输效率。

如图3所示，管理主机数据分帧快速重传流程如下：

开启主机模式后，判断从机运行状态数据是否到达，当状态数据到达后，判断链路层是否非环网冗余帧，如果为非环网冗余帧，则向上传递给FPGA层，判断FPGA层帧格式以及帧序号是否正确，如正确，则缓存数据帧，如错误则回复FPGA层否定响应帧，对于缓存的数据帧，判断是否无后续帧，如有后续帧则重新开始判断从机运行状态数据是否到达，如无后续帧，则将数据帧打包上传至应用层，在应用层中判断数据帧格式以及内容是否正常，如果正常则进行数据存储/监控，如果异常则回复应用层否定响应帧，判断失败次数是否到达指定数量，如果到达则数据收集失败/告警，否则重新开始判断从机运行状态数据是否到达。

同样，在主机模式下，判断是否有定值和压板整定，如果有则在应用层进行数据帧组帧，然后在FPGA层进行数据帧组帧，之后进行数据帧分帧，经链路层发送，判断FPGA响应帧是否正常，如果正常则判断底层分帧是否发送完毕，如果异常则判断FPGA层重传次数是否到达，如果到达则整定失败，如果未到达则重新经链路层发送；当底层分帧发送完毕后，判断应用层执行结果是否正确，如果是则整定成功，如果否则判断应用层重传次数是否到达，如果是则整定失败，如果否则重新进行应用层数据帧组帧。

本发明通过千兆环网实现管理数据的传输，提高了压板、定值的整定速度，同时利用环网实现了对保护子机的运行状态监视，采用管理主机与保护子机的模式，实现保护装置内部管理数据互通，降低保护装置对管理单元的依赖性，提高保护可靠性，同时利用数据传输容错技术进一步加强了管理数据传输的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：

将各保护子机通过千兆环网进行连接，以其中任意一台保护子机作为管理主机，并将管理主机与管理单元互联；

所述保护子机的保护数据帧与所述管理单元下发的管理数据帧以互相独立的小颗粒间隙传输方式进行传输；

将管理数据帧以多级分帧重传的方式在管理主机与保护子机之间互传，通过管理主机对保护子机运行状态进行监控以及同步整定定值参数软压板。

2.根据权利要求1所述的一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，其特征在于，所述管理单元通过MMS网络接口与管理主机连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，其特征在于，所述保护子机以250us每帧，且帧长度固定的速度向环网内注入保护数据帧。

4.根据权利要求1所述的一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，其特征在于，所述以互相独立的小颗粒间隙传输方式进行传输具体操作如下：

当子机有管理数据需要发送时，首先判断保护数据是否处于正在发送状态，如果正在发送，则管理数据延后发送；

如果管理数据与保护数据同时存在，则管理数据主动让出发送权，延后发送；

如果保护数据发送处于间隔期，则子机判断管理数据发送整帧需要的时间t1，与当前时间和发送下一帧保护数据的时间间隔t2之间的大小，如果t1<t2，则管理数据帧直接发送，如果t1≥t2，则子机需要计算出本次间隔能够在不影响下一帧保护数据的情况下，发送的最大管理数据帧长度；

以此将管理数据帧分解为小颗粒度的数据报文帧，然后由接收方实现组帧。

5.根据权利要求4所述的一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，其特征在于，所述最大管理数据帧长度的计算公式如下：

N＝(t2-t3-T)/k

其中，t3为分解小颗粒报文的分帧及组帧时间，T为发送稳定波动常量安全时间，即该间隔发送完管理数据帧后，应该为下发下一帧保护数据帧预留的时间，k为每us内能够发送的数据帧长度。

6.根据权利要求1所述的一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，其特征在于，所述保护子机包括链路层、FPGA层和应用层；所述链路层用于收发双向的底层数据帧；所述FPGA层用于根据发送数据的时隙来划分数据帧以及快速重传；所述应用层用于进行控制。

7.根据权利要求1所述的一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，其特征在于，所述对保护子机运行状态进行监控的具体操作如下：

主机模式下，判断从机运行状态数据是否到达，当状态数据到达后，判断链路层是否非环网冗余帧，如果为非环网冗余帧，则向上传递给FPGA层；判断FPGA层帧格式以及帧序号是否正确，如正确，则缓存数据帧，如错误则回复FPGA层否定响应帧；对于缓存的数据帧，判断是否无后续帧，如有后续帧则重新开始判断从机运行状态数据是否到达，如无后续帧，则将数据帧打包上传至应用层；在应用层中判断数据帧格式以及内容是否正常，如果正常则进行数据存储/监控，如果异常则回复应用层否定响应帧；判断失败次数是否到达指定数量，如果到达则数据收集失败/告警，否则重新开始判断从机运行状态数据是否到达。

8.根据权利要求1所述的一种基于环网的就地化保护装置有主模式的数据传输方法，其特征在于，所述同步整定定值参数软压板具体操作如下：

主机模式下，判断是否有定值和压板整定，如果有则在应用层进行数据帧组帧；在FPGA层进行数据帧组帧，之后进行数据帧分帧，经链路层发送，判断FPGA响应帧是否正常，如果正常则判断底层分帧是否发送完毕，如果异常则判断FPGA层重传次数是否到达，如果到达则整定失败，如果未到达则重新经链路层发送；当底层分帧发送完毕后，判断应用层执行结果是否正确，如果是则整定成功，否则判断应用层重传次数是否到达；如果应用层重传次数到达，整定失败，否则重新进行应用层数据帧组帧。